증강현실을 활용한 소집단 학습에서 개념 이해 및 몰입, 상황 흥미를 촉진할 수 있는 학습 환경 탐색

서울시에 소재한 1개 남녀공학 고등학교의 1학년에서 연구 참여에 자발적으로 동의한 5개 학급의 재학생 108명을 무작위로 선정하였다. 국내 협동학습 상황에서 일반적인 모둠 편성 방법²³을 고려하여 4인 1모둠으로 총 27개의 모둠을 편성하였다. 이때 모둠원 간의 상호작용 향상을 위해 과학 담당 교사의 협조를 구하여 각 모둠에 반편성 고사 성적을 기준으로 상위와 하위 학생 각각 1명, 중위 학생 2명을 포함한 이질 집단을 구성하였다.²⁴ 증강현실을 활용한 소집단 학습에 관한 선행연구^15-17의 학습 환경을 분석하여, 소집단에 제공하는 마커 세트와 스마트 기기 수를 달리한 3가지 학습 환경을 구성하였다. 즉, 한 모둠에 마커 세트 1개와 스마트 기기 1개만을 제공하는 학습환경(이하 1-1 학습 환경), 마커 세트 2개와 스마트 기기 2개를 제공하여 모둠원들이 증강현실을 함께 사용하는 학습 환경(이하 2-2 학습 환경) 및 한 모둠에 마커 세트 4개와 스마트 기기 4개를 제공하여 모둠 내 모든 학생이 개별적으로 마커와 스마트 기기를 사용하면서 소집단 학습에 참여할 수 있는 학습 환경(이하 4-4 학습 환경)을 구성하였다. 이때 1-1 학습 환경은 모둠원들이 증강현실을 함께 사용하므로 가상 객체에 대한 이해에서부터 제시된 과제의 해결 방법, 모둠별 활동지 작성에 이르기까지 학습 과정 전반에 걸쳐 활발한 논의와 학생 사이의 상호작용이 촉진될 것이다. 4-4 학습 환경은 모둠원들이 증강현실은 각자 사용하면서 모둠별 활동지를 통한 논의 활동을 협력적으로 수행하는 데 집중하도록 하는 학습 전략을 사용하였으며, 1-1 학습 환경과 비교하면 학생 개인이 직접 증강현실을 조작 및 탐색하는 시간이 상대적으로 많아질 것으로 예상하였다. 2-2 학습 환경은 1-1 및 4-4 학습 환경의 중간 형태로서, 4-4 학습 환경보다 더 활발한 상호작용이 이루어질 수 있고, 동시에 1-1 학습 환경보다는 학생들이 증강현실을 조작 및 탐색할 기회를 더 많이 제공한 환경으로 구성하였다. 각 학급에 3가지 학습 환경의 모둠이 고르게 분포되도록 무작위 배정을 하여 학급 분위기나 학급별 교수 효과에 의한 편향이 나타나지 않도록 하였다. 연구에 참여한 108명 중 사후 검사에 참여하지 않았거나 과반의 검사 문항에 무응답을 한 학생 13명을 제외한 총 95명의 응답을 분석하였다. 모든 연구 참여 학생들을 자기조절 검사 점수의 중앙값에 기초하여 자기조절 수준 상위 및 하위 학생으로 구분하였다(Table 1).

이 연구에서 사용한 증강현실 어플리케이션은 Unity 2.1을 기반으로 하는 AR/VR 콘텐츠 개발 플랫폼인 Vuforia SDK(software development kit) 소프트웨어를 사용하여 개발하였고, 가상 객체의 모델링은 3ds Max 2017 프로그램을 사용하였다. 목표 개념은 고등학교 1학년 통합과학의 ‘물질의 규칙성과 결합’ 단원 내 이온 결합과 공유 결합으로 정하였다. 이 단원에서는 비즈 구슬과 실, OHP 필름과 스티커 등을 사용하여 원자 모형 및 금속 원소와 비금속 원소 사이의 이온 결합이나 비금속 원소들 사이의 공유 결합모형을 만드는 활동이 포함된다. 이러한 탐구 활동을 증강현실 어플리케이션으로 구현하고, 이때 증강현실의 장점인 조작성과 탐색성^10,25이 나타나도록 하였다.

이 연구에서 개발한 증강현실 어플리케이션의 구체적인 컨텐츠와 작동 방식은 다음과 같다. 증강현실에서 카메라의 인식 대상이 되는 물리적 마커는 다양한 원소 카드이고, 화면상에 증강되는 가상 객체는 원자 모형이다. 즉, 학생들이 증강현실 어플리케이션을 실행한 후 스마트 기기의 카메라로 원소 카드를 비추면 스마트 기기의 화면에 해당 원소의 보어 원자 모형이 증강되어 나타나도록 하였다. 이때 정지된 상태의 원자핵에는 양성자 수가 적혀있고 각 껍질에 존재하는 전자들은 궤도를 따라 원운동을 한다. 또한, 학생들이 여러 원소들의 원자 모형이 동시에 나타나도록 한 상태에서 두 개 이상의 원소 마커들을 인접시키는 경우, 옥텟 규칙에 따라 이온 결합 화합물이나 분자의 형성이 가능한 조합의 경우에 한하여 이온 결합이나 공유결합이 형성되는 과정과 결합 모형이 나타나도록 하였다. 예를 들어, 나트륨(Na) 마커와 염소(Cl) 마커를 일정 거리 이상 떨어뜨려 놓으면, 각각의 원자 모형이 스마트 기기 화면상에 제시되지만, 두 마커를 인접시키면 나트륨의 가장 바깥 껍질 전자 1개가 염소 원자의 바깥 껍질로 이동하면서 염화 나트륨의 결합 모형이 스마트 기기 화면상에 가상 객체로 제시된다. 이와 유사하게 비금속인 산소(O) 마커 1개와 수소(H) 마커 2개를 H-O-H 순으로 인접시키면 물 분자의 결합 모형을 증강현실로 관찰할 수 있다(Fig. 1). 그러나 만일 학생들이 산소(O) 마커 1개와 수소(H) 마커 1개만을 인접시킨다면 공유 결합이 생성되지 않은 채 두개의 원자 모형이 그대로 있는 모습을 관찰하게 된다. 또한 학생들이 물리적 마커인 원소 카드나 가상 객체인 원자 모형을 조작하며 다양한 이온 및 공유 결합 모형을 탐색하도록 화면상의 가상 객체는 손으로 늘려 확대시킬 수 있을 뿐만 아니라 회전, 이동 등의 다양한 조작 및 탐색 활동이 가능하도록 하였다. 이상의 증강현실 어플리케이션은 증강현실 프로그래밍 전문가 1인의 자문을 받아 연구자가 직접 개발하였으며, 현직 과학 교사 3인을 대상으로 어플리케이션의 기술적 안정성 및 사용성에 대한 피드백을 받아 수정 및 보완하였다.

Figure1.

Covalent bonding model of water molecule embodied in augmented reality application.

수업 처치를 실시하기 전에 사전 검사로 자기조절 검사를 실시하였다. 이후 통합과학의 ‘물질의 규칙성과 결합’ 단원에서 원소의 주기성을 주제로 1차시 동안 학생들이 증강현실에 익숙해지도록 하기 위한 오리엔테이션과 연습 수업을 진행하였고, 이어서 이온 결합과 공유 결합을 주제로 각각 1차시씩 총 2차시 동안 수업 처치를 진행하였다. 모든 수업은 경력 10년의 과학 담당 교사 1인이 운영하였다. 연구자는 교사용 수업 지도안과 학생용 활동지 등 일체의 교수·학습 자료를 개발하여 교사에게 제공하였다. 교수·학습 자료의 내용 수준, 어휘, 증강현실의 사용방법의 예시 등의 적절성은 개발 단계에서 과학교육 전문가 2인과 현직 고등학교 교사 2인으로 구성된 소모임에서 수차례의 논의를 거쳐 점검하였다.

구체적으로, 연습 차시에서는 과학 담당교사가 학생들에게 증강현실 및 증강현실의 구성 요소인 물리적 마커와 가상 객체의 개념, 어플리케이션의 사용법에 대해 안내한 다음, 원소들의 주기성에 대해 수업하였다. 학생들은 물리적 마커인 원자 카드를 스마트 기기로 비추어 가상 객체인 원자 모형을 관찰하고 전자 배치상의 특징을 정리하는 방식으로 소집단 학습을 하였다.

2차시의 수업 처치는 증강현실을 활용한 소집단 학습의 효과를 높이기 위해 선행 연구^26,27 결과를 바탕으로 증강현실에 대해 도전적인 탐색 경험과 교사와 학생 및 학생들 사이의 피드백이 포함되도록 구성하였다. 즉, 모둠 내 학생들이 원자 카드를 조합해 화학 결합을 만드는 탐색적활동과 관찰한 가상 객체의 특징을 분석하는 활동을 협력적으로 수행하면서 모둠 내 학생들 사이에 학습 내용에 대한 피드백이 이루어지도록 교수·학습을 설계하였다. 이온 결합을 주제로 한 1차시에서 학생들은 먼저 나트륨(Na) 원자 카드와 염소(Cl) 원자 카드를 각각 이용해 증강현실로 원자 모형을 관찰하면서 이들이 안정한 18족 원소의 전자 배치를 가질 수 있는 방법에 대해 토의하였다. 담당 교사는 학생들이 토의한 내용을 정리한 후, 증강현실로 염화 나트륨(NaCl)의 이온 결합 모형을 만드는 방법을 시범으로 제시하였다. 학생들은 같은 방법으로 이를 재현하면서 염화 나트륨의 이온 결합 모형에서 관찰할 수 있는 특징을 토의하여 활동지에 정리하였다. 이어서 학생들은 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 산소(O), 염소(Cl) 원자 마커들을 사용하여 만들 수 있는 모든 이온 결합 모형(염화 칼륨(KCl), 산화칼륨(K₂O), 염화마그네슘(MgCl₂), 산화마그네슘(MgO))을 증강현실로 자유롭게 만들어보는 활동을 하였다. 이때 결합이 형성되는 경우에는 형성된 모형을 관찰하며 전자 배치상의 특징이나 화학식을 토의하였고, 결합이 생성되지 않는다면 그 이유에 대해서 토의하였다. 이후 교사는 각 활동의 핵심 내용을 PPT로 정리하는 강의를 10분 정도 진행하였다.

공유 결합을 주제로 한 2차시에서도 1차시와 유사한 방법으로 소집단 학습을 진행하였다. 학생들은 증강현실을 사용하여 각 원자 카드의 원자 모형을 관찰한 후, 염소 분자(Cl₂)와 물 분자(H₂O)의 공유 결합 모형을 만들며 전자배치상의 특징을 토의한 후 정리하였고, 모둠원들이 서로 협력하여 산소(O)와 플루오린(F) 원자 마커를 사용하여 생성 가능한 모든 공유 결합 모형(산소(O₂), 플루오린(F₂), 플루오린화 산소(OF₂))을 만들며 결합의 종류와 바깥 껍질의 전자 수 등을 토의하여 정리하는 형태의 수업을 진행하였다. 수업 중 교사는 교실을 순회하며 증강현실 사용에 어려움을 겪는 학생들에게 일부 도움을 주었으며, 학생들 사이의 상호작용이 촉진되도록 학습 분위기를 조성하였다. 본 차시 수업 직후, 약 20분 동안 사후 검사로 화학 결합에 관한 개념 이해도 검사와 몰입, 상황 흥미에 관한 검사를 실시하였다.

사전 검사로 실시한 학습에 대한 자기조절 검사는 Pintrich 등²⁸이 개발한 MSLQ(Motivated Strategies for Learning Questionnaire) 중 자기조절에 대한 9문항을 번안하여 사용하였다. 이 검사는 5단계 리커트 척도로 구성되어 있으며, 이 연구에서 신뢰도 계수(Cronbach’s α)는 .87이었다. Tan과 Treagust²⁹가 개발한 CBDI(Chemical Bonding Diagnostic Instrument)와 화학 결합 모형 그리기^30,31의 문항을 분석하여 사후 검사에 사용할 개념 이해도 검사지의 초안을 개발하였다. CBDI는 화학 결합 및 격자, 분자간 힘, 흑연의 전기 전도성을 주제로 2단계(two-tier) 객관식 9문항으로 구성되어 있는데, 이 중에서 2015 개정 과학과 교육과정의 통합과학 교과 내용에 부합하는 3개 문항만을 번안하여 사용하였다. 또한, 물질의 화학 결합을 나타내는 그림은 글로는 설명하기 어려운 화학 결합에 대한 학생들의 내적 이미지(mental image)를 효과적으로 표현할 수 있는 장점이 있으므로,³² 화학 결합에 대한 학생의 이해 수준을 보다 심층적으로 조사하고자 CBDI 문항과 별도로 결합 모형 그리기 문항을 포함하였다. 각 문항에서는 학생들의 문항 이해를 돕기 위한 예시 그림과 함께 몇 가지 원소의 원자모형을 제시한 후 해당 원소로 만들 수 있는 모든 이온 또는 공유 결합 모형을 그림으로 나타내도록 하였다.

이 연구에서 개발한 개념 이해도 검사지 초안의 난이도와 타당도, 어휘의 적절성 등을 종합적으로 점검하기 위해 연구 참여 학교가 아닌 고등학교 1학년 학생 38명(남: 25명, 여: 13명)을 대상으로 예비 검사를 수행하였다. 이들은 화학 결합에 대해 학습을 한 상태였으며, 검사는 약 10분 정도의 시간이 소요되었다. 예비 연구 결과, 물질의 분류 개념이 포함된 객관식 문항은 정답률이 5.2%로 낮아 개념 이해도 검사에서 배제하였고, 공유 결합 그리기 문항의 정답률은 약 30% 정도로 낮아 학생들에게 다소 어려웠던 것으로 나타났다. 이에 난이도를 조절하기 위해 정해진 원소로 만들 수 있는 특정 분자의 공유 결합 모형을 그리도록 문항을 수정하였다. 예를 들어, 질소에 해당하는 X원자와 수소에 해당하는 Y 원자로 만들 수 있는 X₂와 XY₃ 분자의 공유 결합 모형을 그리도록 하였다. 최종적으로 이 연구에서 개발한 개념 이해도 검사는 화학 결합에 대한 2단계 객관식 2문항, 화학 결합 모형 그리기 2문항의 총 4문항으로 구성하였다. 개발된 검사지는 과학교육 전문가 2인, 중등과학 교사 3인, 과학교육전공 대학원생이 참여한 수차례의 세미나를 통해 내용 타당도를 검증하였고, 신뢰도 계수(Cronbach’s α)는 .71이었다.

사후 검사로 증강현실에 대한 소집단 학습을 수행한 학생들의 몰입 및 상황 흥미를 측정하기 위해 검사지를 번안하였다. 몰입 검사는 Jackson과 Marsh³³의 Flow State Scale 36문항 중에서 증강현실의 특성과 몰입의 구인별 핵심 개념을 명확히 포함하는 18문항으로 재구성하고 타당화 과정을 거친 Seo³⁴의 검사지를 사용하였다. 상황 흥미에 관한 검사는 Chen 등³⁵의 Situational Interest Scales 24문항을 사용하였다. 상황 흥미는 증강현실의 활용과 같이 구체적인 상황에 의해 유발되는 흥미를 의미하므로, 제시한 상황을 ‘증강현실을 활용한 소집단 학습’으로 정의한 후 검사지의 지문을 ‘나는 증강현실을 활용한 소집단 학습이 흥미로웠다.’와 같이 증강현실의 상황에 맞게 수정하여 사용하였다.³⁶ 몰입과 상황 흥미에 관한 검사는 모두 5단계 리커트 척도로 5점 만점으로 구성되어 있으며, 과학교육 전문가 1인으로부터 번역의 적절성을 점검받았다. 또한, 이 연구에서 몰입 및 상황 흥미에 관한 검사의 신뢰도 계수(Cronbach’s α)는 각각 .93, .92이었다.

화학 결합에 대한 개념 이해도 검사 중 화학 결합 그리기 문항을 채점하기 위해 무작위로 10부의 검사지를 추출한 후, 구조와 배열, 전자 배치, 전자 이동 또는 공유의 세가지 하위 요소를 중심으로 초기 분석틀을 제작하였다. 초기 분석틀의 개발이 완료된 후, 2인의 연구자가 무작위로 추출된 20부의 검사지를 각자 분석하여 결과를 비교하였고, 분석 의견이 일치하지 않는 경우에는 논의를 통해 분석틀을 수정 및 보완하였다. 이 과정을 반복하여 분석자간 일치도가 .92에 도달한 후 1인의 연구자가 화학 결합 개념 검사의 그리기 문항에 대한 학생 응답을 모두 분석하였다. 최종 분석틀에서 구조와 배열 요소는 양이온이나 음이온, 분자를 이루는 원자의 개수와 이들의 연결 및 배열 순서를 평가하였으며, 전자 배치 요소는 옥텟 규칙의 만족 여부와 내부 전자껍질의 전자 수를 평가하였다. 전자 이동 또는 공유 요소는 화학 결합의 종류에 따라 달리 채점하였는데, 이온 결합 화합물의 경우에는 금속 원자에서 비금속 원자로의 전자 이동, 이온 전하, 전기적 중성의 만족을 평가하였고 공유 결합 화합물에 대해서는 전자껍질의 겹침과 공유 전자 수를 평가하였다.

증강현실을 활용한 소집단 학습에서 마커와 스마트 기기 수를 달리한 학습 환경에 따른 소집단 학습 효과를 비교하고, 수업 처치와 학습자의 자기조절 수준 사이의 상호작용 효과를 조사하기 위하여 2×3 요인 방안에 의한 이원 변량 분석(two-way ANOVA)를 실시하였다. 변량 분석을 위한 기본 가정을 고려하기 위해 각 변인에 대해 정상성과 동변량성을 점검하였다. 증강현실 학습 환경을 독립변인, 자기조절 수준을 구획 변인으로 하고 학생들의 개념 이해, 몰입, 상황 흥미를 종속 변인으로 사용하였다. 분산 분석 결과 학습 환경 사이에 유의미한 차이가 나타난 경우에는 LSD(Least Significant Difference)를 이용하여 사후 검정을 실시하였다. 이와 더불어 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 자기조절 수준에 따른 학습 환경별 개념 이해, 몰입, 상황 흥미의 차이를 분석하기 위해 이원 분산 내재 설계(two-way nested design)에 따른 통계적 검증을 실시하였다. 내재 설계는 자기조절 수준과 종속 변인 사이에 상호작용은 고려하지 않고 상위 또는 하위 수준에서 세 가지 학습 환경을 비교하는 통계적 방법이다.³⁷ 모든 통계 분석에는 SPSS statistics 25 프로그램을 사용하였다.

증강현실을 활용한 소집단 학습에서 학습 환경에 따른 개념 이해도 검사의 평균과 표준 편차를 Table 2에, 이원 변량 분석 결과를 Table 3에 제시하였다. 분석 결과, 4-4 학습 환경의 평균 점수(61.13)가 1-1 학습 환경(42.21) 및 2-2 학습 환경(45.74)의 평균 점수보다 높았으며, 이원 변량 분석 결과 이 차이는 유의미한 것으로 나타났다(p=.021). 따라서 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 마커 세트 및 스마트 기기 수를 달리한 학습 환경은 학생들의 개념 이해에 영향을 준다고 할 수 있다. 사후 검정(LSD) 결과, 4-4 학습 환경의 점수가 1-1 학습 환경(p=.01) 및 2-2 학습 환경(p=.04)의 점수에 비해 유의미하게 높았다. 즉, 모든 학생이 각자 마커 세트와 스마트 기기를 가지고 참여하는 학습 환경이 마커 세트와 스마트 기기를 각각 1개씩 또는 2개씩 제공하고 함께 사용하도록 한 환경에 비해 화학 개념 학습에 효과적인 것으로 나타났다.

이 연구에서는 탐색성과 조작성이 포함된 증강현실을 사용하였기 때문에 학생들은 원자 마커의 종류나 개수를 변화시켜 다양한 결합 모형을 관찰하는 탐색 활동과 화면 상의 가상 객체를 확대하는 등의 조작 활동을 수행할 수 있다. 이때, 4-4 학습 환경은 모둠 내 모든 학생들이 직접 탐색 및 조작 활동을 수행할 수 있지만, 1-1 또는 2-2 학습환경은 증강현실을 협력적으로 활용해야 한다. 이를 고려할 때, 이상의 결과는 1-1 또는 2-2 학습 환경에서 증강현실을 협력적으로 사용하면서 상호작용을 촉진할 수 있다는 장점보다는 협력적 활동 과정에서의 단점이 부각되었음을 시사한다. 즉, 4-4 학습 환경에서는 학생들이 자신의 수준과 요구에 맞게 증강현실을 사용하면서 자신이 관찰한 가상 객체나 탐구 방법에 대해 능동적으로 토의에 참여할 수 있지만, 1-1이나 2-2 학습 환경의 경우 개인의 역할에 따라 다른 학생이 만든 가상 객체를 관찰하는 등의 수동적인 학습이 이루어졌을 가능성이 있다. 또한, 증강현실을 협력적으로 사용하는 과정에서는 모둠원과의 갈등이나 특정 학생이 증강현실 사용의 주도권을 가지는 등의 문제가 발생할 수도 있다.¹⁸ 따라서 탐색성과 조작성이 포함된 증강현실 콘텐츠를 활용한 소집단 학습에서 학생의 개념 이해를 돕기 위해서는 모둠의 모든 학생이 개별적으로 마커와 스마트 기기를 가지고 소집단 학습에 참여할 수 있는 학습 환경을 조성할 필요가 있다.

다음으로 자기조절 수준에 따른 개념 이해도를 분석한 결과, 주 효과에서는 통계적으로 유의미한 차이(p=.000)가 나타났지만, 학습 환경과 자기조절 수준 사이의 상호작용은 유의미하지 않았다. 이는 학습 환경과 무관하게 자기조절 수준이 높은 학생은 낮은 학생에 비해 개념 이해도가 유의미하게 높았음을 의미한다. 또한 자기조절 수준에 따른 학습 환경별 개념 이해도의 차이를 살펴보면, 자기조절 수준이 높은 학생들에 대해서는 학습 환경에 따른 점수 차이가 유의미하지 않았으나(MS=637.06, F=.77. p=.464), 자기조절 수준이 낮은 학생들의 경우 학습 환경에 따른 개념 이해도의 차이가 통계적으로 유의미하였다(MS=3726.18, F=4.53. p=.013). 이때 1-1 학습 환경(25.26)과 2-2 학습 환경(29.14)인 학생들의 개념 이해도 평균 점수보다 4-4 학습 환경(52.47)의 학생들은 평균 점수가 20점 이상 높았다.

학습에 대한 자기조절 수준이 높은 학생들은 학습에 대한 목표 설정 및 적극적 참여와 함께 반성적 평가를 수행하는 경향이 있을 뿐만 아니라,³⁸ 소집단 학습에서 의견공유 등과 같은 사회적 상호작용에 대한 조절 능력도 우수한 것으로 보고되고 있다.²² 이러한 맥락에서 증강현실을 사용한 소집단 학습 환경에서 자기조절 수준이 높은 학생들은 학습 환경과 무관하게 수업에 적극적으로 참여하고 모둠원들 사이의 충분한 상호작용을 수행함으로써, 자기조절 수준이 낮은 학생들보다 높은 수준의 개념 이해에 도달하였을 뿐 아니라 학습 환경의 변화에 따른 차이도 나타나지 않은 것으로 판단된다. 반면, 자기조절 수준이 낮은 학생들은 상대적으로 직접 증강현실을 조작 및 탐색하는 기회가 더 많이 제공된 4-4 학습 환경에서 더욱 학습에 적극적으로 참여하게 됨으로써 학습 환경에 따른 차이가 나타난 것으로 해석된다.

증강현실을 활용한 소집단 학습에서 학습 환경에 따른 몰입감에 대한 평균과 표준 편차를 Table 4에 제시하였다. 이에 대한 이원 변량 분석 결과(Table 5), 학습 환경에 따라 학생이 느끼는 몰입감에 유의미한 차이가 있었으며(p=.004), LSD를 이용한 사후 검정 결과 1-1 학습 환경과 4-4 학습환경의 학생들 사이에 유의미한 차이가 나타났다(p=.001). 즉, 이 연구에서 마커 및 스마트 기기의 수를 달리하여 제시한 소집단 학습 환경은 학생들의 몰입감에 영향을 주었으며, 4-4 학습 환경과 같이 마커와 스마트 기기를 학생들이 개별적으로 사용한 집단은 1-1 학습 환경과 같이 마커와 스마트 기기를 1개씩을 공유하여 사용한 집단에 비해 증강현실을 활용한 소집단 학습을 보다 몰입하여 수행한 것으로 볼 수 있다.

증강현실에서의 몰입은 가상 객체를 관찰하는 감각적 경험 및 인터페이스상의 조작이나 탐색 가능성, 동료들과 의 상호작용 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.^39,40 이를 고려하면, 1-1 학습 환경의 학생들은 주로 화학 결합 모형을 관찰하는 과정과 동료들과의 상호작용을 통하여 몰입감을 느낄 수 있으나, 4-4 학습 환경의 학생들은 상대적으로 이러한 상호작용보다는 증강현실을 조작 및 탐색하는 경험을 통하여 몰입감을 느낄 수 있다. 이때 4-4 학습 환경의 학생들이 더 높은 몰입감을 느낀 것으로 나타난 결과는 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 증강현실을 조작 및 탐색하는 활동이 학생들의 몰입에 더욱 큰 영향을 주는 것으로 해석할 수 있다. 또한, 스마트 기기를 사용한 소집단 학습 환경에서는 학습 자원이나 방법에서 학습자의 선택권이 높아지면 학생들이 학습에 보다 쉽게 참여할 수 있게 된다.⁴¹ 이를 고려하면 학생들이 자신의 요구와 이해수준에 따라 마커나 스마트 기기를 자유롭게 사용하면서 수업에 참여할 수 있는 4-4 학습 환경에서 학생들이 더욱 적극적으로 수업에 참여하며 더욱 몰입하였을 가능성도 있다. 따라서 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 학생들이 학습에 보다 몰입할 수 있도록 하기 위해서는 모둠원들이 각자 증강현실을 다루면서 토의에 참여하는 학습 환경을 조성해야 할 것이다.

다음으로 자기조절 수준에 따른 몰입감을 분석한 결과 통계적으로 유의미한 차이(p=.003)가 있었으며, 학습 환경과 자기조절 수준 사이의 상호작용 효과는 유의미하지 않았다. 이는 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 자기조절 수준이 높은 학생은 낮은 학생에 비해 더욱 높은 몰입감을 느꼈다는 것을 의미한다. 또한 자기조절 수준에 따른 학습 환경별 몰입감의 차이를 비교한 결과, 상위 학생들에서는 학습 환경에 따른 몰입감에 유의미한 차이(MS=1.06, F=3.46, p=.036)가 있었고, 이때 1-1 학습 환경에서의 몰입감의 평균 점수(3.43)는 4-4 학습 환경(3.98)에 비해 낮았다. 그러나 하위 학생들에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다(MS=0.79, F=2.59, p=.081). 즉, 학습에 대한 자기조절 수준이 낮은 학생은 마커나 스마트 기기 수가 달라져도 몰입에 영향을 받지 않지만, 자기조절 수준이 높은 학생은 마커나 스마트 기기 수와 같은 학습 환경에 큰 영향을 받은 것으로 나타났다.

자기조절 수준이 높은 학생들은 능동적인 학습 참여를 지향하는 경향이 있으므로,²¹ 마커와 기기를 함께 사용함으로써 협력적 활동을 촉진하는 1-1 학습 환경보다는 직접적으로 증강현실을 사용함으로써 학습 참여를 가능케하는 4-4 학습 환경이 몰입에 더 큰 영향을 주었다고 해석할 수 있다. 즉, 자기조절 수준이 높은 학생들이 마커와 스마트 기기를 1개씩 제공한 학습 환경에 놓인다면 이를 모둠원들과 함께 사용해야 하므로 능동적 참여가 어려워 학습에 몰입하는 데 어려움을 겪었을 가능성이 있다. 반면, 자기조절 수준이 낮은 학생들은 마커나 스마트 기기를 자신의 수준과 요구에 맞게 사용할 수 있는 4-4 학습 환경에서도 자기조절 수준이 높은 학생에 비해 몰입감의 증가폭이 낮았다고 할 수 있다. 따라서 이러한 결과가 나타난 것에 대한 원인을 분석하고, 자기조절 수준이 낮은 학생들의 몰입을 촉진할 수 있는 방안을 탐색할 필요성이 있을 것이다.

증강현실을 활용한 소집단 학습에서 학습 환경에 따른 상황 흥미에 대한 평균과 표준 편차를 Table 6에 제시하였고, 이에 대한 이원 변량 분석 결과를 Table 7에 제시하였다. 분석 결과, 몰입감과 유사하게 상황 흥미에서도 1-1 학습 환경에서 2-2, 4-4 학습 환경으로 갈수록 학생들의 상황 흥미가 점점 증가하는 경향이 있었다. 또한 학습 환경에 따라 학생이 느끼는 상황 흥미는 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=.000). 사후 검정(LSD) 결과, 4-4 학습 환경의 상황 흥미가 1-1 학습 환경에 비해 유의미하게 높았으며(p=.000), 2-2 학습 환경의 상황 흥미는 1-1 학습환경과 유의미한 차이가 있었다(p=.006). 즉, 증강현실을 사용한 소집단 학습에서 모둠 내 모든 학생이 각자 마커와 스마트 기기를 사용할 수 있는 4-4 학습 환경은 모둠에 마커와 스마트 기기를 1개만 제공하는 1-1 학습 환경보다 상황 흥미가 높았고, 모둠에 마커와 스마트 기기 2개를 제공하는 2-2 학습 환경 또한 1-1 학습 환경보다 상황 흥미가 높았다.

4-4 학습 환경이나 2-2 학습 환경의 학생들은 1-1 학습 환경의 학생들보다 증강현실을 조작하고 가상 객체를 관찰하는 기회가 상대적으로 더 많이 제공되었다. 따라서 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 학생이 더 높은 상황 흥미를 느끼도록 하기 위해서는 학생들이 실제로 증강현실을 조작 및 탐색할 기회를 높이는 학습 환경을 제공해야 할 것이다. 또한 이상의 결과는 증강현실을 이용한 과학 수업에서 학생들이 느끼는 흥미가 증강현실이 제공하는 다감각적 참여나 가상 객체에 대한 체험 활동 등에 주로 기인한다는 선행 연구⁴²의 결과와 부합한다.

학습에 대한 자기조절 수준에 따른 상황 흥미는 통계적으로 유의미한 차이가 있었으며(p=.008), 학습 환경과 자기조절 수준 사이의 상호작용 효과는 유의미하지 않았다. 이는 증강현실을 활용한 소집단 학습에서 자기조절 수준이 높은 학생은 낮은 학생에 비해 높은 상황 흥미를 느꼈음을 의미한다. 또한 이상의 결과는 자기조절 수준이 높은 학생은 학습 동기가 높고 학습 내용에 대한 흥미와 관심이 많으나, 낮은 학생들은 반대의 경향이 있는 것으로 보고한 선행 연구의 결과²¹와 부합한다. 자기조절 수준에 따른 학습 환경별 상황 흥미의 차이를 비교한 결과, 상위 학생(MS=1.38, F=5.16, p=.008)과 하위 학생(MS=1.01, F=3.78, p=.026) 모두 학습 환경에 따른 유의미한 차이가 있었다. 즉, 자기조절 수준이 높거나 낮은 학생 모두 각 소집단에 제공된 마커와 스마트 기기의 수가 증가할수록 더 높은 상황 흥미를 느끼는 것으로 나타났다. 따라서 증강현실을 활용한 교수·학습을 설계할 때 가능한 소집단 내의 모든 학생이 증강현실을 사용하도록 접근성을 증대시키는 것이 바람직할 것이다.