물리 기반 모델링 기법을 이용한 학습자 주도적 가상 실험 시스템의 연구

Abstract

Student directed Virtual Experimentation System using Physical Based Modeling In the subject of science, the importance of experiments is emphasized more than any other subjects, the reasons for which are that experiments are very important means of research in natural science and that students can get interested and can learn an attitude of inquiry through experiments. Despite this importance, however, in real classes, experiments are not performed due to time limitations and financial constraints. These days, the studies of information communication technology are being actively carried out, so virtual experiments using computer simulations are expected to complement a lack of experiments in the education of science. In addition, they will be able to give students several educational benefits that can't be obtained through real experiments. However, the existing educational systems for virtual experiments were developed to observe the experiment results only, omitting the process of experiments that students themselves perform so they have some limitations in supporting the important purposes of the experiment education such as arousing students' interest and cultivating their attitude of inquiry. Therefore, this paper proposed a student-directed virtual experimentation system that allows students to actively perform an experiment. In order to implement this system, it proposed to use physical based modeling. Besides the proposal, this paper actually designed and implemented a student-directed virtual experimentation system using physical based modeling, and then, examined its process and results. The educational virtual experimentation system that this paper proposed and implemented has some educational meanings in that it would effectively support the important purposes of the experiment education and that it is suitable for Constructivist Education.;과학 교과는 다른 과목에 비해서 실험 교육의 중요성이 강조된다. 그것은 실험이 자연 과학에서 없어서는 안 될 중요한 연구 수단일 뿐만 아니라 학습자들이 실험을 통해서 학습 내용에 자연스럽게 흥미를 느끼고 과학적 탐구 자세를 배울 수 있기 때문이다.그러나 이러한 중요성에도 불구하고 실제 교육 현장에서는 여러 가지 시간적, 재정적 원인으로 인해서 실험 수업이 제대로 이루어지지 못하고 있다. 요즘 정보통신기술을 활용한 교육에 대해 활발하게 연구가 이루어지고 있는데 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 가상 실험은 이러한 실험 교육의 어려움을 보완해줄 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 또한 실제 실험으로는 얻을 수 없었던 여러 가지 교육적인 효과도 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 하지만 기존의 교육용 가상 실험 시스템들은 학습자가 직접 실험을 수행하는 과정을 생략한 채 실험 결과만 관찰하도록 개발되었기 때문에 학습자의 흥미 유발과 과학적 탐구 자세 함양이라는 실험 교육의 중요한 목적을 지원하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 학습자가 능동적으로 실험을 수행할 수 있는 학습자 주도적 가상 실험 시스템을 제안한다. 그리고 이러한 시스템의 구현을 위해서 물리 기반 모델링 기법을 이용할 것을 제안한다. 또한 실제로 물리 기반 모델링 기법을 이용한 학습자 주도적 가상 실험 시스템을 설계 및 구현하여 그 과정과 결과에 대해서 고찰해본다. 본 연구에서 제안하고 구현한 시스템은 실험 교육의 중요한 목적을 효과적으로 지원하며 구성주의 교수-학습 방법에 적합한 교육용 가상 실험 시스템이라는 점에서 그 교육적 의의를 찾을 수 있다.