거리·무게·소리 등 다양한 센서 활용
신체활동과 접목, 과학에 흥미 높여

협동정신은 물론 정리정돈도 스스로
교사 간 교환수업으로 연구 질 제고

“마이크로컴퓨터인 ‘아두이노’ 활용
컴퓨터실 없는 융합수업 시도할 것”




‘식물의 한살이’를 알아보는 4학년 과학시간. 학생들이 주어진 카드에 강낭콩의 한살이를 표현하는 그림을 그린 후 설명을 적었다. 씨앗에서 싹이 나오는 그림, 떡잎이 나오는 그림, 가지가 나고 잎이 달리는 그림 등 알록달록한 카드 6장을 완성한 아이들은 짝을 지어 컴퓨터 앞에 앉았다. 교사가 나눠준 거리센서를 카드에 가까이 대자 컴퓨터 화면이 그림과 같은 강낭콩의 한 살이를 나타내는 사진으로 바뀌었다.(사진)

이는 17일 경기 호암초(교장 박희양)에서 열린 ‘피지컬 컴퓨팅(physical computing)’을 활용한 STEAM 수업장면이다. 김석희 교사를 중심으로 호암초 교사연구회가 4년째 연구하고 있는 이 수업은 ‘피지컬 컴퓨팅’이라는 개념을 학교 현장에 처음으로 도입한 것이어서 주목받고 있다.

‘피지컬 컴퓨팅’이란 프로그램이나 센서 등을 이용해 컴퓨터가 인간의 감각 역할을 하거나 그에 반응하도록 하는 것이다. 쉽게 말해 키보드나 마우스와 같은 입력 방법 대신 소리, 동작, 빛, 열 등 물리적인 방법으로 정보를 입력하고 표현하는 개념이다. 미국을 중심으로 활발히 연구되고 있으며 뉴욕의 중․고교에서도 활용되는 등 학생과 교사들에게 좋은 반응을 얻고 있는 융합수업의 한 도구다. 평소 IT 교육에 관심이 많았던 김 교사가 미국에서 직접 도구들을 수입해오면서 본격적인 연구가 시작됐다.

수업에 주로 사용되는 도구는 ‘핸즈온(hands on) 센서’다. 핸즈온 센서는 빛, 소리, 온도, 압력, 거리 등을 입력하면 프로그램을 통해 빛이나, 소리, 동작 등으로 결과 값이 표현되는 장비다. 즉 주제와 표현하고자하는 방식에 따라 거리센서, 압력센서, 소리센서 등 다양한 종류의 센서를 선택해 적용할 수 있다는 설명이다.

김 교사는 “피지컬 컴퓨팅을 활용한 STEAM 수업은 중요하지만 적용하기 어려운 요소인 T(technology)와 E(engineering)를 한 번에 해결해준다”며 “신체적인 활동과 접목되기 때문에 과학에 대한 흥미를 쉽게 끌 수 있다”고 밝혔다.

그는 “피지컬 컴퓨팅을 활용한 융합수업의 분야는 매우 넓다”고 말했다. 기울기 센서를 달아 말하는 저울을 만들면 과학교과의 ‘용수철로 무게 재기’를 배울 수 있고, 모터 세기를 조절해 로봇 자동차의 빠르기를 비교하며 ‘속력’의 개념을 익힐 수도 있다. 이밖에도 전기가 흐르는 원리를 이용해 인간드럼 공연하기, 빛을 감지하는 센서를 이용해 전기회로 연결방법 알기 등 어떤 센서를 활용하느냐에 따라 적용할 수 있는 수업분야는 무궁무진해진다는 것.

김 교사는 “특히 식물의 한살이 같은 단원은 암기해야 할 부분은 많지 않지만 교과서로만 수업하면 자칫 지루해하기 쉬운 부분이어서 융합수업에 활용하면 효과가 크다”며 “그림을 그리고 시도 쓰면서 예술적 소양을 기를 수 있고 주변 자연환경에도 자연스럽게 관심을 갖게 돼 인성교육 효과도 얻을 수 있다”고 주장했다.



“항상 2인 1조로 협력해야만 과제를 수행할 수 있기 때문에 협동정신은 물론 정리정돈까지 아이들 스스로 익히게 됩니다. 수업 후에는 다른 친구들을 몇 명이나 도왔는지 물어보고 적절한 보상을 해주는 등 조금만 독려해주면 자발적․적극적으로 참여하는 아이들이 눈에 띄게 늘어나요.”

교사들끼리의 융합도 중요한 요소다. 호암초의 경우 4학년이 3학급이어서 3명의 교사들이 각자가 관심 있고 자신 있는 분야의 수업을 정해 교환 수업을 실시하고 있다. 지혜정 교사는 “좋아하는 수업을 더 열심히 개발할 수 있는 동기 부여도 되고 다른 반 학생들 이름까지 자연스럽게 외울 수 있어 학교 분위기가 한결 부드러워졌다”고 덧붙였다.

4년간의 연구 결과 학생들의 과학탐구에 대한 태도, 과학에 대한 즐거움, 과학에 대한 직업적 흥미 등에서 통계적으로 유의미한 수치가 나왔다. 그는 “어린이들의 장래희망을 조사해보니 과학자는 19위, 과학자를 꿈꾸는 중․고교생은 100명중 2명뿐이었던 자료를 본적이 있다”며 “피지컬 컴퓨팅이 과학에 대한 흥미 제고는 물론 진로선택에도 긍정적인 영향을 미쳐 이공계 기피현상을 완화하는 계기로 작용했으면 좋겠다”고 밝혔다.

꾸준한 연구 덕분에 김 교사는 지난해 ‘2년간의 추적 연구를 통한 피지컬 컴퓨팅 기반의 STEAM 프로그램의 효과’로 논문을 냈다. 또 11일 한국과학창의재단이 주최한 ‘2014년 융합인재교육 전국 워크숍’에서 발표자로 나서 자신의 운영사례를 공유하기도 했다.

연구에서 엿보인 열정만큼 호암초 연구회는 도전하고 싶은 STEAM 수업 분야도 다양했다. 김 교사는 “마이크로 컴퓨터인 ‘아두이노(Arduino)’를 활용한 융합수업 등 앞으로 더 많은 첨단기기를 활용한 STEAM 수업을 시도하고 싶다”고 밝혔다. 아두이노는 컴퓨터 메인보드의 단순 버전으로 기판에 다양한 센서나 부품 등의 장치를 연결할 수 있다. 컴퓨터와 연결해 소프트웨어를 로드하면 동작하므로 새로운 창조물을 무한대로 만들어 낼 수 있는 작은 컴퓨터라고 할 수 있다. 가격도 3~4만원으로 저렴하다.

“아두이노는 융합수업의 판도를 뒤바꿀 만한 장치라고 봅니다. 초등 STEAM 수업의 수준을 감안해보면 굳이 한 대에 100만원이 넘는 컴퓨터를 여러 대 구비해 컴퓨터실까지 갖출 필요는 없어요. 아두이노는 컴퓨터와 같은 기능을 수행하면서도 손바닥 크기만큼 작고 가격도 저렴해 바로 교실에서 활용할 수 있고 고장이 나도 큰 부담이 없죠.”

김 교사는 “연구를 진행하며 깨달은 것은 즐거운 학습경험은 학생들의 기억에 오래 지속된다는 것”이라며 “앞으로도 진입 장벽이 낮은 좋은 기자재들을 많이 찾고 활용해 더 재미있고 능률적인 STEAM 수업을 연구하고 싶다”고 밝혔다.