VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업의 개발과 효과

Abstract

본 연구는 초등학교 과학 교과 단원인 우리 몸의 소화와 순환을 주제로 하여 VR 기반 프로그램을 개발하고 이를 활용한 과학적 모형 구성 수업을 설계하기 위한 연구이다. VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업을 학교 현장에 적용함으로써 학생들의 모형 수행 수준 변화에 대한 향상 효과를 검증하고자 하였다. 연구의 대상은 서울 소재 초등학교 6학년 학생 105명이다. 3차시에 걸친 VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업을 투입하였고 수업에서 학생들은 가상현실 프로그램을 체험하였으며 학생들의 사전⋅사후 모형 수행 수준의 변화를 탐색하였다. 모형 수행 수준은 구조, 기능, 시스템 표상화, 시각화, 표지 영역으로 구성된 과학적 모형 수행 수준 분석틀을 사용하여 측정하였다. 이후 학생들과 인터뷰를 진행하여 VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업이 모형 수행 수준 변화에 미치는 영향에 관한 학생들의 인식을 조사하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 본 연구에서는 가상현실의 특성인 조작, 감각화, 상호작용이 반영된 VR 기반 프로그램을 개발하였다. 개발된 VR 기반 프로그램은 실제 교실 수업에서 독립형 HMD 장치를 통해 구현되었다. 개발된 VR 기반프로그램에는 조작적 특성이 반영되어 시행착오에 대한 부담 없이 자유로운 조작이 가능했으며, 감각화의 특성이 반영되어 실제에 가까운 신호와 환경이 제공되었고, 상호작용적 특성이 반영되어 컨트롤러를 사용한 콘텐츠 순서 선택이나 화면 전환이 자유로웠다. 둘째, VR 기반 프로그램을 활용한 초등학생의 과학적 모형 구성 수업을 설계하였다. 이를 위해, 가상현실의 특성을 반영한 교수 활동을 바탕으로 VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업의 단계를 구성하였다. 관련성 있는 문제 상황 제시 및 초기 모형 구성 단계에서는 질문을 통해서 관련성이 높은 문제 상황을 설정하고 초기 모형을 구성하도록 안내하였다. 모형 구성을 위한 자료 수집 및 분석 단계에서는 문제 해결을 위한 정보를 다양한 매체로 제공하였다. 가상현실 체험을 바탕으로 중간 모형을 구성하는 단계에서는 VR 기반 프로그램을 체험하여 초기 모형보다 발달된 중간 모형을 구성하도록 하였다. 정리 및 수정 단계에서는 생성된 중간 모형을 학생들이 서로 공유하도록 하였다. 셋째, VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업이 학생들의 모형 수행 수준을 향상시켰다. 학생들은 공간적 사고, 추상적 사고, 반영적 사고와 같은 고차원적 사고가 촉진되어 모형 수행 수준이 변화하였다고 진술하였으며, 가상현실의 경험 속성을 통해 유도된 행위유발성, 현존감, 몰입감으로 인해 모형 수행 수준의 변화가 나타났다고 진술하였다. 본 연구의 결과는 향후 VR 기반 프로그램을 활용한 과학적 모형 구성 수업을 학교 현장에서 효과적으로 적용하기 위한 방향을 제시하는 데 기여할 것으로 사료된다.