자석 및 자기장 주제에 대한 과학 학습용 웹기반 시뮬레이션의 현황 및 개선 방안 Current State and Ways of Improvement of web-based science simulations about magnets and magnetic field원문보기
본 연구를 통해 자석 및 자기장과 관련된 웹기반 과학학습 시뮬레이션들의 현황을 살펴보고, 시뮬레이션의 내용과 전략 및 디자인 측면에서 적절성을 평가하였다. 연구를 위해 과학학습 시뮬레이션 평가 기준을 고안하였으며, 초등교사 8명이 참여하여 자석 및 자기장 관련 시뮬레이션 14종을 평가 기준에 맞추어 평가하고 각 시뮬레이션의 특징을 기술하였다. 평가 결과를 바탕으로 시뮬레이션들을 상 그룹과 하 그룹으로 분류하였고, 상 그룹의 시뮬레이션에서 강점과, 하 그룹의 시뮬레이션에서 보완할 점들을 교수학습 내용, 교수학습 전략, 화면구성, 기술의 측면에 따라 분석하고 도출하였다. 연구 결과를 근거로 교수학습에 효과적인 자석 및 자기장 주제의 웹기반 시뮬레이션 개선을 위한 방안을 논의하였다.
본 연구를 통해 자석 및 자기장과 관련된 웹기반 과학학습 시뮬레이션들의 현황을 살펴보고, 시뮬레이션의 내용과 전략 및 디자인 측면에서 적절성을 평가하였다. 연구를 위해 과학학습 시뮬레이션 평가 기준을 고안하였으며, 초등교사 8명이 참여하여 자석 및 자기장 관련 시뮬레이션 14종을 평가 기준에 맞추어 평가하고 각 시뮬레이션의 특징을 기술하였다. 평가 결과를 바탕으로 시뮬레이션들을 상 그룹과 하 그룹으로 분류하였고, 상 그룹의 시뮬레이션에서 강점과, 하 그룹의 시뮬레이션에서 보완할 점들을 교수학습 내용, 교수학습 전략, 화면구성, 기술의 측면에 따라 분석하고 도출하였다. 연구 결과를 근거로 교수학습에 효과적인 자석 및 자기장 주제의 웹기반 시뮬레이션 개선을 위한 방안을 논의하였다.
This study is to review current state of web-based simulations for science learning about magnets and magnetic field, and evaluate the appropriateness of simulations in terms of contents, strategies and design. We designed a set of criteria for evaluating science simulations and applied it to 14 sim...
This study is to review current state of web-based simulations for science learning about magnets and magnetic field, and evaluate the appropriateness of simulations in terms of contents, strategies and design. We designed a set of criteria for evaluating science simulations and applied it to 14 simulations about magnets and magnetic field. For the evaluation, eight elementary teachers participated and they described specific characteristics of each simulation according to the criteria. Based on the evaluation, we divided the simulations into two groups, excellent vs. normal groups. We analyzed strengths from the simulations in excellent group and weaknesses from the simulations in normal group according to the contents, learning strategies, screen format, and technical features. Implications for ways of improvement in developing web-based science simulations effective to science teaching and learning about magnets and magnetic field were discussed.
This study is to review current state of web-based simulations for science learning about magnets and magnetic field, and evaluate the appropriateness of simulations in terms of contents, strategies and design. We designed a set of criteria for evaluating science simulations and applied it to 14 simulations about magnets and magnetic field. For the evaluation, eight elementary teachers participated and they described specific characteristics of each simulation according to the criteria. Based on the evaluation, we divided the simulations into two groups, excellent vs. normal groups. We analyzed strengths from the simulations in excellent group and weaknesses from the simulations in normal group according to the contents, learning strategies, screen format, and technical features. Implications for ways of improvement in developing web-based science simulations effective to science teaching and learning about magnets and magnetic field were discussed.
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문제 정의
교수-학습 전략 영역에서는 학생들이 얼마나 시뮬레이션에 흥미를 가지고 몰입할 수 있으며, 활발한 상호작용을 통해 탐구를 수행할 수 있는가에 관하여 평가하였다. 교수-학습 전략 영역의 평가 결과를 종합한 것은 (Fig.
시뮬레이션을 개선한다면, 자석을 플레이 영역 밖에 두고 자석을 가지고 들어올 때 자기장의 모습이 변하는 것을 보여주면 좋겠다는 평가 의견이 있었다. 또, 미션과 같은 게임적 요소를 첨가한다면 학생들이 시뮬레이션에 흥미를 가지고 몰입할 수 있을 것이라는 의견도 제시하였다.
본 연구의 목적은 자석 및 자기장과 관련된 웹기반 과학학습 시뮬레이션들의 현황을 알아보고, 그것들의 적절성을 시뮬레이션의 교수학습 내용과 전략 및 디자인 측면에서 평가하여 이후 더 유용한 시뮬레이션 개발 및 적용을 위한 시사점을 제시하는데 있다. 연구의 결론은 다음과 같다.
이와 같은 논의를 바탕으로 이 연구에서는 자석 및 자기장과 관련된 웹기반 과학학습 시뮬레이션들의 현황을 알아보고, 그것들의 적절성을 시뮬레이션의 교수학습내용과 전략 및 디자인 측면에서 평가(또는 검토)하여 이후 더 유용한 시뮬레이션 개발 및 적용을 위한 방안들을 제안해 보고자 한다.
효과적인 과학 학습용 웹기반 시뮬레이션을 평가하기 위한 선행 작업으로 국내외 학자들에 의해 제시된 교육용 소프트웨어의 평가 준거들을 살펴보았다. 한국교육개발원[18]은 교육용 소프트웨어 심의를 위한 개념적 모형을 개발하여 심의 기준을 목표, 내용, 전달, 기술의 네 가지 영역으로 구분하였고, Bitter & Wighton[6]은 일반적 평가 준거를 위한 조사를 실시하여, 내용의 정확성, 상호작용, 신뢰도, 동기 등 22개의 공통적 평가준거를 제시하였다.
제안 방법
기술 영역은 오류가 없이 시뮬레이션이 잘 실행되는지, 버튼을 클릭하였을 때 반응 속도가 적절한지, 필요에 따라 전단계로의 이동이 가능한지, 접근성이 좋은지 등을 기준으로 평가하였다. ‘S6(막대자석 주위의 자기장)’는 평균 4.
또한, 자기장, 전류의 흐름, 그리고 자화 과정 등 비가시적 현상을 시각화하여 제시하여 줌으로써 추상적 개념 이해를 도울 수 있었다. 내용 제시 방식을 단일화 하는 것이 아니라, 실험결과를 그래픽, 모형, 숫자 등 다양한 표현양식으로 나타내어 학생들이 자신의 학습 양식에 맞는 다양한 데이터를 수집하고, 해석할 수 있는 기회를 제공하였다. ‘교수학습 전략’면에서 좋은 시뮬레이션들은 학생들이 흥미를 가지고 시뮬레이션과 상호작용할 수 있도록 애니메이션, 그래픽 등으로 감각적으로 학생들의 주의를 집중시키고자 하였다.
나침반 바늘의 진하기로 자기장의 세기를 표현한 점, 자기장의 세기를 수치화하여 나타낸 점은 모델의 적합성 부분에서 우수한 평가를 받았다. 또, 감은 코일에서 전자의 흐름을 애니메이션으로 표현한 점 등도 눈에 보이지 않는 현상을 모형화하여 학생들이 쉽게 이해하도록 하는데 도움이 되는 것으로 평가하였다(Fig. 3).
단순히 자기장의 모습을 확인하는데서 그치지 않고, 학생들이 직접 나침반의 방향을 따라 자기력선을 그려보도록 하는 시뮬레이션으로, 활동에 대한 몰입과 흥미도가 높게 평가 되었다. 또, 막대자석의 개수와 막대자석이 놓인 모습을 다양하게 선택할 수 있도록 하여 여러 가지 자석에 의한 자기장을 그려볼 수 있도록 한 점도 우수한 점으로 평가하였다(Fig. 10). 시뮬레이션의 상호작용 가능성은 학생들이 얼마나 능동적으로 시뮬레이션과 상호작용하면서 의미를 구성해 갈 수 있느냐에 관한 것인데, ‘S8’은 수동적으로 주어진 자기장의 모습만 확인하는 것이 아니라 직접 자기력선을 그려보는 활동을 통해서 자기장의 방향, 모습, 세기를 이해할 수 있도록 구성하였다는 점에서 높게 평가 되었다.
이를 교수학습 전략, 화면구성, 기술의 하위요소에 반영하였다. 선행 연구에서 제시된 시뮬레이션이 갖추어야 할 요소들을 중심으로 하위 평가 요소들을 추출한 후, 이를 수정 보완하였다. 이를 초등과학교육 전문가 3인의 협의를 거쳐 도출하였으며, 교육용 시뮬레이션 평가 기준을 제시하면 [Table 1]과 같다.
전지의 세기, 전류의 방향, 직류/교류, 코일의 감은수를 변인으로 선택할 수 있도록 되어 있다. 시뮬레이션 결과도 작은 나침반을 통한 자기장의 모습, 큰 나침반의 자침이 가리키는 방향, 자기장 측정기로 정량화된 자기장 세기 관찰 등 다양한 방법으로 데이터를 수집하고, 해석할 수 있도록 구현하였다(Fig. 9). 다만 변인이 다양한 시뮬레이션의 경우 학습자가 변인통제와 관련된 탐구 기능이 충분히 학습된 상황이 아니라면, 탐구 문제를 설정하고, 가설을 세우고, 변인을 통제하여 실험 결과를 도출해 낼 때, 세심한 안내가 필요하다는 의견이 있었다.
연구의 특성상 시뮬레이션의 특징을 분석적으로 기술하고, 그 특징에서 시뮬레이션의 우수한 점과 보완할 점 및 개발의 시사점을 도출하는 형태로 진행하였다. 시뮬레이션의 특징 기술은 이 연구에 참여한 연구자 3인이 각 시뮬레이션의 특징을 함께 분석하고 분석 결과를 공유하며 분석자간 차이점이 발견되면 반복적인 분석을 통해 서로 합의를 도출하였다.
영역별 상, 하 그룹으로 최종 선정된 시뮬레이션에 대하여 [Table 1]에 제시한 평가 기준의 영역별로 각 시뮬레이션의 특징들을 비교, 분석하였다. 연구의 특성상 시뮬레이션의 특징을 분석적으로 기술하고, 그 특징에서 시뮬레이션의 우수한 점과 보완할 점 및 개발의 시사점을 도출하는 형태로 진행하였다. 시뮬레이션의 특징 기술은 이 연구에 참여한 연구자 3인이 각 시뮬레이션의 특징을 함께 분석하고 분석 결과를 공유하며 분석자간 차이점이 발견되면 반복적인 분석을 통해 서로 합의를 도출하였다.
’의 리커트 척도로 평가하도록 하였고, ‘총평’란을 만들어 시뮬레이션에 대한 종합적 서술 평가를 할 수 있도록 하였다. 연구자간 신뢰도 확보를 위해, 2개의 샘플 시뮬레이션을 먼저 평가하도록 한 후, 평가 결과를 비교해 보고, 평가 기준의 의미와 평가 방향에 대한 논의를 거쳐, 14개의 시뮬레이션을 평가하도록 하였다. 이들의 평가 결과는 [Table 3]과 같다.
영역별 상, 하 그룹으로 최종 선정된 시뮬레이션에 대하여 [Table 1]에 제시한 평가 기준의 영역별로 각 시뮬레이션의 특징들을 비교, 분석하였다. 연구의 특성상 시뮬레이션의 특징을 분석적으로 기술하고, 그 특징에서 시뮬레이션의 우수한 점과 보완할 점 및 개발의 시사점을 도출하는 형태로 진행하였다.
초등 교사들의 평가 결과에서 평가 기준의 영역별 평균점수와 표준 편차를 구하였다. 이 자료를 바탕으로 14종 시뮬레이션을 상, 중, 하 세 집단으로 분류하였다. 즉, 평균 점수에서 제1 표준편차 이상 되는 그룹을 ‘상’, 평균 점수에서 +제1 표준편차부터 -제1 표준편차 사이에 해당하는 그룹을 ‘중’, -제1 표준편차 이하의 그룹을 ‘하’로 분류하였다.
그러나 선행연구들에서 제시된 교육용 소프트웨어의 하위 평가 요소들은 CAI 프로그램, 멀티미디어 기반 교수학습(MBI), 웹기반 교수학습(WBI) 등의 광범위한 영역의 자료들에 대한 평가 기준이기 때문에 시뮬레이션에 적합한 하위 평가 요소의 선정이 필요하였다. 이를 위해 시뮬레이션과 관련된 평가 준거를 제시한 선행연구, 효과적 시뮬레이션의 특징을 제시한 연구를 중심으로 하위요소를 추출하였다. 안성훈[3]은 자료의 형태에 따른 평가 준거를 제시하였는데, 시뮬레이션형 컨텐츠의 경우 학습 내용이 시뮬레이션으로 구현되었들 때 더 적합한가에 관련된 학습 내용의 적합성, 지시사항, 학습내용 제시 형태, 내용 전개가 적절한지에 관한 학습내용 제시의 적절성, 학습자 입력과 피드백의 적절성을 평가 준거로 제시하였다.
자석의 위치만 옮길 수 있도록 되어 있는 다른 시뮬레이션에 비해 ‘S2(막대자석 주위의 자기장)’는 자석의 위치를 옮기거나, 자석을 뒤집어 주변 자기장의 변화를 확인할 수 있도록 하였으며, 자기장 측정기 보기 버튼이 있어 측정기를 자석 주변에 옮겨가며 자기장의 세기를 수치화하여 측정해볼 수 있도록 하였다.
즉, 평균 점수에서 제1 표준편차 이상 되는 그룹을 ‘상’, 평균 점수에서 +제1 표준편차부터 -제1 표준편차 사이에 해당하는 그룹을 ‘중’, -제1 표준편차 이하의 그룹을 ‘하’로 분류하였다.
평가 기준을 개발한 뒤, ‘magnet, magnetic fied, electromagnet, simulation’을 검색어로 하여 자석 및 자기장 관련 시뮬레이션을 수집하였고, 이 중 초등학생이 사용하기에 적합한 시뮬레이션 14종을 선택하여 평가하였다.
또한 좋은 시뮬레이션들은 학생들이 몰입할 수 있는 학습과제를 제시하였다. 학습자가 단순히 시뮬레이트된 현상만을 관찰하는 것이 아니라, 자기력선 그리기, 자기장의 세기 조절하기 등 다양한 학습 과제를 제시하여 시뮬레이션을 통해 문제를 찾고 관찰하고 해결하는 활동에 몰입할 수 있도록 하였다.
대상 데이터
00으로 ‘하’ 그룹으로 분류되었다. 본 연구의 대상인 시뮬레이션은 자석 또는 전자석 주변의 자기장을 표현하는 주제로 구성되어 있어서 일부를 제외하고는 내용의 신뢰성 부분에서는 시뮬레이션 간에 큰 차이를 보이지는 않았다. 시뮬레이션의 특성상용어 노출이 많지 않았으며, 버튼이나 아이콘에 용어가 주로 사용되고 있었다.
세 그룹 중 ‘상’과 ‘하’수준에 해당하는 시뮬레이션들을 이 연구의 최종 연구 자료로 선정하였다.
최범길과 전영석[10]의 연구에 의하면 자석 보관 등의 문제로 초등학교에서 사용되는 자석의 60% 이상이 극 이상상태의 자석이었으며, 이를 이용하여 실험할 경우 실험 결과가 명확하게 나타나지 않는 것으로 조사되었다. 시뮬레이션은 실제 실험 과정에서 나타나는 문제점을 보완하여 학생들의 개념 이해를 촉진시킬 수 있는 하나의 도구가 될 수 있기 때문에 자석과 자기장 개념과 연관된 시뮬레이션을 연구 소재로 선택하였다.
평가 기준을 개발한 뒤, ‘magnet, magnetic fied, electromagnet, simulation’을 검색어로 하여 자석 및 자기장 관련 시뮬레이션을 수집하였고, 이 중 초등학생이 사용하기에 적합한 시뮬레이션 14종을 선택하여 평가하였다. 시뮬레이션은 총 14종이며, 자석에 의한 자기장,전자석에 의한 자기장, 자화 주제로 구성되어 있다. 일부는 국내에서 개발된 것도 있지만 대부분 외국에서 개발된 것들이 많았다.
이 연구의 목적이 유용한 시뮬레이션을 개발하고 학교 수업에 적용하기 위한 시사점을 찾는 것이므로 ‘상’ 그룹의 시뮬레이션에서 우수한 점들을 찾아내고, ‘하’ 그룹의 시뮬레이션에서 보완할 점들을 찾아내는 것이 필요하다고 판단되어 두 그룹에 해당하는 시뮬레이션을 연구 대상으로 선정하였다.
데이터처리
초등 교사들의 평가 결과에서 평가 기준의 영역별 평균점수와 표준 편차를 구하였다. 이 자료를 바탕으로 14종 시뮬레이션을 상, 중, 하 세 집단으로 분류하였다.
이론/모형
한국학술정보원[17]에서는 기존 선행연구들을 분석․종합하여, 교육용 소프트웨어의 평가 기준을 크게 내용, 교수전략, 기술적 특성으로 영역을 나누어 제시하였다. 본 연구에서는 한국학술정보원이 제시한 평가 영역을 따랐다. 그러나 선행연구들에서 제시된 교육용 소프트웨어의 하위 평가 요소들은 CAI 프로그램, 멀티미디어 기반 교수학습(MBI), 웹기반 교수학습(WBI) 등의 광범위한 영역의 자료들에 대한 평가 기준이기 때문에 시뮬레이션에 적합한 하위 평가 요소의 선정이 필요하였다.
성능/효과
끝으로 좋은 시뮬레이션들은 ‘기술’적인 측면에서 조작이 쉽고 간편했으며, 학습자가 마우스나 키보드로 조작할 때 반응속도가 빠르게 작용하였다.
‘S2(막대자석 주변의 자기장)’와 포맷은 거의 유사하다. 나침반 바늘의 진하기로 자기장의 세기를 표현한 점, 자기장의 세기를 수치화하여 나타낸 점은 모델의 적합성 부분에서 우수한 평가를 받았다. 또, 감은 코일에서 전자의 흐름을 애니메이션으로 표현한 점 등도 눈에 보이지 않는 현상을 모형화하여 학생들이 쉽게 이해하도록 하는데 도움이 되는 것으로 평가하였다(Fig.
‘하’ 그룹으로 분류된 시뮬레이션은 ‘S5(자석 주위의 자기장)’와 ‘S12(전자석)’이다. 두 시뮬레이션 모두 변인이 너무 단순하고, 학습자가 통제할 수 있는 부분이 매우 적다는 공통점을 가지고 있었다. ‘S5(자석 주위의 자기장)’의 경우 지도 위에서 자석을 움직여 나침반 바늘의 변화를 확인하는 실험인데, 큰 나침반 하나만 제시되어 있어 자석 주변의 자기장의 변화를 관찰하기에는 부족하다고 평가하였다(Fig.
또, ‘S2’ 첫 화면에는 막대자석 위에 ‘마우스로 움직여 보세요’ 라는 지시어가 떠 있어서, 시뮬레이션을 처음 접한 학생들이 무엇을 먼저 해야 할지 쉽게 파악할 수 있도록 한 점도 우수하다는 평가의견이었다.
또, ‘S2(막대자석 주위의 자기장)’와 ‘S14(전자석)’ 시뮬레이션의 경우 플레이 영역과 컨트롤 패널 영역이 분리되어 있어서 학생들이 실험에서 무엇을 조절하고 보아야 하는지를 쉽게 파악할 수 있도록 되어 있다는 점도 우수한 점으로 평가되었다.
‘교수학습 내용’면에서 제시된 원리나 용어에 과학적 오류가 없으며, 특히 버튼이나 화면에 학습하고자 하는 과학용어를 노출하여 학생들이 과학 용어에 익숙해 지도록 하였다. 또한, 자기장, 전류의 흐름, 그리고 자화 과정 등 비가시적 현상을 시각화하여 제시하여 줌으로써 추상적 개념 이해를 도울 수 있었다. 내용 제시 방식을 단일화 하는 것이 아니라, 실험결과를 그래픽, 모형, 숫자 등 다양한 표현양식으로 나타내어 학생들이 자신의 학습 양식에 맞는 다양한 데이터를 수집하고, 해석할 수 있는 기회를 제공하였다.
‘S3(자화)’는 못이 어떻게 자화되는지 알아보기 위한 시뮬레이션이다. 막대자석으로 못을 문지를 때, 못 내부의 분자자석의 배열을 시각적으로 표현하여 학생들의 개념 이해를 도왔다는 긍정적인 평가도 있었다. 그러나 탈자 과정을 표현하는데 있어서 오류가 발견되었다.
상호작용 가능성에서 높은 평가를 받은 ‘S2(막대자석 주위의 자기장)’와 ‘S14(전자석)’를 살펴보면 같은 주제의 다른 시뮬레이션에 비해 조작 가능한 변인이 다양한 것을 확인할 수 있다.
특히, 첫 화면에 이미 막대자석과 주위 자기장의 모습이 세팅되어 있어 감각적 주의집중이나 흥미가 떨어진다는 지적이 있었다. 시뮬레이션을 개선한다면, 자석을 플레이 영역 밖에 두고 자석을 가지고 들어올 때 자기장의 모습이 변하는 것을 보여주면 좋겠다는 평가 의견이 있었다. 또, 미션과 같은 게임적 요소를 첨가한다면 학생들이 시뮬레이션에 흥미를 가지고 몰입할 수 있을 것이라는 의견도 제시하였다.
컨트롤 패널 영역도 ‘S1’과 ‘S2’ 시뮬레이션을 비교하였을 때, 화살표를 클릭해야 선택할 수 있는 항목이 보여지는 ‘S1’보다는 체크박스 버튼으로 구성되어 있어서 선택할 수 있는 변인들이 무엇이 있는지 한눈에 확인할 수 있는 ‘S2’의 디자인이 더 적절하다는 의견이었다.
또한 버튼과 아이콘이 무엇을 해야 하는지 직관적으로 파악할 수 있게 구성되었다. 컨트롤영역에는 체크박스 형태로 변인을 제시하는 것이 시뮬레이션에서 제공하고 있는 변인을 한눈에 파악하기에 효과적이었다.
후속연구
‘교수학습의 내용’ 측면에서 유용한 시뮬레이션은 실제 실험에서 관찰할 수 없는 내용들을 모형으로 적절히 제시하되, 시뮬레이션의 구성에서 과학적 오개념의 소지가 발생하지 않도록 유의해야 한다. 또한 실험 결과를 그래픽, 숫자, 에니메이션 등 여러 가지 표현 방식으로 제시하여 학생들이 다양한 형태의 데이터로부터 추론을 통해 과학적 개념을 구성해갈 수 있도록 해야 한다. ‘교수학습 전략’ 측면에서 시뮬레이션이 너무 단조롭게 구성되는 것은 피해야 하며, 학습자가 조절할 수 있는 변인의 개수를 적절하게 확보하는 것이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
컴퓨터 시뮬레이션이란?
최근 과학기술의 발전으로 컴퓨터가 우리 생활에 중요한 부분을 차지하게 되면서, 전통적 과학 실험의 문제점을 보완해 줄 수 있는 컴퓨터 시뮬레이션의 교육적 효과에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다[13][14][25]. 컴퓨터 시뮬레이션은 현실 세계의 상황을 컴퓨터 시스템을 통해 가상적으로 재현하는 것으로, 컴퓨터 시뮬레이션을 적용한 과학수업은 실제적 도구를 이용해 직접 실험을 수행하는 대신, 주어진 시뮬레이션에서 변수를 조작하여 실험 결과를 수집하고, 이를 바탕으로 결론 도출 및 논의 활동이 가능하게 하는 것을 말한다[4].
전통적 과학 실험의 문제에는 무엇이 제기되고있는가?
또한 과학 교과에서 실험의 중요성은 실험을 통해서 학습자들이 자연스럽게 교육 내용에 흥미를 갖게 되고, 과학적인 탐구 과정과 과학자의 태도를 익힐 수 있다는 점에서도 찾을 수 있다[9]. 그러나 전통적 과학 실험은 자료를 수집하고 처리하는데 많은 시간이 들기 때문에, 정작 중요하게 다루어져야할 자료를 분석하거나 추론을 통해 과학적 설명을 만들어 내기 위한 시간이 부족하며[5], 노후화된 기자재, 불명확한 실험 방법, 실험 중 정보 잡음, 실험 도중 안전사고, 실험을 통한 추상적 개념 이해의 어려움 등 여러 가지 문제점들이 제기되고 있다[15][19][21].
컴퓨터 시뮬레이션의 이점은?
전통적인 학습 방식과 비교해서, 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하는 학습 환경은 다음과 같은 이점이 있다. 탐구과정을 단순화하여 데이터를 수집하는 과정에서 오는 시간을 단축할 수 있으며, 단축된 시간은 학생들이 능동적으로 지식을 구성할 기회를 충분히 제공하는데 사용될 수 있다[7][12]. 안전성, 비용, 기구의 부족함 등의 이유로 실제로 실험하기 어려운 실험을 가능하게 해 준다. 즉, 실제 환경과 유사한 환경에서 제약 없이 반복적으로 실험을 수행할 수 있고, 학습자가 자유롭게 변인을 조작하여 문제를 해결할 수 있는 기회를 제공해 줌으로써 학습자가 학습과정을 적극적으로 이끌 수 있도록 도와준다[23]. 실험 결과를 해석하기 위해서는 수학적 계산이나 자료 변환 능력이 필요한데, 시뮬레이션에서는 이를 다이어그램이나 그래프와 같은 다양한 표현방식으로 변환하여 줌으로써 실험 목적을 명확히 하고, 수학적 능력이 부족한 학생들도 과학활동에 집중하여 참여할 수 있게 해 준다[24]. 또, 시뮬레이션은 추상적 개념이나 측정값들을 시각화하여 줌으로써 학생들이 현상에 대한 개념적 이해를 더 잘 할 수 있게 도와준다[4].
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