과학기술인재가 중요한 지금, 체험·탐구 중심 과학교육을 위한 “지능형 과학실

AI

”

Intelligent Science Lab

정부는 인공지능 과 과학기술을 중심으로 미래 대전환 시대 기반이 될 수 있는 인재 양성에 주력 하고 있다. 실제로 미래인재의 수학·과학에 대한 흥미도는 전 세계에서 최하위 수준이다. 2020년 58개국 초등학생 약 33만 명과 39개국의 중학생 약 25만 명이 참여한 국제 교육성취도평가협회 의 「수학·과학 성취도 추이변화 국제비교 연구 2019

IEA

TIMSS 2019

」에 따르면, 우리나라 초등학교 4 학년생의 경우 수학과 과학에 대한 자신감은 58개국 중 57위다. 흥미도도 수학은 57위, 과학은 53 위였다. 특히 중2의 경우 수학·과학에 대한 흥미도가 조사 대상 국가 중 가장 낮았다. 이어 자신감 척도에서도 조사 대상 국가 39개국 중 수학은 36위, 과학은 37위였다. 이공계 대학원 충원율과 진학률 역시 줄고 있다. 2015년 이공계 대학원 충원율은 87.7%, 진학률 은 11.6%였지만 2018년 충원율은 81.7%, 진학률은 9.2%까지 떨어졌다고 한다. 과기정통부는 “2020년 이공계 대학원 충원율은 79.5%로 나타났으며 2024년부터 2028년까지 신규 과학기술 인력은 4만 7,000명이 부족할 것으로 예상된다”며 “초등학생의 장래 희망 순위에서도 2009년 4위를 차지했던 과학자가 2019년 13위로 떨어졌다”라고 밝혔다.

문주호

수석교사 · 강원도교육청

학교 과학실에 기술을 더하면? 지능형 과학실의 등장!

과학기술이 고도화될수록, 학생들이 과학에 흥미를 느끼고 더 깊게 원리를 익힐 수 있도록 체험·탐구 중심 과학교육 의 중요성은 더욱 커져야 한다. 학생들이 처음으로 과학을 만나는 장소이자, 과학교육의 근간이 되는 학교 과학실이 거듭나고 있다. 과학 활동이 부진했던 당시 조선에 과학을 알리려 분투했던 김용관의 노력처럼, 오늘날 교육계 역시 우수 과학기술 인력을 양성하기 위한 효과적인 과학교육 발전을 모색 중이다. AI 교과서 도입, 에듀테크 서비스 활성 화 등 우리나라 교육계의 디지털 대전환이 여느 국가들보다 빠르게 이루어지고 있는 가운데, 현재 우리 학생들의 과 학 공간은 어떻게 확장하고 성장해 왔을까?

인공지능 , 가상현실

등 지능정보기술이 급격히 발달하자, 교육부는 지능정보사회와 직접적으로 연관되는 과학교육을 강화하기 위해 「제4차 과학교육 종합계획(2020~2024)」을 발표했다. 이 계획으로부터 시작된 지능형 과 학실은 실생활 기반, 데이터 중심, 플랫폼으로 연결된 미래지향적 과학교육 환경 조성을 목적으로 한다. 그간의 계 획들이 모두 과학탐구를 강조해왔지만, 제4차 계획에서 첨단 과학기술을 반영한 교육환경과 수업 방법의 혁신을 보 다 강조한 것이다. 초·중등 학생의 수학·과학 역량과 흥미를 끌어올리기 위해 AI 기반 학습 지원시스템을 구축하고 2024년까지는 모든 학교에 지능형 과학실을 구축할 예정이다. 하드웨어라 할 수 있는 지능형 과학실에서 구현하고 자 하는 주요한 기술

AI

AR/VR/MR

technology

은 바로 증강현실

과 가상현실

augmented reality, AR

virtual reality, VR

이다.

■ 지능형 과학실이란 가변적이고 융합적인 과학탐구 공간이자 온라인 탐구 플랫폼(지능형 과학실 ON)과 연계가 가능한 학습 공간으로, 학생 참여형 과학 수업이 이루어지고 유연한 과학 탐구 공간이다. 실생활 데이터를 통해 자연 현상이나 사회 문제를 과학적으 로 해결하는 학생 주도성을 반영한 탐구 촉진을 강조한다. 지능형 과학실 ON을 할용해서는 학급 내·외 다양한 학생들과 데이터를 공유하고 탐구할 수 있는 프로젝트를 실시할 수 있다.

지능형 과학실의 개념

그림1

그렇다면, 지능형 과학실과 기존 과학실은 얼마나 다를까?

지능형 과학실은 첨단과학 기술 기반의 과학교육 환경으로, 교사협의체를 통해 기획·운영된 공간이다. 교사들은 다른 학교 사례를 참고하거나 컨설팅 의견을 반영하여 각 학교 상황에 적합하게 공간을 구성한다. 이 과정을 통해 새로운 교수학습을 구성하고, 과학 인재 양성을 위한 작지만 큰 도전을 계획하기도 한다.

구분

교수학습 관점

- 협력적 문제해결 학습 - 실세계 삶과 연계된 실생활 맥락의 학습 - 능동적 참여를 필요로 하는 토의·토론 학습

교수학습 방향

- 문제중심 학습, 프로젝트 학습 - 에듀테크 활용 교육(모바일 탐구, 시뮬레이션 등) 다양한 온라인 학습 활동(거꾸로 학습, 블렌디드 러닝 등)

교수학습 방법

지능형 과학실에서의 교수학습의 특성

그림2

VR/AR/MR로 확장되는 과학실 과학 수업의 변화

교수학습 변화 요구 사항

- 온오프라인 연계를 통해 교수학습 영역을 확장하는 학습 환경 조성 - 학습의 촉진자, 학습 경험의 설계자로서의 교사 역할 변화

1)

지능형 과학실에서의 수업

- 온라인 플랫폼 “지능형 과학실 ON”과 연계된 수업 - 학생 참여 중심의 과학 수업

- 과학적 문제 해결을 위한 다양한 활동 수행 (학습, 실험, 토론, 발표, 전시 등) - 실제 데이터 기반의 과학탐구 활동 수행

- 첨단 기술 활용 및 융합형 과학 탐구 활동 - 교육과정을 넘나드는 유연한 과학실험·탐구 수행 - 다양한 교수학습을 지원하는 아카이브 활용 - 거꾸로 학습, 블랜디드 러닝 등 다양한 교수학습 방법 실천

가상현실(VR)을 활용하면, 학생들은 복 한 개 이나 실제 실험을 하기 어려운 부분들도 학습할 수 있다. 예를 들어, 잡 것이 념 가능하다. 무엇보다 VR 교육은 학생들의 흥미를 끌어낸다는 점 에 지 전환 개 을 배운 VR로 실험해보는 너

념

뒤 에서 매우 효과적이다. 실제로 체험해 보고 참여하는 활동이 늘어날수록 아이들은 공부에 더욱 관심을 가지게 되고, 배운 것을 기억하는 것도 훨씬 수월하게 이루어질 수 있다. 한국과학창의재단 ‘사이언스레벨업’을 포함한 다양한 과 학 관련 기관들은 다양한 자료를 교육기관이나 일반인을 대상으로 배포하고 있으니 꼭 활용해 보길 권한다. 증강현 실(AR)을 활용한 수업들도 역시 활발히 이루어지는데, 학교 현장에서 사용하고 있는 개인 태블릿 PC를 활용, 다양한 과학실험 과정에 대한 사진이나 동영상을 증강현실로 손쉽게 만들어 사용할 수 있다. 이 밖에도 복합현실 및 다양한 데이터를 활용한 수업, 각종 센서 등 디지털 탐구 도구를 활용한 실험, 탐구가 이루어지고 있다.

Mixed Reality

이러한 기술의 활용은 교수자 중심의 수업 을 학습자 중심의 수업으로 전환하는 결정 적 요소가 되기도 한다. 수업에서 이루어 지는 활동들에 활동성과 실재성을 더한다. 공간과 시간의 제약을 넘어, 실험 수업의 영역을 넓혀준다. 우주나 해외 과학관 체 험 등은 수업의 질을 향상하는 긍정적인 효과를 얻고 있다.

그림3 인천효성고등학교 지능형 과학실

1) 홍옥수, 김경미, 이재영, 김율. (2022). 지능형 과학실의 개념과 특징, 한국과학교육학회 42(2), 177~184.

지능형 과학실 이야기 모아보기

지능형 과학실은 학생들이 온·오프라인을 동시에 아우르는 과학실을 만날 수 있게 해주었다는 점에서 의미가 있 다. 해외에서는 온라인 중심의 가상 과학실들에 대한 여러 시도가 있다. 우리의 온라인 플랫폼인 <지능형과학실 ON>을 시작으로, 해외의 여러 사례들을 통해 오늘날 과학실의 다양한 모습들을 확인할 수 있다.

해외 가상 실험실 사례

Phet Virtual Labs 물리, 화학, 수학, 지구과학, 생물학 분야의 가상 실험실. 교수자를 위한 매뉴얼 및 워크숍 운영

지능형 과학실, 더 쉽게 알기

지능형 과학실 on 첨단기술 활용이 가능한 신나는 과학탐구를 체험하고 탐구수업 메뉴얼을 볼 수 있는 곳

NOVA Labs WGBH TV의 장기 방영 PBS 과학 다큐멘터리 시리즈를 기반으로 만들어진 과학탐구를 위한 게미피케이션 실험실

2022 과학교육 온라인 성과공유회 지능형 과학실 on에 대한 소개와 다양한 활동을 총망라한 자료를 공유하는 곳

정책지원 뉴스레터 SNS-View의 <글로벌키워드>는 과학기술문화, 과학·수학·정보 교육 분야 관련 전문가들의 다양한 목소리를 담습니다. 본 내용은 특정 단체나 발행 기관의 의견을 대표하지 않습니다.