XR Science Museum
2022 개정 교육과정 기반 미래엔 초등 5~6학년 과학 디지털 교과서에 수록된 14개의 WebXR 콘텐츠(웹사이트).
2025 - 2026 / WebXR, Computer Graphics, Tool Development / 미래엔 / UX/UI Designer, Frontend Developer
Research Question
인터랙티브 3D 시뮬레이션은 디지털 과학 교과서에서 수업 운영의 부담을 어떻게 줄일 수 있을까?
Background
AI 디지털 교과서 도입을 둘러싼 목소리
2025년 AI 디지털 교과서가 도입된 이후 디지털 인프라는 확충되었지만, 교육 콘텐츠의 질은 이를 따라가지 못하고 있습니다. 특히 디지털 환경의 강점을 살린 상호작용적이고 몰입도 높은 콘텐츠가 부족합니다.
01 | 온라인 설문 및 교사 인터뷰
AI 디지털 교과서가 기대만큼 효과적이지 않은 가장 중요한 이유는 무엇이라고 생각하십니까? (복수 응답 가능)
디지털 기기 ≠ 디지털 학습
디지털 기기는 갖춰졌지만, 교육 콘텐츠의 질은 여전히 부족합니다.
Teacher Journey
교사가 겪는 실제 문제를 찾아냈습니다
종이 교과서 수업과 디지털 교과서 수업에서 학생과 교사가 겪는 경험을 비교 분석했습니다. 디지털 교과서는 상호작용 경험을 제공하지만, 오히려 학생의 능동적인 탐구를 줄이고 교사의 수업 준비 부담을 늘리고 있었습니다.
현재 쓰이는 디지털 교과서는 친구들과 토론하는 경험을 줄이고, 그 자리를 퀴즈형 콘텐츠로 대체하고 있습니다.
종이 교과서
디지털 교과서
Student Journey
학생이 겪는 실제 문제를 찾아냈습니다
디지털 교과서는 학생에게 상호작용 경험을 제공하지만, 교사에게는 기기 관리 부담을 더하기도 합니다.
종이 교과서
디지털 교과서
Problem Framing
디지털 교과서에서 줄어드는 것들
과학 수업에서 디지털 교과서가 보편화되면서 효율은 높아졌지만, 그 대가도 따릅니다. 또래와의 상호작용이 줄고, 탐구 시간이 제한되며, 학습의 중심이 탐색에서 정답 확인으로 옮겨 갑니다.
01 | 문제 정의
02 | 연구 질문
"교사와 학생의 부담을 줄이고, 수동적인 학습을 능동적인 탐구 경험으로 바꾸려면 디지털 교과서 콘텐츠를 어떻게 설계해야 할까?"
MVP List
우리가 만들려는 것
교실 환경의 핵심 제약과 학생 학습의 공백을 파악한 뒤, 기능의 중요도에 따라 우선순위를 매긴 MVP를 만들었습니다. 탐구 기반 과학 학습을 직접 지원하면서도 일상적인 수업에서 실용적으로 쓸 수 있는 기능에 집중했습니다.
Design Direction
XR 과학관의 세 가지 디자인 방향
교사와 학생이 겪는 문제를 MVP 목록에 맞춰 세 가지 디자인 방향으로 정리했습니다. 동시에 14개의 실험을 네 가지 실험 유형으로 나누고, 각 프로토타입에 재사용할 수 있는 XR 템플릿을 만들었습니다.
디지털 과학 수업을 설명을 보는 수업에서 직접 조작하는 실험 수업으로 바꿉니다.
- • 360º 보기, 확대, 일시정지/되감기
- • 눈에 보이지 않는 현상의 시각화
- • 게임 요소 적용
다양한 문해력과 기기 환경에서도 밀도 높은 과학 콘텐츠를 사용할 수 있게 합니다.
- • 고대비 디자인
- • 20pt 이상의 타이포그래피
- • 투명하지 않은 명확한 버튼
- • 중단 상황을 고려한 음성 내레이션
수업 흐름을 인터페이스에 담아 교사의 준비 부담을 줄입니다.
- • 자동화가 사용자를 대신해 결과를 완성하지 않습니다.
- • 대신 사용자가 직접 다룰 수 있는 구조와 형태를 만들어 줍니다.
To-Be Scenario
XR 과학관과 함께하는 수업
앞선 리서치에서 얻은 인사이트와 정의한 디자인 방향을 바탕으로, 디지털 교과서가 도입되면 수업 준비, 진행, 평가가 어떻게 달라지는지 이상적인 교사 저니로 그렸습니다.
Teacher Flow
교사는 기기 문제를 해결하는 역할에서 벗어나, 단계별 가이드와 내장된 측정 도구로 탐구를 이끄는 역할로 바뀝니다.
To-Be Scenario
XR로 달라지는 학습의 모습
같은 디자인 방향을 바탕으로, 기존 교실 수업과 디지털 교과서 기반 학습에서 학습 활동, 상호작용, 피드백이 어떻게 다른지 이상적인 학생 저니로 그렸습니다.
Student Flow
학생은 읽고 클릭하는 데서 나아가 변수를 조작하고, 변화를 관찰하고, 가설을 검증하게 됩니다.
Technical Implementation
교과서 실험에서 웹 시뮬레이션으로
종이 교과서에 실린 실험을 웹 기반 인터랙티브 시뮬레이션으로 구현하기 위해, 실험의 작동 원리를 모델링하고 시뮬레이션한 뒤 3D/그래픽 기술로 실시간 렌더링했습니다.
Sketching
3D Modeling
Computer Graphics
고기와 생선을 굽는 장면을 열화상 카메라로 촬영해 영상 데이터를 만들었습니다.
이 영상 데이터를 바탕으로 GLSL 셰이더를 사용해 열화상 카메라 모드 시뮬레이션을 개발했습니다.
Feedbacks from Stakeholders
피드백에서 개선까지
미래엔 편집팀과 제품팀의 피드백을 바탕으로, 교실에서 태블릿을 쓰는 초등학생을 위해 가독성, 명확성, 사용성 중심의 UI 개선을 진행했습니다.
Issue 1
5~6학년 학생에게 텍스트가 너무 작습니다.
편집팀
Issue 2
투명한 버튼은 클릭할 수 있는 요소로 인식되지 않고 터치 정확도도 낮아, 어린이의 태블릿 사용에 적합하지 않습니다.
프로젝트 매니저
Issue 3
버튼 애니메이션과 시각 효과가 초등학생에게 불필요한 시각적 소음이 됩니다.
편집팀
Before
After
Revision 1
모든 텍스트 크기를 40% 키웠습니다.
Revision 2
투명 버튼을 색이 있는 버튼으로 바꿨습니다.
Revision 3
버튼의 모든 전환 효과를 없앴습니다.
Interaction Design for Inquiry
탐구를 인터랙티브하게 만드는 방법
교실 워크플로와 디지털 교과서에서 탐구가 끊기는 지점을 분석한 결과를 바탕으로, 과학 단원 전반에서 반복되는 탐구 구조인 시간에 따른 변화, 상태 비교, 공간 관찰을 중심으로 인터랙션 패턴을 설계했습니다.
Group 1 | 시간 변화 시뮬레이션
슬라이더 → 장면/그래프 변화 → 값 읽기
학습자는 슬라이더를 가로나 세로로 탭하거나 드래그해 시간을 조절하고, 재생과 일시정지로 원하는 순간을 세밀하게 맞춥니다. 확대해서 각도 값을 읽고, 일정한 간격마다 태양 고도, 그림자 길이, 온도를 기록합니다.
Group 2 | 상태 변화 시뮬레이션
3D 오브젝트 탭 → 상태 변화 → 결과 읽기
학습자는 3D 구성 요소를 탭해 비교 가능한 실험군을 만들고, 변인을 통제한 채 같은 실험을 여러 조건에서 실행하면서 결과를 비교하고 통제 변인에 대해 추론합니다.
Group 3 | 비교 및 분류
오브젝트 드래그 → 차이 관찰 → 결과 확인
학습자는 비교 집단을 만들고, 오브젝트를 조건 사이로 옮기며 행동의 차이를 관찰하고, 관찰이 끝날 때마다 결과를 확인합니다.
Group 4 | 3D 구조 및 관찰
회전 및 확대 → 핫스팟 표시 → 설명 읽기
학습자는 3D 장면을 회전하고 확대해 여러 각도에서 구조를 살펴보고, 숨겨진 요소를 켜고 끄며, 모델 안에 담긴 맥락 설명을 확인합니다.
Wireframes & Layout
실험 유형별 인터랙션 및 UI 디자인 가이드를 만들었습니다.
교육과정을 네 가지 실험 유형으로 묶고, 유형별 인터랙션 및 UI 디자인 가이드를 만들었습니다.
Final Design
실험 준비와 목표
XR 과학관은 모든 활동을 실험 소개로 시작합니다. 직접 해 보는 탐구에 들어가기 전에 실험의 목표와 전체 흐름을 먼저 알려 줍니다.
실험마다 활동 가이드를 만들었습니다. 활동 가이드는 인트로 화면의 'Activity Guide' 버튼으로 볼 수 있습니다.
Final Design
실험 진행
교육과정 기반 실험을 진행하는 동안 시스템이 변화를 실시간으로 보여 주고 지속적으로 피드백을 제공해, 학생이 진행 상황을 파악하고, 결과를 해석하고, 한 번의 시도가 끝났음을 알 수 있게 돕습니다.
Final Design
Solution 1. 시간 기반 시뮬레이션
시간 기반 시뮬레이션은 정지된 장면에 의존하지 않고 시간에 따라 변수가 어떻게 변하는지 관찰하게 하여 탐구를 지원합니다. 학생은 시간을 직접 조절하며 멈추고, 되감고, 여러 순간을 비교할 수 있습니다. 반복적인 관찰과 측정으로 변화를 추론하게 됩니다.
Final Design
Solution 2. 상태 변화 시뮬레이션
상태 변화 유형의 시뮬레이션에서는 학생이 구성 요소를 직접 조작해 서로 다른 조건을 나란히 비교합니다. 스위치, 건전지, 전구 같은 요소를 켜고 끄면서 시스템 상태 사이의 인과 관계를 바로 확인할 수 있습니다.
Final Design
Solution 3. 비교 및 분류
비교 및 분류 시뮬레이션에서는 학생이 오브젝트를 직접 조작해 조건에 따라 어떻게 행동하는지 시험합니다. 물건을 용기 사이로 끌어 옮기고, 빼고, 다시 시도하면서 결과를 비교하고 패턴을 찾으며, 반복 실험으로 자기만의 분류 순서를 만들어 갑니다.
Final Design
Solution 4. 3D 구조 및 관찰 시뮬레이션
3D 구조 및 관찰 시뮬레이션에서는 학생이 여러 관점에서 현상을 보며 공간 관계를 탐구합니다. 장면을 회전하고 광원을 조절하면서 위치에 따라 가시성과 정렬이 어떻게 달라지는지 관찰하고, 공간 구조와 상대적인 움직임을 추론합니다.
Final Design
Curriculum
교육과정 기반 실험 전반에서 반복되는 패턴을 분석해, 다양한 과학 콘텐츠를 재사용 가능한 네 가지 XR 인터랙션 템플릿으로 정리했습니다. 이를 통해 학년을 넘나들며 탐구, 비교, 관찰을 지원하는 확장 가능한 시스템을 만들었습니다.
각 카테고리는 일관된 XR 레이아웃과 시뮬레이션 로직의 기준이 되었습니다.
Reflection
Future Steps
XR 과학관은 2026년 3월에 출시되어 여러 교실에 도입될 예정입니다. 이번 도입으로 프로토타입을 넘어 실제 수업 환경에서 학습 효과, 교실 사용성, 시스템 안정성을 검증할 수 있습니다. 출시 이후에는 사용 데이터, 교사 피드백, 학생 결과물을 분석해 아래 질문들을 확인할 계획입니다.
XR 인터랙션은 흥미뿐 아니라 개념 이해도 높여 주는가?
• 학생이 관찰한 결과를 바탕으로 현상을 자기 말로 설명하고, 예측하고, 비교할 수 있나요?
• XR 인터랙션이 교과서 중심 수업에서 흔한 오개념을 줄이는 데 도움이 되나요?
시스템이 교사의 수업 운영 부담을 줄여 주는가?
• 기존 자료와 비교해 준비, 설명, 전환, 초기화에 드는 시간이 얼마나 줄어드나요?
• 어떤 워크플로나 기능이 교실에서 우선적으로 개선해야 하나요?
실제 교실의 제약 속에서도 시스템이 안정적인가?
• 기기와 네트워크가 달라져도 로딩 시간, 프레임 속도, 인터랙션 반응성이 안정적으로 유지되나요?
• 성능 문제가 이탈, 재시도, 과제 포기 같은 학습 행동에 어떤 영향을 주나요?
2026 미래엔 과학 교과서 소개 영상 중에서
이 평가들을 통해 XR이 실험적인 새로움에서 벗어나 일상적인 교실에서 믿고 쓸 수 있는 학습 도구가 되는 방법을 찾아갈 계획입니다.