기후 위기와 학교 시민과학 동아리 활동

   대기환경 시민과학 학교 동아리 활동 프로젝트에는 테크놀로지를 활용했다. 준비한 테크놀로지는 크게 두 가지 유형이었다. 하나는 탐구활동을 위한 것이고 다른 하나는 의사소통을 위해서 사용되는 온라인 플랫폼이다. 탐구활동을 지원하기 위해서 학교 환경과 경제성을 고려하여 그림 1과 같이 아두이노를 마이크로 컨트롤러로, 엠블록을 프로그래밍 언어로, ThingsBoard를 IoT플랫폼으로 선정하였다. 그 외 측정 센서 및 모듈로 온습도 센서, 미세먼지 센서, 이산화탄소 센서를 선택하였으며, 통신을 위해서 WiFi모듈을 선택하였다(가석현, 2021; Ga et al., 2021). 교사와 학생이 정보기술 접근이나 활용에 대한 거부감이나 두려움을 최소화할 수 있도록 고려하였다. 테크놀로지 준비에는 가석현 박사가 크게 기여하였다. 의사소통을 위한 플랫폼으로는 구글클래스룸, 패들렛, 구글 미트, 줌, 인스타그램, 미리 캔버스, 넘버스 등을 사용하였다. 

[그림 1] 선정한 테크놀로지 자원(가석현, 2021; 박창미, 2022)

   시민과학 프로젝트의 단계는 흔히 투입-활동-산출-결과-영향의 5단계로 구분한다(Shrik et al., 2012). 이를 바탕으로 테크놀로지 활용 기반 학교 시민과학 동아리 프로그램 개발 및 실행을 위한 4단계 모델을 구안하였다. 주제 탐색은 투입 활동과 유사하며 테크놀로지 사용 방법을 익히고 과학 문제 설정이 이루어진다. 탐구 수행은 계획, 설계, 수행, 결과 단계로 이루어지며, 과학 탐구 설계와 자료 수집 및 분석, 결론 도출 등이 이루어진다. 사회적 실천은 탐구 결과를 바탕으로 매체를 활용하여 자신의 주장을 주위 사람들과 공유하고 의사소통을 한다. 사회적 영향 확인은 주위 사람들의 관심이나 태도 및 행동에 미치는 변화를 확인한다. 이 모델을 기반으로 기후변화 시민과학 동아리 프로그램을 개발하였다.  

[그림 2] 테크놀로지 활용 기반 시민과학 활동 모델 (박창미, 2022)

   대기 환경 시민과학 동아리 활동은 2차에 걸쳐서 서울특별시 소재 여자중학교에서 실행되었다. 프로젝트의 실행과 정리에는 박창미 박사가 크게 기여하였다. 2020년에 파일럿으로 1차 프로그램을 실행하였으며 이를 수정보완하여, 2021년에 2차 프로그램을 실행하였다. 2차에는 기간이 2배로 증가하였으며, 기술적 자원(테크놀로지)도 일부 개선되었다. 또한 구글 클래스룸을 비롯한 다양한 상호작용 플랫폼을 활용하였다. 코로나19의 영향을 벗어난 시점이어서 사회적 실천에 SNS 뿐 아니라 학교 축제 부스를 이용한 전시 및 발표를 실시하였다(그림 3).

[그림 3] 테크놀로지 기반 시민과학 활동 프로그램(박창미, 2022)

   학생들은 개인 또는 소집단으로, 궁금했던 대기환경 관련 탐구 주제 선정과 탐구를 자기주도적으로 수행하였다. 학생들의 최종 탐구 주제는 그림 4와 같다. 테크놀로지는 주제 선정에서부터 탐구 수행 및 사회적 실천 과정에까지 큰 도움을 주었다. 학생들이 주로 사용한 센서는 미세먼지 센서와 이산화탄소 센서였다.   

[그림 4] 2차 시민과학 프로그램 참여 학생들의 탐구 주제(박창미, 2022)

   그림 5는 한 학생의 탐구 과정을 보여주는 예이다. 미세먼지 감소 효과가 알려진 식물의 효능을 조사하는 실험 설계이다. 같은 화분을 하나는 방안에 두고, 다른 하나는 프라스틱 컨테이너 내에 두고 미세먼지 변화를 조사하는 것이다. 프라스틱 컨테이너에는 향초를 켜서 미세먼지 농도를 높일 수 있도록 되어 있다. 

[그림 5] L학생의 미세먼지 정화식물의 효과 측정 실험(박창미, 2022)

   시민과학 프로그램에 참여한 학생들과의 면담을 통해서 학생들의 경험과 느낌을 조사하였다. 시민과학 탐구 활동은 테크놀로지의 도움으로 확장되고 더 용이해졌으며, 주위 사람들로부터 전문성을 인정받기도 했다. 또한 사회적 실천은 사회변화의 주체가 될 수 있음을 인식시키기도 했다. 다음은 학생들이 주요 단계를 마친 후 실시한 면담 내용의 일부이다.      

   일반적으로 연구 주제를 선정하는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 그러나 이 활동에 참여한 학생들은 그런 어려움을 느끼지 않았다고 보고했다. 평소에 궁금했지만 확인할 수 없었던 것을 바탕으로 탐구 주제를 선정하였기 때문이다. 테크놀로지는 측정과 코딩을 통해서 학생들이 궁금한 것에 다가갈 수 있게 지원을 했다. 

 

 

   개방적 탐구 경험이 적은 학생들에게 연구계획을 세우는 것은 어려운 것으로 알려져 있다. 이 학생들도 연구 계획 작성에 생소함과 어려움을 겪었다. 그러나 패들렛에 계획을 올리고 동료와 교사 그리고 연구진의 피드백을 받으면서 연구계획을 보완할 수 있었다. 다른 친구들의 연구게획을 보는 것도 도움이 되었다. 의사소통을 위한 테크놀로지의 기여도 큰 것으로 나타났다. 

 

   IoT 테크놀로지는 자료 수집과 변환에 큰 도움이 되었다. 학생들은 현장에 있지 않아도 계속 측정을 할 수 있었으며, 사람 때문에 발생할 수 있는 영향을 배제할 수 있었다. 컴퓨터나 핸드폰을 이용하면 ThingBoard를 통해서 즉각적으로 모니터링을 할 수 있고, 자료 변환도 손쉽게 할 수 있었다.  

 

 

   참여 학생들 뿐 아니라 가족들과도 측정한 데이터를 공유하고, 이에 대해 소통을 했으며, 모르는 질문을 답하기 위하여 관련 자료를 탐색하여 새로운 것을 알게되고, 이를 다시 공유하기도 했다.  

 

 

   학생들의 연구보고서는 패들렛을 통해 동아리 구성원들에서 공유되었다. 다른 조의 보고서를 모두 볼 수 있어서 이를 통해 새로운 과학 지식을 구성하고, 일상에서 접하는 정보에 대해서 더 깊이있게 이해하게 되고, 비판적인 태도를 가지게 되었다. 

 

   사회적 실천을 위해서 학생들은 자신들의 연구 결과를 포스터로 만들었다. 수집한 증거를 바탕으로 과학적 주장을 하고, 이를 바탕으로 사회적으로 의미있는 주장을 함으로써 많은 사람들의 실천과 참여를 유도할 수 있도록 제작하였다.  

 

   

사회적 실천은 자신들의 연구 결과와 주장을 주위 사람들에게 알리는 것 뿐 아니라 이를 통한 사회적 영향을 확인하게 되었다. 포스터, 인스타그램 등을 통한 홍보에 주위 사람들이 댓글을 통한 긍정적인 반응과 의견을 보이고, 주위 사람들의 인식이 바뀌는 것을 경험하면서 자신들이 사회에 변화를 가져올 수도 있다는 가능성을 느끼고 있었다. 

   

   일부 학생들은 사후 면담에서 자신들의 주제와 관련된 새로운 탐구 계획을 제시하기도 했다. 하이브리드와 가솔린 자동차의 이산화탄소 배출량을 조사한 조는 적극적인 탐구와 사회적 실천을 통해서 다른 사람들에게 도움을 줄 수 있는 사회적 기여를 했다고 느끼고 뿌듯해 하였다. 시민과학 활동 참여를 통해서 새로운 시민과학 활동으로  발전해 가는 모습을 보였다.  

  

   테크놀로지 활용 대기 환경 시민과학 동아리 활동의 결과를 종합하여 도식화한 것이 그림 6이다. 학생들의 활동은 대체로 주제탐색, 탐구 수행, 사회적 실천, 사회적 영향 확인의 단계를 거치면서 실행되었다. 그러나 이 과정은 항상 선형적으로 진행된 것은 아니며 문제가 발생하는 경우 이 전 과정으로 되돌아와서 다시 진행되었다. 이 과정에서 테크놀로지는 매우 중요한 역할을 했다. IT테크놀로지는 측정과 분석 및 디스플레이 등의 기능을 통해서 탐구 주제의 선정을 용이하게 하고 주제 선정의 폭을 확대시켜 주었다. 또한 탐구 수행과정에서 데이터 수집과 분석을 쉽게 하여 주었다. 또한 주위로부터 탐구에 대한 신뢰를 얻게 되는 근거가 되었다. 한편 상호작용 플랫폼 기술들은 탐구 과정에서 의사소통을 활성화하여 탐구 과정을 촉진하였을 뿐 아니라 사회적 실천에 기여하였다. 한편 사회적 영향 확인은 이전 단계에 피드백을 제공하며 영향을 미치기도 하고, 새로운 시민과학 활동으로 연결되었다. 

[그림 6] 테크놀로지 활용 탐구 기반 시민과학 활동 과정 모형(박창미, 2022)

   시민과학 동아리 프로그램 참여 학생들의 경험과 변화를 조사하면서 당면한 기후 위기 대응을 위한 실천역량 함양을 위해서 많은 가능성을 확인할 수 있었다. 학교 기후변화 교육 실천을 위한 훌륭한 방안이 될 수 있을 것이다. 

 

 

주출처

   박창미 (2022). 테크놀로지 활용 탐구 기반 시민과학 프로그램 참여 학생의 과학 탐구와 사회적 전이 경험. 서울대학교 대학원 박사학위 논문.  

 

참고 문헌

   가석현 (2021). 사물 인터넷을 활용한 실천지향 과학교육 프로그램의 개발 및 적용: 기술 구성, 교사의 기술 관련 어려움, 학생의 환경과학 행위성을 중심으로. 서울대학교 대학원 박사학위 논문.

    Ga, S.-H., Cha, H.-J., & Kim, C.-J. (2021). Adapting Internet of Things to Arduino-based Devices for Low-Cost Remote Sensing in School Science Learning Environments. International Journal of Online and Biomedical Engineering (IJOE), 17(02), 4–18.

   Shrik, J.L., Ballard, H.L., Wilderman, C.C., Phillips, T., Wiggins, A., Jordan, R., McCallie, E., Minarchek, M., Lewenstein, B.V., Krasny, M.E., & Bonney, R. (2012). Public participation in scientific research: A framework for deliberate design. Ecology and Society, 17(2), 29.