천체 관측 빅데이터 기반의 중등 교육 프로그램 개발

Abstract

본 연구의 목적은 가이아 우주망원경이 제공하는 실제 관측 빅데이터를 활용한 시각화 자료를 제작하고, 이를 기반으로 하는 천문 교육 프로그램을 개발하는 데 있다. 지구과학 과목의 천문 단원은 광범위한 우주를 직접 방문하거나 정밀하게 관측·실험할 수 없다는 점에서 학습자들이 천문 개념을 이해하는 데 어려움이 있다. 특히 교과에 등장하는 ‘시차, 고유운동’ 개념은 일상 경험으로 확인하기 어려워 직관적인 이해가 더 제한적이다. 따라서 가이아 우주망원경이 제공하는 정밀 관측 데이터를 활용하여, 별의 실제 움직임을 기반으로 하는 영상·이미지 자료를 제작하고 활용하여, 이러한 한계를 효과적으로 보완하고자 한다. 가이아 자료는 적경, 적위, 등급, 시차, 고유운동 등 20억 개가 넘는 별들의 정밀한 물리량을 제공하는 천문학 분야의 대표적인 빅데이터다. 해당 데이터를 활용하여 황위에 따른 별의 시차 움직임 영상, 4개 산개성단의 고유운동 영상, 고유운동 분포도 이미지, 색-등급도 이미지와 은위에 따른 별들의 고유운동 영상 및 빠른 고유운동 값을 가지는 별의 영상과 색-등급도를 제작하였다. 최종적으로, 제작한 시각화 자료를 활용하여 구성주의를 기반의 천문 교육 프로그램을 설계하였다. 이 프로그램은 2022 개정 과학과 교육과정에서 강조하는 탐구학습을 토대로, 학습자의 주도적인 탐구활동을 통해 실제 천문학 연구 절차를 경험하고, 빅데이터 자료를 분석하며 주어진 문제를 조별로 해결할 수 있도록 구성하였다. 해당 수업은 일회성이 아닌 3차시로 구성하였으며, 각 차시별로 1개 이상의 시각화 자료를 탐구한다. 학습자들이 해당 프로그램을 통해 별의 등급, 온도, 시차, 고유운동의 의미와 성단, 은하의 구성요소를 이해하도록 구성하였다. 본 연구의 자료는 학생뿐만이 아닌 교사 프로그램 및 학교 밖 기관 프로그램 등 다양한 대상에게 적용될 수 있으며, 교육적인 활용도를 넘어 학교 밖 기관의 전시 요소로써 활용될 수 있는 가능성을 탐색한다.