초등학생 원격수업 학습 보조 서비스

 

학기 초 코로나19 확진자가 증가하면서 정상 등교를 하는 학교 비율이 66%에 그쳤습니다. 이러한 코로나19 상황에 의해 원격 수업은  매우 활성화되었고 학생들에게는 익숙한 수업 방식이 되었습니다. 원격 수업은 학생들이 굳이 학교를 가지 않고 집에서 편하게 수업을 들을 수 있다는 장점이 있지만 저조한 수업 참여도, 사회성 발달 어려움 등의 큰 단점들이 존재합니다.

특히, 초등학교 저학년 학생의 경우 대화와 체험, 관계 맺기 등을 통해 사회생활을 처음 시작하게 됩니다. 대면 수업에서는 교사와 또래 친구들과의 소통을 통해서 사회생활의 영역을 확대할 수 있었습니다. 하지만, 원격수업에서는 대면 수업에서보다 상호 간의 소통을 이끌어내기 힘들어서 아이들의 사회성을 발달시키기 어렵습니다. 예를 들면 선생님께서 학생들에게 질문을 하여 참여도를 높이려고 해도 기존 원격 수업에서는 적극적인 학생들만이 대답합니다. 또한, 한명 한명 반응을 살피려고 하면 오디오가 겹치거나 시간이 오래 걸리는 등 너무 불편한 점이 많습니다. 그리고 집에서 원격으로 수업을 듣게 되면 친구를 만날 기회도 자연스럽게 줄어들게 됩니다. 이와 같은 원격 수업의 단점들로 인해 초등학생들의 사회성 발달에 지장이 생길 우려가 있습니다.

이렇게 원격 수업은 학생들의 참여도가 저조해질 수 밖에 없다는 큰 단점이 있지만 굳이 학교까지 가지 않아도 집에서 편하게 수업을 들을 수 있다는 것에서 많은 학생들이 편리함을 느꼈습니다. 따라서 교사와 학생들 간의 소통이 활발하게 이뤄지도록 하여 기존 원격 수업의 단점을 보완할 수 있다면 원격 수업이 충분히 매력적인 수업 방식이 될 수 있을거라 생각하여 이 프로젝트를 기획하였습니다.

★ 주요 특징 및 장점

수업 참여도 증진

어렸을 때 손짓을 해가며 무언가를 외웠을 때 더 잘 기억나는 경험을 많이 해보셨을 것입니다. 실제로 초등학생들의 경우 신체 활동을 할 때 더 수업에 잘 몰입할 수 있다는 연구( 초등학생의 수업 중 몰입 경험 연구)가 있습니다. 이러한 초등학생의 특징을 이용하여 신체 활동을 동원하는 퀴즈, 졸음/자리이탈 방지 기능을 제공합니다.

[퀴즈 기능]

선생님께서 퀴즈를 내면 학생의 원격 수업 화면에 퀴즈가 나타납니다. 학생은 퀴즈를 손동작을 이용하여 풀 수 있습니다. 굳이 다른 웹사이트를 이용하지 않아도 기존 원격 수업 화면에서 퀴즈를 처리할 수 있고 신체 활동을 유도하여 몰입도를 높일 수 있다는 장점이 있습니다. 또한, 소극적인 학생들도 개인의 화면에서 문제를 풀어 자신이 생각하는 답을 보여줄 수 있으므로 전체적인 수업 참여도를 높일 수 있습니다.

[졸음/자리 이탈 방지 기능]

학생이 졸기 시작하면 원격 수업 화면에 시한폭탄이 설치되고 소리가 나기 시작합니다. 학생은 일어나서 손바닥을 보여 시한폭탄을 해제할 수 있습니다. 선생님께서 굳이 학생을 깨우면서 수업이 지연되어 다른 학생들이 피해를 보거나 서로 감정 상할 필요 없이 게임 형식으로 학생이 일어날 수 있게 합니다.

보상 시스템

대면 수업에서는 학생들이 수업 시간에 대답을 잘 하는 등의 칭찬 받을 만한 행동을 했을 때 많은 선생님들은 상점이나 사탕을 주는 것 등 보상을 줍니다. 이런 보상은 학생들이 더욱 수업 시간에 열심히 참여하도록 유도할 수 있습니다. 집ZOOM 프로젝트에서는 게임에서 보상을 받는 방식과 비슷하게 보상을 제공하여 흥미롭게 구성하였습니다.

[캐릭터 꾸미기] 

수업 중 퀴즈를 맞추거나 선생님께 칭찬 포인트를 받으면 수업이 끝난 후 그 포인트로 캐릭터를 꾸밀 수 있는 아이템을 구입할 수 있습니다. 구입한 아이템으로 자신의 캐릭터를 개성 있게 꾸밀 수 있습니다. 이 캐릭터는 자신의 원격 수업 화면에도 보여집니다. 이전부터 마을과 캐릭터를 꾸밀 수 있는 모여봐여 동물의 숲이라는 게임부터 요즘에는 아바타를 꾸밀 수 있는 제페토 등 자신의 캐릭터를 꾸미는 방식이 인기를 끌고 있습니다. 이와 같은 상황을 반영하여 집ZOOM에서도 학생들이 자신의 캐릭터를 꾸며 이를 통해 반 친구들과 소통할 수 있고 수업에 더욱 열심히 참여하는 동기도 얻을 수 있습니다.

[뱃지/칭찬 스티커]

수업 중 선생님께서 학생이 열심히 수업에 참여했을 때 실시간으로 뱃지, 칭찬 스티커를 줄 수 있습니다. 뱃지는 학생의 원격 수업 화면에 보여져 성취감을 얻을 수 있도록 합니다.

​프로그램 확장성

또한, 집ZOOM 프로그램은 기존에 사용하던 화상회의 프로그램과 연동하여 사용할 수 있어 편리합니다.

★ 집ZOOM 소개

집ZOOM 프로젝트는 실시간 원격 프로그램에 연동하여 손동작 퀴즈, 뱃지/칭찬포인트 기능을 제공하는 파이썬 클라이언트 프로그램과 수업 후 캐릭터 꾸미기가 가능한 웹사이트로 이루어져있습니다.파이썬 프로그램은 원격 수업 중 실시간으로 집중력을 향상시키면서 수업을 참여하게 유도하고 웹사이트 경우는 수업이 끝난 후, 수업 참여도에 따른 보상을 확인할 수 있으며, 수업 참여의 동기부여를 제공합니다. 

파이썬 프로그램은 크게 3가지 기능으로 이루어져 있습니다. 눈을 감지하며 졸음을 확인하고, 얼굴 감지를 통해 자리 이탈을 확인합니다. 또한, 손동작을 활용한 퀴즈를 제공합니다. 이는 신체활동을 통해서 참여도를 향상시키는 것입니다. 단순히 퀴즈를 댓글창에 적는 것과 손을 들어서 손가락으로 답을 표시하는 것은 참여도 측면에서 다릅니다. 세번째로, 수업 중 발표를 하거나 퀴즈를 맞추는 등 참여를 열심히 한 학생들에게 선생님이 보상으로 뱃지와 칭찬 포인트를 실시간으로 전달할 수 있습니다. 

웹사이트에서는 수업 시간 중 받은 칭찬 포인트를 확인할 수 있으며 이를 통해 아이템을 구매하고 캐릭터를 꾸미는 기능을 제공합니다. 학생들의 흥미를 고려하여 캐릭터꾸미기를 보상시스템으로 제공하였습니다. 또한 우리반 친구들의 캐릭터를 구경할 수 있는 기능을 만들어 친구들끼리 소통할 수 있고, 수업 참여의 동기부여를 제공할 수 있도록 하였습니다. 마지막으로, 시간표와 같이 선생님과 학생들의 수업 관리를 제공하는 기능이 있습니다.

★ 역할 분담 

★ 집ZOOM 기술적 배경 

★ 집ZOOM 기술 현황

[자리이탈 감지 및 졸음 감지]

졸음, 자리 이탈 방지 기능은 mediapipe의 face landmark모델을 사용하였습니다. 얼굴 랜드마크를 추출하여 자리 이탈을 감지하고 얼굴에서 눈 랜드마크를 추출하여 눈의 비율을 통해 눈을 감고 있는지 확인합니다. 10초 이상 눈을 감고 있다고 판단하면, 알람 소리와 폭탄 이미지가 나타납니다.

[퀴즈 제스쳐 인식] 

수업 중 손동작을 활용한 퀴즈기능은 mediapipe의 hand landmark 모델을 사용하였습니다. 손 랜드마크를 추출하여 손가락 마디 사이 각도를 계산하여 O, X, 숫자 등 여러가지 손 동작을 인식하도록 하였습니다.

★ 집ZOOM 서비스 워크플로우 

[졸음 / 이탈 감지] 

학생이 졸거나 자리를 이탈하기 시작하여 10초가 지난 후부터 학생의 화면에 시한 폭탄 이미지와 함께 알림음이 재생됩니다. 학생이 30초안에 손바닥을 보여줘 시한폭탄을 제거할 수 있습니다. 만약 30초 안에 시한폭탄을 제거하지 않으면 새로운 시한 폭탄이 생성되고 학생이 제거할 때까지 반복됩니다.

[퀴즈 기능]

선생님의 프로그램에서 파이썬 소켓 서버에 퀴즈 정보를 전송할 수 있습니다. 소켓 서버에서는 퀴즈 정보를 저장하고 정답에 해당하는 정보를 제거하여 학생의 프로그램에 퀴즈를 전송합니다. 학생이 정답을 표시하면 학생 프로그램에서 소켓서버로 답을 전송합니다. 소켓서버에서는 학생의 답을 DB에 저장하고 선생님의 프로그램에는 학생들의 답 통계를 전송하여 학생들의 이해도를 파악할 수 있도록 하였습니다. 학생들에게는 정답을 전송합니다. 정답을 맞춘 학생에게는 선생님이 입력한 칭찬포인트와 뱃지가 주어집니다.

[캐릭터 꾸미기 기능] 

학생이 수업 중 칭찬 포인트를 받으면, 웹사이트에 접속하여 확인할 수 있습니다. 수업 중 받은 칭찬 포인트로 캐릭터를 구입하고 구입한 아이템으로 캐릭터 꾸미기가 가능합니다. 새로 장착한 아이템을 입은 나의 캐릭터가 원격 수업 화면에 등장합니다.

★ 실시간 원격 수업 중

[졸음 감지]

[ox 퀴즈]

[객관식 퀴즈]

[뱃지 제공]

★ 집ZOOM 학생 페이지 

★ 집ZOOM 선생님 페이지