December 07,2019

융합인재 양성의 비결 ‘4D 프레임’

국제수리과학창의대회 컨퍼런스서 교육 노하우 공유

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1세제곱 미터 크기 구조물의 부피는 과연 얼마나 될까. 가로, 세로, 높이 모두 1미터인 구조물을 머릿속으로 상상하는 것은 쉬운 일이지만, 실제로 그 부피가 어느 정도인지, 얼마나 많은 내용물을 넣을 수 있는지 직관적으로 이해하는 것은 의외로 어렵다. 시청각 자료 중심의 교육 현장에서, 많은 교육자들이 겪는 어려움이다.

이러한 어려움을 극복하기 위해 최근 교육현장에 도입되고 있는 핫 아이템이 ‘4D 프레임(4D Frame)’이다. 가벼우면서도 가공이 쉽기에 다양한 과학·수학 개념을 직접 구현하면서 교육 효과를 극대화할 수 있기 때문. 특히 한국과학창의재단이 ‘2018 우수과학문화상품’으로 선정한 ㈜포디랜드·포디수리과학창의연구소 ‘4D 메카트로닉스(4D Mechatronics)’의 경우, SW 코딩과 연계한 다양한 융합 프로젝트를 진행하는 것도 가능하다.

‘4D프레임(4D Frame)’은 가벼우면서도 가공이 쉽기에 다양한 과학·수학 개념을 직접 구현하면서 교육 효과를 극대화시킬 수 있다. ⓒ ㈜포디랜드·포디수리과학창의연구소

‘4D 프레임(4D Frame)’은 가벼우면서도 가공이 쉽기에 다양한 과학·수학 개념을 직접 구현하면서 교육 효과를 극대화할 수 있다. ⓒ ㈜포디랜드·포디수리과학창의연구소

지난 18일 서울교대 전산교육관에서 진행된 ‘2019 국제수리과학창의대회 컨퍼런스’는 이러한 4D 프레임 활용에 대한 전 세계 교육자들의 노하우를 공유하는 뜻깊은 행사였다. 자리에서 필립 롱샴(Philippe Longchamps) 룬드 몬테소리 이중언어학교 교사는 ‘4D 프레임과 메카트로닉스에 대한 교육 부문에서의 다학제적이고 전체적인 접근’ 강연을 통해 4D 프레임의 다양한 활용을 소개했다.

역사와 기술의 연결고리, 4D 프레임으로 구축

롱샴 교사는 “올해 국제수리과학창의대회 본선의 주제가 ‘다 빈치’라는 것을 들었을 때 정말 기뻤다”라고 밝히면서 강연을 시작했다. ‘역사가이자 지리학자 그리고 기술 교사’로서, 자신의 수업에서 STEAM 융합인재교육(Science, Technology, Engineering, Art, Mathematics)을 시도한 그에게 다 빈치처럼 이를 잘 표현하는 인물은 없었기 때문.

필립 롱샴(Philippe Longchamps) 룬드 몬테소리 이중언어학교 교사는 ‘4D 프레임과 메카트로닉스에 대한 교육 부문에서의 다학제적이고 전체적인 접근’ 강연을 통해 4D 프레임의 다양한 활용을 소개했다.  ⓒ 김청한 / ScienceTimes

필립 롱샴(Philippe Longchamps) 룬드 몬테소리 이중언어학교 교사는 ‘4D 프레임과 메카트로닉스에 대한 교육 부문에서의 다학제적이고 전체적인 접근’ 강연을 통해 4D 프레임의 다양한 활용을 소개했다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

롱샴 교사가 말하는 4D 프레임 교육의 장점은 역사, 지리, 문화 등 다양한 인문학적 개념과 과학, 수학, 공학적 개념을 직관적으로 융합할 수 있다는 것이다. 그는 이에 대해 “다학제적 교수·학습 환경을 구축하는 작업은 학생들로 하여금 더 깊은 이해를 끌어내는 데 효과적”이라며 “이를 통해 학생들이 서로 다른 학문 영역에 대한 연결고리를 찾아낼 수 있다”고 주장했다.

그 한 예가 ‘로마시대 쳇바퀴 기중기(Roman Treadwheel Crane)’ 제작이다. 롱샴 교사는 “이 단순한 기계장치 덕분에 로마인들은 지금까지도 유럽 곳곳에 남아 있는 엄청난 송수관 체계를 만들 수 있었다”라며 “‘이것이 기술적 측면에서 얼마나 중요한 역사적 혁신인지’를 보다 잘 이해하기 위해 4D 프레임을 활용해 재현하는 작업을 진행했다”고 밝혔다.

그 효과는 놀라웠다. “언뜻 햄스터 쳇바퀴와 비슷하게 생긴 이 기중기를 통해 어떻게 큰 바위 벽돌을 들어 올렸는지, 또 이를 통해 어떻게 콜로세움이나 송수관과 같은 놀라운 건축물을 만들어낼 수 있었는지 학생들이 이해할 수 있었다”는 것이 롱샴 교사의 설명이다.

‘로마시대 쳇바퀴 기중기(Roman Treadwheel Crane)’ 제작을 통해 학생들은 역사와 기술의 연결고리를 스스로 발견할 수 있다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

‘로마시대 쳇바퀴 기중기(Roman Treadwheel Crane)’ 제작을 통해 학생들은 역사와 기술의 연결고리를 스스로 발견할 수 있다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

“창의력 향상 및 사회성 형성에도 도움”

이러한 교육은 창의력 향상에도 도움이 된다. 롱샴 교사는 다음 단계로 ‘매뉴얼 없이 풍차 만들기’ 수업을 소개하며 “효율적인 풍차를 만들기 위해 상상력을 총동원하는 과정에서 학생들은 자신의 창의력을 최대한 이끌어냈다”라고 말했다. 이에 더해 ‘중세 유럽에서 풍차 발명이 얼마나 중요한 기술적 혁신이었는지’를 깨닫는 과정을 통해, 역사와 기술의 관계에 대한 고찰까지 이뤄진다는 점도 이 수업의 장점이다.

이 밖에도 4D 프레임을 활용한 다학제 수업의 방식은 다양하다. 세계의 유명 랜드마크 건물 모형을 만들면서 건축 기술과 지리 그리고 각국의 문화에 대해 다각도로 고찰하는가 하면, 음악 SW와 결합해 음악 프로그래밍을 배우는 것도 가능하다. 팀별로 관련 프로젝트를 진행하면서 성취감을 얻고 사회적 관계를 형성하는 과정 역시 의미 있는 교육이 될 수 있다.

음악 SW와 4D 프레임의 만남. 예술, 과학, 기술 등이 어우러진 STEAM 융합인재교육을 완벽하게 구현하고 있다.  ⓒ 김청한 / ScienceTimes

음악 SW와 4D 프레임의 만남. 예술, 과학, 기술 등이 어우러진 STEAM 융합인재교육을 완벽하게 구현하고 있다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

결과적으로 “4D 프레임은 교육학적으로 학습 경험을 극대화하여 다 빈치와 같은 팔방미인(jacks of all trades)을 길러낼 수 있다”는 것이 롱샴 교사의 분석이다. 그는 마지막으로 “학생들로 하여금 적극적으로 학습에 참여하게 만드는 것이 중요하다”라고 강조하며 강연을 마쳤다.

“실제 만들어 보고, 만져보면서 수학 이해”

이러한 4D 프레임이 특히 위력을 발휘하는 분야 중 하나가 수학 교육이다. 조경호 마장초등학교 교사는 ‘4D 프레임과 수학교과서의 색다른 만남’ 강연에서 “4D 프레임을 활용해 수학교과서에 더 쉽게 다가갈 수 있다”라며 “공간 개념 등 수학에 대해 불안감을 가지고 있는 학생들의 두려움을 없애는 데도 효율적”이라고 말했다.

조 교사가 예로 든 단원은 초등학교 6학년 1학기에 나오는 원 각기둥과 각뿔, 직육면체의 부피와 겉넓이 부분이다. 그는 “각기둥, 직육면체, 꼭짓점, 모서리 등의 기하학적 개념을 이해하는 데 있어, 머리로만 이해하는 것과 실제 만져보고 체험하면서 느끼는 것 사이에는 엄청난 차이가 있다”라고 주장했다.

조경호 마장초등학교 교사는 ‘4D프레임과 수학교과서의 색다른 만남’ 강연에서 “4D프레임을 활용해 수학교과서에 더 쉽게 다가갈 수 있다”고 주장했다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

조경호 마장초등학교 교사는 ‘4D 프레임과 수학교과서의 색다른 만남’ 강연에서 “4D 프레임을 활용해 수학교과서에 더 쉽게 다가갈 수 있다”고 주장했다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

그 구체적 사례가 1세제곱 미터의 구현이다. 조 교사는 “교과서 속 1세제곱 미터 삽화에는 단지 한 명이 들어가 있다. 그런데 실제 4D 프레임으로 이를 구현한 결과, 무려 6명이나 그 속에 들어갈 수 있었다”라며 “이러한 경험을 통해 학생들이 해당 개념에 대해 보다 확실하게 이해하게 됐다”고 말했다.

또 하나의 장점은 수업 태도 향상이다. 조 교사는 “많은 수업을 진행하고 피드백을 받아본 결과, 흥미 유발, 동기 부여라는 측면에서도 굉장한 효과를 거두었음을 알 수 있었다”고 밝혔다. 이는 딱딱하고 어려운 수학 교육을 학생들이 창의적 놀이와 같이 받아들인다는 의미다. 실제 조 교사가 ‘각기둥, 각뿔을 활용한 비행기 제작’ 등 실생활과 연관되는 4D 프레임 활용 수업을 진행하자 아이들이 시키지도 않았는데 직접 설계도를 그려오는 등 적극적인 모습을 보이기도 했다.

실제 1세제곱미터를 단지 교과서에서 '눈으로 보면서 이해하는 것'과 이를 '만들어보고 체험하는 것' 사이에는 큰 차이가 난다.

실제 1세제곱 미터를 이해하는 데 어떤 방법이 더 효과적일까. 단지 교과서에서 ‘눈으로 보면서 이해하는 것’과 이를 ‘만들어보고 체험하는 것’ 사이에는 큰 차이가 난다. ⓒ 김청한 / ScienceTimes

조 교사는 마지막으로 “이렇게 수학교과서 속에서 4D 프레임으로 접근할 수 있는 주제를 찾아보는 것은 물론, ‘미래의 집 건축’, ‘적정기술 활용 구조물 만들기’ 등 STEAM 융합인재교육 프로그램과 연계해 활용할 수 있는 방안까지 고민하고 있다”라고 다짐하며 강연을 마쳤다.

이어 중국, 인도네시아 등 각국의 교육자들이 나와 4D 프레임 교육의 현황을 소개하고, 관련 노하우를 공유하는 자리를 가졌다. 이를 통해 참가자들은 융합시대에 걸맞은 미래인재 양성에 대해 각자의 해답을 찾아갈 수 있었다.

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