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지능정보사회의 핵심 역량인 데이터 리터러시 함양

교실 안팎 넘나드는 과학 인재로의 성장 기대

지능형 과학실 ON은 제4차 과학교육 종합계획(2020∼2024)에 제시된 「지능정보사회의 소양을 갖추고 세계를 선도하는 인재 양성」이라는 비전에 따라 지능형 과학실과 구축과 연계하여 첨단과학기술 활용 온·오프라인 탐구·실험 활동을 지원하는 온라인 플랫폼이다. 지능형 과학실 ON은 지능정보사회에 맞는 교수학습과 수업환경을 토대로 통합적 교수학습·평가 체계를 플랫폼에 반영하여 학생들이 디지털 탐구도구를 활용하여 과학탐구 데이터를 실시간으로 수집·저장·가공하고 이를 자유롭게 변형·활용할 수 있는 기능을 제공함으로써 우리 학생들이 갖추어야 할 지능정보사회의 핵심 역량인 데이터 리터러시를 함양하도록 한다. 또한 학교 안팎, 소속, 나이 등의 조건에 구애받지 않고 탐구 주제에 대한 관심에 따라 공동의 탐구를 수행할 수 있으며 이를 통해 학생들은 협업 역량 함양 뿐 아니라 학습 공동체 안에서의 성장을 경험할 수 있는데 이러한 경험은 과학탐구 문화 확산에 중요한 요소가 된다.

2022 개정 교육과정 운영에 최적화,

‘지능형 과학실 ON’ 통해 미래세대 핵심 역량 강화

2024년 초1∼2학년을 시작으로 2025년 중1·고1부터 순차적으로 도입되는 2022 개정 과학과 교육과정은 생태 소양, 민주 시민의식, 디지털 소양을 갖추고, 첨단과학기술을 기반으로 융복합 영역을 창출하는 미래 사회에 유연하게 대응할 수 있는 과학적 소양을 갖춘 사람을 양성하는 것을 목표로 한다. 2022 개정 과학과 교육과정에서는 미래세대 핵심 역량으로 디지털 기초소양 강화를 강조하고 있으며 이를 위해서는 첨단과학기술 기반의 온·오프라인 과학실 환경이 조성되고 디지털 인공지능 교육 환경에 맞는 교수학습·평가 체제가 구축되어야 한다. 과학 교과는 관찰을 통해 데이터를 수집·분석하고 그 의미를 찾아내는 활동이 주가 되므로 과학탐구의 맥락에서 데이터를 수집하고 선별한 후 처리·활용하며 평가할 수 있는 역량을 함양하는 과학 데이터 리터러시 교육의 필요성은 증대되고 있다. 또한 실생활 속의 데이터를 수집·공유하고 데이터 분석을 통해 시사점을 발견하는 문제 해결 탐구 교육으로 미래 불확실성에 대응할 수 있는 비판적·분석적 사고력을 함양하도록 해야 한다. 이러한 학교 안과 밖을 연결하는 미래 과학탐구 공간에 대한 요구를 배경으로 지능형 과학실 ON이 개발되었다. 지능형 과학실 ON은 첨단과학기술을 활용한 교육과정 연계 과학탐구(탐구수업), 실생활 기반 문제 해결을 위한 학생 중심 과학탐구(공동탐구), 교실을 넘어 가상환경에서의 과학탐구 경험 확대를 위한 실감형 콘텐츠와 시뮬레이션 콘텐츠를 제공하는 학습자료실로 구성되어 있다.

온·오프라인 탐구·실험 활동 지원 ‘지능형 과학실 ON’ 어떻게 사용할까?

탐구수업은 교육과정 성취기준에 직접적으로 연계된 과학적 개념이나 원리 확인에 초점을 둔 탐구나 교육과정 성취기준을 확장하여 다양한 맥락에서 수행하는 탐구 활동으로 학생들이 실제 데이터(real data)를 활용하여 자연현상, 개인 또는 사회의 문제를 과학적으로 해결하는 학생 주도적·참여 중심의 수업이다. 데이터 유형에 따른 과학탐구 수업 설계의 구분은 과 같다. 지능형 과학실 ON에서는 오픈 API 기반 상용 Iot 센서 데이터와 지능형 과학실 ON이 연동되며 마이크로비트와 Iot 센서를 활용할 경우에는 마이크로비트와 지능형 과학실 ON 연동을 위한 PC 애플리케이션을 설치하여 활용하면 된다. 고등학교 통합과학 교과에서 화학 변화 단원의 중화 반응을 주제로 데이터 생성형 탐구수업을 진행하였다.

학생들은 실험 데이터 생성 후 그래프를 저장하여 결과 분석 보고서를 작성하고 교사는 이를 바탕으로 학생의 보고서를 평가할 뿐 아니라 채팅 서비스를 통해 학생의 탐구 과정을 공유할 수 있고 실시간 질의응답 및 피드백으로 탐구 활동의 학습 효과를 높일 수 있다. 고등학교 통합과학실험의 생명 시스템 단원의 생체 촉매를 주제로 진행한 데이터 생성형 탐구수업은 다음과 같다. 학생들은 기체 압력 측정 MBL을 사용하여 카탈레이스 유무에 따라 과산화수소의 분해가 어떻게 달라지는지 관찰하고 그 결과를 수집하여 데이터를 시각화 한 후 그래프를 저장하고 이에 대한 보고서를 작성하게 된다.

다음은 중학교 3학년 과학 교과의 역학적 시스템 단원의 역학적 에너지를 주제로 데이터 활용형 탐구수업을 진행하였다. 오픈소스 소프트웨어인 자바실험실(http://javalab.org)의 에너지 보존2 시뮬레이션 실험 후 데이터를 다운로드 받아 양식데이터(Excel 업로드)를 활용하면 다음과 같은 데이터 시각화가 가능하다. 학생들은 물체의 질량과 높이를 변화시켜 위로 던져올린 물체의 운동 분석을 통해 역학적 에너지 전환과 보존을 설명하고 물체의 운동에서 위치 에너지와 운동 에너지 변화를 예측할 수 있게 된다.

공공데이터 활용형 탐구수업에서는 한반도의 기후 변화를 주제로 하여 기상자료개방포털(https://data.kma.go.kr)의 기온, 강수량, 폭염일수, 온실가스 등의 데이터를 활용하여 우리나라의 평균 기온 변화와 이산화탄소 농도 변화의 관계를 살펴볼 수 있다. 또한 미세먼지 저감 방안 고안하기를 주제로 에어코리아(www.airkorea.or.kr)의 공공데이터 분석을 통해 미세먼지의 농도에 영향을 주는 요인을 이해하고 지역별 미세먼지 발생 원인과 특징을 비교·분석하여 이를 바탕으로 쾌적한 대기 환경 조성을 위한 미세먼지 저감 아이디어를 고안하는 프로젝트 수업을 진행하였다. 지능형 과학실 ON을 통해 학생들의 데이터 리터러시를 함양하고, 스스로 탐구하고 참여하는 수업이 늘어나기를 기대한다.

박혜영 장학사는 1999년부터 25년간 화학 교사로 근무하였으며 현재는 서부교육지원청에서 근무하고 있다. 2020년 과학, 수학, 정보 교육+ 온라인 컨퍼런스 우수 수업사례 공모전 교육부장관상, 2021년 SW·AI 수업 우수사례 공모전 과학기술정보통신부장관상, 2022년 올해의 과학교사상에 이어 2023년 과학교육 유공교원으로 교육부장관 표창을 수여받았으며, 지능형 과학실 ON 개발진으로 활동하였다.