[논문]건설안전교육 효율성 향상을 위한 기능성게임 적용에 대한 연구

손정욱; 신승우; 이준성

doi:10.6106/kjcem.2014.15.1.020

건설안전교육 효율성 향상을 위한 기능성게임 적용에 대한 연구
Application of Serious Games for Effective Construction Safety Training 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.15 no.1, 2014년, pp.20 - 27

손정욱 (이화여자대학교 건축공학과) , 신승우 (이화여자대학교 건축공학과) , 이준성 (이화여자대학교 건축공학과)

초록
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효과적인 건설안전교육을 위해서는 기존의 문서와 시청각자료에 의존한 이론적인 수업방법에서 벗어나, 체험위주의 교육과 실무중심의 교육이 필요하다. 본 연구에서는 가상현실환경을 구현할 수 있는 3D엔진을 사용하여 건설현장 및 학교에서 안전교육용으로 사용할 수 있는 기능성게임을 개발하였다. 학습자는 게임 내에서 가상공간 내의 건설현장을 돌아다니며 잠재적인 안전재해 발생요인을 발견하는 안전관리자의 역할을 수행하게 된다. 이러한 시행착오 과정을 통해 안전에 관련된 지식을 학습자 스스로 익히게 된다. 또한 게임과정에서 학습과정을 돕기 위해 피드백이 제공되며, 획득한 포인트를 바탕으로 성과를 평가하게 된다. 학생들을 대상으로 한 평가에서 기능성 게임을 통한 안전교육은 설계과정에서 계획된 효과들을 이룬 것으로 나타났으며, 학습자들에게 긍정적인 효과를 나타내 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Construction safety training has mostly relied on one-way transference of instructors' knowledge to trainees through traditional media such as textbooks and lecture slides. However, safety knowledge could be more effectively acquired in experiential situations. The authors proposed a serious game to provide a comprehensive safety training environment. Trainees who assume the roles of safety inspectors in the game explore a virtual construction site to identify potential hazards and learn from the contents of feedback created by the game as a result of trainees' input. The paper reports details of the game design and development process. The test results indicated that trainees were motivated to refresh their safety knowledge, increased their learning interests, and enjoyed the learning process. In addition, trainees showed positive attitudes towards using the game scoring as a way of evaluating their safety knowledge. The test results encouraged the continuous development of the game.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

개발된 안전교육용 기능성게임의 기능성 및 적용성을 검증하기 위해 테스트를 실시했다. 건설관리와 건축공학 전공학생 10명을 대상으로 게임을 실행하도록 하였다.
본 연구는 가상현실환경을 구현할 수 있는 3D엔진을 사용하여 건설현장 및 학교에서 안전교육용으로 사용할 수 있는 기능성게임을 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 문헌조사를 통하여 건설현장에서 수행되고 있는 안전교육과 교육용 기능성게임에 대해서 알아본다.
본 연구에서 개발한 건설안전교육용 기능성게임의 목적은 기존의 교육자에 의해 이루어지는 문서와 시청각을 이용한 건설안전교육에서 벗어나 현실과 유사한 가상현실환경 속에서 학습자 스스로 수행하는 능동적인 학습과정이 되도록 하는 것이다. 학습과정에서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있도록 설계하였다:
이를 위해 다양한 방법의 노력과 더불어 안전교육을 통한 작업자의 의식전환이 필요하다. 이러한 노력의 일환으로 본 연구에서는 가상현실기술을 사용하여 건설현장 및 학교에서 안전교육용으로 사용할 수 있는 기능성게임을 개발하였다. 이어진 검증과정에서 응답자들은 게임의 기술적인 측면, 학습적인 측면, 평가도구로서의 모든 측면에서 대체로 긍정적인 평가를 내렸다.
본 연구는 가상현실환경을 구현할 수 있는 3D엔진을 사용하여 건설현장 및 학교에서 안전교육용으로 사용할 수 있는 기능성게임을 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 문헌조사를 통하여 건설현장에서 수행되고 있는 안전교육과 교육용 기능성게임에 대해서 알아본다. 이를 바탕으로 기능성 게임을 구현하는 데 필요한 요소와 제한사항을 파악하고, 기능성게임의 구성요소를 설계한다.

제안 방법

Torque 3D SDK에서 변환된 게임구성요소들을 불러들어 가상건설현장을 구성하였다. 건물 구성요소들이 사전에 계획된 바에 따라 작성된 부지에 배치되었고, 타워크레인, 이동식 크레인, 비계 등과 같은 대형 구성요소들이 정해진 위치에 설치되었다.
많은 수의 점과 선을 가지는 복잡한 형상은 엔진의 과도한 부하를 유도하므로, 게임의 성능과 현실성 간의 균형을 맞추는 것이 필요했다. 또한, 구성요소 간의 충돌감지 메커니즘을 구현하기 위해서 3D형상의 데이터구조에 충돌영역을 포함시켰다. Fig.
설계과정에서 정의하였던 구성요소들의 요구사항, 동적인 움직임, 반응행위 등을 구현하기 위해서 게임엔진의 최적화작업이 이루어졌다. 코드최적화는 주로 엔진 내의 데이터블록이라는 객체를 수정하는 방식으로 수행되었다.
설문의 내용은 학생들의 기본적인 정보와 아래의 질문을 포함하였다. 설문은 7점 리커트 척도와 예/아니오의 단답형 질문으로 구성되었다. 설문의 내용과 결과는 Table 2에 제시되었다.
학습적인 측면에서는 응답자들의 만족도가 높게 나타났다. 응답자들은 게임을 통한 학습이 스스로 참여하는 상호작용적이었던 과정으로 평가하였다 (문항 5). 이는 문항 6의 결과에서도 나타났는데, 응답자들은 게임을 통해 사전에 알고 있던 안전관련 지식을 실제와 유사한 가상환경에서 경험하고 안전의식을 상기할 수 있었다.
이를 위해 문헌조사를 통하여 건설현장에서 수행되고 있는 안전교육과 교육용 기능성게임에 대해서 알아본다. 이를 바탕으로 기능성 게임을 구현하는 데 필요한 요소와 제한사항을 파악하고, 기능성게임의 구성요소를 설계한다. 설계된 구성요소들은 컴퓨터그래픽 소프트웨어를 통해 제작되며, 3D엔진을 사용하여 가상현실환경 속에 구현된다.
테스트를 실시하기 전에 학생들에게 연구의 목적, 개발과정, 실행방법 등에 대한 안내과정이 진행되었다. 이후 낮은 수준의 레벨의 게임을 10분 동안 실행하도록 하고 설문조사를 실시하였다. 설문의 내용은 학생들의 기본적인 정보와 아래의 질문을 포함하였다.
코드최적화는 주로 엔진 내의 데이터블록이라는 객체를 수정하는 방식으로 수행되었다. 작업자캐릭터와 건설장비들의 이동과 행위를 구현하기 위해서 엔진 내의 AiPlayer라는 데이터블록을 필요에 따라 수정하였다. 충돌감지 메커니즘을 구현하기 위해서 엔진 내의 충돌감치와 관련된 데이터블록을 최적화하였다.
작업자캐릭터와 건설장비들의 이동과 행위를 구현하기 위해서 엔진 내의 AiPlayer라는 데이터블록을 필요에 따라 수정하였다. 충돌감지 메커니즘을 구현하기 위해서 엔진 내의 충돌감치와 관련된 데이터블록을 최적화하였다.
학습자가 게임의 레벨을 선택하고 시작할 수 있는 초기 사용자인터페이스와 실행 중에 피드백과 포인트 정보를 보여주는 실행 사용자인터페이스를 구현하였다.

대상 데이터

현실감있는 가상건설현장을 만들기 위해 필요한 모든 요소 (아바타, 작업자캐릭터, 건설장비, 트럭, 자동차, 작업 중인 건물, 작업도구, 자재, 가설시설, 안전시설, 건물을 포함한 주변환경)에 대한 3D형상들이 만들어졌다. 3D형상은 Autodesk사의 3ds Max 2009와 ChUmbaLum sOft사의 MilkShape 3D를 사용해서 제작되었다.
개발된 안전교육용 기능성게임의 기능성 및 적용성을 검증하기 위해 테스트를 실시했다. 건설관리와 건축공학 전공학생 10명을 대상으로 게임을 실행하도록 하였다. 테스트를 실시하기 전에 학생들에게 연구의 목적, 개발과정, 실행방법 등에 대한 안내과정이 진행되었다.
com)를 활용하여 건설관리교육 보조도구로 사용할 수 있는 가상공간을 구축하였다. 그래픽 소프트웨어를 사용해서 제작한 3D객체들을 Second Life환경 속에 불러들어 비계작업, 타워크레인작업 등에 대한 시각적인 교육자료로 활용하였다.

이론/모형

게임은 Torque SDK (Software Development Kit)를 사용하여 Torque 3D Game Engine을 사용하여 제작되었다. Torque 3D Game Engine은 GarageGames (www.
안전규정들은 미국 워싱턴주 노동산업부의 안전교육지침 (L&I 2012)을 바탕으로 구성되었다.

성능/효과

게임은 시각적, 기능적인 측면에서 설계과정에서 요구된 사항을 대체로 만족한 것으로 나타났다. 시작적인 측면에서는 문항 1,2의 결과에서 보는 것처럼 응답자의 90%가 구성요소가 시각적으로 잘 표현되었으며, 70%가 가상건설현장이 실제와 유사하다고 응답했다.
또한 응답자들은 게임을 통한 학습과정을 통해 학습주제에 대한 흥미를 가지게 되었다. 모든 응답자들이 게임을 통한 학습방법이 기존의 강의식 학습방법과 비교해 재미있다고 응답하였으며 (문항 7), 70%가 이를 통해 안전교육에 대한 흥미가 생겼다고 답하였다 (문항 8).
응답자들은 게임을 통해 학습수준을 평가하는 것에 대해 긍정적으로 평가했다. 응답자들의 80%가 게임실행의 결과가 현재 자신의 안전관련 지식수준을 제대로 반영한다고 답했으며 (문항 9), 90%가 이를 안전교육에서 평가방법의 일환으로 사용되어도 좋을 것 같다고 생각했다 (문항 10). 전체적으로 기능성 게임을 통한 안전교육은 설계과정에서 계획된 효과들을 이룬 것으로 나타났으며, 피학습자들에게 긍정적인 효과를 나타내 것으로 평가되었다.
이러한 노력의 일환으로 본 연구에서는 가상현실기술을 사용하여 건설현장 및 학교에서 안전교육용으로 사용할 수 있는 기능성게임을 개발하였다. 이어진 검증과정에서 응답자들은 게임의 기술적인 측면, 학습적인 측면, 평가도구로서의 모든 측면에서 대체로 긍정적인 평가를 내렸다.
응답자들의 80%가 게임실행의 결과가 현재 자신의 안전관련 지식수준을 제대로 반영한다고 답했으며 (문항 9), 90%가 이를 안전교육에서 평가방법의 일환으로 사용되어도 좋을 것 같다고 생각했다 (문항 10). 전체적으로 기능성 게임을 통한 안전교육은 설계과정에서 계획된 효과들을 이룬 것으로 나타났으며, 피학습자들에게 긍정적인 효과를 나타내 것으로 평가되었다.

후속연구

(1) 본 연구의 결과물은 안전교육을 위한 주방법으로 사용하기에는 기능적인 한계가 있으며, 현재로서는 교육을 위한 보조 또는 평가방법으로 사용이 가능하다. 웹기반시스템이나 스마트기기 등을 통한 교육방법과 연계하여 향후 종합적인 안전교육 컨텐츠로 발전할 수 있을 것이다.
(2) 가상현실환경 내에 건설현장의 모든 구성요소를 사실적으로 구현하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 안전재해 발생요인에는 육안으로 확인이 가능한 명시적인 형태와 상황 이외에도 3D형상만으로는 구현이 어려운 요인들이 있다.
본 연구가 건설현장에서 실질적인 교육도구로 사용되기 위해서는 향후 다음을 포함한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
(1) 본 연구의 결과물은 안전교육을 위한 주방법으로 사용하기에는 기능적인 한계가 있으며, 현재로서는 교육을 위한 보조 또는 평가방법으로 사용이 가능하다. 웹기반시스템이나 스마트기기 등을 통한 교육방법과 연계하여 향후 종합적인 안전교육 컨텐츠로 발전할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2011년 우리나라에서 발생한 산업재해자수는 몇 명인가?	건설안전재해는 전체 산업재해 중 큰 비중을 차지하며, 경제적·사회적 피해는 점차 증가하고 있는 추세이다. 안전관리공단에서 발표한 2011년 산업별 사망재해 통계를 살펴보면 우리나라에서 발생한 산업재해자수는 93.292명이었으며, 직간접적 경제적 손실추정액은 18조에 이른다. 이 중에 건설업종에서 발생한 산업재해자수는 전체의 24.
	건설현장에서 실시되는 안전교육의 실효성이 떨어지는 이유는 무엇인가?	그러나 건설현장에서 실시되는 안전교육은 다양한 직종의 작업자를 동시에 소집하여 진행되는 강의위주로 진행되어 작업자의 관심을 유발하지 못하고 형식적인 교육에 그쳐 재해예방에 실효성이 떨어지고 있다 (정성훈 외 2011). 최근 IT기술을 활용한 다양한 건설안전관리기술 및 교육방법이 개발되었다.
	건설현장에서의 안전교육은 어떤 방법으로 진행되는가?	건설현장에서의 안전교육은 산업안전보건법에서 정한 바에 따라 신규채용시교육, 작업내용변경시교육, 특별안전교육, 근로자정기교육, 관리감독자정기교육과 직무교육이 실시되고 있다. 건설기업들은 한국산업안전보건공단에서 제작한 교육자료를 바탕으로 제작한 교육자료를 활용하여 안전교육을 실시하고 있다. 발생빈도가 높은 재해유형별로 실제사례를 사진과 그림 등을 통하여 이해를 도모하며, 사례를 바탕으로 재해개요와 원인을 작업자에게 인지시키고 대책에 대하여 교육하는 방법으로 안전교육을 실시하고 있다 (박태환 외 2013).

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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