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.
