‘더티칭랩’ 최종 결과 보고서

■ 개요

공동체명	비대면 물리교육연구팀
수업연구 주제	비대면 물리교육
모둠 대표	이름: 황정운 소속: 물리교육과
모둠 구성원	물리학과 고아라, 제숭근
정산금액	일금 340,000 원정 (\ 340,000 )
연구기간	2020년 9 월 23 일 ~ 2020년 12 월 14 일

2020년  12 월  15  일

작성자 :   황정운        (인)

기초교육원장 귀하

Ⅰ. 연구의 필요성

Covid-19 사태가 장기화됨에 따라 온라인 수업이 주요한 수업 방법이 되었다. 학교차원에서도 Zoom 프로그램을 이용한 화상수업이나 E-class 활용 등 원격 수업에 적용할 수 있는 다양한 방법에 대한 교육을 진행하고 있지만, 전공 혹은 교과 과목에 따라 보다 사용하기 적합하고 효과적인 비대면 수업 방법이 다를 것으로 예상된다.

본 연구 모임에서는 새로운 플랫폼 사용에 비교적 유연한 신임교원들이 물리 교육을 위해 각자 사용하고 있는 비대면 수업방법을 공유하고, 보다 효율적이고 효과적으로 학생들에게 물리를 가르칠 수 있는 방법을 함께 연구하고자 한다.

Ⅱ. 연구 방법 및 내용

(1) 연구 방법

수차례의 비대면/대면 모임에서 각자 사용하는 비대면 수업 방법(Zoom 프로그램을 이용한 실시간 수업 / Zoom 또는 다른 동영상 제작 프로그램을 활용한 동영상 제작)을 공유한다. 이러한 강의법 나눔에서 새롭게 알게된 것을 실제 수업에 적용한 후에 학생들의 피드백을 받거나 혹은 교수자 자신의 자기반성을 통하여 수업 개선방안을 찾아본다.

(2) 연구 내용

- 비면 강의법 나눔(수업 동영상 제작 및 편집 방법)

- 비대면 수업에서 학생들과 소통을 잘 할 수 있는 방법

- 학습 효과를 높일 수 있는 시각자료 만드는 방법

비대면 수업은 대면 수업에 비하여 교수자가 학생들과 친밀감을 쌓기 어려우므로 학생들이 대면 수업에서보다 질문하는데 더욱 어려움을 느끼는 것으로 보인다. 따라서 학생들과 잘 소통하고 질문을 이끌어 내어 학습 효과를 높일 수 있는 방법에 대한 연구도 필요하다.

한편, 비대면 수업에서 그림이나 표 같은 시각자료를 많이 활용하게 되는데, 이러한 시각자료를 잘 만들 수 있는 프로그램들을 찾아보고 그것들의 특징과 장점에 대하여 알아본다.

Ⅲ. 연구 결과(운영 성과)

(1) 각 교수자의 비대면 수업 진행 방법 공유

- 먼저 참여 교수자들의 비대면 강의 진행 방법을 공유하고, 각 방법들의 장단점에 대해 논의함. 또한 비대면 강의에 대해 학생들로부터 받은 피드백을 공유함으로써 개선 방향을 논의

- Zoom을 통한 실시간 온라인 강의의 경우 학생들의 집중도는 어느정도 담보 할 수 있지만, 컴퓨터와 인터넷등 시청 환경이 갖추어져 있지 않는 경우가 있어 단점 존재. 그리고 학생들의 참여도가 상당히 떨어짐. 직접 자신의 목소리를 내는 것에 대해 거부감이 있는 것으로 생각함.

- 녹화된 강의를 업로드 하는 방식은, 강의의 완결성이 좋고 학생에 따라서는 이해하기 어려운 부분을 여러 번 돌려 볼 수 있다는 장점이 있는 것으로 파악되어 선호하기도 함. 그러나 학습자와의 상호 작용은 떨어진다는 단점이 있음.

- 학생들이 직접 프로젝트 발표 형식으로 진행해 보는 것도 비대면 강의 시대에 참여율을 높이기 위한 방안으로 적절해 보임.

(2) 효과적인 시각자료 제작 프로그램 발굴

- 비대면 수업에서 문제점중 하나인 평면상에서의 정보전달로 인해 공간적인 설명이 필요한 내용에 대한 전달이 어려움. 특히 물리 과목의 경우 벡터 공간에서 설명하는 경우가 많으므로 2차원 평면상에서 이미지를 보여주는데는 내용 전달에 한계가 있음

- 이에 3차원 이미지를 보여주는 것이 효과적인데, 비교적 쉽게 3차원 이미지를 제작할 수 있는 프로그램을 찾고 발굴함

- Phyton의 image library를 이용하거나 illustrator (곧 학교 라이센스 확보 가능할 것으로 예상), LaTex 이용가능.

(3) 클라우드 플랫폼을 이용한 강의법 개발

- 구글 드라이브, dropbox 등 클라우드 플랫폼 시장이 점점 활성화 되고 있음

- 이들 클라우드 플랫폼은 데스크탑의 파일과 독립적으로 저장이 가능하고 수정내용이 실시간으로 업데이트 되는 등, 공동작업에 유리함

- 이런 특징을 이용해, 비대면 강의에도 적용가능 할 것으로 기대

- 에세이, 보고서 작성 등 글쓰기 능력 배양이 필요한데, 학생들이 클라우드에 자신의 보고서를 업로드 하고 교수자는 그 파일을 열어 직접 첨삭을 할 수 있음

- 파일을 일일이 다운로드 받고 첨삭 후 학생들에게 전달하는 것이 아니라 단순히 열어서 수정 후 저장만 하는 방식이라 수월성이 획기적으로 개선 될 것으로 기대함.

Ⅳ. 수업 적용 계획 및 적용 사례

사례 1. 2020년 2학기 고급물리 수업에서 바대면 강의법을 적용한 사례 (물리학과)

그림 . mathematica를 활용한 원형막의 진동 정규모드 시각화

동영상 비대면 수업의 경우 다음과 같은 장단점을 꼽을 수 있다.

장점: 시각 자료 활용이 용이함, 설문 조사, 퀴즈 등에서 학생 응답을 취합하기 쉬움.

단점: 교수자-학습자 간 상호작용이 제한됨.

비대면 강의의 장점을 극대화하기 위하여 수식만으로 이해하기 어려운 문제의 해를 수학 소프트웨어를 이용하여 시각화하였다. 그림 1과 같이 움직이는 그림으로 정규모드를 시각화 할 때, 다양한 해의 거동을 실시간으로 제공할 수 있었다. 많은 학생들이 교과서의 이차원 그림에 비해 받아들이기 쉽고, 서로 다른 정규모드 간의 차이를 직관적으로 이해할 수 있었다고 답하였다. 이 외에도 울프람-알파 등의 웹 기반 소프트웨어를 활용하여 각종 방정식 풀이를 구하고 시각화하는 과정을 강의에서 다룰 때 학생들의 흥미를 더 이끌어낼 수 있었다.

한편, 여러 차례에 걸친 설문조사를 통해 학생들의 이해도 및 강의 선호 형태 변화 양상을 살펴본 결과 대다수의 학생들이 필기 일변도, 혹은 프리젠테이션 일변도 수업보다 프리젠테이션과 필기를 결합한 방식을 선호함을 알 수 있었다. 대면/비대면 형태에 대해서는 시종일관 비대면 수업을 선호하는 양상을 보였으나, 강의가 진행됨에 따라 대면 및 실시간 질의응답을 원하는 학생이 증가하였다. 향후 수업에서는 비대면 동영상 수업과 상호작용이 가능한 대면 혹은 실시간 비대면 형태를 혼합한 형태를 시도할 필요가 있다.

그림 . 강의 난이도 및 선호 형태에 대한 1차 설문조사 결과

그림 . 강의 난이도 및 선호 형태에 대한 2차 설문조사 결과

사례 2. 2020년 2학기 물리교육과 멀티미디어 수업에서 바대면 강의법을 적용한 사례 (물리교육과)

물리교육과 멀티미디어 수업에서는 웹기반 시뮬레이터를 활용하여 실제 실험수업시간에 할 수 있는 다양한 실험의 모의실험을 zoom을 이용한 실시간 화상 수업으로 진행하였다. 시뮬레이터 사용법이나 시뮬레이션 결과 등을 화면 공유를 통해 즉각적으로 학생들에게 보여줄 수 있었고, 학생들도 직접 물어보거나 채팅창을 이용하여 질문을 하며 활발한 의사소통을 하였다. 강의식 수업이라기보다는 실습 위주의 수업이었으므로 학생들이 비교적 편하게 질문을 한 것으로 생각한다.

이러한 모의실험 툴을 활용하여 20-30분 내외로 중고등학생 대상의 물리 수업을 구상하고 zoom을 이용해 수업시간에 수업을 하는 조별 활동을 하였다. 우선 학생들은 시뮬레이터 자체에 익숙해져야 했으므로 주어진 시간동안 시뮬레이터의 다양한 특성들을 파악했고, 그것을 이용하여 어떠한 물리 개념을 설명하면 좋을지 고민하고 수업을 구상하여 발표하였다. 이러한 활동을 통하여 비대면 수업을 해야 하는 교수자들의 어려움에 공감할 수 있었으며, 학생들의 참여를 이끌기 위하여 다양한 방법들을 활용하였다. 예를 들어, 개념 확인 퀴즈를 풀고 점수를 자랑하게 한다든지 또는 무작위로 학생들의 이름을 부르고 대답을 하게 한다든지 하는 방법을 이용하였다.

그림 . 수업시간에 활용한 웹기반 과학교육 시뮬레이터. 프로그램을 따로 설치할 필요 없이 바로 사용이 가능하다.