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미리 보는 지능형 과학실

대전봉산초등학교 ‘큐브과학실’ 새 시대에 맞는 교육이 이뤄지기 위해서는 그에 맞는 공간과 환경이 우선적으로 갖춰져야 한다. 교육부는 최근 ‘제4차 과학교육종합계획(2020~2024)’을 통해 2024년까지 모든 학교에 ‘지능형 과학실’을 구축하겠다는 계획을 발표했다. 여기서 강조된 ‘지능형 과학실’은 첨단 과학기술을 이용한 과학탐구가 가능한 온·오프라인 공간으로서, 과학교육의 새로운 변화를 이끌 촉매제가 될 것으로 전망된다. 창의융합형 과학실 사례를 통해 미래 지능형 과학실의 모습을 엿보고, 향후 지능형 과학실이 성공적으로 운영되는 데 필요한 요소에 대해 살펴본다.1_ ‘지능형 과학실’로 탐구중심 과학교육 실천한다.2_ 놀이 공간인 듯, 카페인 듯… 과학실의 대변신3_ 온-오프라인, 학교 안-밖 연결하는 과학탐구 공간4_ ‘지능형 과학실 플랫폼’이 지원할 미래 탐구 활동

2020년 08월 | 조회수: 59 | | |
‘지능형 과학실’로 탐구중심 과학교육 실천한다

글 김도영 교육부 교육과정정책과 교육연구사지능형 과학실은 학생들이 미래를 선도하는 인재로 커 갈 수 있도록미래형 과학교육 환경을 조성하고 탐구중심 과학교육을 실천하는 데 목적이 있다. 우리나라는 시대에 따라 명칭은 약간씩 다르지만 초·중등학교 과학교육을 발전시키기 위한 종합적 계획(방안)을 수립하고 추진해 왔다. 1967년 과학기술교육 진흥 5개년 계획(1967~1971)을 발표한 이후 올해까지 11개의 과학교육 관련 종합계획(방안)이 수립·추진됐다. 종합계획에는 수립 당시의 과학교육 문제점을 해결하고 발전시키기 위한 다양한 대책이 포함되어 있는데, 지속적으로 강조한 점은 교사 중심의 수업에서 벗어나 학생 중심의 탐구·실험형 수업으로 전환하는 것이라 할 수 있다.학생 중심의 탐구·실험형 수업으로 전환 이와 관련하여 교육부에서 수립·발표한 계획들을 살펴보면, 2002년 7월에 발표된 ‘과학교육 활성화 계획(2003~2007)’에서는 학생들의 탐구·실험·관찰 경험을 확대하기 위해 ‘실험실 현대화’를 추진하였고, 그 결과 전체 학교 중 67%가 충분한 실험 기자재 확보 등 현대화된 실험실을 보유하게 되었다. 이어 2007년 12월에 수립된 ‘과학교육 내실화 계획(2008~2015)’에서는 현대화된 실험실을 활용한 교수법·평가 방법 개선 등 주로 교육의 소프트웨어 개선을 추진하였다. 이후 2016년 2월에 발표한 ‘과학교육 종합계획(2016~2020)’에서는 첨단 과학기술과 음악, 미술, 인문학 등이 융합된 교육 활동이 가능한 ‘창의융합형 과학실’을 구축하여 지원하고자 하였다. 올해 5월 26일 수립·발표된 제4차 과학교육 종합계획의 ‘지능형 과학실 구축’ 사업도 학생 중심의 탐구·실험형 수업 강화를 기반으로 한다고 할 수 있다. 이는, 지식의 생성과 순환을 중시하는 오늘날 교육 패러다임과 탐구 활동을 기저로 하는 과학교과의 특성에 기인한다고 볼 수 있다. 특히, 오늘날의 사회생활이 오프라인 중심에서 온·오프라인이 연계된 모습으로 급변하면서 자연스럽게 교육환경에서도 온라인 교육과 가상의 세계가 연계되었다. 이러한 배경과 시대적·사회적 필요성 등을 종합하여 볼 때, 지능형 과학실은 학생들이 현재의 발달된 과학기술에 관한 지식을 향유하며 탐구하여 미래를 선도하는 인재로 커 갈 수 있도록 미래형 과학교육 환경을 조성하고 탐구중심 과학교육을 실천하는 데 목적이 있다고 할 수 있다. 국가교육 초창기가 아닌 최첨단의 시대에 교육환경 조성은 자칫 구태를 답습하는 교육정책으로 비춰질 수 있으나, 학생의 능동적 학습 조건과 협동적·자기주도적 탐구학습을 활발하게 할 수 있는 교육환경 마련은 교육 혁신의 시작이라 할 수 있다.2024년도까지 모든 학교에 지능형 과학실 구축 이에, 지능형 과학실 구축 및 운영을 위한 5개년의 추진 로드맵을 살펴보면 [그림]과 같다. 우선, 현재 운영 중인 창의융합형 과학실 모델학교 86개교에 지능형 과학실 기초 연구 결과(2020년)를 적용하면서 학교 현장의 의견을 수렴하고, 이후 도출된 운영 성과를 토대로 2021년부터 본격적으로 추진하여 2024년까지는 모든 학교를 대상으로 구축할 예정이다. 또한, ‘지능형 과학실 학습 플랫폼’ 구축 연구를 토대로 실생활의 데이터를 분석, 처리, 활용할 수 있으며, 증강현실(AR)·가상현실(VR) 등 지능정보기술 기반의 가상 실험 프로그램과 수요자 중심의 다양한 콘텐츠를 자유롭게 활용할 수 있는 학습 플랫폼을 2022년까지 구축할 계획이다. 아울러, 지능형 과학실 지원센터를 구축·운영하여 온·오프라인이 연계된 과학실 학습을 위한 다양한 콘텐츠와 프로그램을 지속적으로 개발·보급하고, 온라인 상의 지능형 과학실을 관리하는 기능도 지원할 예정이다. 과학 분야 인력 양성의 뿌리인 초·중등 과학교육은 실험·실습·체험 등 경험학습과 사회와 연계된 교육 기회 제공이 중요하므로 학교 교육환경뿐만 아니라 지역사회 등 교육 여건과 배경에 크게 영향을 받게 된다. 이처럼 과학교육에서 교육환경이 매우 중요한 요인으로 작용함을 고려할 때, 시·공간을 초월하여 체험하고 실험할 수 있게 하는 지능형 과학실은 학생의 학습 동기와 흥미를 유발하고 지속적으로 탐구하는 터전으로서 자리 잡을 것이다. 특히, 오늘날은 이미 무선인터넷과 디바이스가 일상생활의 기본 인프라로 작용하는 사회이다. 인공지능으로 대표되는 지능정보기술을 활용한 다중감각적이고 실감형의 프로그램과 학생 저마다의 요구를 충족시킬 수 있는 무한한 콘텐츠와 교육 도구를 개발·보급하여 활용할 수 있도록 관련 정부 부처 및 시·도교육청과 협력하고, 학교 현장, 대학, 연구소, 단체 등이 힘을 모아 노력한다면 모든 학생들이 지능형 과학실에서 첨단 사회를 누리며 미래를 준비할 수 있을 것으로 기대해 본다.

2020년 08월 | 조회수: 29 | | |
놀이 공간인 듯, 카페인 듯… 과학실의 대변신

창의융합형 과학실 구축 사례_ 대전봉산초·마산제일고글 양지선 기자 태블릿PC를 이용해 AR 실감형 콘텐츠를 활용하고, 3D펜으로 자신의 아이디어를 실제로 구현해보는 과학 수업은 이제 미래의 일이 아니다. 지능형 과학실의 바로 전 단계라고 할 수 있는 창의융합형 과학실에서는 이미 첨단 기기를 활용한 과학 실험, 또는 실생활 문제를 협력적으로 해결할 수 있는 환경이 갖춰져있다. 대전봉산초등학교(교장 윤정병)와 마산제일고등학교(교장 문창은)의 사례를 통해 미래 지능형 과학실의 모습을 미리 들여다본다. 대전봉산초등학교의 창의융합형 과학실 ‘큐브과학실’은 학생들의 상상력을 자극하는 공간이다. 게임기를 본뜬 모양의 책상은 둥글게 모여 함께 활동하기 좋고, 과학실 뒤쪽에 공간을 분리해 마련한 ‘상상토론방’에서는 과학 참고서적과 화이트보드를 비치해 모둠별로 다양한 아이디어를 함께 나눌 수 있다. 카페에 온 듯한 나무색 인테리어와 환한 조명은 과학실을 편안하고 머물고 싶은 공간으로 만들었다. 이전 과학실에서 교사가 나눠주는 종이 자료를 학습하는 형태로 수업이 이뤄졌다면, 새롭게 구축된 과학실에서는 학생 개개인이 태블릿PC를 활용해 AR 실감형 콘텐츠로 학습하거나 VR 도구 및 3D펜을 이용한 학생 주도적인 활동이 가능해졌다. 학생들 간 아이디어를 공유할 때는 교사가 개개인이 가진 태블릿PC 화면을 자유롭게 무선 미러링할 수 있는 공유시스템을 구축했다. 덕분에 발표하기를 부끄러워하던 학생들도 자연스럽게 수업에서 두각을 나타내고, 탐구 내용을 함께 공유하며 각자의 생각을 업그레이드할 수 있는 환경이 이뤄졌다.대전봉산초 ‘큐브과학실’태블릿PC 활용해 학생 주도적 탐구활동 이뤄져 노현선 교사는 “학습 상황에 학생들이 몰입해 참여할 수 있도록 실생활에 맞는 주제나 문제 상황을 제시하고, 학생이 활동의 주인이 되어 탐구하도록 했다.”라며 “과학실이 변한 이후 그에 맞는 새로운 유형의 학습 방법을 익힌 학생들이 과학에 대한 흥미가 높아지고 적극적으로 수업에 참여하는 걸 느꼈다.”라고 말했다. 대전봉산초는 2학기에 블렌디드 러닝과 플립 러닝(거꾸로 수업) 방식으로 온라인을 통해 먼저 학습 내용을 배운 후, 등교 수업 시간에 1인 실험 위주로 이뤄지는 과학 수업을 진행할 예정이다. 태블릿PC를 통해 교실 속에서 서로 탐구 결과를 공유하고, 교사의 피드백을 병행함으로써 코로나 상황을 최대한 극복해나간다는 계획이다. 노현선 교사는 탐구 공간의 조건으로 △문제 상황에서 협업하고 토의·토론하는 배움의 공간 △일상생활 문제에 대한 아이디어를 내는 공간 △디지털 융합 활동으로 연결과 공유가 가능한 공간 △자기의 생각을 실제로 구현해보는 창작의 공간을 꼽았다. 그는 “현실적으로 기반이 갖춰져 있지 않으면 원하는 수업을 구현하기 힘든데, 이런 공간이 학교 현장에 만들어진다면 앞서가는 수업을 할 수 있다.”라며 “지능형 과학실이 전체 학교에 구축되어 모든 학생이 새롭고 재미있는 과학교육을 받을 수 있으면 좋겠다.”라고 전했다.대전봉산초는 과학실 내 뒤쪽 공간을 분리해 ‘상상토론방’을 마련했다. 과학 참고서적과 화이트보드 등을 비치해 모둠별 아이디어 회의가 이뤄지는 공간이다.학습-실험-토의 영역별 공간 분리해 효율화 농어촌학교인 마산제일고등학교는 창의융합형 과학실을 통해 부족한 교육 인프라를 극복하고 있다. 과학실 구축 과정에서 학생들은 과학실 이름과 공간 구성 아이디어, 슬로건 등 의견을 제안하고, 직접 과학실 영역별 벽화를 그리며 주체적으로 참여했다. 그 결과 탄생한 교내 창의융합형 과학실 ‘과학e몽실몽실’은 기존의 물리실과 생물실로 나눠진 두 과학실을 하나로 합쳐 넓은 공간을 만들고 발표와 학습 영역, 실험 영역, 토론 영역 등 세 영역으로 나눠 모둠별로 각기 다른 활동이 진행될 수 있게 구성했다. 무선 인터넷 환경을 구축해 노트북과 태블릿PC를 활용한 탐구 실험도 가능해졌다. 과학실 구축 후 수업 내용에서 가장 크게 달라진 점은 교사가 아닌 학생들이 스스로 탐구할 주제를 선정하게 했다는 것이다. 이은정 교사는 “과학탐구의 시작인 문제 인식부터 결론 도출까지 교사는 조력자 역할만 하고, 아이들이 협력의 의미를 스스로 깨달으며 내용을 탐구하고 결과를 산출해냈다.”라고 설명했다. 예를 들어 ‘방사능’을 주제로 한 모둠은 방사능의 개념 및 위험성, 안전기준, 피해 사례 등을 조사한 뒤 교내에서 방사능을 직접 측정해 얻은 데이터를 분석, 해석하는 프로젝트 활동을 수행했다. 마산제일고 ‘과학e몽실몽실’마산제일고 창의융합형 과학실 구축 후 도면과 실제 모습“과학교육 온라인 플랫폼으로 새로운 수업 기대” 이처럼 모둠별 프로젝트로 한 가지 주제를 정해 긴 시간 탐구하는 활동은 수업 태도와 참여도에 변화를 일으켰다. 학생들은 탐구 습관을 길러 수업에서 나아가 일상생활로 확장하게 됐고, 생각이 깊어져 발표에 자신감이 생기고, 실험에 실패했을 때는 무엇이 잘못됐는지 생각해보고 다시 시도하는 힘을 길렀다. 올해 마산제일고는 수업 시간에 진행되는 실험과 활동을 영상으로 제작하고자 영상 장비를 갖추고, 3D 프린터와 VR 기기도 추가로 마련해 수업에 활용할 계획이다. 이은정 교사는 “과학교육에서 학생들이 과학적 데이터를 해석해 실생활 문제 해결로 이어지는 활동이 매우 중요하다.”라며 “탐구 도구를 유용하게 활용할 수 있는 과학교육 온라인 플랫폼이 구축된다면, 새로운 교육 활동을 시도하려는 움직임이 더 많아질 것”이라고 전했다.

2020년 08월 | 조회수: 45 | | |
온-오프라인, 학교 안-밖 연결하는 과학탐구 공간

글 홍옥수 한국과학창의재단 과학수학교육개발실장 2020년 5월, 교육부가 발표한 ‘제4차 과학교육종합계획(2020~2024)’은 지능정보사회의 소양을 갖추고 세계를 선도하는 인재 양성을 위해 “기초를 다지고, 첨단을 누리고, 미래를 이끄는 과학교육”을 목표로 6개 추진전략과 16개 중점추진과제를 제시했다. 과학교육에서 ‘탐구’는 매우 중요한 목표이자 역량으로 강조되어 왔다. 2015 개정 과학과 교육과정의 교과 역량은 ‘과학적 탐구 능력’을 포함하고 있으며, 지난해 교육부·과학기술정보통신부·한국과학창의재단이 발표한 ‘미래세대 과학교육표준’ 역시 “과학적 문제해결을 위해 실험, 조사, 토론 등으로 증거를 수집, 해석, 평가하여 과학지식을 구성하는 능력”인 ‘과학적 탐구력’을 과학교육이 지향해야 할 중요한 역량으로 제시한 바 있다.지능형 과학실이 구축되기 위한 과제첫째 2024년까지 모든 초·중등학교에 지능형 과학실을 구축하기 위해 기존 창의융합형 과학실 모델을 발전시켜 첨단과학기술 기반의 수업 환경을 갖춘 지능형 과학실 모델학교를 단계적으로 구축·운영해 나가야 한다. 2017년부터 운영된 창의융합형 과학실은 주제연구 및 프로젝트 수업에 최적화된 실험실의 공간혁신 모델로서 준비영역, 발표/학습영역, 실험영역, 토론영역 등 기능별로 모듈화된 공간 구성이 특징이다. 특히 실험영역은 다양한 디지털 탐구도구를 활용하여 첨단과학기술과 접목한 과학탐구가 가능한 공간을 지향하므로 학교 내 지능형 과학실 구축에 참고가 된다.둘째 지능형 과학실이 성공적으로 운영되기 위해서는 실제 데이터(real data)를 수업에서 자유롭게 활용할 수 있도록 지원하는 온라인 과학탐구 플랫폼 개발이 필수적이다. 과학탐구에 필요한 실제 데이터(real data)를 제공하는 것을 넘어, 지능형 과학실에서 학생들이 디지털 탐구도구를 활용하여 수집한 데이터들을 실시간으로 축적하고, 과학탐구를 위해 데이터를 자유롭게 변형·활용할 수 있는 기능을 제공함으로써 미래세대가 지능정보사회의 핵심 소양인 ‘데이터 리터러시’를 함양하는 데 기여할 수 있다. 또한 포스트 코로나 시대에 대응하여, 학생이 개별적 또는 협력적으로 온라인 상황에서 실험을 설계·수행할 수 있도록 지원하거나, 시공간을 초월한 과학탐구 활동을 위해 다양한 원격수업 모델을 접목할 필요가 있다.셋째 지능형 과학실에서 지능정보기술을 활용한 과학탐구가 구현되기 위해서는 과학탐구를 지도하거나 촉진하는 교사의 역할이 무엇보다 중요하다. 교육부와 한국과학창의재단이 지난 7월 9일 개최한 ‘지능형 과학실 구축을 위한 온라인 토론회’에 참여한 교사들은 지능정보기술을 과학탐구 수업에서 활용할 수 있는 구체적인 방법에 대한 교사연수가 필요하다는 데 의견을 모았다. 이에 첨단과학기술을 활용한 과학수업 선도모델 개발, 교사연수 및 과학수업 컨설팅을 등을 추진하는 지원센터 마련이 시급하며, 교대·사범대를 거점 지원센터로 활용한다면 현장 교원 및 예비 교원의 수업역량 강화에 기여할 수 있을 것이다. 인공지능이 근간이 되는 지능정보사회, 그리고 코로나19가 촉발한 뉴노멀 시대를 살아가는 미래세대를 위해 과학교육은 새로운 표준을 받아들이는 동시에 새로운 표준을 제시할 수 있어야 하며, 과학탐구의 변화를 가져올 지능형 과학실은 이러한 변화를 견인하는 촉매제가 될 것이다.지능형 과학실 구축을 위한 온라인 토론회선생님들이 생각하는 지능형 과학실정리 편집실“이제 과학탐구는 단순히 실험뿐 아니라 창의적 문제해결을 위한 실험, 조사, 토론, 발표 등 폭넓은 활동을 의미합니다. 그에 맞는 공간을 제공하기 위해서는 과학실이 ‘과학실험실’이 아닌 과학을 위한 공간으로 거듭나야 합니다. 지능형 과학실을 통해 그동안 과학실에서 할 수 없었던 PBL, CPS 모형의 수업이 구현되고, 토론과 창작공간이 생겨 새로운 활동이 가능하게 됩니다.”손정우 경상대 교수 “지능형 과학실이 성공적으로 운영되려면 먼저 교과서에 디지털기기 수업사례를 실어서 교사가 적용할 수 있도록 해야 합니다. 그리고 교내 디지털기기를 관리하는 인력과 지원체계가 정밀하게 구축되었으면 합니다. 과학교사가 최신 정보기술을 배울 수 있는 연수도 많이 개설해 주십시오.”박지선 혜화여고 교사“일반적으로 과학실은 직사각형 형태여서 교사와 멀리 떨어져 있는 학생이 있습니다. 그래서 저희 학교는 과학실 리모델링 시 교사를 중심으로 실험대를 원형으로 놓는 형태로 구성했습니다. 또, 팀별 프로젝트 실험에서는 서로 데이터를 공유하도록 하는 등 과학실 안에서 더 잘 소통할 수 있는 방법을 고민했습니다. 만약 외부 실험 데이터를 가져올 수 있다면 아이들의 궁금증이 해결될 기회이자 지역사회, 나아가 세상과 연결되는 경험을 하게 될 것입니다.”노희진 선인고 교사

2020년 08월 | 조회수: 29 | | |
‘지능형 과학실 플랫폼’이 지원할 미래 탐구 활동

글 임완철 성신여대 겸임교수(서울시교육청 미래교육 정책자문관) 최근 20년 동안 진행되어온 학교 과학탐구 공간 정책은, 쉼 없이 낡아지는 과학실의 설비와 환경을 개선하는 정책(과학실 현대화)에 이어, 개별 학교의 과학교육 공간을 클러스터화하는 공간 모형(교과교실형 과학실 ’09), STEAM 활동을 지원하는 교과융합형 공간 모형(미래형 과학실 ’12~’14), 교과서의 범위를 벗어나 실세화의 문제를 동료들과 협업하며 탐구할 수 있는 공간 모형(창의융합형 과학실 ’17~’20)을 기반으로 하여, 지능정보기술을 과학탐구 공간에 적용하여 학생활동을 지원하는 공간 모형(지능형 과학실 ’20~)으로 이어지고 있다. 2021년부터 학교 현장에 순차적으로 배치될 지능형 과학실에서 학생은 교과서에 포함된 실험탐구뿐만 아니라 학생이 직접 설계한 실험탐구를 수행하고, 과학 교과의 범위를 넘어 다양한 교과가 융합된 개인 탐구와 소그룹 탐구를 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 가상현실과 증강현실 기술(이하 지능정보기술)을 활용하여 수행할 수 있게 된다. 이와 같은 탐구 활동을 지원하기 위해서 구축될 ‘지능형 과학실 플랫폼’에서 학생은 새로운 과학 탐구 활동을 경험하게 될 것이다. 01 실시간 데이터 경험 지능형 과학실에서 학생은 다양한 위치, 조건, 장치에서 측정되는 실시간 데이터를 이용해 탐구하며, 평균으로 압축되거나 시공간의 특정 위치에 정지상태로 가공된 데이터가 아니라 실시간으로 생성되는 데이터의 전체집합(전체집합이라는 의미에서 빅데이터)을 다루며 세계 속 숨은 의미를 탐구할 수 있을 것이다. 물론, 학생과 동료 학생이 직접 측정한 실시간 데이터뿐만 아니라, 다양한 기관에서 공개하고 있는 ‘공개 데이터’ 역시 활용하게 될 것이다.02 서로 연결된 과학실 경험 지능형 과학실에서 학생은 디지털 플랫폼으로 연결되는 (글로벌 수준의) 원격지의 과학실 장치와 그곳의 전문가, 또 그곳에서 진행되는 탐구와 실험의 결과를 활용할 수 있다. 예를 들어, 서해안 갯벌 인근 학교에서 갯벌에 설치한 웹캠으로 갯벌 생태계의 24시간을 실시간으로 탐구할 수 있다.03 원격지 학생과의 협업 경험 지능형 과학실에서 학생은 원격지의 학생들과 공동으로 수행하는 탐구 활동을 경험하고, 그들과 의견을 주고받으며 탐구과정에서 발생하는 데이터와 현상을 공유하며 협업할 수 있다. 예를 들어, 과학고등학교 학생은 학내 봉사활동으로 전국의 초등학교 학생들의 탐구 활동을 원격지에서 도와줄 수 있게 된다.04 지능형 기술 활용 경험 지능형 과학실에서 학생은 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷, 가상현실과 증강현실 기술을 경험하는 수준을 넘어 본인의 탐구과정에 활용할 수 있다. 예를 들어, 교실에서 사물인터넷 기술로 측정되는 온도와 습도 빅데이터를 딥러닝 프로세스에 적용해 교실 에어컨을 자동제어하는 알고리즘을 개발해보는 탐구를 수행해볼 수 있을 것이다.05 지능형 공간 경험 지능형 과학실 정책에서는 기존의 과학실을 지능형으로 전환하는 노력 역시 시도될 것이다. 지능형으로 전환된 과학실에서 학생은 인공지능 에이전트와 대화하며 실험하고, 탐구과정을 설계하고, 데이터를 해석해보는 경험을 할 수 있다. 지능형 과학실 플랫폼에는 학생과 교사가 탐구 과정에서 활용할 수 있는 다양한 디지털 자원이 등록·저장·연결·배치된다. 디지털 자원에는 첫째, 학생 탐구 과정에서 활용 가능한 형태로 정리·정돈된 데이터 세트가 저장된다. 학생이 측정하고 있거나, 기관에서 제공한 빅데이터 그리고 학생 탐구 과정과 결과를 저장하는 데이터 플랫폼의 기능이 제공된다. 둘째, 화상으로 연결하여 자문을 받을 수 있는 출연연과 대학 연구실의 연구원 등의 전문가뿐만 아니라, 디지털로 연결 가능한 전문적인 실험 설비와 웹캠, 디지털 현미경 등의 장치를 포함하는 디지털 자원이 등록된다. 셋째, 지능정보기술을 활용하여 제작된, 교육과정의 안과 밖으로 연결되는 과학 탐구 디지털 콘텐츠가 등록되고 저장된다. 이를 위해 다양한 디지털 콘텐츠 생산 주체들이 개발한 콘텐츠를 등록할 수 있는 공간이 마련되어 지능형 과학실 플랫폼에서의 사용을 지원할 것이다. 넷째, 온라인으로 수행 가능한 실험탐구 교육 프로그램이 등록된다. 교육과정에 맞추어 개발된 프로그램뿐만 아니라 학생이 선택하여 수강할 수 있는 다양한 종류의 온라인 실험탐구 교육과정이 등록될 것이다. 지능형 과학실에서 학생은 교육과정 내의 주제뿐만 아니라 실생활에서 발견한 주제를 탐구하는 과정에서 동료 학생들과 협업하고 전문가의 지원을 받아 지능정보기술 활용 역량을 키우고, 전 세계에 흩어져 있는 자원을 활용하며 세계 속의 비밀을 체계적으로 탐구하는 과학 탐구 역량을 키워갈 것이다. ※ 2020년 현재 한국과학창의재단에서 ‘지능형 과학실’과 ‘지능형 과학실 플랫폼’을 기획하는 기초연구가 진행 중이고, 이 글은 기초연구의 과정에서 개발되고 있는 ‘지능형 과학탐구 공간모형’에 대한 아이디어에 기초해 작성되었다.

2020년 08월 | 조회수: 20 | | |
미래 지능정보사회를 이끌 인재 양성 청사진

1_ ‘생각하는 힘’과 ‘더불어 사는 삶’ 중심의 미래 역량 함양 교육2_ 기초 다지고, 첨단 누리며, 미래 이끄는 과학교육3_ 생각하는 힘! 미래를 주도하는 수학교육4_ 정보·AI 역량 기르고, 차세대 교육기반 조성 5_ 학습의 패러다임을 바꾸는 융합교육

2020년 07월 | 조회수: 472 | | |
‘생각하는 힘’과 ‘더불어 사는 삶’ 중심의 미래 역량 함양 교육

글 박은종(공주대 겸임교수·한국사회과교육연구회 회장)
과학·수학·정보·융합교육은 학생들에게 미래의 행복한 삶에 필요한핵심 역량을 길러주는 데 초점을 맞추어야 한다. 2020년 코로나19 대란으로 세계의 교육이 일찍이 ‘가보지 못한 길’을 가고 있다. 팬데믹으로 지정된 코로나19의 대재앙 속에서 많은 사람이 ‘포스트 코로나19’에는 우리의 일상과 교육이 획기적으로 변할 것으로 전망하고 있다. 그런 가운데 교육부가 ‘2020~2024 과학·수학·정보·융합교육 종합계획’을 동시에 발표했다. 이는 앞으로 5년간 우리나라 과학·수학·정보·융합 교육의 중장기 로드맵이자 핵심 정책 패러다임이다. 나아가 미래 한국의 최첨단 교육 청사진으로 지능정보사회를 선도할 미래 핵심 인재 양성의 체계적인 계획이다. 이 종합계획은 교과목(영역) 간 연계와 융합으로 인공지능(AI)으로 대변되는 미래 지능정보사회를 선도하고, 에듀테크(edu-tech)를 바탕으로 한 최첨단 미래 교육·수업 체제의 도입으로 세계화 시대·제4차 산업혁명 시대를 선도할 미래 인재 육성을 지향하고 있다.제4차 산업혁명·에듀테크 시대의 미래 인재 핵심 역량 함양 2020~2024 과학·수학·정보·융합교육 종합계획은 ‘실생활 관련 내용 중심’과 ‘기초 기본 충실’에서 출발한다. 나아가 미래 지능정보사회의 주역으로 살아갈 학생들에게 필요한 핵심 역량을 함양하는 데 초점을 맞추고 있다. 이는 우리나라 현행 2015 개정 교육과정의 정신인 ‘세계를 선도하는 창의융합형 미래 인재 육성’과 일맥상통하는 새로운 미래형 교육전략이다. 2015 개정 교육과정에서는 창의융합형 미래 인재의 필수 역량으로 자기관리 능력, 정보처리 능력, 창의적 사고 능력, 심미적 감성 능력, 의사소통 능력, 공동체 능력 등 여섯 가지를 들고 있다. 아울러, 2020년 세계경제포럼(WEF)에서는 미래 인재의 10대 핵심 역량으로 복합 문제 해결능력, 비판적 사고, 창의력, 인적 자원 관리 능력, 협업 능력, 감성 지능, 의사결정 능력, 서비스 지향성, 협상 능력, 인지적 유연성 등을 제시하였다. 이를 종합하면 세계화·제4차 산업혁명·에듀테크 시대를 포괄하는 ‘디지털 전환 시대’의 미래 인재인 학생들에게 필요한 핵심 역량은 창의력·사고력, 의사소통·의사결정력, 협업·인간관계·공감력, 정보·디지털·에듀테크 구사력 등으로 유목화할 수 있다. 하지만, 그동안 우리 교육은 지식 암기교육, 상급학교 진학 교육에 매몰돼 이와 같은 핵심 역량교육을 소홀히 해왔다. 정곡을 놓치고 변죽만 울린 우리 교육의 부끄러운 민낯을 자성해야 한다. 앞으로 과학·수학·정보·융합교육은 학생들에게 이와 같은 미래의 행복한 삶에 필요한 핵심 역량을 길러주는 데 초점을 맞추어야 한다. 학교가 제자리에 바로 서 학생들을 특정 교과목(영역)의 ‘공부 선수’를 육성하던 구태에서 탈피해, ‘생각하는 힘’, ‘더불어 사는 삶’ 등 미래 인재의 실용적인 핵심 역량 함양에 진력해야 한다. 과거의 교육이 ‘잡은 물고기를 먹여주는 교육(지식)’이었고, 현재의 교육이 ‘물고기 잡는 방법을 가르치는 교육(기능·능력)’이라면, 미래의 교육은 ‘대양(大洋)을 음미하며 미래의 꿈을 키우고 도전토록 하는 교육(역량)’으로 나아가야 한다.미래교육의 열쇠, 교육과정·수업 혁신의 기제인 에듀테크 활성화 2020~2024 과학·수학·정보·융합교육 종합계획은 에듀테크를 기반으로 교육과정과 수업의 획기적 혁신을 추구하고 있다. 에듀테크는 교육과 기술의 융복합, 교육과정·수업과 최첨단 기술의 통섭을 기반으로 한다. 에듀테크는 미래 교육을 여는 열쇠로 무궁무진한 발전 가능성을 갖고 있다. 에듀테크는 ICT교육, 인공지능, 가상·증강현실(VR·AR), 사물인터넷(Iot). 빅데이터, 블록체인, 무크(MOOC), 디지털·스미트기기, 온라인 원격교육을 포괄하는 광범위한 개념이다. 현재까지는 일선 학교에 ICT교육, 3D프린터, 디지털 교과서, 스마트 기기 정도가 상용화된 초보 단계지만, 향후 교육 전반의 방법적·공학적·매체적 영역을 섭렵할 것이다. 특히 에듀테크는 학생·교원·교실의 변화를 통한 수업과 교육 혁신의 기제다. 교육과정과 수업을 바꿔 궁극적으로 교육의 틀을 혁신할 것이라는 학생, 교원, 학부모 등 학교 현장의 관심과 기대가 매우 크다. 2020학년도 1학기 코로나19 대란을 맞아 전국 유·초·중·고교 및 대학이 원격수업(강의)을 운영하면서 에듀테크의 중요성과 잠재 가능성을 실감하였다. 미래교육은 비대면(untact), 새로운 정형 표준(new normal)이 일상화돼 최첨단 에듀테크가 대체할 것이다. 결국 2020~2024 과학·수학·정보·융합교육 종합계획은 한국 교육 혁신의 새로운 전환점이 될 것이다. 교육이 과거에 머물러서는 미래로 나아갈 수 없다. 미래 인재인 학생들에게 꿈과 도전, 열정을 펼치도록 핵심 역량을 길러주는 것이 교육의 시대정신이다.

2020년 07월 | 조회수: 422 | | |
기초 다지고, 첨단 누리며, 미래 이끄는 과학교육

제4차 과학교육 종합계획(2020~2024년) 첨단 과학기술을 이용하면, 직접 화학약품을 다루지 않고도 가상현실을 통해 화학수업을 할 수 있으며, 혼합현실을 통해 태양계나 별자리 관찰도 가능하다. 실제 싱가포르에서는 일상생활에서 얻을 수 있는 날씨 정보를 수집·활용하여 수학, 공학, 과학 등 다양한 교과목에 활용하고 있으며, 미국에서는 지구 환경 관련 수업에 국립해양대기청 ‘스마트 부이 프로젝트’를 이용, 전 세계 해상에 떠 있는 해상관측용 부표, 부이를 통해 전달되는 기상정보를 활용해 교실에서 실시간으로 실감형 수업이 이뤄진다. 제4차 과학교육 종합계획에 따르면 AI, AR, VR 등 첨단 과학기술을 기반으로 과학탐구와 실험 활동, 융합적 교육활동이 가능한 ‘지능형 과학실’을 구축할 계획이다. 지능형 과학실은 인공지능, 모바일, 클라우드, 빅데이터, 사물인터넷 등 지능정보기술이 집약된 온라인 플랫폼에 실험, 토론, 학습/발표, 창작, 전시영역 등 오프라인 공간이 공존하는 곳이다. 올해 86교를 시작으로 2024년까지 모든 학교에 지능형 과학실을 구축한다는 방침이다. 교육부는 사물인터넷(IoT) 기반 센서를 활용하여 자료를 수집·축적하고 수업시간에 활용 가능한 형태로 공공데이터를 제공하는 온라인 플랫폼 개발에 착수했으며, 2021년까지 시스템을 구축하여 2022년부터 온라인 플랫폼을 운영한다는 계획이다.또한, 국제학력평가에서 우리나라 학생들의 과학 학업성취도는 최상위 수준이지만, 과학에 대한 흥미가 낮은 점을 개선하기 위해 발달 수준에 따라 과학에 대한 흥미를 느낄 수 있도록 유·초등생은 놀이·체험 중심으로, 중·고등학생은 과학탐구·실험 중심으로 교육한다. 기초학력이 부족한 학생에 대해서도 기초를 튼튼히 할 수 있도록 AI 시스템을 활용한 ‘기초학력 진단-보정시스템’을 단계적으로 추진한다. 인공지능을 활용하여 학생 수준별·진로별로 맞춤형 학습을 지원하는 ‘학습지원 AI 시스템’ 개발에도 착수한다. AI 시스템은 학생의 과학학습 관련 데이터를 모으고, 학습 진단을 통해 맞춤형 콘텐츠 등 학습정보를 제공한다. 올해 연구를 시작하여 2021~2023년까지 AI 시스템 개발을 완료하고 2023년에 시범 운영한다는 계획이다. 첨단 과학기술을 활용하여 시공간을 초월하여 과학탐구·실험을 할 수 있는 기반을 마련한다. 국내외 전문가와 실시간으로 소통하고 지원받을 수 있는 화상수업 시스템을 구축하고 원격수업 콘텐츠도 개발한다. (가칭) 빅데이터를 이용한 과학탐구 등 중·고등학생을 위한 미래형 콘텐츠도 개발·보급한다. 첨단 과학기술이 학교에 적극적으로 도입됨에 따라 과학교사의 전문성을 높이기 위한 연수도 확대된다. 연수를 통해 첨단 과학기술을 과학수업과 탐구 활동에 활용할 수 있도록 데이터화 기술(IoT, LBS, SNS 등), 정보화 기술(빅데이터, 클라우드, 디지털 트윈 등), 지능화 기술(AI 등), 스마트화 기술(AR, VR, 3D 프린터 등) 등을 배울 수 있다. 그 밖에도 학교와 국내외 대학·기업·지역사회를 연결한 ‘STAR 브릿지 센터’를 운영한다. 스타브릿지센터는 첨단 과학기술 기반 교수·학습, 평가설계, 탐구·실험 활동 등 다양한 연수와 콘텐츠, 컨설팅 등을 제공하는 곳으로 교사와 과학기술 전문가 간의 협력으로 교원의 전문성을 키우는 데 큰 도움이 될 것이다.

2020년 07월 | 조회수: 166 | | |
생각하는 힘! 미래를 주도하는 수학교육

제3차 수학교육 종합계획(2020~2024년)“수학교육에서도 포기하지 않고 즐겁게 학습할 수 있도록인공지능(AI)을 활용한 ‘수학학습지원시스템’이 적극 도입된다.” 이번에 발표한 제3차 수학교육 종합계획에는 ‘수포자’ 없는 수학교실을 만들고, 실생활 문제를 해결하는 역량을 키우는 한편, 수학 핵심 인재 양성에 관한 내용을 담고 있다. 상급학년으로 올라갈수록 어려워지는 수학 과목은 나선형 구조로 되어 있어 한 번 학습 부진이 생기면 누적되어 훗날 수포자의 길에 들어서기 쉽다. 교육부는 수포자 없는 수학교실을 만들 수 있도록 다양한 대책을 마련했다. 먼저, 수학 기초학력을 끌어올릴 수 있도록 흥미 위주, 활동 중심의 프로그램을 운영하는 모델학교인 ‘수학점핑학교’를 운영한다. 여기서는 수학 학습 부진 학생에게 맞춤형 학습 처방과 종합적 지원이 이뤄진다. 초등학교에는 수학 전담교사제를 운용하고 예비교사 등을 수업보조교사로 활용한 1교실 2교사제 운용도 적극적으로 유도한다. 유아 및 초등 저학년이 수학에 대한 호기심을 느낄 수 있도록 누리과정과 수학교육과정을 놀이·체험·탐구 중심으로 개발한다. 또한, (가칭) AI 데이터 리터러시 모델학교도 추진한다. AI 데이터 리터러시 학교는 데이터를 수집·정리·분석·해석하는 통계 활용 수업이나 타 교과와 연계하여 사회·실생활 문제를 해결할 수 있는 통계 수업 모델학교로 통계청과 협업하여 올해 100개교를 운영하며, 점차 늘려 2022년까지 300개교 운영을 목표로 삼고 있다. 자신의 삶과 사회의 문제를 발견하고 수학적 개념을 활용해 해결해 나갈 수 있도록 수학적 모델링 프로그램도 개발하여 보급한다. 앞으로는 수학교육에서도 포기하지 않고 즐겁게 학습할 수 있도록 인공지능(AI)을 활용한 ‘수학학습지원시스템’이 적극적으로 도입된다. 먼저, 진단검사를 통해 학생별로 취약점을 진단하고 맞춤형 학습을 제공한다. 이후 학생별로 학습데이터를 수집하고 꾸준한 학습관리 및 피드백을 통해 학습 결손을 막는다는 것이다. 이때 맞춤형 학습 결과를 분석하고 지속적인 학생 관찰과 상담을 통해 정의적인 영역에 대한 지원도 이뤄진다. ‘수학학습지원시스템’은 올해 연구를 시작해 2021~2022년 개발 추진하여 2023년부터 교육 현장에 적용한다는 계획이다. 지능형 수학교실 구축 등 학습공간 혁신도 추진한다. 지능형 수학교실에는 다양한 체험·탐구 수업이 가능하도록 무선 인터넷망과 실물·가상의 수학교구와 컴퓨터, 전자칠판, 3D 프린팅 등의 환경을 갖추고 있어 교사주도형 학습, 학생 협력형 학습, 개별학습 등이 가능하다. 수학 교원의 전문성 향상을 위해 학교급별로 연수를 강화한다. 학교급과 상관없이 수학콘텐츠 제작, 수학클리닉, 통계교육, 평가 전문성을 연수하며, 초등은 유-초, 초-중 연계성 연수와 교구 활용 중심으로, 중등은 공학도구·SW 활용에 대한 연수를 진행한다.

2020년 07월 | 조회수: 154 | | |
정보·AI 역량 기르고, 차세대 교육기반 조성

제1차 정보교육 종합계획(2020~2024년)
“차세대 정보교육 기반을 조성하고 국가 AI 핵심 인재 양성에 초점을 두고 있다.” 4차 산업혁명 시대에는 AI 관련 핵심 인재를 확보하는 일이 국가경쟁력을 키우는 중요한 열쇠이다. 하지만, 국회 입법조사처 보고서(149호. 2019.12.)에 따르면 우리나라의 AI 인적자원 경쟁력은 중국·대만보다도 낮다. 세계 인공지능 핵심 인재 500명 가운데 우리나라 출신 비율은 1.4%로 미국(14.6%), 중국(13.0%), 싱가포르(6.2%), 프랑스(2.8%), 대만(1.8%)보다도 낮다. 이번에 발표한 제1차 정보교육 종합계획에는 초·중학교 정보교육 필수화를 넘어 차세대 정보교육 기반을 조성하고 학생들의 잠재력을 극대화할 수 있도록 AI영재학교, 거점형 일반고 운영 등 국가 AI 핵심 인재 양성에 초점을 두고 있다. 특히 코로나19 사태 속에서 원격수업이 전국 초·중·고에서 전방위적으로 이뤄지면서 학교현장에서 ICT 활용 교육의 필요성과 중요성이 크게 대두되는 상황이다. 이번 정보교육 종합계획에는 모든 학교급에 ‘정보’ 교육과정을 편성하고 AI교육의 내용·범위 기준을 마련하였으며, 초등학교부터 고등학교까지 체계적이고 연속적으로 정보 기초교육을 할 수 있는 양질의 교육기반을 조성하였다. 먼저, 교육부는 기존의 초 5~6학년 대상의 SW교육을 초등 전 학년으로 확대하여 초 1~4학년은 ICT 활용 교육을, 초 5~6학년은 정보·AI교육을 체계적으로 실시한다. 중학교는 정보 교과 시수를 확대하여, 1학년은 주당 1시간 이상의 ICT 활용 교육을, 2학년은 정보 과목을 편성하여 AI의 원리와 실생활 적용원리를 배운다. 고등학교에서는 정보·AI 역량을 키울 수 있도록 ‘인공지능 기초’, ‘데이터 과학’ 등 다양한 정보 관련 과목을 신설하여 과목 선택권을 확대하고, 공동교육과정을 운영하는 등 소인수 선택과목을 이수할 수 있도록 지원에 나선다. 교육부는 초·중·고교생 외에도 대학생, 일반인까지 AI, 머신러닝, 데이터 과학에 대한 원리를 학습할 수 있는 ‘모두를 위한 AI교육 플랫폼’을 과기부와 공동으로 개발(2021년~ )에 나서는가 하면, 수리·통계 교육을 위한 신규 온라인 콘텐츠 개발에도 적극 나선다. 올해 상반기에 초등 25편, 중등 45편을, 하반기에 중등 AI 수학 35편을 각각 보급한다. 또한, 오는 2024년까지 기존의 영재학교 중에서 역량 있는 학교를 선정해 AI영재학교로 전환하며, 과학기술특성화대학, 연구소와 국내 주요 IT기업이 연계한 산학연 프로그램을 운영하여 학문적 연구 역량을 키우고 기업가 정신을 가르친다. 올해 ‘AI융합교육 거점형 일반고’도 34개교 운영한다. 그 밖에도 SW교육 선도학교를 2년 이상 운영한 학교 중 AI교육 프로그램 운영이 가능한 학교에서는 시범적으로 운영한다. 올해 247개교에 우선 도입되며, 연차적으로 확대하여 정보·AI교육 우수 모델을 확산시켜 나갈 방침이다. 한편, 교원 양성 과정에서부터 SW·AI교육을 강화하고 정보·컴퓨터 교사의 경우, 임용시험단계에서 실습 및 탐구역량을 평가한다. 현직교사의 경우, 교육대학원 ‘교사 재교육’ 과정을 통해 AI 등 미래 유망 분야와 연계한 과학·수학·정보·융합교육 역량을 키울 수 있다. 올해부터 38곳의 교육대학원에 ‘AI융합교육 전공’을 신설하였으며, 매년 1,000명 내외의 현직교사를 재교육한다는 계획이다. 그 밖에도 미래형 정보교육 환경을 구축한다. 학내 무선망을 구축하고 보급형 기기 도입으로 1인 1태블릿PC를 보급하는 한국형 OLPC(The One Laptop per Child) 운동이 추진된다. 2024년까지 국립학교를 대상으로 학생 간 협업 및 프로젝트 수업이 가능한 2실 규모의 정보교육실을 구축하며, 시도별로 정보교육 거점센터도 1곳 이상 구축한다.

2020년 07월 | 조회수: 299 | | |

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