해양 수치모델 데이터를 활용한  데이터 시각화 수업 자료 개발

김수란; 박경애; 김은숙

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김수란 (서울대학교 과학교육과, 상일고등학교) 박경애 (서울대학교 지구과학교육과/ 교육종합연구원) 김은숙 (충청북도 자연과학교육원)

저널정보: 한국현장과학교육학회 현장과학교육 현장과학교육 제17권 제4호

발행연도: 2023.10

수록면: 395 - 415 (21page)

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해양은 표층 및 심층 순환을 통하여 전 지구의 열적 불균형을 조절하고 있다. 수온과 염분은 해수의 대표적인 물성이며 이들의 특성은 해양-대기-육상 상호 작용을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 지구과학 과목에서 넓은 공간에 대하여 장기간 관측되고 수집된 자료들은 데이터 시각화 과정을 통해 학생들에게 지구환경에 대한 직관적 이해와 심층적 이해를 용이하게 한다. 2022 개정 과학과 교육과정은 디지털 역량 제고를 위해 지구과학 탐구 활동에서 컴퓨터나 스마트 기기를 활용해 자료를 수집하고 처리하는 탐구 활동의 필요성을 강조하고 있다. 이러한 취지를 구현할 수 있도록 PDIE (Professional Development in Education) 모형의 절차에 따라 수업 자료를 개발하였다. 준비 단계에서는 2022 및 2015 교육과정의 해당 단원 성취 기준과 현행 교과서 탐구 활동 내용을 분석하였다. 개발 단계는 수업 자료를 기획하고 구성하는 과정이다. 수업 도입 부분은 해양 수치모델 데이터의 특성을 탐색하고 일상 생활 활용 사례에 대해 조사하는 과정으로 이루어져 있다. 수업 전개 단계는 격자형 모델 데이터를 내려 받아 표층 수온, 염분 자료를 추출하고 이로부터 밀도를 계산하여 계절에 따른 해양 변수의 공간 분포 시각화를 진행하는 과정으로 설계하였다. 데이터 시각화는 파이썬 기반 코랩으로 구현하여 현장 활용도를 높이고 공유가 쉽도록 하였다. 수업 정리 단계에서는 학생들이 스스로 수행한 시각화 결과를 해석하고 한반도 해역의 계절별 수온, 염분, 밀도 분포와 변화 양상에 대해 토의하도록 구성하였다. 개발된 수업 자료 개발의 성능을 평가하기 위하여 현직 교사들을 대상으로 실습 연수를 실시하였고 디지털 기반 탐구 활동에 유용하게 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제시한 수업 자료는 해양 및 지구과학 분야 뿐만 아니라 데이터 시각화 활동이 필요한 타 교과 영역의 탐구 활동 수업에도 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

The ocean plays a crucial role in regulating the global thermal balance through surface and deep-sea circulation. Sea water temperature and salinity are its representative properties and play a vital role in understanding ocean-atmosphere-land interactions. Long-term data collected over extensive areas in earth sciences facilitate students' intuitive and in-depth understanding of the earth's environment through data visualization. The revised 2022 national science curriculum emphasizes the need for inquiry activities in earth science exploration that involves collecting and processing data using computers or smart devices to enhance digital competence. To implement the spirit of the 2022 curriculum, we analyzed the inquiry activity materials for the "properties of seawater" chapter presented in the 2015 Earth Science-I text book and developed ocean-related instructional materials. Following the PDIE(Professional Development in Education) model's procedures to strengthen digital literacy through earth science classes, we structured the stages of instructional material development. The introductory part of the instructional material was designed to explore the characteristics of ocean numerical model data and investigate real-life applications. The development phase involved downloading gridded model data, extracting sea surface temperature and salinity data, calculating density from these data, and visualizing the spatial distribution of ocean variables by season. Data visualization was implemented using Python-based Colab to enhance on-site usability and ease of sharing. Through data visualization, students could easily explore the characteristics of seasonal sea surface temperature, salinity, and density distributions in the waters around the Korean Peninsula and investigate their changes overtime. This design aimed to facilitate the understanding of scientific concepts. To evaluate the developed instructional materials, practical training sessions were conducted with teachers. The results confirmed that the instructional program developed in this study can efficiently promote digital-based inquiry activities. The instructional materials presented in this study can be useful in inquiry activity classes of ocean and earth science fields as well as in other subject areas that require data visualization activities.

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