[수원 동원고등학교]
탐구 토론·협동 학습 기반 환경 조성
전자 칠판·영상 현미경 수업에 활용
공유 플랫폼으로 심전도 분석 실험도
[부천 중동초등학교]
이동 가능 책상, 모둠 활동 자유롭게
스마트팜 통한 지능형 교육환경 제공
가상 현실 속 우주여행 등 수업 진행
경기 미래형 과학실은 실제 과학 수업의 질을 높이기 위한 공간으로 활용되기도 한다. 미래형 과학실에서 조성하는 측정 센서와 전자칠판, AI(인공지능) 등을 활용한 수업은 학생들의 과학에 대한 흥미를 끌고 과학적 사고를 키우는 데 도움을 주고 있다.
▲수원 동원고등학교
동원고는 경기 미래형 과학실을 지능정보기술을 바탕으로 학생 중심의 탐구 토론, 협동 학습을 기반으로 한 과학교육이 가능하도록 조성했다. AI(인공지능)의 알고리즘 구축을 기반을 둔 '데이터 측정-수집-분석'을 종합적으로 결합한 수업을 제공하고, 첨단과학기술을 활용해 탐구 중심 과학 교육이 가능한 수업 공간으로 변화시켰다.
실시간 인터넷망 연결, 동영상 재생, 자료 검색과 발표가 가능한 전자칠판과 온·오프라인 강의와 양방향 무선공유시스템인 'PBL 시스템', '팀 단말기'도 구비했다. 소음이나 악력, 심박 수, 미세먼지, 심전도, 근전도, 혈압 측정을 위한 무선센서, 현미경에 부착된 카메라를 이용해 시료 관찰, 결과를 전자칠판과 공유할 수 있는 멀티미디어 영상현미경도 과학 수업에 활용한다.
동원고는 올해 이러한 기자재를 활용해 '우리 몸의 물리적 신호 데이터 분석 및 알고리즘 해석'이라는 주제로 과학 실험을 진행했다. 공공 데이터를 기반으로 직접 학생들이 데이터를 수집하고 그 데이터를 바탕으로 자신만의 인공지능 알고리즘으로 결과를 도출하도록 하는 것이 목표였다.
동원고는 심장의 전기신호(심전도)를 분석하는 실험을 했다. 수업을 진행한 김종태 교사는 데이터 공유 플랫폼을 활용해 정상인의 심전도 그래프 데이터 1000개와 비정상적인 심전도 그래프 데이터 1000개를 각각 받았다. 이후에는 어떤 모양이 정상 그래프이고 어떤 모양이 비정상 그래프인지 코딩을 이용해 AI에 학습을 시킨다. 딥러닝을 통해 학습한 AI에게 자신의 심전도를 측정해 제공하고 정상인지, 비정상인지 결과를 도출하는 활동까지 진행했다.
수업을 진행한 김종태 교사는 “병원에서 심전도를 측정하는 것보다는 간단하지만, 전류의 변화를 맥박이 뛰는 부분에 연결해 맥박 변화에 따른 전류의 변화를 그래프로 보여주도록 했다”며 “거짓말 탐지기 활용사례처럼 거짓말을 하면 심전도가 어떻게 변화하는지 실험도 진행했다”고 설명했다.
김 교사는 “과학 법칙들은 몇십년 동안 관측하고 수집한 자료를 바탕으로 하나의 보편적 규칙성을 찾는 것인데 학생들은 결과만을 갖고 암기하고 문제를 푸는 데 중점을 두고 있는 것 같다”며 “빅데이터 등을 활용해 보편성을 찾아내는 법칙이 과학이라는 것을 알려주기 위해 이런 수업도 준비했다”고 덧붙였다.
김 교사는 내년에는 꿀벌의 활동을 기록하고 분석하는 실험도 구상하고 있다. 김 교사는 “양봉 통을 구매해 학교 옥상이나 외곽지역에 벌통과 웹캠을 설치하고 온도, 습도, 날씨 정보를 통해 하루에 꿀벌들이 다니는 숫자나 남아있는 꿀벌의 수를 확인하는 방식으로 측정하려고 한다”며 “최종 데이터를 모아 분석하면 꿀벌의 수가 어떠한 이유로 줄어드는지, 습도, 온도 등 환경에 어떤 영향을 미치는지를 파악해 볼 수 있을 것”이라고 말했다.
동원고는 미래형 과학실이 조성한 이후 과학수업에 학생들의 관심이 더욱 높아졌다.
김 교사는 “미래형 과학실이 만들어지고 난 뒤 학생들이 수업에 적극적으로 임하고 있다”며 “발표, 코딩 등 조별로 나누어 역할을 맡아 하다 보면 시간이 금방 지나간다”고 말했다.
▲부천 중동초등학교
중동초등학교 미래형 과학실은 학생들이 안전하게 실험할 수 있으면서도 첨단 기술을 활용한 교육을 실현할 수 있는 환경을 제공하는 것에 중점을 두고 있다. 중동초 미래형 과학실은 이동 가능한 책상과 의자를 구성해 학생들이 모둠 활동을 자유롭게 진행할 수 있도록 하고 있다. 오로라 빔프로젝터와 동식물 AR, VR, 스마트팜을 통한 지능형, 반응형 교육환경을 제공하고, 눈 세척기, 간이샤워기 등도 설치됐다. 중동초는 미래형 과학실 구축으로 최첨단 기술을 활용한 실험을 진행해, 과학적 원리와 개념을 더욱 깊게 이해하게 될 것으로 보고 있다.
중동초는 '생명의 기적을 탐구하다 : 세포 관찰하기', '데이터로 바로 본 우리 주변의 변화', '가상 현실 속 우주여행' 등 수업을 진행했다.
학생들은 첨단 영상 현미경을 사용해 세포를 관찰하고 이를 통해 생명의 기적을 배우는 시간을 보냈다. 학생들은 직접 세포 샘플을 준비하고, 현미경으로 세부 구조를 관찰하면서 생명 과학에 대한 이해도를 높이고 실험과 탐구의 중요성을 배웠다.
AI와 데이터 분석 도구를 활용해 학생들이 직접 데이터를 수집하고 분석하는 활동을 진행했다. 일주일 동안 매일 같은 시간에 촬영한 하늘 사진 데이터로부터 날씨 변화 패턴을 찾아내거나 교실 내외부 온도, 습도 변화 등을 기록해 계절 변화와 연관성을 찾아냈다. 스마트 빔, VR 등 장비를 활용해 별자리나 행성을 가까이서 관찰하고 각 천체가 어떻게 생성되고 움직이는지도 배울 수 있었다. 공기정화 식물이 있을 때 미세먼지가 얼마나 정화되는지 실험도 진행했다.
첨단 과학 센서와 분석 프로그램을 활용해 빛과 소리를 측정하는 활동도 했다. 수업을 진행한 김민상 교사는 “눈에 보이지 않는 소리와 눈에 보이는 빛을 센서를 통해 숫자로 나타내고 변화량을 살펴볼 수 있는 실험을 하기도 했다”며 “교실의 소리를 측정하며 시간대별로 소리의 크기를 분석하면서 과학자들처럼 측정하는 활동을 했다”고 말했다.
중동초 염기숙 교장은 “미래형 과학실 구축으로 학생들이 과학에 대한 흥미를 더욱 높이고 있다”며 “다양한 첨단과학기술을 체험하며 지능정보사회에 필요한 과학 소양을 함양하는 공간이 될 것”이라고 말했다.
/글·사진 이원근 기자 lwg11@incheonilbo.com
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