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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.35 No.3 pp.180-191
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.3.180

Development and Application of Virtual Geological Field Trip Program using 3D Panorama Virtual Reality Technique

Hee-Soo Kim*
Department of Earth Science Education, Kongju National University, Gongju 314-701, Korea
Corresponding Author: heesoo54@kongju.ac.kr; Tel: +41-850-8291; Fax: +41-850-8299
May 12, 2014 May 21, 2014 May 29, 2014

Abstract

In this study, a geological field trip learning program using 3 Dpanorama virtual reality (PVR) techniques is developed to learn about the Chaeseokgang area located in a national park near Byeonsan-bando, Jeonbuk, Korea. The developed 360° × 180° PVR program can show every face of observational points and interact as zoom-in, zoom-out and image rotation. For the educational effects of the materials, it is provided with a compass, a protractor for measuring the dip of strata and observation of specimen of observational points. It also assists students to learn by providing enlarged images, pop-up windows, and expert explanation main observational points. The program is applied to the class of 35 gifted students in middle school to investigate the effectiveness of the program. The results showed that positive responses of the students were 85% or more. It is suggests that this program be used as indirect situated learning material and a solution to geological field trip problems like cost, safety, distance, and so on geological learning of middle school science.


3D 파노라마 가상 현실 기술을 이용한 지질 답사 학습 자료의 개발과 적용

김 희수*
공주대학교 지구과학교육과, 314-701, 공주시 대학로 56

초록

본 연구에서는 전라북도 부안군 채석강 지역에 대한 3D파노라마 가상 현실 지질 답사 투어 학습자료를 개발하 였다. 개발된 프로그램은 360° × 180° 파노라마로서 관측 지점의 모든 면을 볼 수 있고, 확대, 축소, 화면 돌리기 등의 상 호작용이 가능하다. 이 프로그램의 교육적 효과를 얻기 위해 컴파스 활용하기, 지층의 경사 등을 측정하기 위한 이동 가능한 각도기 제공, 관찰 지점의 표본에 대한 3D 관찰하기 등을 제공하였다. 또 주요 관찰 포인트에는 확대된 사진, 팝업창, 전문가 설명 등으로 학습을 도왔다. 이 프로그램의 교육적 효과를 알아보기 위하여 중학교 과학 영재반 학생 35명에게 적용해본 결과 약 85% 이상의 긍정적인 반응을 보여주었다. 따라서 이 프로그램은 중학교 과학과 지질학 수 업 시 간접적 상황학습이 될 수 있고, 시간문제, 비용문제, 안전문제 등을 줄일 수 있는 하나의 보충적인 지질 답사 방 법이 될 것이다.


    서 론

    과학교육에서 야외 실습이 필요한 주요 영역에는 지구과학 교육 영역, 생물학 교육 영역, 환경 교육 영역 등이 있다. 특히 지구과학 교육과정에서는 실험 실 실습, 야외 관찰, 야외 답사 등은 반드시 수행되 어야 할 과정이다(Ramasundaram et al., 2005; Caliskan, 2011). 그런데 우리나라 학교 현장에서 야외 지질 답 사와 관련된 수업을 할 때, 지질 구조 수업은 모형실 험으로, 암석, 광물, 화석 관찰 수업은 전형적인 몇 가지 표본 활용 수업으로 대신하고 있으며, 경우에 따라 주말이나 특정 시간대를 활용하여 제한적으로 야외 학습을 수행해오고 있다(Kim and Lee, 2011). 외국의 경우에도 야외 관찰과 야외 실습은 거리, 시간, 비용, 범위, 안전성 등의 문제 때문에 어려움이 있음 을 지적하고 있다(Caliskan, 2011). 야외 지질 학습이 학교 현장에서 가능하게 되려면 시간의 배정, 준비물, 활동, 정리 등 여러 요소가 만족되어야만하기 때문이 다(Allison and Cuffey, 2012).

    한편 2009 개정 교육과정(Ministry of Education, 2011)에는 전교과적으로 창의적 체험활동이 강조되고 있으며, ‘아름다운 한반도’라는 내용도 포함되어 있어 우리나라의 주요 관광지, 지형, 지질 등을 연계하여 안내하도록 구성되어 있다. 그러나 지질 구조나 지형 등을 설명하고 안내하기 위한 자료가 교과서의 사진 수준으로 제시되어 있기 때문에 지질학적 상황을 정 확히 이해하는 데는 그 한계가 있다. 이에 대한 하나 의 대안이 3D 파노라마 기술을 활용한 가상 현실 (PVR, Panorama Virtual Reality) 지질 학습장이다 (Spicer and Stratford 2001; Heo and Lee, 2013). PVR을 활용한 가상 현실 지질 학습장은 비용, 시간, 인력이 많이 필요한 일반적인 가상 현실(VR, Virtual Reality)과 달리 최소의 비용과 기술로 가상의 3차원 세계를 구현할 수 있다. 즉 누구든지 삼각대와 카메 라만 있으면 손쉽게 눈에 보이는 실제의 3차원 세계 를 여러 장 촬영하고 연결, 편집하여 상호작용이 가 능한 하나의 3차원 영상을 얻어 교육에 활용할 수 있다. 가상 지질 학습장(VFT, Virtual Field Trip)에 대한 선행 연구자들(Hurst, 1998; Qiu and Hubble, 2002; Park et al., 2008; Caliskan, 2011; Uricchio, 2011; Allison and Cuffey, 2012)의 연구 결과를 보면, VFT는 실제 자연의 지질 학습장을 인터넷 환경에 그 대로 제공하고, 학습자가 순차적 또는 비순차적으로 자기주도적 학습을 할 수 있고 반복 학습이 가능하 며 지질 정보 뿐만이 아니라 다양하고 융합적인 정 보를 얻을 수 있다고 말하고 있다. 또 스마트폰으로 언제 어디서나 누구든지 활용할 수 있다는 장점을 강조하고 있다.

    이에 본 연구에서는 위의 VFT와 PVR 기술의 장 점을 살려 다양한 지질학 및 지형학적인 현상을 보 여주는 채석강 지역 중심으로 가상 지질 답사 투어 용 자료를 개발한 다음, 중학교 과학영재들에게 적용 하여 그 반응을 통해 교육적 효과를 알아보기 위해 다음과 같은 연구 목적을 정하였다.

    첫째, 채석강 지역의 VFT 학습 자료를 PC 및 스 마트폰 버전으로 개발한다.

    둘째, 개발된 가상 야외 지질 답사 교육 자료를 과학 영재반 학생들에게 적용한 다음 그 반응을 알아본다.

    셋째, VFT 적용효과를 분석하여 과학교육적 시사 점을 얻는다.

    연구 방법 및 절차

    개발 절차

    야외 학습이 성공적으로 수행되기 위해서는 체계적 인 과정으로 이루어져야 한다. 이에 사이버 지질 답 사 틀을 얻기 위해 문헌 연구를 통해 조사한 야외 지질 답사 모형을 조사하였다. Orion and Hofstein (1994)의 야외 학습 모형은 ‘준비-야외 학습-정리’의 세 단계로 이루어져있고, Kent et al. (1997)은 ‘준비- 활동-정리-발표-평가 및 피드백’ 등 네 단계로 제시하 였다. 본 연구에서는 이러한 모형을 참고하여 Fig. 1 과 같이 ‘준비학습 단계-사이버 지질 답사 단계-정리 단계’의 세 단계로 나누어 전체적인 흐름을 구성하였 다(Lee, 2005).

    첫째, 준비 학습 단계에서는 야외 답사를 위한 기 초 지식과 답사 지역의 기본 정보를 안내하는 단계 로 선행조직자 역할을 하게 된다. 본 연구에서 Park et al. (2007)의 채석강 지역의 야외 지질 답사 연구 자료와 본 연구에서 추가한 지질학 및 지형학에 대 한 기본적인 내용을 포함시켰다.

    둘째, 사이버 야외 지질 답사 단계는 본격적으로 답사를 수행하는 단계이다. 학생들이 사이버 투어를 해 나가면서 필요에 따라 특정 위치나 내용에 대한 안내도 받게 된다. 본 연구에서는 주요 관찰 지점에 대한 보충 자료(확대된 사진, 학습자료 팝업 설명, 3D로 표본 관찰하기, 전문가 설명 등)를 링크하여 사 이버 지질 답사가 원활하게 수행될 수 있도록 구성 하였다. 학습자가 스스로 찾아내야할 내용들도 있어 야하기 때문에 보충 자료는 양적으로 적절한 수준에 서 제공하였다.

    셋째, 정리 단계는 사이버 지질 답사 결과를 토대 로 탐구활동 결과와 느낀점 등을 정리하는 단계이다. 본 연구에서는 핵심적으로 정리할 내용 중심으로 간 단한 노트를 제공하여 VFT 학습을 마무리 할 수 있 도록 하였다.

    개발 지역의 선정

    본 연구에서 VFT를 개발하기 위한 지역으로 채석 강 지역을 선택하였다. 채석강 지역은 바닷가의 퇴적 암이 잘 발달된 지역으로서 지구과학 및 신기한 지 질 교육적인 내용뿐만 아니라 아름다운 관광지로도 이름이 높은 곳이다. 그래서 초중고 학생들뿐만 아니 라 대학생들에 이르기까지 지구과학 자연 학습장으로 많이 활용되어오고 있다(The Korean Earth Science Society, 2009; Cho et al., 2012). 특히 격포리층이라 고 불리는 퇴적암층이 해안을 따라 분포하고 있어 전형적인 파식대와 해식애 지형이 발달해 있다. 격포 리층은 우리나라의 대표적인 중생대 백악기 지층으로 알려진 경상누층군과 거의 같은 시기에 만들어졌으며, 백악기 당시 거대한 호수였던 이곳에 막대한 퇴적물 이 쌓여 형성된 지층이다(Kim et al., 2003).

    채석강 일대의 지질 답사 코스를 관찰 포인트별로 정리하면 Fig. 2와 같다.

    관련 교육과정의 분석

    채석강 주변은 중학교 2009 개정 교육과정에 제시 된 지질학과 해양학 관련 여러 내용과 현상을 보여 줄 수 있다. Table 1은 그 주요 내용들이다.

    본 연구에서는 채석강 지역에 포함된 중학교 교육 과정의 내용 뿐만 아니라 아름다운 지형을 감상할 수 있는 3차원 파노라마로 구성하여 인터넷이 가능 한 곳이면 언제 어디서나 누구든지 사이버 투어를 하면서 학습할 수 있는 VFT를 개발하고자 하는 것 이다.

    VFT 학습자료 개발

    준비물

    파노라마를 제작하기 위해서는 기본적으로 파 노라마 촬영 장비와 편집 프로그램이 필요하다. 본 연구에서 활용한 주요 장비는 Fig. 3과 같은 어안렌 즈, 삼각대, 로테이터이고 스티칭과 편집에 활용한 소프트웨어는 각각 PTGui와 PanotourPro이다.

    촬영

    촬영은 지질 관련 관찰 지역 중심으로 촬영 포인 트를 정한 다음, 현장에 가서 직접 촬영을 실시한다. 다음은 그 구체적인 내용이다.

    촬영의 실제: 파노라마를 위한 촬영은 여러 면에서 촬영한 영상을 한 장의 파노라마로 만들어야하기 때 문에 촬영상 사이에 시차가 나타나지 않도록 하는 촬영의 중심점(nodal point)을 정확히 하는 것이 좋다. 이를 손쉽게 해주는 장비가 로테이터이다. 따라서 촬 영 시작시에 로테이터를 삼각대에 연결하고 그 위에 카메라를 설치한다. 카메라에는 GPS 수신 장치와 무 선 릴리즈 수신기를 연결하고, 촬영 모드는 수동으로 세팅한다. 피사계 심도는 깊게 8-11 정도로, 화이트발 란스는 야외 촬영인 경우 태양 모드로, ISO는 100- 200 정도로, 영상 형식은 전처리를 효율적으로 하기 위해 RAW 포맷으로 설정한다. 계조의 범위를 넓히 려는 HDR 촬영을 하려면 ±2 stop으로 설정하여 3단 계 브라케팅 촬영을 실시할 수 있도록 한다.

    촬영 장비의 설치가 끝나면 관찰 포인트로 이동하 여 본격적인 촬영을 실시한다. 이때 촬영 지역에서 삼각대의 수평을 잘 맞추고 나서 ‘동-서-남-북-하늘- 바닥’을 촬영한다. 지질 탐사 지역 주변을 연속적으 로 이동하면서 촬영하여 투어자료를 만들 수 있도록 한다. Fig. 4의 왼쪽 사진은 로테이터를 보면서 수평 을 잡는 모습이고 우측 사진은 파노라마를 촬영하는 장면이다.

    전처리: 전처리는 촬영된 영상을 연결(stiching) 하 기 전에 영상의 선명도와 색깔의 구현 등을 원하는 형태로 얻어내기 위한 단계로 본 연구에서는 Capture one을 활용하였다. 이를 위해 촬영된 RAW 파일을 불러와 눈으로 영상을 보아가면서 노출보정, 대비 보 정, 선명도 보정, 화이트 발란스 보정 등을 수행한 다음, tif 형식으로 저장한다. 이때 300 dpi, 16비트 정도로 저장한다. Fig. 5는 촬영된 RAW 형식의 사 진 영상을 Capture one으로 불러와 영상을 보아가면 서 노출, 대비, 선명도 등을 보정을 하는 장면이다.

    스티칭: 보정된 영상의 연결은 PTGui라는 스티칭 프로그램을 활용하였다. 스티칭 프로그램은 여러 종 류가 있으나 충분히 검증된 PTGui를 활용하였다. 여 기서는 각 노드(node)마다 3장씩의 브라케팅 촬영 결 과를 통해 밝고 어두운 지역이 모두 선명하게 잘 나 올 수 있도록 HDR (High Dynamic Range) 처리를 한 후 스티칭한다. 스티칭 결과는 포토샵 불러 깔끔 한 처리한 다음 DevalViewer라는 뷰어로 확인한다. Fig. 6은 개별 영상을 PTGui로 불러와 1장의 3차원 파노라마로 만드는 장면이다.

    후처리: 스티칭 결과를 포토샵 불러와 사실성과 예 술성 높은 영상자료로 마무리하는 과정이다. 여기서 는 Topaz 플러그인 프로그램 등을 활용하여 디노이즈, 스마트 샤픈 등을 수행한다. 그리고 메뉴의 레벨이나 밝기 조정 등을 활용하여 전체적인 영상의 밝기 등 조정하여 마무리 한 다음, jpg 형식으로 저장한다.

    편집: 지금까지 완성한 여러 노드의 파노라마들을 투어 형태로 구성하고 곳곳의 지질학적 특징이 있는 곳에 추가적인 자료를 연결하여 학습이 되도록 하기 위하여 핫스팟을 만들어 사진, 음성, 전문가 설명 비 디오, 플래시 등을 연결하는 과정이 필요하다. 이를 위한 파노라마 투어 제작 및 편집 툴들이 여러 종류 가 있지만 국제적으로 가장 많이 활용되는 KRPano 툴과 PanoTour Pro 툴을 활용하였다. Fig. 7은 PanoTour Pro로 여러 포인트의 파노라마들을 한꺼번 에 불러와 투어 형태로 편집하는 장면이다.

    이렇게 완성된 사이버 야외 지질 답사 투어 자료 는 일반 PC, 스마트폰, 테블릿 PC, iPad 등의 환경에 서 활용할 수 있게 된다.

    웹호스팅 및 활용: 완성된 파노라마 가상 현실 지질 탐사 투어 자료는 웹서버에 올린다. 그러면 인터넷 환경이 되는 곳이면 언제 어디서나 누구든지 온라인 상에서 활용할 수 있게 된다. 사용자는 해당 가상 지 질 답사 코스에 인터넷으로 접근하여 순차적 또는 비 순차적으로 학습 내용을 선택하여 자기주도적으로 학 습할 수 있게 된다. 과학교사들도 수업 시 학습 내용 과 맞추어 실제 자연 속에서 보여준 생생한 지질 현 상의 예를 보이면서 수업에 활용할 수 있을 것이다.

    연구결과 및 논의

    VFT 학습자료의 개발 결과

    본 연구에서는 채석강 지역을 20구역으로 나누어 20곳을 촬영하여 연속적 투어형태로 구성하여 개발하 였다. 이들 중 주요 지질 및 지형 관찰 지역은 10곳 이다. 우선 기본 화면의 주요 내용은 Fig. 8과 같다.

    사이버 지질 답사 개발 결과 화면은 크게 파노라 마가 제시되는 화면과 하단의 메뉴화면으로 나눌 수 있다. 메뉴 가운데는 ‘준비 학습-관찰 학습-정리 학습’ 의 버튼들이 있다. 준비학습 버튼에는 본 지질 답사 지역이 채석강의 지질과 지형 관련된 미리 알아두어 야 할 내용들이 포함되어 있고, 관찰 학습 버튼은 실 제로 사이버 투어 장면으로 연결된 버튼이다. 정리학 습 버튼은 사이버 관찰 학습 후 정리할 수 있도록 하는 내용이 연결되어 있다.

    그리고 하단 메뉴의 좌-우측 끝에는 각각 화면의 확대 및 축소, 상하좌우 이동, 화면의 자동회전 및 정지, 해설이나 음악의 실행 및 멈추기, 도움말 기능, 전체 화면으로 보기 등의 버튼들이 있다. 또 화면 좌 측상단에는 채석강 주요 20곳의 섬네일 영상들을 한 꺼번에 볼 수 있도록 구성하였고, 우측 상단에는 리 스트로 투어 지역을 나타내어 이동이 용이하게 구성 하였다. 따라서 학습자는 투어형태로 처음부터 차근 차근 학습해나갈 수도 있고, 임의의 섬네일을 직접 클릭하여 그곳으로 이동한 다음 관찰해나갈 수도 있 다. 화면 좌측 중간에는 구글맵 버튼을 두었다. 이곳 을 클릭하면 채석강 일대의 구글맵이 보여 전체적인 채석강의 모습을 볼 수 있다. 다시 누르면 오므라든 다. 그리고 모든 화면에는 방위가 표시되어 있고 화 면 가운데에는 방위를 표시해주는 컴파스가 위치해 있어서 지층의 방향을 확인할 수 있다. 또 지층의 경 사를 확인해볼 수 있도록 각도기를 놓아두었다. 이 각도기는 마우스로 이동이 가능(dragable)하다. 따라 서 지층의 경사를 확인할 때 이를 지층이 있는 곳에 끌고 놓으면(drag and drop) 그곳의 지층의 경사각을 직접 읽을 수 있다.

    이와 같이 본 연구에서 개발한 VFT 프로그램의 주요 특징은 다음과 같다. 첫째, 지질 답사 지역을 투어형태로 자유롭게 돌아다닐 수 있다는 점이다. 이 때 학습자는 순차적 또는 비순차적으로 가상 투어를 할 수 있다. 둘째, 특정 관찰 지역이나 위치에 대한 정보가 팝업창, 나래이션, 확대된 사진 그리고 전문 가 설명 등으로 제공된다는 점이다. 이는 단순 투어 뿐만 아니라 학습을 수행해야 하는 학습자에게 도움 이 될 수 있다. 셋째, 지층의 방향을 알아볼 수 있도 록 하는 컴파스(direction compass)를 활용한 점과 지 층의 경사를 측정해볼 수 있도록 하는 이동 가능한 각도계(dragable angle compass)를 활용한 점이다. 넷 째, 주요 관찰 지점에서 산출된 표본을 3차원으로 돌 려보고 확대해볼 수 있다는 점이다. 이는 야외 답사 에서 표본의 여러 면을 자세히 관찰해야 하는 활동 을 간접적으로 할 수 있도록 하는 기능이다.

    다음은 개발된 20지역과 주요 관찰 지역 10곳 (park et al., 2007)에 반영된 지형 관찰, 지층 관찰, 표본 관찰 내용과 특징이다.

    지형 관찰

    본 연구에서 개발한 파노라마는 360° ×180° 3D 파 노라마로서 관찰 지역에서 볼 수 있는 모든 장면이 모두 담겨져 있다. 가상 지질 답사를 하기 위해 우선 관찰 지역 전체를 살펴본다. 이를 위해 마우스나 네 비게이션 버튼을 이용하여 좌우 360°를 돌리면서 전 체적인 지형을 살펴본다. 본 연구에서는 시야를 기본 적으로 90o로 설정하였다. 사용자는 화면 하단의 네 비게이션 버튼이나 마우스 볼을 직접 앞뒤로 굴리면 서 시야를 크게 또는 작게 조절해가면서 전체적인 지형을 살펴볼 수 있다. 이때 Fig. 9처럼 좌측의 구 글맵 창을 함께 열어두어 관찰 지역 부근을 위에서 내려다본 모습을 보게 되면 전체적인 위치의 확인과 함께 지형을 짐작할 수 있다. 이러한 부분은 공간지 각능력을 키울 수 있는 하나의 소재가 될 수 있을 것이다(Tan et al., 2006; Park et al., 2007; Heo and Lee, 2013).

    지층의 방향과 경사 측정

    야외 답사의 주요 활동 중 하나는 지층의 방향과 경 사를 확인하는 일이다. 본 연구의 3D 파노라마 개발과 정에서 이와 같은 활동을 할 수 있도록 하기 위해 각 파노라마의 수평과 방향을 미리 맞추어두고 컴파스와 각도기를 이용하여 지층의 대략적인 방향과 경사를 측 정할 수 있도록 하였다. Fig. 10은 point 3에서 지층이 잘 보이는 곳에 컴파스를 위치시켜 북쪽 방향에 대한 지층의 방향을 짐작해볼 수 있도록 한 예이다. 본 프 로그램에서는 컴파스는 고정시켜두고 영상을 움직여 지층이 컴파스 부근에 오도록 개발하였다.

    그리고 지층의 경사를 측정해볼 수 있도록 하기 위해 각도기를 마우스로 드래그 하여 해당 지층에 위치시킬 수 있도록 개발하였다. Fig. 11은 point 7에 서 지층의 경사를 측정하고 있는 장면이다.

    지질학적 특징 지역 2D 사진으로 확대해보기

    본 파노라마 교육프로그램은 바탕 화면에 보인 파노 라마 자체를 돌려보고 확대해볼 수 있지만 지질학적 특징을 잘 보여주는 관찰 지역에서는 보다 그 특징을 잘 보여주도록 하기 위해 버튼을 두어 선명한 확대된 2D 사진과 링크시켜두어 활용할 수 있도록 구성하였 다. Fig. 12는 point 4에서 단층이 나타난 곳을 보다 세밀한 모습의 사진 자료로 보고 있는 모습이다.

    표본 3D로 보기

    야외 답사 과정 중 하나의 활동은 루페 등을 이용하 여 특정 암석 표본 등을 자세히 관찰하는 일이다. 이러 한 활동을 간접적 상황학습으로 구현하기 위해 관찰 지 역의 표본과 관련된 암석을 3D로 제작하여 돌려보고 확대해 볼 수 있도록 구성하였다. Fig. 13은 point 7의 역암이 산출되는 곳에 링크된 역암의 3D 모습이다.

    지질학적 특징을 보이는 지역 설명

    학습자가 가상 지질 답사 투어 수행하면서 지질학적 특징이 나타나는 곳에 교육 자료나 설명 등을 링크하 여 제공하였다. Fig. 14는 point 7의 단층이 나타난 곳 에 링크해 둔 학습 자료이다. 또 전문가 설명이 필요 한 경우 전문가의 설명 내레이션이나 비디오로 연결하 여 보다 구체적인 설명을 들을 수 있도록 구성하였다.

    VFT를 적용한 수업에 대한

    학생들의 반응

    본 연구에서 개발한 VFT 결과는 충청남도와 대전 광역시에 소재한 중학교 과학영재반 학생 35명에게 한 달 동안 사이버 학습으로 적용하였다. 본 VFT를 과학영재반 학생들에게 적용한 까닭은 이 학생들이 과학에 대한 지식과 관심이 많아 보다 솔직하게 자 신의 생각을 기술할 수 있을 것이라는 기대를 했기 때문이다.

    학생들은 먼저 http://astro.kongju.ac.kr/panorama/ byunsan1/byunsan1.html로 PC나 스마트폰 등을 이용 하여 들어간다. 그러면 채석강 지역 파노라마가 자동 으로 천천히 돌아가면서 음악이 나온다. 이때 화면의 3D 파노라마를 마우스로 돌려보고 확대도 해본다. 또 화면 상단에 나와 있는 20개의 섬네일을 눌러 해당 관찰 포인트로 이동해본다. 그리고 화면 하단의 여러 버튼들도 눌러가면서 화면을 돌려보고, 확대해보고, 다른 파노라마로 이동도 시켜본다.

    이와 같이 기본적인 학습방법을 연습해본 다음, 본 격적으로 사이버 지질 답사를 하면서 관찰 활동을 실시한다. 관찰 활동 첫째는 화면 하단 중앙 부근에 있는 ‘준비학습’을 눌러 본시학습 내용과 관련된 내 용을 잘 숙지한다. 둘째 ‘관찰하기’ 버튼을 눌러 본 격적인 사이버 관찰 학습을 실시한다. 이때 본 프로 그램의 내용을 따라 순차적으로 학습할 수도 있고 비순차적으로도 학습자 요구에 따라 특정 장소로 이 동하여 관찰할 수도 있다. 주요 관찰 내용은 경치 구 경하기, 주변 지형 살피기, 지질 구조 살피기, 암석 등 특정 표본 관찰해보기 등이다. 이때 지질학적으로 나 지형학적으로 특이한 모습을 보인 곳에는 그 내 용을 보다 잘 확인할 수 있도록 팝업창으로 해설하 기, 3D로 표본 돌려보고 확대해보기, 전문가 설명듣 기, 사진으로 확대해보기 등의 버튼을 두었기 때문에 관련 내용을 살펴볼 수 있다.

    셋째, 관찰한 내용을 정리하는 단계이다. 이 단계 에서는 관찰 학습 결과를 지형, 지질 구조 그리고 암 석 등을 중심으로 정리하고 느낀점 등도 정리한다. Fig 15는 한 학습자가 본 VFT 프로그램으로 학습한 후 작성한 정리 결과 예이다.

    본 연구에서 개발한 VFT 야외 답사 프로그램을 중학생들에게 적용해본 후, 그 반응을 알아보기 위해 Orion and Hofstein (1991)의 연구결과를 토대로 사 이버 지질 답사 성격에 맞게 13개 문항으로 재구성 하여 지질 내용 전문가 2명, 교과교육전문가 2명, 지 구과학교사 5명으로부터 질문 항목에 대한 적합성과 질문 내용에 대한 타당성 등에 대한 검증을 받아 활 용하였다. 설문 내용과 반응 결과는 Table 2와 같다. 응답 부분에 표시한 것은 35명이 답한 숫자이며, 이 에 대한 반응 종합점수를 백분율로 나타내어 %로 표 시하였다. 여기서 ‘교육과정과의 관련성, 수업목표, 이해’ 영역을 보면 84% 이상이 긍정적이다. 이러한 결과는 Stephen (1998)의 연구에서처럼 실제의 자연 상황에서 특정한 지질 현상을 관찰하고 그 현상에 대한 이해를 돕는 학습도우미 팝업창 등을 활용하여 교육과정과 관련시킨 결과로 판단된다. 하지만 이와 같은 VFT 활용 학습이 전통적인 수업에 보조적으로 VFT 수업을 활용하는 것이 좋다고 판단된다(Caliskan, 2011). 흥미와 자연에 대한 심미안과 같은 정의적 영 역에서는 87% 이상 재미있게 생각하고 자연을 아름 답게 보는 것으로 나타났다. 이는 자연관찰 기회가 부족한 학생들에게 3차원 파노라마와 같은 방식으로 라도 아름다운 자연을 가능하면 많이 보여주어 아름 다운 마음과 눈을 갖게 하는 간접적인 방법이 된다 고 보여 진다. 이러한 결과는 Uricchio (2011)의 연구 결과와도 유사한 것으로서 가능하면 아름다운 관광지 등을 최대한 학습내용과 연계시켜 VFT로 제공하면 인성교육에도 도움이 될 수 있을 것으로 보여진다. ‘유용성’ 측면에서도 86% 정도 긍정적인 응답을 보 여주었는데 이는 VFT를 통해서도 지질학적 내용을 배울 수 있고 인터넷 환경이 되어있는 곳이면 누구 든지 본 연구에서 제공한 VFT 학습 자료를 볼 수 있고, 반복학습이 가능하며, 시간과 비용이 절감되고 안전사고가 없기 때문에 유용하다고 응답한 것으로 생각되었다. ‘사용의 편의성’ 측면에서는 94% 이상 긍정적인 반응을 보였다. 이는 본 VFT 프로그램을 활용하기에 용이하고 PC나 스마트폰으로도 학습이 가능하고 자유롭게 상호작용하면서 투어를 해나간 결 과로 해석되었다(Allison and Cuffey, 2012). ‘자기주 도적 학습’ 수준에서는 90% 이상 긍정적인 반응을 보였다. 이는 본 VFT 프로그램이 자기주도적으로 순 차적 또는 비순차적으로 투어를 하면서 학습할 수 있도록 전체적인 화면 구성하여 안내를 했기 때문으 로 판단된다. ‘상호작용성’ 영역에서는 89% 이상의 학생이 프로그램과 상호작용이 자유스러웠다고 대답 하였다. 이는 3D 파노라마 영상을 돌려보고 확대해 볼 수 있었던 것과 투어형태로 자유스럽게 돌아다니 면서 관련 내용을 보다 구체적으로 안내받고 구경할 수 있었기 때문으로 판단된다. ‘실제와의 유상성’ 측 면에서는 90%정도 긍정적인 반응을 보였다. 이는 지 질 답사 지역을 가상이 아닌 실제의 모습을 사진 촬 영하여 3차원 파노라마로 제시한 결과로 판단된다. 하지만 지질 구조를 보다 입체적으로 관찰한다든지 표본을 만져보면서 부드러운 정도나 냄새 등을 맡아 보면서 실시하는 실제 관찰과는 그 차이와 한계가 있다고 보인다(Qiu and Hubble, 2002).

    ‘융합교육’ 측면에서의 반응도 90% 이상 높게 나 왔다. 이는 본 연구에서 제공한 VFT 내용이 지질학 중심으로 안내하지만 이 3D 파노라마 영상에는 관광 지 분위기와 바닷가 식물과 생물 등도 함께 볼 수 있어서 자연과 인간이 만나는 융합교육의 내용이 포 함되어있었기 때문으로 생각된다. 마지막으로 ‘확장 성’과 관련해서도 90% 학생들이 다른 자연학습에도 적용했으면 좋겠다는 반응을 보였다.

    이와 같은 반응들을 종합해볼 때 Spicer and Stratford (2001)의 연구 결과처럼 가상 지질 답사 학 습이 실제 지질 답사 학습만큼은 아니지만 대체로 긍정적인 반응을 보여 실제 야외 지질 답사가 어려 운 경우에는 본 PVR 활용 학습이 대체적 방법이 될 수 있는 하나의 수단이 될 수 있다고 보인다. 향후에 는 본 VFT 학습 프로그램을 보다 정교하게 설계하 고 구성하여 지질 답사 결과를 분석할 수 있는 자료 도 구체적으로 얻어낼 수 있도록 하고 식물 답사나 화석 답사 등에도 확장하여 개발하는 것도 필요하다 고 보여진다(Dykes et al., 1999).

    결론 및 제언

    본 연구에서 얻은 결론 및 제언은 다음과 같다.

    첫째, 전북 변산반도의 채석강 지역에 대한 3D파 노라마 가상 현실 자료를 개발하여 지구과학 영재반 학생들에게 적용해본 결과 85% 이상 만족스러운 반 응을 보였다. 이런 점을 토대로 볼 때, 학교에서 야 외 지질 답사 지역을 하기 어려운 경우 VFT 활용 사이버학습을 하게 되면 간접적인 상황학습 또는 야 외 지질 답사의 대체학습이 될 수 있을 것이다. 둘째, 아름다운 자연학습장을 VFT 형태로 안내하는 것은 사이버 야외 탐사 뿐만 아니라 자연에 대한 심미안 키우기, 바람직한 자연관 키우기, 인성교육, 융합교육 등의 측면에서 교육적 효과가 크다고 판단된다. 셋째, VFT을 활용한 사이버 ICT 학습은 스마트폰, 태블랫 PC, 일반 PC에서 모두 활용 가능하기 때문에 식물 답사, 화석 답사 등 다른 영역에 확장해도 좋을 것으 로 판단된다.

    한편 각 시도별로 ‘지질 탐사 교사 동아리’가 있다. 이들은 전국 주요 지질 탐사 지역을 방학 등을 이용 하여 지질 탐사를 한다. 경우에 따라서는 외국까지 다니며 지질 탐사를 한다. 이와 같은 지질 탐사 결과 를 VFT 형태로 제작하여 우리나라의 지도와 같은 한 곳에 모아두어 과학교육에 활용하면 초중고 학생 들뿐만 아니라 대학생들에 이르기까지 활용도를 높여 교육적 효과를 높일 수 있고 시간과 비용 등도 절감 할 수 있을 것이다.

    Figure

    JKESS-35-180_F1.gif

    Leaning procedure.

    JKESS-35-180_F2.gif

    main observational points and contents.

    point 1: High tide and low tide, sands

    point 2: Intrusion rock, plant stem fossil

    point 3: Coastal cliffs

    point 4: Reversal fault, coastal cliffs

    point 5: Marine-pothall, sand stone

    point 6: Fault, sea caves

    point 7: Conglomerate strata, sea-cliff caves, sea stack

    point 8: Disturbance structure of sedimentary stratum

    point 9: Sea cave point 10: Overthrust

    JKESS-35-180_F3.gif

    Shooting equipment for 360o panorama (from left: tripod, rotator, fisheye lens).

    JKESS-35-180_F4.gif

    panorama shooting scene.

    JKESS-35-180_F5.gif

    pre-processing software Capture One.

    JKESS-35-180_F6.gif

    Stitching software PTGui.

    JKESS-35-180_F7.gif

    panorama editing tool, PanoTour Pro.

    JKESS-35-180_F8.gif

    Components of PVR learning scene.

    JKESS-35-180_F9.gif

    VFT learning with Google map.

    JKESS-35-180_F10.gif

    Investigating of strata direction.

    JKESS-35-180_F11.gif

    Investigating of strata slope.

    JKESS-35-180_F12.gif

    Using of magnified photo.

    JKESS-35-180_F13.gif

    Observation of 3Dspecimen.

    JKESS-35-180_F14.gif

    Pop-up explanation.

    JKESS-35-180_F15.gif

    Arrangement of VFT learning.

    Table

    Geology and ocean related contents of middle school science text

    response results of virtual field trip, ( ) is response level

    (1. strongly disagree 2. disagree 3. neutral 4. agree 5. strongly agree)

    Reference

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