위성 정보 데이터를 활용한 지리학 교육 콘텐츠 개발 연구 : 상호작용형 학습 콘텐츠 개발을 중심으로 = A Study on the Development of Geographic Education Content Using Satellite Information Data : Focusing on the development of interactive learning content

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 위성 정보 데이터를 활용한 시나리오 기반 디지털 학습 콘텐츠의 설계와 구현을 통해, 데이터 중심 탐구 학습의 교육적 가능성과 확장성을 제시하고자 하였다. 인공위성은 지형, 기상, 식생, 인프라 등 다양한 지구 환경 데이터를 제공하는 관측 시스템으로, 이를 교육 콘텐츠에 적용할 경우 학습자는 실제 공간적 맥락 속에서 데이터 분석과 문제 해결 과정을 체험적으로 경험할 수 있다.
본 연구는 이러한 위성 데이터를 학습자가 능동적으로 탐구할 수 있도록 시나리오 구조로 재구성하고, 공간 인지력, 데이터 해석 능력, 문제 해결 및 의사결정 역량의 함양을 주요 교육 목표로 설정하였다.
연구는 문헌 분석, 설계 및 개발, 구현 및 검증의 단계로 수행되었다. 선행연구 분석을 통해 위성 데이터의 교육적 활용 동향과 디지털 학습 콘텐츠 개발 이론을 고찰하였으며, 이를 바탕으로 데이터 기반성, 상황 맥락성, 상호작용성, 피드백 순환성, 서사적 몰입성을 핵심 설계 원리로 도출하였다.
이후 Unity 엔진(2022.3.46f1)과 Online Maps, ArcGIS SDK를 활용하여 위성 데이터를 시각화하고, 학습자가 직접 탐색·분석·판단할 수 있는 인터랙션 구조를 구현하였다.
개발된 디지털 학습 콘텐츠는 ‘위성 투어’, ‘도시 탐정’, ‘위성방재 대작전’의 세 가지 시나리오형 모듈로 구성되었다.
‘위성 투어’는 공간 인식과 좌표 기반 정보 해석 능력을 교육 목표로 하여, 위성 지도 위에서 주요 공공기관과 문화 시설을 탐색하며 위치 정보, 공간 분포, 지형적 특징을 분석하도록 설계되었다.
‘도시 탐정’은 시공간 추론과 데이터 해석 능력을 핵심 목표로 하여, AI 기반 복원 기술을 활용해 일제강점기 인천의 산업 공간을 위성 데이터로 재현하고, 학습자가 공간 변화와 사건 단서를 분석해 역사적 사건의 인과 구조를 추론하도록 구성되었다.
‘위성방재 대작전’은 재난 상황에서의 데이터 기반 의사결정 능력을 목표로 하여, 위성의 기상·식생·지형 데이터를 종합 분석함으로써 산불 확산을 예측하고 대피 전략을 수립하는 시뮬레이션 학습 콘텐츠로 개발되었으며, 실제 사례인 2023년 강화도 산불을 기반으로 구성되었다.
콘텐츠 구현 과정에서는 UI Path FX를 적용한 Spline 기반 시각 효과와 다층 셰이더 기법을 활용하여 바람, 기류, 데이터 흐름 등 비가시적 데이터를 직관적으로 시각화하였다. 이를 통해 학습자는 데이터의 변화를 조작하고 결과를 즉각적으로 확인함으로써, 데이터 분석 과정과 그 의미를 자연스럽게 이해할 수 있었다.
연구 결과, 본 연구에서 제시한 시나리오 기반 학습 구조는 위성 정보 데이터를 단순한 관찰 자료를 넘어 탐구와 문제 해결을 위한 학습 도구로 전환하는 데 효과적임을 확인하였다. 특히 서사적 맥락과 데이터 분석을 결합한 설계는 학습자의 몰입도와 의미 구성 능력을 증진시키는 데 기여하였다.
본 연구는 위성 정보 데이터를 활용한 디지털 학습 콘텐츠의 구체적인 설계·구현 모델을 제시하였다는 점에서 의의를 가지며, 이는 지리·환경·재난 교육을 포함한 글로벌 데이터 리터러시 교육 분야에서도 활용 가능한 경쟁력을 지닌다. 향후 본 연구에서 제안한 시나리오 구조를 확장하고 XR 환경에 적용함으로써, 데이터 기반 체험학습 콘텐츠의 활용 영역과 교육적 가능성은 보다 다양하게 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 1
• 제 1절 연구의 배경 및 필요성 1
• 제 2절 연구 목적, 연구 문제 및 연구 가설 4
• 제 3절 연구 범위 및 제한점 7
• 3.1 위성 정보 데이터의 종류 및 범위 8
• 3.2 공간 해상도 및 데이터 수준 8
• 3.3 데이터 수집 기간 및 시간적 범위 9
• 3.4 위치 정보(GPS) 활용 범위 9
• 3.5 연구 재현성 및 기술적 제한 10
• 제 4절 연구 방법 및 절차 10
• 제 2장 이론적 배경 12
• 제 1절 위성 정보 데이터의 개념과 유형 12
• 제 2절 위성 데이터의 교육적 활용 연구 동향 13
• 제 3절 디지털 학습 콘텐츠 개발 이론 및 기호학적 접근 16
• 3.1 디지털 학습 콘텐츠 설계를 위한 이론적 기반 17
• 3.2 시나리오 기반·경험 기반·데이터 기반 학습 이론 18
• 3.3 시각기호 기반 정보 해석과 학습: 퍼스의 기호학적 관점 19
• 3.3.1 퍼스의 기호학과 데이터 기반 학습 해석 구조 20
• 3.3.2 위성 정보 데이터 시각화 요소의 기호학적 해석 21
• 3.3.3 시각기호 설계와 학습자의 데이터 해석 및 인지부하 22
• 제 4절 관련 선행연구 분석 및 시사점 23
• 제 3장 학습 콘텐츠 설계 및 데이터 처리 방법 27
• 제 1절 연구 절차 및 방법론 27
• 제 2절 위성 정보 데이터 선정 및 처리 과정 28
• 제 3절 시나리오 기반 학습 콘텐츠 설계 원리 30
• 3.1 데이터 기반성 33
• 3.2 상황 맥락성 34
• 3.3 상호작용성 34
• 3.4 피드백 순환성 35
• 3.5 서사적 몰입성 36
• 제 4절 데이터 시각화 및 상호작용 설계 전략 37
• 4.1 위성 정보 데이터의 시각기호화 전략 39
• 4.2 데이터 레이어 구조와 정보 위계 설계 40
• 4.3 상호작용 기반 데이터 탐색 설계 41
• 4.4 시각기호 기반 피드백 표현 전략 42
• 4.5 시나리오 전개와 시각기호의 통합 42
• 제 4장 학습 콘텐츠 구현 및 교육적 효과 분석 44
• 제 1절 콘텐츠 구성 및 기능 설계 44
• 제 2절 학습 시나리오 및 화면 구성 47
• 제 3절 설계 원리의 적용 및 구현 결과 분석 51
• 3.1 데이터 기반성 설계 원리의 구현 결과 52
• 3.2 공간 인식 중심 데이터 탐색 콘텐츠 53
• 3.3 시공간 추론 중심 시나리오형 학습 콘텐츠 57
• 3.3.1 시각기호 및 상호작용 기반 학습 환경 설계 58
• 3.3.2 시공간 추론과 기억 복원을 중심으로 한 시나리오 설계 ·· 63
• 3.4 데이터 기반 재난 대응 시뮬레이션 학습 콘텐츠 68
• 3.4.1 역할 기반 데이터 시각화 재난 대응 학습 환경 설계 69
• 3.4.2 대표 사례 기반 재난 대응 시나리오 설계 및 구성 71
• 3.5 설계 원리 통합에 따른 구현 결과 종합 76
• 제 4절 연구 가설에 따른 교육적 효과 분석 80
• 4.1 가설 1(H1): 공간 인지 능력 80
• 4.2 가설 2(H2): 데이터 해석 및 추론 능력 81
• 4.3 가설 3(H3): 문제 해결 및 의사결정 능력 82
• 4.4 가설 4(H4): 학습 몰입도 83
• 제 5장 결론 및 제언 85
• 제 1절 연구 요약 및 주요 결과 85
• 제 2절 연구의 의의 87
• 제 3절 연구의 기대효과 89
• 참고문헌 91
• ABSTRACT 94