이 연구에서는 지구과학교육과가 지구과학을 연구하는 곳이자 지구과학을 교육하게 될 교사를 양성하는 곳이라는 두 가지 특징을 갖는다는 점에서 그에 적절한 천체관측 프로그램을 개발하고자 한다. 이 프로그램은 크게 4가지로 구성이 되어 있으며, 연구 대상은 서울대학교 지구과학교육과 2학년생 18명으로, 천체지구과학 및 실습을 수강하고 있는 학생들이다. 이 학생들에게 본 연구자가 개발한 천체관측프로그램 수업을 진행하고, 수업을 하기 전과 수업을 한 후에 천체 관측에 대한 인식 및 과학에 대한 태도 검사를 수행하고자 한다. 또한 수업의 끝부분에서는 학생들의 소감문 및 프로그램에 대한 평가 설문지를 수집하여, 개발한 관측 프로그램의 효과를 알아보고자 한다.
Kim, Taewoo;Kwon, Sun-gill;Ahn, Sungjin;Kang, Wonseok;Park, Miso;Kim, Sohee
천문학회보
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제46권2호
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pp.55.3-55.3
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2021
국립청소년우주센터는 전라남도 과학문화확산활동사업으로 하이브리드방식의 천문우주과학교실을 운영하고 있다. 사업은 '소통하는 천체관측 플랫폼'과 '내가 만든 천체사진' 프로그램 두 가지로 운영 중이다. '소통하는 천체관측 플랫폼'은 날씨가 맑은 날 시민이 있는 곳을 찾아가서 천체를 보여주며 인터뷰와 생중계를 하는 것이다. '내가 만든 천체사진 프로그램'은 하이브리드 방식으로 프로그램을 운영하며 기존에 촬영된 천체사진과 원격관측을 이용해서 날씨에 상관없이 천체사진을 제작 할 수 있게 운영된다. 밤하늘의 천체를 안시관측으로만 만족하지 않고 사진관측의 매력을 알려 천문관측의 패러다임을 변화 시킬 수 있도록 운영한다. 또한 천문관측을 값비싼 장비가 있는 곳에서만 가능 한 것이 아니고 장비공유를 통해 천문관측을 할 수 있도록 시스템을 구축했다.
천체 관측은 다양한 교육적 효과와 가치를 갖고 있음에도 불구하고 그동안 지구과학 교육의 맥락에서 수행되었던 연구는 다른 분야에 비해 상대적으로 부족하였다. 또한 실제적인 천체 관측 교육의 현장 적용을 위해 교사들을 안내해 줄 체계적인 설계 원리 개발에 관한 연구는 거의 수행되지 않았다. 이 연구에서는 초·중등 학생들의 천체 관측 교육 프로그램을 위한 설계 원리를 개발하고, 이를 바탕으로 한 프로그램을 현장에 적용하고자 하였다. 이를 위해 문헌 연구를 통해 초기 설계 원리를 도출하고, 2차례에 걸쳐 전문가 8인의 검토와 타당화 과정을 거친 후, 고등학교 교사 2명의 사용성 평가를 바탕으로 천체 관측 단계별 11개의 설계 원리와 27개의 세부 지침을 최종 개발하였다. 또한 최종 설계 원리를 적용하여 8차시로 구성된 천체 관측 교육 프로그램을 설계하고, 이를 고등학교 방과 후 수업에 적용하여 참여 학생들의 반응을 평가하였다. 이 연구 결과 개발된 천체 관측 교육 프로그램 설계 원리는 야외 관측을 비롯한 다양한 유형의 관측 활동을 포함하는 프로그램의 체계적 설계가 가능하도록 하는 준거로 활용될 수 있으리라 기대한다.
본 연구는 과학영재를 위한 울산과학관을 활용한 RSM(Regional Science Educational Resource Map; 지역 과학교육 자원지도) 기반 천체관측 프로그램을 개발하여 과학영재를 대상으로 체험학습 프로그램을 운영함으로써 그 효과성을 검증하고자 계획되었다. 이를 위하여 울산과학관에 설치되어 있는 천체투영실, 별보미 천체관측실 및 주관측실 등의 첨단 시설 및 기자재를 활용하여 RSM 기반 천체관측 프로그램(10차시)을 개발하였고, 이를 과학영재학생을 대상으로 운영한 후 이들의 천문학적 공간개념과 자기주도적 학습능력에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 본 연구에서 개발한 RSM 기반 천체관측 프로그램은 준비단계(2차시), 관측단계(6차시), 정리단계(2 차시) 등 3단계로 구성하였으며, 관측단계에서는 천체투영실을 활용한 3D 시뮬레이션 별자리 관측(2차시), 밤 하늘의 별자리 안시 관측(2차시), 천체망원경을 활용한 망원경 관측(2차시) 등으로 구성하여 지역 과학교육 자원을 많이 활용할 수 있도록 구성하였다. RSM 기반 천체관측 프로그램이 과학영재의 천문학적 공간개념 및 자기주도적 학습능력에 미치는 효과를 살펴보기 위해 연구 대상은 울산과학관에서 운영하고 있는 우주과학 영재교실(초 5학년) 20명을 선정하였다. 검사도구는 천문학적 공간개념 및 자기주도적 학습능력 검사지를 사용하였고, 연구의 결과 분석은 종속표본 t검증으로 분석하였다. 연구의 결과는 울산과학관을 활용한 천체관측 프로그램은 과학영재의 천문학적 공간개념(t=3.371, p=.003) 형성에 긍정적인 효과가 있었고(p<.05), 과학 영재의 자기주도적 학습능력(t=2.371, p=.028)에도 긍정적인 효과가 있었다(p<.05). 본 연구를 통해 RSM 기반 천체관측 프로그램은 과학영재들의 천문학적 공간개념 형성과 자기주도적 학습능력 신장에 도움이 된다는 것을 알 수 있었고, 특히 각 지역의 초, 중등 영재학급의 심화학습의 기회로써 RSM 기반 천체관측 프로그램을 활용할 수 있을 것으로 예상된다.
KVN (Korean VLBI Network) 시스템의 점광원이 아닌 천체에 대한 관측 능력과 효율을 알아보기 위하여, AIPS의 화상모의실험 프로그램인 UVCON을 사용하여 가상관측을 수행하였다. Cygnus A 및 M51의 실제 관측 자료와 원과 타원 모양 등 다양한 형태의 가상천체 자료에 대하여 UVCON을 수행하여 가상 UV 데이터를 만든 후, AIPS 표준 화상처리 과정을 거쳐서 각 실험 천체에 대한 clean Image를 생성하였다. 이 논문에서는 대상 천체의 입력 자료와 가상 관측 자료를 비교 분석한 결과를 발표한다. (중략)
국내의 교육기관에서는 망원경과 검출장비의 한계로 천체의 측광관측에 중점을 둔 실험교육을 하고 있으며 천체의 물리, 화학적 특성을 이해하는데 필수적인 천체분광 실험교육은 원활하지 못한 상황이다. 천체분광 실험 교육을 위하여 과학교육용 실험장비인 랩주니어(Lab-Junior)를 이용하여 소형망원경으로도 천체의 스펙트럼을 얻을 수 있는 어댑터를 개발하였다. 5인치 망원경에 랩주니어 장비를 장착하여 달과 행성의 태양반사 스펙트럼을 얻을 수 있었고 12인치 망원경에 장착하여 데네브(deneb) 같은 밝은 천체의 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 이 발표에서는 랩주니어를 이용하여 관측된 스펙트럼 데이터를 분석해 보고 학교 현장에서 교육적 활용 방안을 소개하고자 한다. 개발된 장비를 활용한다면 고가의 분광장치가 없는 학교나 천문교육시설에서도 손쉽게 천체분광 실험 교육프로그램을 운영할 수 있을 것이다.
이 연구의 목적은 방과 후 학교 활동으로 직접 활용될 수 있는 고등학교 천체관측반을 대상으로 한 천체 관측 프로그램 개발 및 적용이다. 연구방법은 먼저 현행 지구과학교과서의 천문관련 탐구활동을 분석한 다음, 가장 기본적인 관측 장비의 표준화 프로그램을 개발하였으며, 프로그램을 이용하여 학교 인근 여러 관측지에서 학생들이 직접 탐구활동을 수행하였다. 특히 관측 장비의 경우 일선학교에서도 쉽게 구비할 수 있는 102mm급 굴절망원경과 디지털카메라를 이용하였으며, 대부분 도심지에 위치한 학교의 관측지 환경을 고려한 탐구활동 및 그 수행을 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 이 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 현행 교육과정상의 천문관련 탐구활동은 대부분 제시된 자료를 분석하는 자료 해석이나 가상실험활동으로 구성되어 있다. 둘째, 대부분의 학교가 위치한 도심지의 경우 도시 외곽보다 관측 환경이 열악하다. 셋째, 학교 인근 도심지에서 보편화된 관측 장비를 이용한 효율적인 관측 기법과 도심지에서의 관측 기기의 표준화 계수를 결정하였다. 넷째, 이와 같은 일련의 과정을 프로그램화하여 측정한 결과, 도시와 도시외곽에서 실제 별의 등급과 큰 차이를 보이지 않았으며, 학습 프로그램 개발을 통하여 천체 관측에 관한 다양한 탐구 활동을 제공할 수 있었다 현재 천체 관련 교육은 실제 탐구 활동 영역이 결여되어 있으며, 대부분의 학교가 도심지에 위치하고 있어서 관측환경 또한 좋지 못하다. 하지만 이 프로그램을 이용하면 실질적인 천체관측 활동과 관측 결과에 대해 정형화된 보정활동을 거쳐 유의미한 관측 데이터를 수집할 수 있으며, 이를 여러 가지 활동을 통해 재해석 할 수 있다. 이를 통해 현장 체험 중심의 천체 탐구 활동을 활성화시킬 수 있으며, 과학적 흥미를 높일 수 있다.
본 연구의 목적은 고등학교 지구과학 교육에서 쉽게 다룰 수 있는 소형 망원경과 DSLR 카메라를 활용하여 산 개성단을 관측하고, 이를 통해 수집한 데이터를 활용하여 천문학자들과 같은 연구 방법으로 산개성단까지의 거리를 탐구할 수 있는 천체 관측 교육 프로그램을 개발하는 것이다. 2015개정 과학과 교육과정을 분석하여 고등학교 지구과학 교과 교육에 적합한 과학 동아리 활동 수업 자료와 교사용-학생용 학습 콘텐츠를 개발했다. 지구과학 교육과 천문학 분야의 전문가(교사) 6명이 패널로 참가하였고, 패널들 간의 상호간 신뢰도를 구축한 후, 프로그램의 타당도를 검증했다. 총 10차시 수업자료로 개발된 프로그램은 내용타당도(CVI. .89)와 현장 적합성 정도(리커트 5점 척도, 4.17) 검사에서 매우 만족스러운 검증 결과를 받았다. 프로그램에 대한 패널들의 의견 반영과 델파이 분석으로 개발 프로그램을 지속적으로 수정-개선하여 완성하였다. 개발된 프로그램을 고등학교 천체 동아리 학생들(N=9)을 대상으로 시범적 예비수업에 적용한 결과, 학생들의 수업 만족도가 4.48로 매우 높았다. 본 연구의 천체 관측 교육 프로그램을 천체 탐구의 융합교육 활동으로 활용한다면 학생들의 우주와 천체에 대한 관심과 호기심, 탐구 능력 증진에 기여할 수 있을 것이다.
현재 국내에는 약 30여 개의 종합(관측실과 투영관이 있는) 천문시설이 운영 중에 있으며 매년 2-3개의 시설이 추가로 건설 되고 있다. 대부분의 천문시설에서는 별자리 설명, 천체투영관에서의 영상물 상영, 그리고 천체망원경을 이용한 관측실습 등 한정된 소재와 일관된 형식의 천문교육 프로그램을 운영 하고 있다. 하지만 천문학은 일반 대중들이 많은 흥미와 관심을 가지는 분야이기 때문에 여러 가지 다양한 소재와 형식의 교육프로그램 및 콘텐츠 개발이 필요하다. 특히 최근 언론에 자주 등장하는 UFO, 황도 13궁, 태양 폭발, 우주선(Cosmic Rays)이 지구에 미치는 영향 등의 소재들은 일반인들이 잘못된 개념을 가지기 쉬운 분야이기 때문에 여기에 대한 올바른 과학내용을 일반인들이 이해하기 쉽도록 전달하는 것이 필요하다. 교육 콘텐츠는 디지털 천체투영기를 이용한 스크립트 프로그램 개발, 관측실습 전 후의 이론 교육 등 다양한 형태가 될 수 있다. 각 천문시설 운영자들이 직접 다양한 교육 콘텐츠를 개발하는 데에는 한계가 있으므로 기관협력체나 천문연구원 등의 체계적인 천문교육 콘텐츠 개발 및 보급이 절실하다.
천체관측에서 가장 중요한 요소인 초점은 관측된 영상의 활용가치를 좌우하게 된다. 관측자가 직접 관측하는 망원경의 경우 직접적인 확인을 통하여 초점을 맞추어 관측하지만, 관측자가 개입하지 않는 자동관측 망원경의 경우 초점을 맞추는 일은 생각처럼 쉬운 일이 아니다. 자동으로 초점을 맞추기 위하여 기본적으로 활용되는 변수는 FWHM(Full with Half Maximum)이며, 초점이 전혀 맞지 않는 영상의 경우 FWHM을 결정할 수 없으며, 자동관측 망원경의 경우 관측된 영상을 전부 사용할 수 없게 된다. 본 연구에서는 초점이 전혀 맞지 않는 경우에도 초점을 맞출 수 있도록 FWHM을 활용하지 않고 별상의 크기를 직접 계산하여 좋은 초점을 맞출 수 있는 프로그램을 개발하였으며, 새로 개발한 프로그램은 결과 도출시간이 빠르고 광축이 맞지 않은 영상에서도 활용할 수 있어 활용성을 극대화 하였다. 한편, 리눅스 및 윈도우 기반의 영상 관측 컴퓨터에서도 활용할 수 있어 앞으로 활용성이 더 많아 질 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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