Comparison of Three-dimensional Modeling Levels for Cause of Season Changes of Elementary Students: Globe Model and Virtual Reality Model

초등학생의 계절 변화 원인에 관한 3차원 모델링 수준 비교 - 지구본 모델과 가상현실 모델 -

To understand the cause of changes in seasons, elementary students need to experience modeling in three-dimensional space. To address this concern, the study analyzed the modeling activities of elementary students to explain the Earth's movement as a cause of changes in seasons in 3D space. In particular, the characteristics of modeling according to the medium of representation were compared by analyzing the levels of modeling in virtual reality (VR) and those using a globe and a light bulb. The study analyzed data from three groups of sixth graders in elementary school. A video recording of modeling activities over five sessions, models constructed by the students, videos of students explaining the models, activity sheets, and post-session interviews were collected as data. The aspects of changes in the modeling activities from the globe to the VR models were as follows. First, when constructing the globe model, the students explained the changes in seasons only from the space-based perspective, but when constructing the VR model, they observed and explained these changes from the space-based and Earth-based perspectives. The reason is a feature of VR, in which viewpoint can be easily changed. Second, when constructing the globe model, the students neither recognized nor discussed the difference between light from the bulb and that from the sun. However, when constructing the VR model, the students noted the limitations of the sun object and evaluated the model with a critical attitude. Nevertheless, negative aspects also emerged for VR modeling. The globe model enabled the students to manipulate objects using the hand, but the VR model allowed them to move VR objects only using a coding language instead of the hand, which decreased the level of the modeling. Consequently, the study discussed the necessity of modeling in VR and its implications for science teaching and learning.

계절 변화 원인을 탐구하기 위해서 초등학생들은 3차원 공간에서 모델링하는 경험이 필요하다. 이 연구에서는 초등학생이 계절 변화 원인을 설명하기 위해 3차원 공간에서 지구의 운동을 모델링하는 과정을 분석하였다. 특히 지구본과 전구를 활용한 모델과 가상현실을 매체로 한 모델에서 나타나는 초등학생의 모델링 수준을 분석함으로써 표상 매체에 따른 모델링 활동의 특징을 비교하였다. 초등학교 6학년 학생 12명, 3개 모둠의 데이터를 분석하였다. 5차시에 걸쳐 수행된 모델링 수업을 녹화하고, 학생들이 구성한 모델, 모델에 대한 학생의 설명 영상, 활동지 및 사후 면담 자료를 데이터로 활용하였다. 지구본 모델에서 가상현실 모델로 표상 매체가 달라졌을 때 나타난 긍정적인 측면은 다음과 같다. 첫째, 지구본 모델을 구성할 땐 우주 기반 관점에서만 설명하려 했지만, 가상현실 모델을 구성할 땐 우주 기반의 관점과 지구 기반의 관점 모두에서 관찰하고 설명하고자 하는 모습이 나타났다. 이것은 시점을 자유자재로 선택할 수 있다는 가상현실의 특징에 기인한다. 둘째, 지구본 모델을 구성할 땐 전구 빛과 태양 빛의 차이에 대한 인식이나 논의가 거의 없었지만, 가상현실 모델을 구성할 땐 태양 오브젝트가 갖는 한계를 비판적으로 인식하면서 모델을 평가하는 모습이 나타났다. 그러나 가상현실 모델링 과정에서 부정적인 측면도 나타났다. 지구본 모델에서는 학생들의 구체적 조작이 가능했지만, 가상현실 모델에서는 코딩을 통해 오브젝트를 움직이기 어려워 학생들의 모델링 수준이 감소하는 경우가 나타났다. 이러한 연구 결과를 통해 가상현실 모델링 활동의 필요성과 과학과 교수·학습에 주는 시사점을 얻고자 하였다.