1. 서 론

디지털 전환에 따른 4차 산업혁명 시대에 우리의 삶이 빠르게 변화되고 있다. 4차 산업혁명은 인공지능 기술 및 사물 인터넷, 빅데이터 등 정보통신 기술이 융합된 것으로 산업 분야의 기술 발전뿐만 아니라 교육 현장에도 많은 변화를 일으키고 있다. 이러한 변화는 전통적인 교육의 문제 해결과 혁신에 기여하고 있으며, 디지털·AI 교육 환경 기반의 미래형 교수·학습 방법 개발과 평가체제 구축으로 이어지고 있다(Lee and Kwon, 2021;Ministry of Education, 2019). 디지털 기반의 상호 작용 컨텐츠 중에서도 메타버스는 COVID-19를 거치면서 교육 영역에 많은 영향을 주었고, 학습자 몰입을 극대화할 수 있는 미래형 교수학습 환경으로 주목받고 있어 수업에 메타버스를 활용하려는 시도가 늘어나고 있다(Kang et al., 2022). 메타버스는 현실 세계가 확장된 가상 세계이며, 거울 세계, 가상 세계, 증강 현실, 라이프 로깅 4가지 영역으로 나누어진다(Hong, 2022;Smart et al., 2007). 메타버스는 시간과 공간을 확장하여 과거나 미래, 다른 장소로의 이동을 언제 어디서든지 할 수 있는 특징이 있다. 이는 현장성을 강화하여 실제적 경험과 지식을 획득할 수 있는 기회를 제공하며, 비교적 생생한 현장을 제공함으로써 내용을 쉽게 연결하고 통합하는데 도움을 제공한다(Oh et al., 2021).

해기 교육은 선박 운항을 위해 필요한 지식과 기술을 학습하며, International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers(STCW)협약에 기술되어 있는 내용 기반의 교육과정을 이수한다(Lee and Park, 2013). IMO 모델코스에서는 이러한 해기 교육의 이론적 이해와 상황을 구현할 수 있는 시뮬레이터 훈련을 권고하고 있으며, 다양한 교육 훈련에 시뮬레이터가 활용되고 있다. 하지만 장비의 특성상 시공간적 제한으로 인해 활용적 측면에서 한계성을 지니고 있다(Lee and Park, 2013). 그래서 4차 산업혁명 기술이 발전함에 따라 비대면 실감형 교육이 가능하고 미래의 원격 운항자에 대한 교육을 위해 디지털 기반의 새로운 해기 교육 콘텐츠에 대한 연구·개발이 요구되고 있다(Lim et. al., 2022).

본 연구에서는 해기 교육 분야에 메타버스를 적용한 교수 학습 사례를 소개하고, 해기 교육 수업에서 메타버스의 교육적 효과를 제시하고자 한다.

2. 이론적 배경

2.1 일반적인 학습자 중심의 교수 학습 방법

일반적인 학습 중심의 대표적인 교수학습 방법에는 문제 중심 학습과 플립러닝 학습이 있다. 먼저 문제 중심 학습은 문제 상황을 제공하고 학습자가 문제를 해결하도록 하는 교육 방법으로, 학습자의 사고를 바탕으로 스스로 문제의 상황을 능동적으로 해결하도록 한다(Ahn and Jung, 2022). 이는 문제에 대한 답을 얻기 위해 학습자는 여러 가지 목표를 수립하고 이를 해결하기 위한 창의적인 사고 과정을 통해 문제 해결 능력을 향상하게 된다(Kim, 1997). 또한 학습자의 학습 효과를 상승시키며, 학습 환경이나 학습 학습 영역이 다르더라고 학습 효과가 나타날 수 있다(Son and Ha, 2008).

플립러닝 학습은 학습자가 수업 전 짧은 강의 영상으로 선행 지식을 먼저 배우고 수업 중 교수자나 다른 학습자들과 토론, 문제 해결 등의 수업이 진행되는 온·오프라인 연계형 블렌디드 러닝 방법이다(Tong, 2017). 학습자는 자기 주도적 학습을 통해 지식과 정보를 습득하며, 수업 중에는 활동 중심의 수업에 참여한다(Lee and Kim, 2017). 이는 탄력적이고 융통성 있는 학습 환경을 제공하고 강의 영상을 자유롭게 시청할 수 있어 유연한 수업 운영을 가능하도록 한다(Lee and Li, 2022).

2.2 메타버스 기반의 교수학습 방법

메타버스를 활용한 학습은 현실 세계와 가상 세계가 적절하게 융합된 학습자 중심의 교육 방법으로 메타버스를 교육 실천의 장으로 삼아 실재하는 학습자의 교육적 성장을 도모한다(Jung, 2022;Oh et al., 2021). 또한 메타버스는 문제 중심 학습, 시뮬레이션, 게임 기반 학습, 플립러닝 등의 적절한 교수학습 방법을 적용하여 학습자에게 긍정적 학습 행동과 참여를 독려하며 의미 있고 즐거운 학습 경험을 창출할 수 있다(Kim et al., 2023).

Ahn and Jung(2022)은 문제 중심 학습 방식을 메타버스를 활용한 현장 실습 안전 교육 수업 모형에 적용하여 메타버스 공간에서의 내용을 보다 깊이 있게 이해할 수 있도록 하였다. Heo et al.(2023)는 드론을 조종하는 메타버스 환경을 통해 시뮬레이션 수업을 진행하였다. Kim and Kim(2023)은 메타버스 게임기반 교육용 컨텐츠가 다양한 학습자 유형을 만족시킬 수 있는 잠재력이 높다라고 하였다. Ko et al.(2022) 은 플립러닝 학습 방식을 메타버스를 활용한 가상 교실에 적용함으로써 학습 몰입도를 높일 수 있었다.

메타버스 환경에서의 학습은 공간적 이동을 통해 실제감을 느낄 수 있으며 시공간, 고비용, 고위험 등의 제약으로부터 경험하기 힘든 내용들을 가상의 디지털 정보를 통해 학습하고, 체험할 수 있는 기회를 제공한다(Kim and Kim, 2022;Kye et al., 2021). 그리고 흥미와 몰입을 증진시키는 학습 경험을 제공하여 기존의 온라인, 오프라인 교육의 한계를 극복할 수 있는 대안으로서 활용이 가능하다(Kim and Lee, 2023;Kim et al., 2023). Oh et al.(2021)에서는 메타버스를 활용한 교육의 장점을 Table 1과 같이 제시하였다.

2.3 메타버스 활용 수업의 진행 유형

Oh et al.(2021)에서는 메타버스를 활용한 수업에 주로 사용되는 대표적인 수업 유형을 방법적 측면에 따라 Table 2와 같이 제시하였다. 현장체험, 시뮬레이션, 게임 등의 수업 유형은 메타버스와 적절히 조합하여 교수자의 수업 목표를 달성하기 위한 수업 설계를 가능하게 한다.

2.4 수업 흥미도, 참여도 및 학업 성취도

수업 흥미도란 특정 교과에 마음이 끌리는 감정을 수반하는 관심으로, 학습이나 수업에 긍정적인 영향을 제공한다. 또한 학습 동기를 높여 학생의 학습 몰입 등에 중요한 영향을 미칠 수 있다(Yoon et al., 2005;Ahn, 2020). 수업 참여도란 학습자의 상호 작용과 같이 표면적으로 드러나는 정도를 나타내며 학업 목표 달성을 위한 수단이 된다(Kim et al., 2022). 수업 참여는 교수자가 학습자에게 정보를 제공하는 것보다 학습자가 학습 과정에 적극적으로 참여할 때 의미있는 교육이 이루어진다(Sin, 2022). 학업 성취도란 학습을 통하여 얻게 되는 학습 내용의 이해도와 학습 목표의 달성도로서 구체적인 방법이나 수단에 의해 측정된 학습 결과를 총칭하는 개념이다(Chung and Kim, 2004;Jeon, 2011). 본 연구에서는 수업 결과로 습득된 지식이나 내용 이해에 관한 설문의 결과를 학업 성취도로 규정하고자 한다.

3. 연구 방법

3.1 연구 개요

본 연구는 2학년 1학기 단체승선실습을 마치고 National Competency Standard(NCS) 실무 과목 학습이 적용되는 2학년 기관과 학생(74명)을 대상으로 진행하였으며, 동일한 실습선의 내부를 이동할 수 있는 실감형 메타버스 해기 프로그램을 제작하여 수업에 활용하였다.

메타버스를 적용할 교과목은 펌프, 유·공압 기계, 냉동 및 공기 조화 장치, 기관실 보조 기계, 해양 오염 방지 장치 등 선박의 다양한 보조 기기를 학습할 수 있는 선박 보조 기계 과목으로 선정하였다. 그리고 교과목 내용 중 선박에서 가장 많이 활용되는 보조 기계인 펌프에 관한 내용으로 수업을 진행하였다. 연구에 앞서 학생들에게는 실감형 메타버스 프로그램을 제공하여 프로그램 사용법, 수업 방법, 학습 목표 등을 안내하고, 수업 후 설문을 통해 학습 흥미도와 참여도, 학업 성취도, 현장실무 능력 향상에 대한 결과를 도출하였다.

3.2 실감형 메타버스 해기 프로그램 제작

본 연구에 적용한 실감형 메타버스 해기 프로그램은 360 카메라를 기반으로 제작되었으며, 메타버스 유형 중에서 거울 세계에 해당된다. 360 카메라는 최근 이미지 중심의 쇼셜 네트워크 서비스 등에서 많이 사용되고 있으며, 일반 카메라와는 달리 촬영한 사진을 360도로 회전하여 사진 속 주변의 모습을 확인할 수 있다. 또한 가까운 거리의 사진들을 연결하면 사진 속 공간을 이동하는 것 같은 효과가 있어서 실험·실습 시뮬레이션 수업이 가능하다. 촬영 장소는 지정교육 기관의 실습선 H호이며, B고교생들이 1년 간의 단체 승선 실습을 진행하고 있다.

실습선을 기반으로 한 제작된 실감형 메타버스 해기 프로그램의 활용은 학교 교육과 실습선에서의 실습 교육이 연속성을 띨 수 있도록 하여 학생들에게 현장에 대한 이해도 증진, 적응력 배양, 학습 동기 부여, 성취도 향상 등의 효과를 기대할 수 있다. 기존 해기 교육에서 사용되고 있는 VR이나 시뮬레이터 장비와 비교한 이 프로그램의 가장 큰 차이점은 실제 선박의 사진을 활용하여 선박 전체를 둘러 볼 수 있다는 것과 장소에 제한없이 학생들이 스마트폰, 테블릿 등을 활용하여 어디서든 쉽게 접할 수 있다는 것이다. 또한 기초 과정 뿐만 아니라 교과 간 융합, NCS 실무 과정 등 다양한 학습 영역으로 확장하여 활용이 가능하다.

3.3 수업 절차

학생들에게 개인별 테블릿을 제공하고 Table 3과 같이 수업을 진행한다. 먼저 교사는 학습 목표 및 학습 목표와 관련한 이론 수업을 먼저 진행하면서 필요한 선행 지식 확인과 학습 내용을 전달한다. 그리고 메타버스 해기 프로그램을 활용하여 학습 내용과 관련된 선박 속 위치를 찾아보며 학습 내용을 적용시킨다. 위치를 찾아보는 시연을 마친 후에는 학생들에게도 메타버스 해기 프로그램에 접속하여 해당 위치들을 직접 찾아보도록 안내한다. 이때 교사는 안내자로서 학생들이 선박에서 위치를 정확하게 찾아 이동할 수 있도록 진행 상황들을 확인하며, 학생 별로 필요한 단서와 개인별 맞춤식 피드백을 함께 제공한다.

수업 평가는 3인 1조 모둠을 구성하여 진행하되 개별 평가와 조별 평가를 병행할 수 있는 과정 중심형 수행 과제를 제공하고, 자기 주도 학습과 협동 학습에 기반하여 평가를 진행한다. 협동 학습의 경우에는 수행 정도가 빠른 학생들이 그렇지 않은 학생들을 도와주는 또래 학습을 진행시킴으로써 대부분의 학생들이 주어진 과제를 함께 수행할 수 있도록 유도한다. 수업의 내용 요소는 회전 펌프와 원심 펌프로 메타버스 특징을 고려하여 Ministry of Education(2015)에서 제시한 교육 과정을 Table 4와 같이 재구성하였다.

Table 5는 회전 펌프의 작동과 관리에 관한 내용뿐만 아니라 회전 펌프가 사용되는 연료유 계통의 내용을 연계한 교과 융합형 수업 지도안이다. 해당 수업은 Fig. 1과 같이 회전 펌프와 관련된 내용을 회전 펌프가 사용되는 기관실 공간에서 찾아볼 수 있으며, Fig. 2의 수업 장면처럼 학습 내용을 적용함으로써 내용 중심의 교과 수업보다 학생들에게 높은 이해와 폭넓은 사고를 할 수 있는 기회를 제공한다.

Table 6은 원심 펌프와 관련한 수업 지도안으로 선박 기관 실에 설치된 원심 펌프를 분류하고 도면 속 원심 펌프를 기관실에서 찾아보는 것으로 수업은 진행된다. 해당 수업에서는 학습 내용에 대한 미션을 수행하는 프로그램 속 게임 모드를 적용하여 수업을 활용하였다.

먼저 프로그램의 기능을 활용하여 Fig. 3과 같이 화면의 왼쪽에는 원심 펌프와 관련된 선박의 배관 도면(piping system)이 보이고, 화면 오른쪽에는 기관실이 보이도록 한다. 그리고 FIg. 4와 같이 학생들은 도면 속에서 있는 여러 종류의 원심 펌프의 이름을 확인하며 원심 펌프의 위치들과 명칭을 기관실 화면에서 확인한다.

게임 모드는 수업 내용에 대한 평가 도구로써 활용되며, 학생들은 Fig. 5의 화면에 제시된 원심 펌프를 직접 찾거나 친구들의 도움을 받아 미션을 수행하게 된다. 현장에 설치된 원심 펌프를 찾는 단순한 미션 형태지만 다양한 원심 펌프의 종류를 구분하고, 각각의 원심 펌프에 부여된 이름과 역할을 자연스럽게 확인하는 기회를 제공한다. 또한 선박 현장에서 사용하는 도면을 자주 확인함으로써 복잡한 도면에 대해 친숙해질 수 있는 기회를 제공한다.

3.4 분석 방법

실감형 메타버스를 적용한 해기 교육 수업 효과를 분석하기 위해 학생들의 학습 흥미도와 참여도, 학업 성취도, 현장 실무 능력에 대한 설문을 진행하였다. 설문 대상은 수업에 참여한 2학년 기관과 전체 학생이며, 차시 수업이 마친 후 통계 활용에 대한 안내와 동의를 받아 양적, 질적 검증을 진행하였다. 각 문항은 ‘매우 그렇다’, ‘그렇다’, ‘보통이다’, ‘그렇지 않다’, ‘전혀 그렇지 않다’의 5점 평점 척도로 이루어져 있으며, 학습 흥미도와 참여도, 학업 성취도의 경우에는 수업 전과 후의 설문 결과에 대해 대응표본 t검정을 실시하였다.

4. 연구 결과

4.1 학습 흥미도와 참여도

학습 흥미도와 참여도를 나타내는 Table 7의 설문 결과에서 수업 전과 후의 긍정적인 답변이 77%에서 96%로 증가 하였다. 그리고 설문 결과를 바탕으로 학습 흥미도와 참여도에 대한 차이를 검증한 결과, Table 8과 같이 5점 만점에 수업 전 4.24점에서 수업 후 4.73점으로 증가하였으며, 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(t=4.09, p< 001).

설문은 객관적 평가 외에도 주관적 평가 항목을 추가하여 함께 진행하였다. 주관적 설문 결과에서는 수업이 재미있고 이해가 쉬웠다는 의견이 많았다. 기타 답변으로는 ‘학습한 내용들을 직접 찾아보며 현장에서 바로 적용할 수 있는 기회가 있어 좋았다.’, ‘실습하는 느낌이 들어 집중이 잘 되었다.’, ‘게임을 통해 학습하는 기능이 재미있고 좋았다.’ 등 다양한 긍정적인 답변들이 많이 있었다.

4.2 학업 성취도

학업 성취도는 학습 내용에 대한 이해도를 묻는 설문으로 진행하였으며, 회전 펌프와 원심 펌프 수업 모두 서로 비슷한 결과를 보였다. 먼저 Table 9의 회전 펌프 수업에 관한 설문 결과에서는 수업 전과 후의 긍정적인 답변이 27%에서 77%로 증가하였다. 그리고 설문 결과를 바탕으로 학업 성취도에 대한 차이를 검증한 결과, Table 10과 같이 5점 만점에 수업 전 3.09점에서 수업 후 4.07점으로 증가하였으며, 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(t=6.98, p< 001).

다음으로 Table 11의 원심 펌프 수업에 관한 설문 결과에서도 수업 전과 후의 긍정적인 답변이 40.6%에서 83.7%로 높게 나타났다. 그리고 설문 결과를 바탕으로 학업 성취도에 대한 차이를 검증한 결과, Table 12와 같이 5점 만점에 수업 전 3.29점에서 수업 후 4.20점으로 증가하였으며, 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(t=5.59 p< 001).

4.3 현장실무 능력

학습 내용을 현장에 적용하는 현장실무 능력에 관한 설문 결과에서는 Table 13과 같이 긍정적인 응답이 94.6%로 높게 나타났다. 이는 메타버스 기반의 수업 활동이 학습 내용을 현장에 적용하는데 도움이 되는 것으로 나타났다.

5. 결 론

4차 산업혁명 시대에서 AI, 디지털 기술이 급속도로 발전하면서 교육 분야에서도 AI, 디지털 기반의 다양한 교수·학 습에 관한 연구가 진행되고 있다. 이는 미래 기술을 이용한 교육 방식이 해기 교육 분야에도 적용되어 교수학습에 대한 새로운 변화가 필요하다.

본 연구에서는 최근 높은 관심을 받았던 메타버스를 이용한 실감형 메타버스 해기 프로그램을 제작하여 해기 교육 수업에 적용하였다. 이는 해기 교육에 어려움을 느끼는 학습자에게 흥미와 동기를 유발시키고, 학습 내용의 이해를 돕기 위함이다. 또한 이론 교육에서 현장 실습으로 진행되는 전통적인 해기 교육 방식에서 벗어나 이론 교육에서부터 현장 기반 학습을 병행할 수 있는 새로운 해기 교육 방식을 적용하고자 하였다.

본 연구를 통해 해기 분야 교육에서 메타버스 기반의 교수 학습을 통한 수업 사례를 소개하고 설문 및 평가 결과를 분석하여 메타버스를 적용한 해기 교육 학습법이 수업 흥미와 참여, 학업 성취도, 현장실무 역량 측면에 미치는 영향을 고찰하였다. 첫째, 실제 선박 투어 기반의 메타버스 수업 활동은 실제감을 통해 학생들에게 높은 몰입도를 제공하였으며, 이는 학생들의 수업 흥미와 참여도를 높이는 효과를 제공하였다. 둘째, 메타버스 학습 자료를 활용한 높은 수업 참여도는 학생들의 학업 성취도를 높이는 효과를 제공하였다. 셋째, 주어진 상황을 현장에서 찾아 해결하는 활동 수업을 통해 현장실무 역량을 높이는 효과를 제공하였다.

다만 본 연구는 고등학교 기관과 2학년 학생들로 한정되 었다는 점과 설문으로만 학업 성취도의 결과를 도출했다는 한계점이 있다. 이에 향후 연구에서는 고등학교 항해과와 타학년 대상으로 적용을 확대하고, 대학생으로도 확대하여 연구를 진행할 예정이다. 또한 메타버스를 다양한 교수학습 방법과 함께 적용했을 때 나타나는 교육적 효과에 대한 비교 연구를 진행할 예정이다.