가상과 실제 실험실을 잇는 웹 기반 인터랙티브 물리 실습 플랫폼

초록

본 논문은 COVID‑19 팬데믹 기간에 물리학 전공 학부생을 위해 개발·배포한 웹 기반 실험실 플랫폼(openphys.in)을 소개한다. HTML·CSS·JavaScript만으로 구현돼 서버 없이 브라우저에서 실행되며, 일반 물리 실험과 광학 실험을 커리큘럼에 맞게 재현한다. 학생 설문(전 100%)과 전·후 테스트 결과, 개념 이해와 실험 자신감이 크게 향상되었으며, 사전 시뮬레이션의 교육적 가치를 높게 평가하였다.

상세 분석

이 연구는 학습 이론과 실제 교육 현장의 제약을 동시에 고려한 설계 철학을 제시한다. 먼저, 구성주의 학습이론에 기반해 학생이 직접 변수와 장치를 조작하고 데이터를 수집하도록 함으로써 ‘활동적 지식 구축’을 촉진한다. 인지 부하 이론(Cognitive Load Theory)에서도 사전 시뮬레이션이 절차적 익숙함을 제공해 실제 실험 시 인지 부하를 감소시킨다는 점을 강조한다. 기술적 측면에서는 전통적인 가상 실험 플랫폼이 복잡한 서버·데이터베이스를 요구하는 반면, 본 플랫폼은 순수 클라이언트‑사이드 구현으로 접근성을 극대화한다. HTML·CSS·JavaScript만으로 구현된 모듈식 구조는 각 실험을 독립 폴더(예: young/, optics/)에 배치하고, main.html, stl.css, rsrc/ 등으로 구성해 유지보수와 확장이 용이하도록 설계되었다. 이러한 경량화는 GitHub Pages와 같은 정적 호스팅 서비스에 무료로 배포할 수 있게 하여, 저예산·저자원 환경에서도 활용 가능하게 만든다.

교육적 효과 검증을 위해 혼합‑방법 연구 설계를 적용하였다. 설문지는 사용성, 현실감, 학습 도움, 자신감 향상, 효율성 등 7개 항목을 5점 Likert 척도로 측정했으며, 전·후 테스트를 통해 개념 이해 점수의 평균 상승을 통계적으로 확인했다. 결과는 100%의 학생이 플랫폼을 ‘유익’하다고 평가했으며, 전·후 테스트 평균 점수 차이가 유의미한 수준으로 나타났다. 또한, 인터뷰 분석을 통해 인터페이스의 현실감과 데이터 직접 입력 방식이 ‘실제 실험과 유사한 사고 과정을 유지하게 한다’는 긍정적 피드백이 도출되었다.

하지만 몇 가지 한계도 지적된다. 첫째, 시뮬레이션이 실제 장비의 물리적 결함이나 오차 원인을 완전 재현하지 못한다는 점이다. 둘째, 현재는 데이터 분석 도구가 제공되지 않아 학생이 별도로 계산해야 하는 부담이 있다. 셋째, 평가가 단일 대학·단일 학기에 국한돼 일반화에 제약이 있다. 향후 연구에서는 물리적 오차 모델링, 자동 데이터 분석 모듈 추가, 다기관·다문화 환경에서의 확장 검증이 필요하다.