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영어

This study aimed to analyze the revised science curriculum and develop a virtual reality-based geological field trip program by artificial intelligence using an expert system of both Korea’s geologic outcrop content and topographic information, followed by an evaluation of its effectiveness. To achieve this, the study compared virtual and traditional field geology learning by analyzing conceptual understanding, problem solving inventory and examining learning patterns using eye-tracking techniques of cognitive science. The study was conducted with 60 first-grade high school students. The research methodology involved developing a digital-based virtual field geology learning program in alignment with the 2022 revised curriculum, which emphasizes digital literacy. The effectiveness of the program was verified by comparing and analyzing it with traditional field geology learning. After implementing the program, conceptual understanding was assessed, and students’ eye movement data were collected and analyzed through eye-tracking experiments. The results indicated that students who participated in the virtual field geology learning program showed a statistically significant improvement in conceptual understanding, problem solving inventory and exhibited positive learning responses. Additionally, the eye-tracking analysis revealed that students had a longer average gaze duration on learning content in the virtual environment compared to traditional field learning. The distribution of gaze was also more balanced, indicating a higher level of engagement. These findings suggest that multisensory interaction within a 3D immersive environment can contribute to the enhancement of students' inquiry skills. However, interview and mapping analysis results highlighted the importance of motivational factors and hands-on learning experiences provided by traditional field geology learning. Therefore, future research should explore ways to integrate virtual and traditional field learning to provide a more balanced and effective learning experience for science education.

한국어

이 연구는 개정된 과학 교육과정을 분석하고, 한국의 지질노두 콘텐츠와 지형 정보를 활용한 전문가 시스템을 활용하여 인공지능 기반의 지질학습 프로그램 을 개발한 후 그 효과성을 검증하는 것을 목표로 하였 다. 이를 위해 실제 야외지질학습과 비교하여 개념 이 해도 분석 및 시선추적기법을 활용한 학습 형태 분석을 수행하였다. 본 연구는 고등학교 1학년 학생 60명 을 대상으로 진행되었다. 이 연구의 방법으로는 2022 개정 교육과정에서 강조하는 디지털 소양 함양을 고려 하여 인공지능 기반의 지질학습 프로그램을 개발한 뒤, 이를 실제 야외지질학습과 비교·분석하여 수업의 효과성을 검증하였다. 프로그램 적용 후 개념 이해도 를 측정하였으며, 인지과학의 시선추적 실험을 통해 학생들의 시선 운동 데이터를 수집·분석하였다. 연구 결과, 가상 야외지질학습을 적용한 학생들은 개념 이 해도에서 통계적으로 유의미한 향상을 보였으며, 학습 에 대한 긍정적인 반응을 나타냈다. 또한, 시선추적기 법 분석을 통해 학습자의 평균 시선 응시 시간이 실제 야외지질학습보다 길었으며, 시선 분포가 균형적으로 나타나 높은 몰입도를 반영하는 것으로 확인되었다. 이는 3차원 입체 환경을 활용한 다감각적 상호작용이 학습자의 탐구 능력 향상에 기여할 수 있음을 시사한 다. 그러나 인터뷰 및 맵핑 분석 결과, 실제 야외지질 학습에서 제공되는 동기부여 요소와 체험활동의 중요 성이 확인되었다. 이에 따라 향후 연구에서는 가상 야외지질학습과 실제 야외지질학습을 병행하여 보다 균형 잡힌 학습 경험을 제공하는 방안을 과학교육을 위 해 모색할 필요성이 제기된다.