증강현실기반의체험형학습콘텐츠개발및현

연구보고 KR 2005-32
증강현실(Augmented Reality)기반의
체험형 학습 콘텐츠 개발 및 현장적용 연구

체험형 학습 콘텐츠 개발 및 현장적용 연구
연구책임자 : 김정현(포항공과대학교)
공동연구자 : 계보경(한국교육학술정보원)
서진석(동아대학교)
김남규(포항공과대학교)
정선미(포항공과대학교)
이예하(포항공과대학교)
과제책임자 : 고범석(한국교육학술정보원)

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자문진
손병길(한국교육학술정보원)
도움주신 분들
고현덕(서울잠신초등학교 교사)
박지영(서울대학교 박사)
이미영(건국대학교 교수)
이상수(경기중앙기독초등학교 교감)
이용복(서울교육대학교 교수)
전석천(서울숭문고등학교 교사)

머 리 말
테크놀로지 발전의 가속화와 함께 교육 분야에 있어서의 가상현실에 대
한 활용에도 기대가 모아지고 있다. 가상현실은 다감각적 경험을 통해 학
습자를 학습 환경에 몰입시키는 강력한 흡인력을 가짐으로써 학습에 있어
서도 학습자의 몰입을 유발할 수 있는 최적의 매체로 무한한 활용성을 지
니고 있으며, 최근 유비쿼터스 환경의 구축 시도와 함께 더더욱 그 가치가
높아지고 있다. 그러나 기대되어지는 장점에도 불구하고 그동안 하드웨어
나 소프트웨어 등의 기본적인 활용 환경 구축에 소요되는 고비용으로 인해
교육현장에서의 도입이 어려운 한계점을 지니고 있는 것 또한 사실이다.
이에 본 연구에서는 일반 컴퓨터 환경에서 카메라를 사용하여 복잡한 과
학 기구 없이 간단한 인쇄물 형태의 도구를 활용, 가상으로 체험 학습을
행할 수 있는 증강현실 기반의 콘텐츠 프로토타입을 연구 개발하였다. 과
학 교과 과정에 포함된 “물의 순환과 날씨의 변화”를 주제로 물의 순환을
3차원 콘텐츠로 관찰하고, 일련의 저작 도구를 활용하여 날씨의 변화를 직
접 실험해 볼 수 있다. 기존의 2차원 멀티미디어 학습 콘텐츠를 벗어나 보
다 흥미 있고 몰입 할 수 있는 3차원 형태의 콘텐츠를 교사 및 학생에게
제공함으로써 학습 동기 유발과 교육의 효과를 높일 수 있을 것으로 기대
된다.
모쪼록 본 과제를 통해 시범 개발된 콘텐츠가 학습 효과를 극대화 할 수
있는 새로운 방식의 체험형 콘텐츠로 학교 현장에 널리 활용되어 테크놀로
지를 통해 학습이 개선되는 새로운 토대와 기반을 제공하길 기대하며, 끝
으로 본 연구에 참여해주신 연구진 및 관련 전문가들의 노고에 깊이 감사
드린다.
2005 년 12 월
한국교육학술정보원
원 장 황 대 준

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요 약
실제 기구를 이용한 과학 실험 학습은 시간과 장소에 구애받을 뿐만
아니라 실험에 필요한 기구 및 교사의 지도가 필요하다. 많은 학생을 대
상으로 과학 실습을 할 때에는 안전성에도 많은 신경을 써야 한다. 게다
가, 교과과정에 있는 많은 실험을 학교에서 모두 소화하기도 어렵고 교과
과정에는 없는 새로운 실험을 통해 학습자에게 보다 다양하고 창의적인
교육을 시키기 어렵다. 현재는, 학교 교육의 한계를 극복하기 위해 멀티
미디어 콘텐츠를 이용하거나 인터넷을 통한 웹 기반의 콘텐츠를 활용하
고 있지만, 대부분 수동적인 콘텐츠이거나 대화식이라 하더라도 제한적
인 자유도만 주어져 학습자들에게 흥미와 몰입을 부여하기에는 역부족이
다. 증강현실이란 카메라로 보이는 현실의 공간 속에 그래픽 객체를 삽
입하는 기술로서 이를 활용 하면 학습자들은 가상 객체로 표현되는 실험
도구들을 손으로 직접 다루면서 실험 학습을 체험할 수 있으며 많은 자
유도를 제공하여 흥미와 몰입을 극대화할 수 있다.
본 과제에서는 일반 PC와 저가형 화상 카메라만 있으면 구동이 가능하
여, 일반 가정이나 학교 현장에 이미 구비되어 있는 PC에서 누구나 쉽게
증강현실 학습 콘텐츠를 개발 하는 것이다. 본 과제에서 연구하게 될 증
강현실 기반 콘텐츠 내용은 일상 속 텔레비전을 통해 방영되는 날씨에
대한 내용으로, 기상의 기초 원리 지식을 습득하고, 실제로 보기 어려운
기상 변화 현상을 가상으로 체험함으로써 체험 학습의 효과를 극대화 시
킨다. 구체적으로는 “기상 변화”를 주제로 설정하고 미시적 물의 순환 원
리와 거시적 날씨 변화의 현상을 가상으로 체험하도록 시스템을 구축한
다. 더 나아가, 증강현실 기반의 교육 방법의 효용성을 검증하도록 하여
앞으로의 디지털 체험교육의 가능성과 나아갈 방향을 제시 하도록 한다.

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차 례
요 약 ⅱ
Ⅰ. 연구 배경 및 목적 ·························································································1
1. 연구 배경 ·································································································1
2. 연구 목적 ·································································································4
Ⅱ. 이론적 배경 ·····································································································6
1. 가상현실의 개념 ·······················································································6
2. 가상현실과 교육 ·····················································································8
3. 가상현실 관련 연구 ·············································································10
Ⅲ. 연구 내용 ·······································································································12
1. 연구 범위 ·······························································································12
2. 연구 내용 ·······························································································13
3. 컨텐츠 진행 시나리오 ·········································································14
Ⅳ. 연구 결과 ·······································································································25
1. 시스템 구현 ···························································································25
2. 콘텐츠 개발 결과 ·················································································27
3. 현장 적용 결과 ·····················································································29
Ⅴ. 결론 및 제언 ·································································································33
참 고 문 헌 ·······································································································34
영 문 초 록 ·······································································································35
부록 1: 증강현실 기반 학습 콘텐츠 실행 매뉴얼 ····································37
부록 2: 증강현실 기반 학습 콘텐츠용 마커 ················································39
부록 3: 학습지도안 ··························································································42
부록 4: 학업성취수준 검사지 ········································································46
부록 5: 학습자 반응 결과지 ··········································································49

그 림 목 차
[그림 I-1] 디지털 체험의 예 ·················································································2
[그림 I-2] 디지털 체험을 위한 시스템 구성도 ·················································3
[그림 I-3] 증강현실을 이용한 과학교육의 예 ···················································5
[그림 II-1] HMD를 활용한 증강현실 콘텐츠 체험 예 ··································12
[그림 III-1] 증강현실 기반 체험형 학습 콘텐츠 시스템 구성도 ················25
[그림 III-2] 시스템 수행 결과 ············································································27

Ⅰ. 연구 배경 및 목적
1. 연구 배경
가. 디지털 시대의 학습자의 기대와 요구 진화
현대 우리나라가 선진지식사회로 발전하기 위해서는, 사람들에게 보다
부가가치가 높은 정보가 필요하게 되었다. 다시 말하면, 단순 정보가 아닌,
그 정보의 의미와 개념이 이해 될 수 있는 형태로 정보의 가공이 필요 하
게 되었다는 것이다. 지식에는 다양한 형태가 있으며 이들을 습득하는 데
에도 여러 가지 효율적인 방법이 있을 수 있다. 지식관리 전문가들에 의
하면, 현재의 정보기술이 Explicit Knowledge를 다룰 수 있는 반면, 경험이
나 행동에 의해 습득되는 소위 Tacit Knowledge를 다룰 수 있는 기술을
부족하다고 이야기 하고 있다. 예를 들어, 멀티미디어 기반의 CD ROM 이
나 그래픽 기반의 웹 정보 시스템들도 결국 키보드/마우스에 “클릭”에 의
한 개념 지식의 전달 밖에 할 수 없다는 것이다.
나. 체험을 통한 학습 프로그램의 장점
체험 혹은 경험의 사전적인 의미는 어떤 일을 직접적으로 관찰하거나 어
떤 이벤트에 참여 하는 것이다. 조지아 공대의 Jain교수는 computing의 패
러다임이 최초의 Raw Data 처리, 그 다음, Information 처리에 이어서 이
제 "지식 및 경험 처리" 단계로의 진화를 하고 있다고 주장한다[1]. 컴퓨터
사용자 인터페이스도 또한 키보드/모니터/마우스, 멀티미디어 등을 넘어서
혼합현실이나 3차원 다중양식 형태로 진화 하고 있다.
이런 선상에서 디지털 체험이라 함은 단순한 멀티미디어 시스템을 확장
하고, Sensing/Display/Network 기술을 통하여 시간과 공간의 제약을 넘어

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서, 어떤 이벤트들을 충실도가 많고 되도록 원형에 가까운 형태로 경험하
게 하는 것이라고 할 수 있다. 이를 통하여, 특히 Tacit Knowledge를 효율
적으로 사용자에게 전달하여 교육, 훈련, 오락, 통신에 응용 하는 것이다.
디지털 체험의 핵심 요소는 크게 두 가지로 생각 할 수 있다. 첫째는, 학습
자의 다양한 감각 기관을 활용 하고 콘텐츠의 내용에 적합한 다중 양식의
인터페이스이고, 둘째는 이에 의해 야기 되는 자유도가 높고 증가 된 상호
작용성이라고 말할 수 있다. 이를 위해서는 다음 세 가지의 기술이 효과적
으로 결합 하여야 한다. 첫째는, 여러 가지 센서나 인식기술을 통합/사용하
여 사용자의 자연스러운 행위나 환경에서 일어나는 일을 감지하고, 둘째,
이를 기반으로 내부의 모델을 만들고 시뮬레이션/처리하고, 마지막으로 사
용자의 여러 감가기관을 통하여 일관된 형태로 이를 "Display" 하게 된다.
[그림 I-1]은 디지털 체험의 예를 보여 주며. [그림 I-2]는 디지털 체험을
위한 시스템 구성도이다.
[그림 I-1] 디지털 체험의 예

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[그림 I-2] 디지털 체험을 위한 시스템 구성도 (이상적인 경우)
예를 들어, 거실에서 사용자는 생활을 하면서 자연스러운 상호작용을
통하여 (예, 음성, 손/몸의 움직임, 종래의 마우스/키보드, 눈의 움직임,
소품의 이용 등) 무언가를 하게 되면, 여러 종류의 디스플레이를 (실영상,
그래픽영상, 사운드, 촉각) 통하여 Feedback을 받게 된다. [그림 I-1] 에
서 사용자가 꼬마 전구를 지칭하는 어떤 소품을 들고 "Connect" 라고 말
하며 전지를 지칭하는 소품에 가까이 가져다 놓으면, 화면이나 스피커를
통하여 그들이 연결되어 불이 켜지고 그 밖의 정보가 비추어 진다면, 체
험을 통한 교육을 할 수 있을 것이다. 그러므로, 이 모든 사용자의 인터액
션 자체를 디지털 체험이라고 할 수 있겠다. 특별한 공간이 아닌 자연스
러운 현실 공간에서 (테이블) 프로젝터/모니터를 통한 시각, 스피커를 통
한 청각, 음성이나 제스쳐 인식을 통한 4지의 이용, 간단한 소품과 증강
현실을 이용한 촉각, 가상과 현실의 결합을 통한 호기심 유발 등의 효과
를 잘 이해 할 수 있다.

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2. 연구 목적
본 연구 과제의 최종 목적은 “증강현실” 기법 기반의 체험형 과학 실험
학습 콘텐츠 개발이다. 실제 기구를 이용한 과학 실험 학습은 시간과 장
소에 구애받을 뿐만 아니라, 실험에 필요한 기구 및 교사의 지도가 필요
하다. 많은 학생을 대상으로 과학 실습을 할 때에는 안전성에도 많은 신
경을 써야 한다. 게다가, 교과과정에 있는 많은 실험을 학교에서 모두 소
화하기도 어렵고 교과과정에는 없는 새로운 실험을 통해 학습자에게 보
다 다양하고 창의적인 교육을 시키기 어렵다.
현재는, 학교 교육의 한계를 극복하기 위해 멀티미디어 콘텐츠를 이용
하거나 인터넷을 통한 웹 기반의 콘텐츠를 활용하고 있지만, 대부분 수동
적인 콘텐츠이거나, 대화식이라 하더라도 제한적인 자유도만 주어져 학
습자들에게 흥미와 몰입을 부여하기에는 역부족이다. 증강현실이란 카메
라로 보이는 현실의 공간 속에 그래픽 객체를 삽입하는 기술로서 이를
활용 하면 학습자들은 가상 객체로 표현되는 실험 도구들을 손으로 직접
다루면서 실험 학습을 체험할 수 있으며, 많은 자유도를 제공하여 흥미와
몰입을 극대화할 수 있다. 더불어, 제안하고자 하는 학습 콘텐츠는 일반
PC와 저가형 화상 카메라만 있으면 구동이 가능하므로, 일반 가정이나
학교 현장에 이미 구비되어 있는 PC에서 누구나 쉽게 증강현실 학습 콘
텐츠를 접할 수 있다

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[그림 I-3] 증강현실을 이용한 과학교육의 예
사용자는 표식을 들고 있지만, 컴퓨터 화면에는 실제의 3차
원 물체를(지구의 단면 모형, 화산)들고 원하는 방향 및 위치
에서 관찰하는 것처럼 보인다.

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Ⅱ. 이론적 배경
1. 가상현실의 개념
가상현실이라는 용어는 학자에 따라 가상환경(Virtual environment), 원
격실재(Tele-presence), 인공세계, 사이버스페이스 등으로 불리며 가상현실
에 대한 정의도 학자에 따라 약간씩 다르다(North & North,1997). 1992년
Aukstakalnis 와 Blatner는 인간이 컴퓨터를 이용하여 복잡한 데이터를 조
작하고, 시각화하며, 상호작용하는 방법을 가상현실 기법이라고 하였다. 또,
Sheridan(1992)은 가상현실을 인간과 컴퓨터의 상호작용이라는 관점에서
정의하였다. 그의 이론에 따르면 ‘가상현실은 컴퓨터 그래픽과 다양한 디스
플레이 그리고 자료 입력 테크놀로지들이 하나로 통합되어 사용자에게 가
상세계에 존재하는 느낌을 주며 사용자 역시 컴퓨터 화면상의 자료나 이미
지들에 대한 단순한 외적 관찰자가 아니라, 컴퓨터가 만들어 낸 세계에 적
극적으로 참여하는 것’이다.
일반적으로 가상현실이란, 인간이 상상할 수 있는 공간과 사물을 컴퓨
터로 구현하고 이것들과의 상호작용을 통하여 실제와 같이 몰입할 수 있는
가상의 세계를 의미한다. 즉, 우리의 감각기관 등이 완전히 몰입됨으로써
그 속에 있지 않으면서도 있는 것처럼 느낄 수 있는 공간을 말하는 것이
다. 이러한 가상현실 기술은 3차원 그래픽과 애니메이션, 시뮬레이션, 인터
페이스 기술 등이 결합한 복합적인 기술이다. 가상현실은 상호작용적 경험
의 세계를 제공하고 추상적 개념의 학습에 유용하게 이용될 수 있다. 가상
현실은 몰입형과 데스크탑형으로 나뉠 수 있다. 몰입형 가상현실이란, 사람
이 디스플레이장비 혹은 데이터글러브와 같은 특수 장비를 몸에 부착하여
이러한 도구들을 통해 사람이 느낄 수 있는 감정을 최대한으로 조절하여
효과적으로 전달한다. 그러므로 사용자가 경험하는 실제감이 높아서 쉽게
몰입할 수 있는 장점이 있다. 데스크탑형 가상현실은 컴퓨터 화면상에 출

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력된 3차원 입체 영상을 보면서 마우스, 조이스틱, 혹은 데이터글러브, 고
글을 사용하여 가상현실을 경험하는 것으로 몰입형 가상현실체험에 비해
현실감이 떨어지고, 접근성과 활용성이 뛰어나므로 우리 일상생활에서 가
장 많이 사용되고 있다.
가상현실 시스템에서 인간은 다양한 세계 즉, 현실 세계와 상상의 세계
모두에 대한 시뮬레이션을 통해 감각적인 채널과 조종자를 이용하여 상호
작용 할 수 있다. 이 때, 사용자가 가상현실 세계에 몰입하게 됨으로써 가
상현실의 효과를 극대화할 수 있다. 이와 같은 가상현실 시스템은 원격통
신, 건강 및 의학, 교육 및 훈련, 상품 디자인, 군사 분야 등 다양한 분야에
서 활용이 가능하다.
증강현실(Augmented Reality,이하 AR)이란, 실세계와 가상 세계를 이음
새 없이(Seamless) 실시간으로 혼합하여 사용자에게 제공함으로써, 사용자
에게 보다 향상된 몰입감과 현실감을 제공하는 기술이다(R.T. Azuma).
AR 기술은 컴퓨터가 구축한 가상공간 속에 사용자를 몰입하게 하는 기술
인 가상 현실(Virtual Reality, 이하 VR)과 TV영상과 같은 현실의 중간에
위치하는 기술로서 가상 세계에 실제의 대상물을 증강하는 Augmented
Virtuality 기술과 구별되어진다. VR기술이 실제 환경을 컴퓨터가 생성한
환경과 대체하는 기술임에 반해, AR기술은 사용자의 환경에 정보를 증강
함으로서 실감성을 향상시키는 기술이다. 1960년대 van Surtherland 가 최
초의 see-through HMD를 개발한 것이 AR 연구의 시작점이라고 본다(이
민경). AR 관련 기술연구가 본격적으로 시작된 것은 1990년대 초 보잉사
가 'Augmented Reality'라는 신조어를 등장시키면서이다. 이러한 연구는
1990년대 초반에서 중반까지는 실내 환경에서 정확한 위치 추적 기술연구
를 통해 활성화되었고, 후반 이후로는 실제 환경에 증강된 가상 객체와의
상호작용을 위한 기술, 실외 환경을 위한 기술에 관련된 연구가 계속되어
지고 있다.

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2. 가상현실과 교육
하드웨어와 소프트웨어의 발전으로 가상현실의 활용 범위가 넓고 일반화
되어가는 가운데 교육계에서는 가상현실의 활용에 대해 더 큰 관심과 기대
를 가지고 있다. 가상현실은 다감각적인(multi-sensory) 경험을 통해 사용
자를 가상공간에 완전히 몰입시키는 효과(immersion effect)를 가지고 있
고, 인간과 컴퓨터의 상호작용 방식이 기존의 방식과 달리 실제 상황과 유
사한 행동을 할 수 있는 방식으로서 상호작용을 중시하는 교육 분야에서는
매우 매력적인 미디어라고 할 수 있다 (한정선 외,2001).
가상 현실기법의 활용은 값비싼 하드웨어나 소프트웨어를 필요로 하기
때문에 교육 분야에 적극적으로 활용되지 못하고 있는 실정이었으나, 정보
통신 기술의 발달과 함께 비용측면이 점점 저렴해지고 있어서 앞으로의 활
용 가능성은 무궁하다고 할 수 있다. 우리나라에서 가상현실기법의 교육적
활용은 아직 초기 단계이나, 21세기 지식 정보화 사회 환경에 적합한 교육
을 위해서는 교육 환경을 정보화 사회에 적합한 시스템 구축은 물론 교육
프로그램의 개발이 필요하다.
가상현실 기법은 가상공간에서 이미 컴퓨터에 구축되어 있는 데이터베이
스의 자료를 활용하고, 먼 거리에 설치되어 있는 실험 기기를 원격제어를
통하여 활용하며, 가상적 공간에서 현실감을 최대한으로 부여한 프로그램
을 사용하는 것이다. 이러한 기법은 도서관, 실험실 그리고 기타 학습자원
들의 활용에 있어서 물리적 공간의 한계, 시간의 제약이 문제가 되지 않는
다. 또한 지각구조의 변형과 같은 실제현장에서 경험하기 어려운 학습내용
들은 가상현실 기법을 이용한 시뮬레이션 프로그램을 통해 학습자에게 실
제와 거의 유사한 수준의 실제감을 제공할 수 있다 (김희수, 2003). 다른
말로 가상적 현존감 (virtual presence)이라고도 하는데, 사용자가 비록 가
상의 공간에서 통합된 경험을 하는 것이지만, 이는 실제 현장에서의 경험
과 거의 동일하다는 것이다. 이러한 이유로 가상현실 실험실의 경우에는
초보자가 실수를 해도 부담없이 다시 할 수 있으며, 현실감뿐만 아니라 상

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호작용성이 매우 높다. 이러한 상호작용성이 사물의 개념이나 원리를 학습
하는 데 유용함은 이미 밝혀진 바 있다(Byrne,1993;Wayne,1997;Winn,1993). 특
히, 선행되어진 여러 연구에서 가상현실 기법을 활용한 수업의 가장 큰 장
점인 학습자와 교사가 지리적 공간의 한계를 벗어나 가상공간에서 상호작
용하면서 학습할 수 있는 점을 밝힐 수 있었다(Benacchio, Brolis&Saviane,
1998).
가상현실기법은 다른 교과보다 과학교과에서 그 유용성을 더 확실히 알
수 있다. 과학교육에서 학습자에게 과학자들이 사용하고 있는 형식적인 설
명 방법이나 이성적인 기능을 습득하기 전에 자연 세계가 어떠한 기능을
하고 있는가에 대해 직관적으로 이해할 수 있도록 학습자의 능력을 배양시
켜주는 것이 목표라고 할 수 있다. 다시 말하면, 정량적인 관계식을 교수하
는 것보다 정성적으로 객체(Objects)의 행동을 예측하는 능력을 배양하는
것이 더욱 중요하다. 많은 학생들이 어려워하고 이해할 수 없는 복잡하고
추상적인 내용에 대해 다감각 몰입 가상현실 기법이 효과적으로 활용될 수
있다는 연구 결과에서 보듯이(Dede et al.2000), 가상현실 기법은 학습자가
지식을 구성하는데 유용한 탐구 환경이나 자연세계에 대한 경험적 직관을
형성하는데 매우 유용하다고 할 수 있다.
이와 유사한 개념의 증강현실 기법은 구성주의에 기초한 교수-학습 원리
의 구현을 위한 최적의 환경을 제공해 줄 수 있으며, 풍부한 학습 환경을
제공하고 학습자의 흥미와 참여도, 상호작용성을 높일 수 있기 때문에 과
학교육 프로그램의 개발 도구로써 시사하는 바가 크다.
과학교육에서 가상현실 기법의 활용이 가지는 장점은 다음과 같다 (심규철
외, 2000).
1) 3차원 가상현실 기법은 기존의 2차원적 교육 매체보다 학습자의 다양한
감각기관을 자극하게 때문에 학생들의 흥미 유발에 도움이 될 수 있다.
2) 가상환경과 사용자간의 실시간 상호작용이 가능하기 때문에 학습자의
행동이 즉시 반영될 수 있으며 시행착오를 통해 오류를 해결할 수 있다.

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3) 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용하여 고가의 장비나 시스템을 모델화하
여 비용 절감 효과를 얻을 수 있으며 위험성이 높은 실험에 대한 모의
실험이 가능하다.
4) 가상현실 기법을 활용한 교육 매체는 학생들의 흥미 유발에 도움이 된다.
5) 가상현실의 활용은 학습 주제나 실험에 대한 몰입감을 증가시켜 참여도
를 증대시킬 수 있다.
3. 가상현실 관련 연구
교육에 있어서 가상현실의 활용에 대한 관심이 90년대에 이르러 급증하
여 미국을 비롯한 영구, 프랑스, 캐나다, 일본 등 몇 개 국가의 전문 연구
기관이 설립되고 이들을 중심으로 개발된 다양한 프로그램들이 실제로 여
러 분야에서의 교육과 훈련을 위해 적용되는 차원으로 발전하였다.
워싱턴대학의 HITL에서 연구하는 Bricken 과 Byrun은 1991년에서 2년
간 시애틀지역에 사는 10세∼16세 아동을 대상으로 가상현실에 관한 관찰
연구를 시도하여 학습자와 교수자 모두에게 효과적인 반응을 얻었음을 보
고하였다 (임선빈,1996,재인용).
Antonietti 와 Cartoia(2000)는 대학생을 대상으로 하여 전통적인 교수와
몰입형 가상현실를 이용한 교수의 효과성을 비교하는 실험을 하였다. 전통
적인 교수팀에는 생소한 그림을 2D로 구현하여 제시하고, 가상현실 교수팀
에는 동일한 그림에 대한 가상현실을 경험하도록 하여 집단 간의 차이를
알아보았다. 실험 대상자에게는 그림 제목을 짓고, 그림의 의미를 생각하고
평론을 작성하는 것이 과제로 주어졌다. 그 결과, 가상현실 교수를 체험한
학습자들이 보다 자연스럽게 메타적 관점을 형성하였다는 결과가 나왔다.
즉, 자신이 본 것 자체에 대해 생각하기 보다는 제시된 사물에 대해 ‘왜’,
‘어떻게’ 에 대해 더 많이 생각하게 하는데 효과가 있었다.
국내에서도 가상현실을 이용한 교육콘텐츠가 이미 활발하게 개발되고
있다. 김희수 외 여러 연구자(2000)들은 지구과학을 5개의 세부영역으로 나

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누고 3차원 가상실험실을 개발하였다. 천문학 영역에서는 ‘태양계 탐험’,
‘천체 망원경의 조립’ 등, 대기과학 영역에서는 ‘복사평형’ 등, 해양학 영역
에서는 ‘해수의 운동’ 등, 지질학 영역에서는 ‘지진파’ 등 을 가상의 공간에
서 현실 세계를 실험하는 것처럼 환경을 제공하였다. 연구대상은 제한을
두지 않았으며, 개발된 프로그램을 인터넷상에 올려놓고 5개월간의 설문을
통해 반응을 조사하였다. 설문 결과 학습자의 수업목표 이해도와 학습내용
이 수업목표 성취에 적합한가에 대해 각각 54.4%(381/701)와 54.6%(347/635)의
긍정적인 답변의 결과로 가상현실 기법을 활용한 학습내용 탐구는 학습내
용에 대한 이해도를 높여줌을 알 수 있었다. 연구자는 이 실험으로 인해
가상현실 기법을 활용한 학습은 시ㆍ공간의 제약을 극복하면서 자기 주도
적인 학습을 수행할 수 있는 교육환경을 구축하는데 촉매제의 역할을 한다
고 보았다.
이상의 선행연구들을 중심으로 살펴보면, 학습 환경으로서의 가상현실은
학습자들에게 추상적인 상징이 아닌 자료들에 대해 일차적으로 학습 내용
과 직접 접하도록 설계하여 제공하기에 상호작용성을 높여주고 몰입감을
증진시켜 동기유발을 촉진한다, 또한 학습자들에게 흥미를 가지고 학습과
제를 스스로 탐색하도록 안내자 역할을 해줌으로서 능동적이며 자기주도적
인 학습을 도와준다.

- 12 -
Ⅲ. 연구 내용
1. 연구 범위
과학교육은 많은 교육 콘텐츠 중 특히 체험이 중요한 과목이다. 과학
실험은 제한된 공간 및 실험 교구로 인하여 많은 학생들이 쉽게 접할 수
없다. 실험 내용을 교과서나 혹은 기존의 수동적인 (혹은 제한적으로나마
대화식의) 멀티미디어 콘텐츠로는 학습자들에게 흥미와 몰입을 기대하기
어렵다. 본 과제에서 연구하게 될 증강현실 기반 콘텐츠 내용은 일상 속
텔레비전을 통해 방영되는 날씨에 대한 내용으로, 기상의 기초 원리 지식
을 습득하고, 실제로 보기 어려운 기상 변화 현상을 가상으로 체험함으로
써 체험 학습의 효과를 극대화 시킨다.
증강현실 기반의 과학 실험 콘텐츠를 구동하기 위해서는 환경으로 3차
원 그래픽 가속이 되는 비디오 카드가 장착된 PC와 화상 카메라가 필요
하다. 하지만, 최근 일반 가정이나 일선 학교에 구비되어 있는 PC의 대부
분은 3차원 가속을 위한 비디오 카드가 이미 장착되어 있거나, 새로 구입
한다고 하더라도 10만원 전후의 비용만 추가하면 된다. 화상 카메라의 경
우에도 2-3 만원대로 구입이 가능하므로 쉽게 구비가 가능하다. 증강현
실 기반 콘텐츠는 일반 PC에 연결된 화상 카메라 시스템 뿐 만 아니라
고가형 1인칭 시점의 디스플레이 장비(HMD: Head Mounted Display)를
활용하여 몰입형 시스템으로도 구축 가능하다 [그림 II-1].
[그림 II-1] HMD를 활용한 증강현실 콘텐츠 체험 예

- 13 -
2. 연구 내용
체험형 학습 콘텐츠로 “물의 순환과 날씨 변화”를 주제를 설정하고, 물의
순환 원리에 따른 날씨 변화의 현상을 가상으로 체험하도록 시스템을 구
축한다. 각 항목에 포함된 그림은 현 중학교 교과서의 내용[2]을 기초로
하여 3차원 모델을 이용하여 모델링하고 시뮬레이션 하며, 증강현실 방법
을 이용하여 사용자가 실 공간상의 마커들을 이용하여 상호작용을 행한
다. 각 항목에 대한 세부 내용은 다음과 같다.
가. 물의 순환 개요
학습 내용/목표 참조 그림 연구 세부 내용
공기 중의 수증기(물의)
상태 변화에 따라 날
씨 변화를 일으킨다.
- 3차원 지형 모델 제작
- 구름 및 증발과 강수를
위한 입자 시뮬레이션
모듈 제작
- 증발, 강수, 유수의 단
계적 교육 내용을 설명
나. 물의 증발, 응결, 포화의 원리
증발, 응결, 포화상태
를 이해하고, 온도와
포화 수증기량의 관계
를 이해한다.
- 온도 변화 조작을 위한
도구 구현
- 온도 변화에 따른 상태
변화와 포화 수증기량
표기

- 14 -
다. 구름의 생성
수증기의 고도 변화
따른 구름의 생성
원리를 이해한다.
- 수증기의 높이 변화 조
작 도구를 구현
- 수증기의 높이에 따라
구름의 생성량을 명암으
로 가시화
라. 비의 생성
비가 생성되는 원리
를 이해한다. 응결핵
과 수증기의 결합과
정을 이해한다.
- 조작 도구를 통해 비의
생성을 활성화
- 응결핵과 수증기의 결합
과정을 애니메이션을 이
용해 가시화
3. 컨텐츠 진행 시나리오
“물의 순환과 날씨 변화” 주제로 증강현실 기술과 대비하여 콘텐츠 진
행 시나리오를 정하였다. 각 진행 단계에 따라 증강현실 기술에 필요한
마커들과 구현 내용들이 대비되어 전개 된다. 다음은 진행 시나리오를 차
례로 보여 준다.

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Ⅳ. 연구 결과
1. 시스템 구현
기본 증강현실 시스템은 오픈소스로 공개되어 있는 2가지 프로그래밍
라이브러리를 사용하여 개발한다. 첫 번째는 “ARToolKit” [3]으로 화상
카메라로부터 들어오는 영상에서 미리 정의 되어 있는 여러 마커를 찾아
내어 3차원 공간상의 위치와 방향을 계산해 낸다. 두 번째는 3차원 렌더
링 라이브러리인 “OpenSceneGraph” [4] 로 인식된 표식 위에 3차원 그래
픽 객체들을 실시간에 그려준다. 이 두 라이브러리의 연결에 대한 핵심
기능은 ARToolKit에서 출력되는 실사 영상을 Open Scene Graph의 뒷
배경에 그려주고, 마커와 3차원 그래픽 객체의 위치와 방향을 정확하게
일치시켜 주는 “registration” 에 있다.
[그림 III-1] 증강현실 기반 체험형 학습 콘텐츠 시스템 구성도

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구현된 증강현실 기반 콘텐츠는 Open Scene Graph에서 ARToolKit의
마커 인식 부분의 기능만을 가져와 새로운 "osgAR" 라이브러리를 구현
하여 동작하게 만들었고, 음성 및 사운드 출력은 오픈 소스로 구현된
FMOD [5] 라이브러리를 이용하여 재생하였다. 콘텐츠에 관련한 3차원
객체 데이터는 3ds 파일 포맷으로 모델링 하였으며, 구름 및 비/수증기
모델은 파티클 라이브러리를 활용하였다.

- 27 -
2. 콘텐츠 개발 결과
최종적으로 구현된 시스템 상에서 구현된 실행 화면의 예를 시나리오 진
행에 따라 차례로 살펴보면 다음 기본적으로 진행 도구를 통해 장면을 바
꿀 수 있으며, 각 시나리오에 맞는 마커 도구들을 이용하여 실험을 행할
수 있다. 기본 배경 마커를 자유롭게 움직이며 보다 크고 자세하게 관찰할
수도 있다.
[그림 III-2] 시스템 수행 결과 (계속)
<초기화면>
<초기화면과
진행도구>
<진행도구 사용>
<배경 객체> <증발> <강수>
<유수> <실험 초기 화면> <선택 도구>
<증발과 응결의 원리
실험 선택>
<온도 조절기 도구> <온도 증가>

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[그림 III-2] 시스템 수행 결과
<온도 감소
비: 응결>
<온도 감소
눈: 응결>
<진행도구 사용>
<실험 선택> <구름의 생성 원리> <높이 조절기>
<높이 증가> <구름 관찰> <높이 감소>
<진행 도구 사용> <실험 선택> <강수의 원리>
<도구 이용 선택> <비 생성 관찰> <진행도구 사용>
<진행도구 사용> <학습 최종화면> <관찰 및 종료>

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3. 현장 적용결과
가. 적용대상
본 콘텐츠를 활용한 수업을 실시한 실험 대상은 개발된 콘텐츠의 해당 적용 학
년인 초등학교 5학년 학생들로 수원시 영통구에 위치한 한 초등학교의 5학년
1개반 32명을 표집, 현장적용을 실시하였다
나. 적용방법
실험 대상 경기도 ㅈ 초등학교 5학년, 1개반(32명)
실험 일시 2005년 12월 19일
수업 내용 8. 물의 여행 - 물이 가는 곳 (별첨1 학습지도안 참조)
수업 방법 증강현실 콘텐츠를 활용한 실험 학습
적용 방법 안내 → 수업 및 실험(2차시) → 성취도 평가 → 학습자 반응 설문
수업의 2차시에 걸쳐 이루어졌으며, ‘물의 여행’ 단원에 대한 교사의 수
업 및 체험형 콘텐츠를 활용한 실험으로 이루어졌다. 문제파악단계에서는
구름에 대한 개괄적인 질문을 통해 학생들의 학습 동기를 환기시켜 자신의
생각을 짝이나 선생님께 자유롭게 이야기하도록 하고, 학습내용에 대한 개
관을 설명한 후, 탐색단계 및 실험단계에서는 개발된 증강현실 실험 콘텐
츠를 통해 학생들이 직접 구름을 만들어보거나 비나 눈을 내리게 하는 체
험 활동을 통해 학습이 이루어지도록 하였다. 실험은 4인 1모둠으로 모둠
을 구성․실시하였으며, 모둠원들은 각각 역할을 정해 실험을 하며 워크시
트를 완성하였다. 실험 내용과 결합한 학습 내용에 대한 정리의 단계를 거
쳐 수업 후에 학생들의 이해도를 파악하는 성취도 간단한 형성평가를 실시
하였으며, 이와 함께 체험형 콘텐츠를 활용한 학습에 대한 학습자 반응 설
문 조사를 실시하였다.

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다. 분석 결과
증강현실 콘텐츠를 활용한 수업에 대한 학습자의 반응 분석 결과는 다음
과 같다.
<표 1> 문항별 설문 결과
문항 총계 전체 비율
1 책이나 인터넷 보다 더 재미있었다. 28 31 90.3%
2 재미를 느낄 수 없어 엉터리 같았다. 0 31 0.0%
3 정말 비를 보는 것과 같았다. 14 31 45.2%
4 과정을 좀 더 자세히 볼 수 있었다. 25 31 80.6%
5 손 위에 구름이 정말 있는 것 같았다. 21 31 67.7%
6 인터넷을 통해 배우는 것과 비슷했다. 6 31 19.4%
7 게임을 하는 것과 비슷했다. 15 31 48.4%
8 책을 보는 것과 마찬가지였다. 5 31 16.1%
9 내용에 대한 이해가 더 잘 되었다. 26 31 83.9%
10 공부가 더 잘 되었다. 25 31 80.6%
11 다른 것도 이것처럼 배웠으면 좋겠다. 28 31 90.3%

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문항별 설문 데이터 분석 결과, 재미를 묻는 질문에 대해서는 위에서 보
는 것과 같이 책이나 인터넷 보다 더 재미있었다는 질문에 전체 31명 중
28명(90.3%)이 응답하였고, 재미를 느낄 수 없어 엉터리 같았다는 질문에
는 단 한 명도 응답하지 않았음을 볼 때, 학습자들이 증강현실 활용 수업
에 대해서 재미있고, 흥미롭다고 생각함을 알 수 있었다.
현존감이나 체험적 경험 제공의 여부에 대한 질문에 있어서는 학습자
들의 문항별 만족도 검사 결과에서는 정말 비를 보는 것과 같았다는 질문
에 14명(45.2%), 좀 과정을 더 자세히 볼 수 있었다는 질문에 25명(80.6%)
이, 손 위에 구름이 정말 있는 것 같았다는 질문에 21명(67.7%)이 응답하
였고, 기타 의견으로 진짜로 보고 만지는 것 같고, 이해가 쉽게 되었다, 재
미있고 자세하게 가상현실로 공부하니 좋았다 등의 의견을 종합하여 볼
때, 증강현실을 통한 가상 체험이나 시뮬레이션 활용 수업을 통해 학습자
들에게 보다 구체적이고, 실제적인 학습 경험을 제공해 주는데 비교적 성
공적인 결과를 낳고 있음을 살펴볼 수 있었다.
기존 다른 매체와의 비교에 있어서는, 인터넷과 책보다는 게임을 하는
것과 비슷했다고 학생들이 응답한 것을 미루어 볼 때, 증강현실 기반의 콘
텐츠 활용 수업이 기존의 교과서, 인터넷 활용 수업과는 차별화된 현 N세
대 학습자의 흥미와 재미요소에 보다 근접한 학습 경험을 제공해 줄 수 있
음을 살펴볼 수 있었다.
학습에 대한 재미와 흥미뿐만 아니라 지각된 학습 효과와 기대 수준도
매우 높은 것으로 나타났는데, 내용에 대한 이해가 더 잘 되었다는 질문에
26명(83.9%), 공부가 더 잘 되었다는 질문에 25명(80.6%), 다른 것도 이것
처럼 배웠으면 좋겠다는 질문에는 28명(90.3%)이 응답하였다. 그리고, 수업
에 대한 학습자들의 의견 내용에서도 상당수의 학생들이 신기하고 재미있
었다, 가상체험을 해보니 재미있고 새롭다, 공부를 하면서 재미를 느꼈다,
매일 이렇게 했으면 좋겠고, 다른 것도 컴퓨터로 이렇게 하면 공부에 흥미
를 느낄 수 있고 이해가 더 잘 될 것 같다는 의견을 보임으로써 본 수업이
학습자들의 재미와 흥미를 통해 학습 동기를 높이고, 학습 효과에도 긍정

- 32 -
적인 영향을 미칠 수 있는 가능성을 시사하였다.
실제 수업 후에 실시한 성취도 평가에 있어서는 전체 4문항의 평가 문
항 중 평균 3.41문항, 85.5%의 정답률을 보여 전반적인 학습내용에 대한
이해는 학생들의 지각된 학습 효과와 상당 부분 일치되는 결과를 보임을
알 수 있었다.
그러나 본 현장적용 결과, 증강현실 기반의 콘텐츠를 활용한 수업이 보
다 효율적인 학습의 매체로, 단순한 새로운 매체에 대한 신기효과에서가
아닌 보다 장기적으로도 학습 동기 및 효과를 유지하기 위해서는 수정․
보완되어야 할 점도 지적되었다. 조작하는게 어려웠다, 손 조작이 힘들었
다, 자유로운 선택이 되지 않아 아쉬웠다는 등의 조작 방식의 불편함에 대
한 지적은, 향후 프로그램 개발 시 학습자의 쉽고 편리한 조작이 가능하도
록 사용편의성(usability)을 높이고 자유로운 선택이나 상호작용을 할 수
있는 선택의 폭을 확대하는 등의 측면에 보다 세심한 관심을 기울일 필요
가 있음을 보여준다.
이상의 결과를 통해 증강현실 기반의 체험형 학습 콘텐츠 활용 수업에
대한 학습자 반응은 학습자의 흥미와 재미, 체험적 학습경험의 제공, 학
습 이해도 증진의 측면에서 긍정적인 결과를 보임을 살펴볼 수 있었다.
또한 개선점으로 학습자 상호작용 및 사용편의성에 대한 증진 등이 필요
함도 함께 살펴볼 수 있었다.
이는 제한된 현장적용에 의한 결과이기는 하나, 차세대 매체의 실제 현
장 적용 및 분석을 통한 실증적인 결과라는 측면에서 의의가 크며, 향후
학습 목표와 내용, 매체의 특성과 부합된 콘텐츠의 지속적인 확대 개발과
활용이 이루어질 경우, 보다 학습자의 요구에 맞는 흥미롭고 다양한 학습
경험을 제공하며 궁극적으로 학습의 질을 개선하는데 도움을 줄 수 는 유
용한 도구로 활용될 수 있는 가능성을 확인시켜주는 결과라 하겠다.

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Ⅴ. 결론 및 제언
본 과제를 통해 증강현실 기반의 체험형 학습 콘텐츠를 시범적으로 제작
하였다. 학습 주제로 “물의 순환과 날씨 변화”를 선택하여 3차원 정보를
보다 효과적으로 보여 주도록 시도하였으며, 단순한 2차원 멀티미디어 콘
텐츠에 비교하여 학습자/교수자가 직접 실험토록 하는 상호작용 기법을 부
분적으로 구현하였다.
학생들을 대상으로 시스템을 활용하게 하여, 그 반응을 정성적으로 받아
본 결과, 많은 학생들이 매우 높은 흥미도를 보여 주었으며, 향후 교과 과
정 내용을 증강현실 기법으로 활용했으면 하는 의견을 제시해 주기도 하였
다.
앞으로 본 시스템을 교과 과정에 도입 할 수 있도록 하기 위해서는 다음
의 두 가지 사항을 보완해야 할 것이다. 첫째, 교과 과정에 충실한 콘텐츠
수정이 선행되어야 한다. 현재 시스템은 증강현실 기반의 학습 콘텐츠에
대한 테스트용 시스템으로 만들어져 있어, 내용적으로 아직 부족한 점이
있다. 이에, 현직 교사들로부터의 많은 조언을 반영하여 교과 과정에 부합
된 콘텐츠가 될 수 있도록 개선해야 할 것이다. 둘째, 증강현실 기반의 학
습 콘텐츠에 대한 학습 효과 측면에서의 정량적 평가이다. 정성적으로 흥
미 유발 측면은 확인할 수 있었으나, 앞으로 교육 과정에 본 시스템이 활
용되기 위해서는 학습 효과를 보다 정량적으로 판단하여 실제 학습에 활용
될 수 있는 토대를 마련해야 할 것이다.
미래 유비쿼터스 환경 속에서 증강현실 기법은 단순한 멀티미디어 학습
콘텐츠의 단점들을 보안 하여 가상으로 체험하며, 학습 효과를 극대화 시
킬 수 있는 첨단 기술이라 감히 말 할 수 있다. 이에, 앞으로 보다 강건한
증강현실 시스템 구현과 교육적 콘텐츠 발굴을 위한 많은 연구가 진행되어
야 할 것이다.

- 34 -
참고문헌
김영진(2000), 조기영어교육에서의 몰입 프로그램에 관한 연구, 한국영어언어과학
학회, 제 5권, 제 1호
김정률 외 9인 (2002), 과학 교과서 중학교 3학년, (주)블랙박스, 교육인적자원부
검정
김희수(2001), 지구과학교과교육을 위한 웹기반 3차원 가상현실 기법의 활용, 교육
공학연구 제17권 제3호
심규철 외(2000), 과학교육과 가상현실, 2000년도 한국생물교육학회 하계학술대회
자료집 - 생물교육에서의 멀티미디어의 활용
임선빈(1996), 새로운 학습 환경으로서의 가상현실, 교육공학연구 제12권 제2호
한정선, 이경순(2001),교수-학습 과정에서 가상현실의 구현을 위한 이론적 고찰,
교육공학연구 제17권 제3호
Antonietti, A. & Cantoia, M. (2000). To see a painting versus to walk in a
painting : an experiment on sense-making through virtual reality.
Computers & Education, 34, 213~223.
Benacchio, L., Brolis, M., & Saviane, L(1998). Teaching Astronomy via the
Internet. Astronomical Data Analysis Software and Systems Ⅶ ASP
Conference Series, 145, 244~247
Jain, Ramesh (Oct. 2001), "Media vision: knowledge and experience", Media
Vision Column in IEEE Multimedia,
<http://jain.faculty.gatech.edu/pubs-media_vision.html>
ARToolKit 라이브러리, <http://www.hitl.washington.edu/artoolkit>
OpenSceneGraph 3D Graphics ToolKit, <http://www.openscenegraph.org>
FMOD 사운드 라이브러리, <http://www.fmod.org>

- 35 -
ABSTRACT
Research on Using Augmented Reality for
Interactive Educational Digital Contents
Science education ideally requires hands-on experimentations guided by
the teachers. This introduces lots of overhead due to the required time,
preparation, safety, and clean up. As such, it is often infeasible to
conduct many required experimentations for the lengthy science
curriculums that must be covered in a fixed time. While digital
contents, for instnace through interactive CD ROM or web based
contents, offer alternatives, their keyboard and mouse interaction limits
the effects of the education due to the indirectness of the interaction. In
this research, we propose to use augmented reality for science
education. Augmented reality can mix digital contents with the real
world and allow the user to tangibly interact with the content. Thus
the user gains the hands-on feeling while conducing the virtual
experiment much closer to the real world situation. The augmented
reality based content has been developed that interactively teaches the
concept of "circulation of water." The content is designed in a way to
teach the circulation of water in the macro sense and also teaches the
mirco world of cloud formation, water evaporation and rain formation
through direct interaction with the hands. In addition, the educational
effect and immersion were verified through surveys with the children
who used the system.

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증강현실 기반 학습 콘텐츠 실행 매뉴얼
1. 컴퓨터에 웹 카메라를 설치한 후, “AR_RUN 바로가기” 더블 클릭하여
시스템을 실행한다.
2. 실행 후 카메라 관련 설정 메뉴가 다음과 같이 나타난다.
3. 마우스를 이용하여 프레임 속도는 30으로, 색 공간/압축을 RGB24로, 출
력 크기를 640×480을 설정한 후, 확인 버튼을 선택한다.
4. 선택한 후, 배경 마커를 카메라에 가져가면 초기 화면을 볼 수 있으며,
여러 도구들을 이용하여 학습을 진행한다.
5. 시스템 수행 시 떨림 현상이 많거나 마커 인식이 잘 되지 않을 경우 다
음의 과정에 따라 설정 환경을 확인한다.
부록 1

- 38 -
1) 컴퓨터에 웹 카메라를 설치하면 기본적으로 윈도우 화면 오른쪽 하
단 트레이에 다음과 같은 카메라 모양의 아이콘을 볼 수 있다.
2) 아이콘에 마우스를 올려 놓고 오른쪽 마우스 버튼을 선택한다.
3) 나타낸 메뉴 중에 카메라 제어판을 선택하면, 다음의 왼쪽과 같은 설
정 화면을 볼 수 있다. 이때, 가로/세로 거울 효과를 Off 시킨 후, 드
라이버 서정 버튼을 누른다.
4) 드라이버 서정 버튼 선택 후 3)의 오른쪽 그림과 같이 등록 정보를
볼 수 있게 된다. 전체 자동을 선택한 후, 닫기와 확인을 차례로 선
택한다.
5) 이와 같은 카메라 설정은 마커를 정확히 인식하는데 도움을 줄 수
있으므로, 에러가 많이 발생할 경우 반드시 확인한다.

- 39 -
증강현실 기반 학습 콘텐츠용 마커
본 보고서에 있는 마커는 예로 보여 주어 실제 크기와 차이가 있을 수
있으므로, 실행 콘텐츠가 포함된 CD의 "marker/marker.pdf"를 출력하여 활
용한다.
부록 2

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학 습 지 도 안
단 원 8. 물의 여행 학 년 5학년 1학기
학습주제 물이 가는 곳 차 시 1차시
학습목표 공기 중의 수증기가 지표면으로 돌아오는 과정을 설명할 수 있다.
학습자료 증강현실 실험자료, 컴퓨터, 화상카메라
1. 문제파악
▶ 구름은 어떻게 하늘에 떠 있을까?
- 짝과 함께 구름이 하늘에 어떻게 떠 있을지 이야기하기
[참고자료]
구름 입자의 직경은 0.03mm 이하로 매우 작다. 따라서 공기의 저항 때
문에 잘 낙하하지 못하고 상승기류를 따라 떠다니게 된다. 한편, 빗방울
은 보통 직경이 1-3mm 이므로 약 106개의 구름 입자가 모여야 1개의
빗방울이 된다.
2. 탐색
▶ 물이 순환하는 과정 살펴보기
- 증강현실 실험 자료를 학생들이 직접 조작하여 물이 순환하는 과정
을 살펴본다.
▶ 실험계획 세우기
- 물이 순환하는 과정을 살펴보고 학생들 스스로 실험계획을 수립한다.
교수-학습 활동
부록 3

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3. 학습활동
[활동 1] 비나 눈이 내리는 과정 실험하기
- 증강현실 실험 자료를 학생들이 직접 조작하여 비나 눈이 내리는 과정
- 증발, 포화, 응결을 가상실험을 통하여 알아본다.
※ 비가 내리는 과정
- 강, 바다, 호수에서 물이 증발하여 수증기가 된다.(증발)
- 지표면의 열에 의해 수증기를 포함한 공기가 위로 올라가게 된다.
- 위로 올라간 수증가가 온도가 낮아지게 되면, 수증기들이 모여서 작은물
방울이 되어 구름이 만들어 진다.(포화)
- 구름 속의 크고 작은 물방울이 뭉쳐서 점점 커지게 되면, 무거워져서 떨
어지게 되는데, 이것이 비나 눈이 된다.(응결)
[활동 2] 공기 중에서의 물의 이동 살펴보기
- 증강현실 실험 자료를 학생들이 직접 조작하여 물이 유수 과정을 가
상실험을 통하여 알아본다.
※ 육지나 바다에 내린 비는 어디로 이동하는가?
- 냇물, 호수 강을 이루어 바다로 흘러간다.
- 증발하여 공기 중에 수증기 상태로 섞인다.
- 지하로 들어가 지하수가 되어 땅 속을 여행한다.
- 동식물에 흡수되어 생물체를 이룬다.
[활동 3] 물이 여행하는 과정 나타내기
- 물이 여행하는 과정을 그림이나 마인드맵으로 나타내기(학습지 1)

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4. 정리
▶ 전체학습 (개념 정리하기)
- 공기 중의 수증기가 지표면으로 되돌아오는 과정
- 공기 중의 수증가기 높은 곳으로 올라가면 온도가 낮아져 작은 물
방울이 된다.
- 작은 물방울은 모여서 구름이 되고
- 구름이 된 물방울은 비나 눈으로 지표면에 내려오게 된다.
- 지표면에 내려온 물은 동식물의 몸 또는 강이나 바다로 여행을 한다.
5. 형성평가
- 형성평가를 통하여 물의 순환 과정을 알고 있는지를 평가한다.

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<학습지>
물 의 여 행
5학년 반 번 이 름 :
※ 물의 여행 과정을 그림이나 마인드맵으로 나타내어 보세요.

- 46 -
학업성취수준 검사지
( ) 초등학교 ( )학년 ( )반 이름 ( )
1. 다음은 공기 중의 수증기가 지표면으로 되돌아오는 과정을 설명
한 것입니다. 옳지 않은 것은 어느 것입니까? ( )
① 작은 물방울이 많이 모이면 구름이 된다.
② 수증기가 높이 올라갈수록 기온이 낮아진다.
③ 기온이 낮아지면 수증기가 작은 물방울로 변한다.
④ 지표면 위의 공기가 차가워지면 위로 올라간다.
⑤ 구름이 점점 크고 무거워지면 비나 눈이 되어 다시 땅이나 바
다로 떨어진다.
2. 다음 ( ) 안에 알맞은 말을 쓰세요.
안녕하세요.
이 검사는 여러분의 학업성취수준을 알아보기 위한 것입니다.
즉, 이것은 시험이 아니며, 여러분의 학교 성적과는 전혀 관계가
없습니다. 따라서 마음의 부담을 갖기 않고, 여러분이 해결할 수
있는 최선의 노력을 하여 제한된 시간(10분)동안 문제를 풀어주
길 바랍니다. 별도의 답안지 없이 문제지에 직접 풀어주시길 바
랍니다. 감사합니다.
구름 속에 크고작은 물방울들이 한데 뭉쳐 점점 크고 무거워져 공
중에 떠있을 수 없게 되면, ( ) 나 눈이 되어, ( ) 이
나 바다로 떨어진다.
부록 4

- 47 -
3. 다음 중 바다에 내린 비가 가는 곳이 아닌 것은 어느 것입니까?( )
① 호수로 흘러들어간다.
② 바닷물을 이룬다.
③ 동식물에 흡수된다.
④ 공기 중의 수증기가 된다.
⑤ 구름이 되어 비나 눈으로 다시 내린다.
4. 다음은 무엇이 생기는 과정을 설명한 것인가요? ( )
5. 다음 ( ) 안에 알맞은 말을 쓰세요.
㉠ 지표면의 기온이 높으면 수증기를 포함한 공기가 위로 올라갑니다.
㉡ 작은 물방울들이 모여 구름이 됩니다.
㉢ 물방울들이 모여 점점 커집니다.
㉣ 커진 물방울들이 무거워서 땅으로 떨어집니다.
지표면의 물은 기온이 높아지면, ( )로 변화하여 공기 중으
로 날아갑니다.

- 48 -
※ 다음 중 오늘의 실험을 통해 얻은 느낌으로 적절한 것에 동그라
미를 해주세요!
- 책이나 인터넷 보다 더 재미있었다. ----------------------------( )
- 재미를 느낄 수 없어 엉터리 같았다.----------------------------- ( )
- 정말 비를 보는 것과 같았다. ----------------------------- ( )
- 좀 더 자세히 볼 수 있었다. ----------------------------- ( )
- 손 위에 구름이 정말 있는 것 같았다. ----------------------------( )
- 인터넷을 통해 배우는 것과 비슷했다. -----------------------------( )
- 게임을 하는 것과 비슷했다. -----------------------------( )
- 책을 보는 것과 마찬가지였다. -----------------------------( )
- 내용에 대한 이해가 더 잘 되었다. -----------------------------( )
- 공부가 더 잘되었다. -----------------------------( )
- 다른 것도 이것처럼 배웠으면 좋겠다. -----------------------------( )
- 기타 느낀 점에 대해 자유롭게 써주세요!

- 49 -
[별첨2] 학습자 반응 결과지
☺ 재미있었고, 선생님들이 친절해서 감사~ 또 재밌게 했으면..
☺ 커서 이런거 만들어보고 싶다. 입체감이 있어 재밌다.
☻ 하지만 조작하는 게 어려웠다
☺ 가상체험을 해보니 재미있고 새롭다. 매일 이렇게 했으면 좋겠다
☺ 신기하고, 다른 것도 컴퓨터로 이렇게 하면 공부에 흥미를..
☺ 처음 해봐서 신기하고 재미있었다.
☻ 잘 안되는게 짜증났다. ☺과학발전이 놀랍다
☺ 매일 이렇게 했으면 좋겠다. 집중이 잘된다. 공부도..
☺ 처음에 신기했으나 어려웠다. 그냥 공부하는 것 보다는 낫다.
☺ 입체적이라 더 재밌고 공부가 잘 되었어요
☺ 더 재밌게 배워서 좋았다
☺ 재밌고 자세하게 가상현실로 공부하니 좋다. 과학을 다 이렇게 배우면..
☺ 신기하고 재밌음
☺ 신기했고 매일 이런 수업했으면 좋겠다.
☻ 자유로운 선택이 되지 않아 아쉬웠다. 조작법을 쉽게 만들어주세요.
☺ 태풍이나 번개도 하고 싶은 마음이 드네요. 담에 또 오세요
☺ 너무 신기. 거짓말 안하고 공부가 더 잘됨
☺ 이런 식으로 하면 이해가 더 잘될 것 같다.
☺ 프로그램이 엄청 잘 만들어진 듯, ☻ 흔들리는게 좀..
☺ 신기하고 재밌음, ☻손 조작 힘들었다
☻ 위에 있는 질문 너무 노골적이다. ☺재미있었다
☺ 유익했으나 ☻소리가 잘 안들려 이해를 못했다
☺ 이런 첨단기술이 있어 참 편리한 것 같다.
☺ 진짜로 보고 만지는 것 같고 이해가 쉽게 되었다. 다른 것도 이렇게..
☺ 재미있고 좋은 실험
☺ 재밌고 공부하고 싶은 욕심이 생겼다
☺ 앞으로도 이렇게 공부하면 좋겠다
☺ 공부를 하면서 재미를 느꼈다
☺ 가상체험을 해보니까 참 재미있다
☺ 재미있다
부록 5

체험형 학습콘텐츠 개발 및 현장적용 연구
발 행 2005년 12월 24일
발행인 황 대 준
발행처
(ww w .keris.or.kr)
주 소 100-400 서울 중구 쌍림동 22-1
전화: (02)2118-1114
팩스: (02)2278-4368
등 록 제22-1584호(1999년 7월 3일)
인쇄처 한올인쇄
전화: (02) 2279 - 8494
ISBN 89-5984-051-3 93370
본 내용의 무단 복제를 금함. <비매품>
* 에듀넷 : www.edunet.net
* 리 스 : www.riss4u.net

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