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문제 정의
- 본 연구에서는 채석강 지역에 포함된 중학교 교육과정의 내용 뿐만 아니라 아름다운 지형을 감상할 수 있는 3차원 파노라마로 구성하여 인터넷이 가능한 곳이면 언제 어디서나 누구든지 사이버 투어를 하면서 학습할 수 있는 VFT를 개발하고자 하는 것이다.
- 셋째, 정리 단계는 사이버 지질 답사 결과를 토대로 탐구활동 결과와 느낀점 등을 정리하는 단계이다. 본 연구에서는 핵심적으로 정리할 내용 중심으로 간단한 노트를 제공하여 VFT 학습을 마무리 할 수 있도록 하였다.
- 10은 point 3에서 지층이 잘 보이는 곳에 컴파스를 위치시켜 북쪽 방향에 대한 지층의 방향을 짐작해볼 수 있도록 한 예이다. 본 프로그램에서는 컴파스는 고정시켜두고 영상을 움직여 지층이 컴파스 부근에 오도록 개발하였다.
- 주요 관찰 내용은 경치 구경하기, 주변 지형 살피기, 지질 구조 살피기, 암석 등 특정 표본 관찰해보기 등이다. 이때 지질학적으로나 지형학적으로 특이한 모습을 보인 곳에는 그 내용을 보다 잘 확인할 수 있도록 팝업창으로 해설하기, 3D로 표본 돌려보고 확대해보기, 전문가 설명듣기, 사진으로 확대해보기 등의 버튼을 두었기 때문에 관련 내용을 살펴볼 수 있다.
- 이에 본 연구에서는 위의 VFT와 PVR 기술의 장점을 살려 다양한 지질학 및 지형학적인 현상을 보여주는 채석강 지역 중심으로 가상 지질 답사 투어용 자료를 개발한 다음, 중학교 과학영재들에게 적용하여 그 반응을 통해 교육적 효과를 알아보기 위해 다음과 같은 연구 목적을 정하였다.
제안 방법
- 계조의 범위를 넓히려는 HDR 촬영을 하려면 ±2 stop으로 설정하여 3단계 브라케팅 촬영을 실시할 수 있도록 한다.
- 그리고 지층의 경사를 측정해볼 수 있도록 하기 위해 각도기를 마우스로 드래그 하여 해당 지층에 위치시킬 수 있도록 개발하였다. Fig.
- 둘째, 개발된 가상 야외 지질 답사 교육 자료를 과학영재반 학생들에게 적용한 다음 그 반응을 알아본다.
- 14는 point 7의 단층이 나타난 곳에 링크해 둔 학습 자료이다. 또 전문가 설명이 필요한 경우 전문가의 설명 내레이션이나 비디오로 연결하여 보다 구체적인 설명을 들을 수 있도록 구성하였다.
- 본 연구에서 개발한 VFT 야외 답사 프로그램을 중학생들에게 적용해본 후, 그 반응을 알아보기 위해 Orion and Hofstein (1991)의 연구결과를 토대로 사이버 지질 답사 성격에 맞게 13개 문항으로 재구성하여 지질 내용 전문가 2명, 교과교육전문가 2명, 지구과학교사 5명으로부터 질문 항목에 대한 적합성과 질문 내용에 대한 타당성 등에 대한 검증을 받아 활용하였다. 설문 내용과 반응 결과는 Table 2와 같다.
- 본 연구에서는 이러한 모형을 참고하여 Fig. 1과 같이 ‘준비학습 단계-사이버 지질 답사 단계-정리 단계’의 세 단계로 나누어 전체적인 흐름을 구성하였다(Lee, 2005).
- 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 사이버 지질 답사가 원활하게 수행될 수 있도록 구성 하였다. 학습자가 스스로 찾아내야할 내용들도 있어야하기 때문에 보충 자료는 양적으로 적절한 수준에서 제공하였다.
- 본 연구에서는 채석강 지역을 20구역으로 나누어 20곳을 촬영하여 연속적 투어형태로 구성하여 개발하였다. 이들 중 주요 지질 및 지형 관찰 지역은 10곳이다.
- 야외 답사의 주요 활동 중 하나는 지층의 방향과 경사를 확인하는 일이다. 본 연구의 3D 파노라마 개발과정에서 이와 같은 활동을 할 수 있도록 하기 위해 각 파노라마의 수평과 방향을 미리 맞추어두고 컴파스와 각도기를 이용하여 지층의 대략적인 방향과 경사를 측정할 수 있도록 하였다. Fig.
- 본 파노라마 교육프로그램은 바탕 화면에 보인 파노라마 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 구성하였다. Fig.
- 본 연구에서는 시야를 기본적으로 90°로 설정하였다. 사용자는 화면 하단의 네비게이션 버튼이나 마우스 볼을 직접 앞뒤로 굴리면서 시야를 크게 또는 작게 조절해가면서 전체적인 지형을 살펴볼 수 있다. 이때 Fig.
- 스티칭: 보정된 영상의 연결은 PTGui라는 스티칭 프로그램을 활용하였다. 스티칭 프로그램은 여러 종류가 있으나 충분히 검증된 PTGui를 활용하였다. 여기서는 각 노드(node)마다 3장씩의 브라케팅 촬영 결과를 통해 밝고 어두운 지역이 모두 선명하게 잘 나올 수 있도록 HDR (High Dynamic Range) 처리를 한 후 스티칭한다.
- 후처리: 스티칭 결과를 포토샵 불러와 사실성과 예술성 높은 영상자료로 마무리하는 과정이다. 여기서는 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.
- 야외 답사 과정 중 하나의 활동은 루페 등을 이용하여 특정 암석 표본 등을 자세히 관찰하는 일이다. 이러한 활동을 간접적 상황학습으로 구현하기 위해 관찰 지역의 표본과 관련된 암석을 3D로 제작하여 돌려보고 확대해 볼 수 있도록 구성하였다. Fig.
- 이를 위해 마우스나 네비게이션 버튼을 이용하여 좌우 360°를 돌리면서 전체적인 지형을 살펴본다.
- 전처리: 전처리는 촬영된 영상을 연결(stiching) 하기 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 보정, 선명도 보정, 화이트 발란스 보정 등을 수행한 다음, tif 형식으로 저장한다. 이때 300 dpi, 16비트 정도로 저장한다.
- 야외 학습이 성공적으로 수행되기 위해서는 체계적인 과정으로 이루어져야 한다. 이에 사이버 지질 답사 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.
- 이와 같이 기본적인 학습방법을 연습해본 다음, 본격적으로 사이버 지질 답사를 하면서 관찰 활동을 실시한다. 관찰 활동 첫째는 화면 하단 중앙 부근에 있는 ‘준비학습’을 눌러 본시학습 내용과 관련된 내용을 잘 숙지한다.
- 전처리: 전처리는 촬영된 영상을 연결(stiching) 하기 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 보정, 선명도 보정, 화이트 발란스 보정 등을 수행한 다음, tif 형식으로 저장한다.
- 이때 촬영 지역에서 삼각대의 수평을 잘 맞추고 나서 ‘동-서-남-북-하늘바닥’을 촬영한다. 지질 탐사 지역 주변을 연속적으로 이동하면서 촬영하여 투어자료를 만들 수 있도록 한다. Fig.
- 첫째, 채석강 지역의 VFT 학습 자료를 PC 및 스마트폰 버전으로 개발한다.
- 촬영은 지질 관련 관찰 지역 중심으로 촬영 포인트를 정한 다음, 현장에 가서 직접 촬영을 실시한다. 다음은 그 구체적인 내용이다.
- 학습자가 가상 지질 답사 투어 수행하면서 지질학적 특징이 나타나는 곳에 교육 자료나 설명 등을 링크하여 제공하였다. Fig.
대상 데이터
- 본 연구에서 VFT를 개발하기 위한 지역으로 채석강 지역을 선택하였다. 채석강 지역은 바닷가의 퇴적암이 잘 발달된 지역으로서 지구과학 및 신기한 지질 교육적인 내용뿐만 아니라 아름다운 관광지로도 이름이 높은 곳이다.
- 본 연구에서 개발한 VFT 결과는 충청남도와 대전광역시에 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 자신의 생각을 기술할 수 있을 것이라는 기대를 했기 때문이다.
- 본 연구에서 개발한 파노라마는 360°×180° 3D 파노라마로서 관찰 지역에서 볼 수 있는 모든 장면이 모두 담겨져 있다.
- 3D 파노라마를 제작하기 위해서는 기본적으로 파노라마 촬영 장비와 편집 프로그램이 필요하다. 본 연구에서 활용한 주요 장비는 Fig. 3과 같은 어안렌즈, 삼각대, 로테이터이고 스티칭과 편집에 활용한 소프트웨어는 각각 PTGui와 PanotourPro이다.
- 학생들은 먼저 http://astro.kongju.ac.kr/panorama/ byunsan1/byunsan1.html로 PC나 스마트폰 등을 이용하여 들어간다. 그러면 채석강 지역 파노라마가 자동으로 천천히 돌아가면서 음악이 나온다.
이론/모형
- 첫째, 준비 학습 단계에서는 야외 답사를 위한 기초 지식과 답사 지역의 기본 정보를 안내하는 단계로 선행조직자 역할을 하게 된다. 본 연구에서 Park et al. (2007)의 채석강 지역의 야외 지질 답사 연구 자료와 본 연구에서 추가한 지질학 및 지형학에 대한 기본적인 내용을 포함시켰다.
- 스티칭: 보정된 영상의 연결은 PTGui라는 스티칭 프로그램을 활용하였다. 스티칭 프로그램은 여러 종류가 있으나 충분히 검증된 PTGui를 활용하였다.
- 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 비디오, 플래시 등을 연결하는 과정이 필요하다. 이를 위한 파노라마 투어 제작 및 편집 툴들이 여러 종류가 있지만 국제적으로 가장 많이 활용되는 KRPano 툴과 PanoTour Pro 툴을 활용하였다. Fig.
성능/효과
- ‘유용성’ 측면에서도 86% 정도 긍정적인 응답을 보여주었는데 이는 VFT를 통해서도 지질학적 내용을 배울 수 있고 인터넷 환경이 되어있는 곳이면 누구든지 본 연구에서 제공한 VFT 학습 자료를 볼 수 있고, 반복학습이 가능하며, 시간과 비용이 절감되고 안전사고가 없기 때문에 유용하다고 응답한 것으로 생각되었다.
- 셋째, 지층의 방향을 알아볼 수 있도록 하는 컴파스(direction compass)를 활용한 점과 지층의 경사를 측정해볼 수 있도록 하는 이동 가능한 각도계(dragable angle compass)를 활용한 점이다. 넷째, 주요 관찰 지점에서 산출된 표본을 3차원으로 돌려보고 확대해볼 수 있다는 점이다. 이는 야외 답사에서 표본의 여러 면을 자세히 관찰해야 하는 활동을 간접적으로 할 수 있도록 하는 기능이다.
- 이런 점을 토대로 볼 때, 학교에서 야외 지질 답사 지역을 하기 어려운 경우 VFT 활용 사이버학습을 하게 되면 간접적인 상황학습 또는 야외 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 것으로 판단된다.
- 마지막으로 ‘확장성’과 관련해서도 90% 학생들이 다른 자연학습에도 적용했으면 좋겠다는 반응을 보였다.
- 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 것으로 판단된다.
- 이는 단순 투어뿐만 아니라 학습을 수행해야 하는 학습자에게 도움이 될 수 있다. 셋째, 지층의 방향을 알아볼 수 있도록 하는 컴파스(direction compass)를 활용한 점과 지층의 경사를 측정해볼 수 있도록 하는 이동 가능한 각도계(dragable angle compass)를 활용한 점이다. 넷째, 주요 관찰 지점에서 산출된 표본을 3차원으로 돌려보고 확대해볼 수 있다는 점이다.
- 첫째, 전북 변산반도의 채석강 지역에 대한 3D파노라마 가상 현실 자료를 개발하여 지구과학 영재반 학생들에게 적용해본 결과 85% 이상 만족스러운 반응을 보였다. 이런 점을 토대로 볼 때, 학교에서 야외 지질 답사 지역을 하기 어려운 경우 VFT 활용 사이버학습을 하게 되면 간접적인 상황학습 또는 야외 지질 답사의 대체학습이 될 수 있을 것이다.
- 이와 같이 본 연구에서 개발한 VFT 프로그램의 주요 특징은 다음과 같다. 첫째, 지질 답사 지역을 투어형태로 자유롭게 돌아다닐 수 있다는 점이다. 이때 학습자는 순차적 또는 비순차적으로 가상 투어를 할 수 있다.
- 하지만 이와 같은 VFT 활용 학습이 전통적인 수업에 보조적으로 VFT 수업을 활용하는 것이 좋다고 판단된다(Caliskan, 2011). 흥미와 자연에 대한 심미안과 같은 정의적 영역에서는 87% 이상 재미있게 생각하고 자연을 아름답게 보는 것으로 나타났다. 이는 자연관찰 기회가 부족한 학생들에게 3차원 파노라마와 같은 방식으로라도 아름다운 자연을 가능하면 많이 보여주어 아름 다운 마음과 눈을 갖게 하는 간접적인 방법이 된다고 보여 진다.
후속연구
- 경우에 따라서는 외국까지 다니며 지질 탐사를 한다. 이와 같은 지질 탐사 결과를 VFT 형태로 제작하여 우리나라의 지도와 같은 한 곳에 모아두어 과학교육에 활용하면 초중고 학생들뿐만 아니라 대학생들에 이르기까지 활용도를 높여 교육적 효과를 높일 수 있고 시간과 비용 등도 절감할 수 있을 것이다.
- 이와 같은 반응들을 종합해볼 때 Spicer and Stratford (2001)의 연구 결과처럼 가상 지질 답사 학습이 실제 지질 답사 학습만큼은 아니지만 대체로 긍정적인 반응을 보여 실제 야외 지질 답사가 어려운 경우에는 본 PVR 활용 학습이 대체적 방법이 될 수 있는 하나의 수단이 될 수 있다고 보인다. 향후에는 본 VFT 학습 프로그램을 보다 정교하게 설계하고 구성하여 지질 답사 결과를 분석할 수 있는 자료도 구체적으로 얻어낼 수 있도록 하고 식물 답사나 화석 답사 등에도 확장하여 개발하는 것도 필요하다고 보여진다(Dykes et al., 1999).
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