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에듀테크(EduTech)의 활용으로 모두의 과학 수업 이끌기

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학생중심수업으로의 다가섬 우선

교육목표의 도달과 다양한 학습 경험 제공


과학교육과 기술의 만남은 단순한 교류의 수준에 머물러서는 안된다. 모든 학생이 과학 교과의 지식을 생활과 연결 지으며 문제를 해결하는 과정에서 검색과 기록, 저장과 공유의 활동을 돕고 지원해야 한다. 과학의 개념에 대한 이해를 바탕으로 과학적 탐구 능력과 태도를 함양하며 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결할 수 있도록 에듀테크의 활용을 통한 모두의 과학 수업이 이루어질 수 있도록 디지털 트랜스포메이션이 이루어져야 한다.


급변하는 우리 사회를 표현할 때 ‘4차 산업혁명’와 ‘지능정보화시대’로 명명한다. 하지만 개인적으로 ‘디지털 트랜스포메이션’이라는 용어를 자주 선택하여 사용한다. 이는 완료형이 아닌 현재 진행형인 우리 사회에 대해 원리와 기술, 문화를 융합하려는 노력의 자세를 반영한 표현이기 때문이다.


OECD에서는 Education 2030을 통해 개인과 사회의 웰빙을 위해 지식과 기능, 태도의 총제인 역량을 강조한 바 있다. 유럽과 미국을 비롯한 선진 국가에서는 핵심 교과를 모국어와 함께 수학과 과학을 선정하여 교육과정의 중심에서 지식과 기능에 더한 역량 교육을 펼치고 있다. 그렇다면 우리의 과학교육은 학교수업에서 시대의 흐름과 요구를 적절하게 반응하며 적용하고 있는가? 이런 물음에 흔히 PISA의 성적과 순위를 제시하며 그 펼침의 정도를 겉으로 평가하고 있다. 하지만, 학교 현장에서는 PISA의 평가 기준의 도달을 위한 과학 수업을 구성하는 시작 단계부터 어려움과 해결해야 할 문제에 직면하게 된다. 과학 교과에 대한 흥미와 선호도의 저하, 수업을 바라보는 관점과 임하는 태도에 대한 공감 부족, 학습 목표의 도달을 위한 최적의 수업 설계 요구, 무엇보다 과학 수업에서 구성원 모두의 만족을 이끄는지에 대한 가장 기본적인 물음에 선뜻 답하지 못하고 있는 것이 현실이다. 더욱이 코로나19로 인한 학습환경의 변화로 이러한 문제점이 복합적으로 불거져 ‘학습격차’로 대두되고 있기 때문이다.


그렇다면 이러한 시대변화와 사회 현상, 과학교육의 본질을 담고 과학 수업의 발전을 꾀하면서 지금의 문제를 해결할 수 있는 방법으로는 무엇이 있을까? 이를 위해서는 과학교육 전반에서 디지털 트랜스포메이션의 시도와 미래교육으로의 체제전환이 필요하다. 가장 먼저 과학교육은 생태계적 관점의 미래교육플랫폼에서 학생중심수업으로의 다가섬을 우선한다. 다음으로 이러한 학습환경과 수업 방법의 최적화를 위해 모두의 참여를 제공하고 수업에서 자신의 잠재된 가능성에 대한 발견에 도움을 주는 ‘에듀테크(EduTech)’를 활용하는 수업이 효과적으로 적용되도록 한다. 마지막으로 연구와 실천을 지향하는 공동체 문화가 성숙하고 수업공동체의 디지털시민성이 보장될 때 모두의 과학 수업을 위한 발전을 꾀할 수 있다.


생태계적 관점과 학생중심수업으로 다가서기



좋은 과학수업은 생태계적 관점의 미래교육 플랫폼 환경에서 교육과정과 학생중심수업, 과정중심평가와 기록이 일체화되는 전체 과정에서 에듀테크가 적용, 활용되도록 한다. 교육목표의 도달과 다양한 학습 경험을 제공하고 개별 학생의 성장을 지원하고 만족을 이끄는 스캐폴딩과 피드백이 시의성과 편의성을 바탕으로 제공되어야 한다.
과학교육은 교육과정과 교육콘텐츠, 교수방법, 학습자의 특성을 반영하여 구성되어야 하면 과학수업에서 완성될 수 있도록 설계되도록 한다. 면대면, 비대면 학습환경의 경계 없이 교수학습과 자기주도학습 뿐만 아니라 수업에서 교육목표에 효율적으로 도달할 수 있도록 수업설계(T-PACK) 과정이 중요시되며 주어진 환경에서의 최적의 수업 설계가 강조되어야 한다.


에듀테크를 활용한 모두의 과학 수업 펼치기


에듀테크는 당면한 교육의 문제를 정보통신기술(ICT)과 교육의 화학적 결합으로 해결하려는 산업이자 플랫폼이며 도구이다. 이러한 교육과 기술의 만남은 최근 미국을 중심으로 성장세를 보이고 우리나라를 비롯한 아시아와 유럽의 전 지역에도 시장이 확대되고 있다. 코로나19 이전, 학교 현장에서는 교육에 대한 기술의 접근이 여러 가지 이유로 제한적이었으며 교실 수업에서는 더더욱 기술과 교육에 대한 인식의 제고가 빈번하게 요구되어졌다. 하지만 코로나19와 맞닿으며 비대면 학습환경에서의 상호작용이 정보통신기술의 도움으로 자연스러워졌으며 교육과 기술의 만남은 더이상 새로운 시도의 사례가 아닌, 일상에서의 보편적인 활동으로 자리 잡게 되었다. 과학교육과 기술의 만남은 단순한 교류의 수준에 머물러서는 안된다. 모든 학생이 과학 교과의 지식을 생활과 연결 지으며 문제를 해결하는 과정에서 검색과 기록, 저장과 공유의 활동을 돕고 지원해야 한다. 과학의 개념에 대한 이해를 바탕으로 과학적 탐구 능력과 태도를 함양하며 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결할 수 있도록 에듀테크의 활용을 통한 모두의 과학 수업이 이루어질 수 있도록 디지털 트랜스포메이션이 이루어져야 한다.



이와 같은 에듀테크의 장점을 활용하여 다음의 시도와 접근으로 ‘모두의 과학수업 이끌기’를 진행할 수 있다.


가. 스마트 모빌리티 솔루션으로 접근
교육에서의 스마트 모빌리티 솔루션은 언제 어디서나 학습할 수 있는 학습환경에서 운영되는 플랫폼과 도구의 유기적인 상호작용의 시스템이다.
에듀테크를 활용한 학습환경은 공공플랫폼과 민간플랫폼으로 나눌 수 있다. 우리는 온-오프라인 혼합학습 환경에서 EBS 온라인클래스, E-학습터와 구글 워크스페이스와 MS 팀즈를 경험해 보았다. 더하여 클라우드 컴퓨팅 기술을 바탕으로 실시간 협력을 지원하는 웹보드, 협업문서의 도구를 활용하였고, 단위 차시 과학 수업을 돕는 어플리케이션 기반 측정 및 관찰, 영상 편집과 기록을 탐구과정에서 활용하였다. 특정 환경에 영향을 받지 않고 수업을 통해 배움을 이끌 수 있으며 언제 어디서나 자기주도학습을 통해 성장할 수 있다는 가능성을 발견하게 되었다. 2022년 서울시 교육청에서 펼치는 ‘학생의 학습을 지원하는 BYOD 가방 쏙’ 사업의 시행은 발전을 도모할 수 있다. 학생의 ‘디벗’ 활용은 학교와 가정을 연계한 학생의 지식구성 활동으로 스마트 모빌리티 솔루션을 통한 과학 수업의 확장을 꾀하며 수업과 자기주도학습을 통한 자신의 가능성과 만족을 기대할 수 있다.



나. 과학 수업을 지원하고 학습자의 학습을 배려하는 도구적 활용
대표적인 에듀테크인 디지털교과서는 서책형 교과서의 한계를 넘어 다양한 멀티미디어 콘텐츠와 외부자원을 활용‧연계하여 나만의 지식구성을 진행할 수 있는 플랫폼이자 도구이다. 학생은 디지털교과서 본문의 콘텐츠를 활용하여 지식구성을 스스로 진행할 수 있다. 더하여 외부자원을 연계하며 자신의 학습 흔적과 이력을 남길 수 있는 장점이 있고, 지식구성의 과정에서 선개념과 오개념, 난개념의 문제를 상호작용의 틀인 위두랑을 통해 친구와 선생님과 함께 협력하며 해결할 수 있다.
디지털교과서는 과학 수업에서 미시적, 거시적 세계에 대한 이해도를 높일 수 있는 강점이 있다. 이는 한 예로 화학반응의 규칙성, 별과 우주에 대한 학습 과정에서 미시적 관계와 거시적 현상에 대해 가상현실(VR)과 증강현실(AR)의 콘텐츠를 직접 활용하며 간접경험을 통한 학생 스스로 체화하며 지식을 구성할 수 있다. 이는 학습자의 상태에 대한 깊은 배려가 적용된 에듀테크의 도구적 특징의 한 예라 할 수 있다.


다. 개별 학생의 성장지원을 돕는 인공지능(AI)
최첨단 에듀테크를 활용한 미래교육의 체제 전환이 본격화되면서 교육부를 비롯한 각시도교육청에서는 한국형 과학교육의 종합계획을 발표했다. 첨단과학기술의 활용, 과학적 탐구 역량 함양, 한국형 과학교육의 세계화를 통해 이루어 낸다는 것이다. 구체적으로 첨단 기술이 적용된 ‘지능형 과학실’을 모든 학교에 구축해서 발전하는 첨단과학을 학생이 직접 체험하며 학습할 수 있도록 지원할 것임을 공표했다. 이러한 맥락에서 AI를 활용한 과학 수업의 접근은 인공지능을 활용하는 교육, 인공지능을 설계하고 구현하는 교육, 인공지능의 핵심기술과 새로운 알고리즘을 개발하는 교육의 분야에서 현재는 과학 수업에서 인공지능을 활용하는 수준에서 진행되고 있다. 과학의 개념과 관련한 지식의 위계에서 학습자의 맞춤형 서비스와 콘텐츠를 제공하여 개별 학생에게 도움을 주는 수준이다. 이후 급속한 발전과 현장의 적용 과정에서 생산되는 학습자의 학습 이력과 흔적인 빅데이터를 AI가 분석하여 수업에서 개별 학생과 교사에게 의미 있는 정보로 제공하여 동반 성장을 꾀할 수 있다.




라. 함께 나누고 함께 성장하는 메타버스
메타버스(metaverse)를 활용한 과학수업은 각자의 아바타로 온라인 가상공간에 접속해서 수업에 참여하며 탐구‧실험할 수 있다. 실재감의 강점을 장점화하여 학교 현장의 도입을 적극 추진하고 있다. 2D로 구현되는 게더타운의 경우 링크 연결을 통한 외부자원의 공유와 실시간 화상을 통한 이용자간의 상호작용으로 정보를 공유하며 지식을 구성하고 확산할 수 있다. 하지만, 장점에 비해 현재는 관련 이용자의 특성이 반영되지 못한 점과 역기능에 대한 대처의 미흡함이 있어, 규칙과 예방책 없이 바로 수업으로의 적용은 고려되어야 할 점이 많다.



연구와 실천의 공동체, 디지털시민으로 발전하기



학교 현장에서 에듀테크를 활용한 과학 수업의 적용은 교사의 의지와 열정만으로 이루어지기 어렵다. 수업을 통한 교육활동에서의 반드시 복잡성과 연결성이 고려되어야 한다. 단순한 흥미와 호기심을 시작으로 기술과 교육의 만남이 진행된다면 분명 난처하고 위험한 상황을 맞이하게 될 것이다. 과학 수업에서 활용되는 에듀테크는 실효성과 근거를 기반으로 수업에서 적용되어야 한다. 단순 흥미 유도와 호기심 유발의 콘텐츠는 효과적인 측면에서 한계에 직면하게 된다. 에듀테크를 활용한 과학 수업은 모든 학생에게 만능이 될 수 없고, 모든 교사에게 적용되는 만병통치약이 아니다. 에듀테크가 활용되는 과학 수업에서는 학생의 자기주도적 참여와 학습 동기를 전제로 이루어진다. 기술과 교육의 중심에는 사람이 있다. 기술의 발전과 AI가 학교 현장에 급속히 도입되는 지금 우리는 보다 면밀한 연구자의 자세와 올곧은 실천을 위한 수업공동체의 마음가짐을 가져야 한다. 더이상 학생은 지식의 소비자가 아니며 소비하며 생산하는 프로슈머이다. 나눔과 공유, 협력과 창의를 바탕으로 지식 구성하는 학생은 교복 입은 디지털시민으로서의 역량을 가져야 한다. 과학 교과 교육과정에서 핵심역량이 자연스럽게 신장 될 수 있도록 수업을 설계하고 재구성되도록 한다.



더하여 AI를 비롯한 에듀테크를 활용한 학습이 지식의 기억과 이해의 수준에서 접근할 수 있는 것은 매력적이다. 다만, 응용과 분석, 창의 단계에서는 AI의 단순 분석을 통한 정보제공의 수준을 넘어 에듀테크를 이끄는 교사의 조언과 피드백이 중요하게 작용한다.


필자는 현재의 학습격차 문제와 학생중심수업을 위한 과학 수업의 어려움을 해결하기 위해 학교 현장에서 에듀테크를 활용한 디지털 트렌스포메이션이 적용된 과학 수업을 적극적으로 추천한다. 과학 수업에서의 에듀테크 활용은 학생의 개방형 지식구성을 돕고, 검색과 기록, 저장과 공유활동을 최적화할 수 있는 강점이 있기 때문이다. 또한 PBL활동에서 과학 교과 지식을 실생활의 문제로 연결 짓고 해결하는데 효과적이다. 무엇보다 ‘채움과 비움’, ‘따로 또 같이’를 통한 에듀테크의 활용을 최적화한 과학 수업의 설계와 적용으로 수업공동체 모두가 만족하며 자신의 가능성을 발견할 수 있는 기회가 되길 기대한다.


김두일 선생님은 스마트교육 중앙 선도교원(교육부), 전국 중등 디지털교과서 활용 수업 연구회 회장(교육부) 서울미래학교 프론티어 교사단(서울시교육청), 과학과 창의융합자료 개발(한국창의재단), 에듀테크 선도교사단(서울시교육청) 등으로 있으면서, 다양한 상호작용을 최적화하여 살가운 배움(VIOLET)을 이끌고자 연구하며 실천하고 있다.