지도학습은 초·중등 지리교육과정에서 위치 확인과 지표 현상의 이해를 위한 도구로 활용되는 지도를 이해하고 활용하는 기능학습으로서 중요한 위치를 차지 하고 있다. 지도 학습은 방위학습, 기호학습, 위치학습, 축척학습 그리고 등고선 학습으로 구성된다(조성욱, 2011). 이 중에서 학습자들이 특히 어려움을 느끼고 있는 영역은 축척학습과 등고선학습 영역이다. 축척학습은 다양한 형태로 표현되는 축척 개념과 표현 방법의 이해와 함께 거리와 면적을 계산하는 수학적 계산 능력이 요구되어 어려움을 느끼고 있으며, 등고선 학습은 지형의 기복을 약속된 규칙에 의해서 2차원의 지도 형태로 표현하고 이것을 다시 해석하는 학습영역 이기 때문에, 단순히 이해 수준에 머물지 않고 학습자의 공간능력을 요구하는 영역이다.

공간은 원래 3차원으로 이루어져 있다. 그러나 지리 수업의 자료로 변환되는 과정에서 2차원의 지도형태로 바뀌게 되고, 학습자는 이러한 2차원의 학습 자료를 다시 3차원의 공간으로 변환하여 느끼는 과정을 거쳐야 한다(송언근·이동민, 2014, 81). 따라서 등고선 학습을 위해서는 2차원 형태의 지도를 정신적(mental) 작용을 통하여 3차원으로 환원할 수 있는 능력이 요구되며, 특히 처음 또는 저학년의 등고선 학습에서는 이러한 공간능력을 자극할 수 있는 적절한 학습 과정과 도구가 필요하다. 이러한 필요에 의해서 그동안 지리 수업에 서는 등고선의 개념을 이해시키기 위하여 감자 등과 같이 주변에서 쉽게 활용할 수 있는 재료를 이용하는 방법, 이미 제작되어진 모형을 이용하는 방법, 종이 찰흙 등으로 입체화의 개념을 이해하는 방법, 등고선별로 쌓아보는 방법 등의 다양한 방법을 활용하여 학생들의 공간능력을 일깨울 수 있는 노력들을 해 왔다. 그러나 각각의 방법은 장단점이 있는데, 먼저 가장 정확하게 등고선의 시각적 이해를 돕는 방법이라고 할 수 있는 누적식 방법(등고선별로 잘라서 아래 고도에서 높은 고도 순으로 붙이는 방법)은 시간과 재료가 많이 들어 수업 시간을 활용하여 작성하기에는 어려운 문제점이 있고, 모형 조립이나 키트 이용 방법은 개념의 이해에는 우수한 측면이 있으나 학생들이 직접 작업에 참여하지 못하는 한계점과 자신이 원하는 지역을 자유롭게 선택 하지 못하는 한계점이 있다.

본 연구에서는 이러한 기존 방법들의 한계점을 고려 하여, 자신이 원하는 지역의 지형도를 입체화하는 과정을 통하여 등고선의 변화를 가장 잘 이해할 수 있고, 학습자가 개인 또는 협동 학습을 통하여 직접 작업에 참여할 수 있으며, 시간과 비용 그리고 재료 소모를 최소화할 수 있고, 현실적으로 1~2시간의 수업시간 중에 작성이 가능한 새로운 방법을 제안하고자 한다.

등고선 학습은 단순히 해발고도와 기복 등의 지도 읽기 학습에 머물지 않고, 실제 공간 현상을 약속된 규칙에 의해서 평면 형태로 표현한 지도의 형식을 이해하고, 이를 활용하여 다시 3차원의 입체지형으로 환원하여 이해하는 영역이다. 따라서 단순히 지도읽기라는 교육적 목표를 넘어서, 이미 인간의 뇌에 잠재해 있는 여러 가지 지능 중에서 공간지능 특히 공간능력을 일깨우는 역할을 한다는 측면에서 중요한 교육적 의미를 지닌다.

공간능력(spatial ability)은 시각적인 대상을 심적인 표상(mental representation)으로 만들어 공간적으로 조작하고, 사고(thinking)에 활용하는 능력으로, 가드너가 주장한 공간지능이 작용하여 나타나는 형태로 볼 수 있다. Albert and Golledge(1999)는 공간능력은 기억, 조작, 공간적 자극의 재인(recognition)을 포함하며, 공간적 시각화(spatial visualization)와 공간적 오리엔테이션(spatial orientation) 그리고 공간적 관계(spatial relationship)로 구성된다고 하고 있다. 이중에서 ‘공간적 시각화’는 정신적으로 2차원 혹은 3차원의 공간적 형상을 조작하고 변환하는 능력을 말하며, ‘공간적 오리엔테이션’은 시각적 자극이 다른 각도에서 어떻게 보일지를 상상하는 능력이다. 그리고 ‘공간적 관계’는 개별 자극들 사이의 패턴, 모양, 배치, 위계, 연합을 분석하는 능력이다(김민성, 2007, 235).

공간능력을 측정하는 검사에서는 공간능력의 평가 영역을 공간관계(spatial relations)의 이해 능력, 시각화(visualization) 능력, 시각기억(visual memory) 능력, 종결속도(closure speed) 능력, 근운동감각(kinesthetic) 능력 등으로 하고 있으며(오영·이준, 2004), 현재 의학 및 치의학 전문대학원 입학시험 그리고 기업의 입사시 험의 측정 영역으로 설정되어 있다.

가드너(Gardner, 1983)는 기존의 지능에 대한 개념을 비판하고 다중지능(multiple intelligences)을 주장 하면서 인간이 가지고 있는 7가지 지능(음악지능, 신체 운동지능, 논리수학지능, 언어지능, 대인관계지능, 자성 지능, 공간지능)의 하나로 공간지능(spatial intelligence) 을 제시하고 있다. 가드너는 인간의 공간능력을 시각 적인 세상을 정확하게 인지하는 능력, 최초의 인식을 변형할 수 있는 능력, 비록 물리적인 자극이 없더라도 시각적 경험을 재창조할 수 있는 능력으로 정의하고 있다(조성욱, 2005, 216). 특히 가드너는 공간지능의 핵심능력은 3차원의 영상을 구성하고 그렇게 표현된 것을 이동시키고 회전시키는 능력과 관계가 있다고 하고 있다. 이것은 바로 지형도의 입체화 작업과 이해가 공간 지능의 활성화와 깊은 관계가 있음을 보여주는 것이다.

등고선 학습은 원래 다차원의 세계(현실세계)를 지형의 기복을 등고선으로 표현한 지도라는 2차원적인 도구로 전환한 것을, 다시 3차원으로 복원하여 이해하는 과정을 통해서 이루어진다. 이러한 과정은 정신적으로 이루어지지만, 처음에는 스스로의 작업과 그에 따른 결과물을 통하여 이해하는 과정을 거침으로서 보다 쉽게 사고의 전환이 이루어질 수 있다. 이러한 과정이 설명에 의해 이루어질 경우 이해가 어렵고, 이해 정도를 명확하게 하기 어렵기 때문에 학습자에 의해서 2차 원의 지도를 3차원으로 전환하는 과정을 직접 경험하게 하여 학습자의 공간능력을 자극해 줄 수 있어야 한다. 이러한 구체적인 과정을 통하여 학습자는 2차원의 세계를 3차원의 세계로 전환할 수 있는 능력을 키울 수 있으며, 이러한 능력의 개발을 통하여 기호로 표현된 도구의 공간적 시각화가 가능하며, 시각화된 공간의 오리엔테이션(방향전환)과 공간적 관계 파악이 가능하여 기존에 잠재해 있던 공간능력(또는 공간지능)을 활성화 시킬 수 있는 계기를 마련하게 될 것이다. 결국 등고선 학습을 통하여 2차원의 세계를 3차원의 세계로 인식하는 과정은 단순히 등고선의 이해에 머물지 않고, 학습자에게 잠재해 있는 능력 중의 하나인 공간지능을 자극하고 발현할 기회를 부여한다는 측면에서 중요한 교육적 의미를 지닌다.

또한 실제 세계를 2차원의 지도로 표현된 것을 다시 3차원으로 복원하는 과정을 거치는 과정상의 특징은 교수학적 변환(didactic transposition) 과정과 유사하다(Brousseau, 1997, 21). 즉, 현실 세계를 일반화하는 과정에서 나타나는 탈 개인화, 탈 배경화, 탈 시간 화의 작용이 현실 세계 또는 공간을 지도로 표현하는 과정에서 나타나고 있으며, 교사에 의해서 가(pseudo) 개인화, 가 배경화, 가 시간화의 과정을 거쳐 학생들에게 제시되는 과정은 2차원으로 표현된 지도를 다시 3차원으로 입체적으로 이해하게 되는 과정과 유사하다(조성욱, 2009, 215). 즉, 학습자는 입체지형의 작성과정을 통하여 탈 입체화된 형태로 표현된 지도를 대상으로, 가 입체화하는 과정을 통하여 등고선으로 표현된 고도표현을 입체적으로 경험하게 된다(그림 1). 학습자는 가 입체화의 과정과 그에 따른 현상을 경험하는 과정을 통하여, 지리교재로 많이 등장하는 2차원 형태의 지형 도를 읽고 해석하는 능력을 키울 수 있게 될 것이다.

교육과정상에서 등고선 학습이 이루어지는 시기는 초등학교 3-4학년, 중학교 1학년 그리고 고등학교 1학년 시기의 지도학습이다(교육과학부, 2011). 이 시기에 이루어지는 등고선 학습은 등고선의 간격 이해를 바탕으로, 경사도, 기복변화의 이해를 중심으로 한다. 그러나 가장 어려운 점은 2차원의 지도 형식으로 표현된 지형을 다시 실제 모습과 같은 3차원으로 정신적으로 상상할 수 있는 능력을 육성하는 문제이다. 먼저 이러한 수업 목표를 달성하기 위하여 그동안 활용되었던 다양한 방법들의 장단점을 살펴본다.

그동안 등고선 학습에서 도입되었던 다양한 학습 방법들을 분류해 보면, 학생들이 직접 참여해서 작성하는 과정을 통하여 개념을 이해하는 방법과 이미 제작된 모형을 통하여 개념을 이해하는 방법으로 나누어 볼 수 있다.

먼저 학생들이 직접 참여하는 방법은 다시 4가지 종류로 분류할 수 있다.

첫째, 그동안 가장 전통적으로 사용해 왔던 방법으로 판재를 등고선에 따라 잘라 쌓아 올리면서 붙이는 방법(일명 누적식 방법)이 있다. 이 누적식 방법은 등고선의 높이별로 판을 제작하여 낮은 고도부터 높은 고도로 누적하여 쌓아 올리는 방법이다. 이 방법은 고도가 올라가는 작업을 통하여 고도의 상승을 직접 느낄 수 있다는 점에서 장점이 있으나, 고도별로 판을 일일이 제작해야 하기 때문에 많은 판지가 필요하고, 많은 시간과 노력 그리고 작업공간이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 등고선의 변화를 이해하기 쉽다는 장점에도 불구하고, 짧은 수업시간을 활용하여 제작하기에는 어렵다는 한계가 있다.

둘째, 정확도는 떨어지지만 개념을 이해하는 데에 초점을 두는 방법으로, 종이 찰흙이나 점토 등으로 형상을 구현하는 방법이 있다(심예석·김옥희, 2004; 오승훈, 2010). 그러나 이 방법은 간단한 작업을 통하여 3차원으로의 전환 개념을 이해할 수 있는 장점이 있는 반면, 정확성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 수치가공 기계로 3차원의 모형을 가공하는 방법 역시 개념 이해 에는 도움이 되나 장비 접근에 한계점이 있다. 그리고 감자 등과 같이 생활 주변에서 활용 가능한 재료를 이용하여 등고선의 개념을 이해시키는 방법은 편리성은 있지만 정확성이 떨어지는 단점이 있다.

셋째, 지형도와 모눈종이를 이용하여 지형 단면도를 작성하여 간접적으로 이해하는 방법이다. 이 방법은 간단하게 수업에 활용할 수 있고 비율 조정을 통하여 다양한 모습으로 기복을 이해하게 하는 장점이 있으나, 결과물이 입체적인 형태로 생산되지 못하는 단점이 있어서 저학년 적용에는 어려움이 있다.

넷째, GIS 프로그램 등 컴퓨터를 활용하여 3차원화 하는 방법이 있다(김미혜, 2007; 김동언, 2010; 조현식, 2010).

위와 같이 학생들의 직접 작업을 통하여 입체화를 경험하는 방법 이외에도 기존에 개발된 조립 키트를 활용하여 등고선의 입체화를 경험하고 개념을 이해하게 하는 방법이 있다. 이러한 방법은 직접 제작해 보는 과정이 생략되는 점과 원하는 지역을 도입하기 어렵다는 한계점이 있지만, 준비된 키트를 연속적이며 장기적으로 사용할 수 있다는 점에서 경제적 측면에서 장점이 있다. 특히 최근에는 입체형과 평면형으로 전환이 가능한 입체 세트(전상성, 2004; 오환균, 2007), 칠판 부착식 세트(조용식, 2009), 독도 지형 모형 조립 키트(유상철, 2010) 등의 특허등록 제품들이 소개되고 있다. 이러한 방법들은 학생들이 등고선의 개념을 이해 하고, 도구를 지속적으로 활용할 수 있는 장점이 있는 반면, 학생들이 직접 제작과정에 참여하거나 원하는 지역을 선정할 수 없다는 한계가 있다.

이상과 같이 지금까지 시도되어 왔던 많은 방법들은 등고선의 변환 개념을 이해시키는데 의미가 있으나 각각 장단점을 가지고 있다. 가장 이상적인 방법은 학생 들이 직접 제작에 참여하여 입체화(3차원화) 하는 과정을 직접 경험할 수 있고, 가능하면 1~2시간의 수업 시간 내에 이러한 과정의 경험이 가능하며, 실제 등고선을 정확하게 표현할 수 있으며, 비용이나 재료 및 도구가 많이 요구되지 않는 경제적인 방법이 필요하다.

이러한 필요에 적합한 방법으로 지형도 2장과 판지 2장만으로 입체지형을 제작할 수 있는 방법을 제안한다. 이 새로운 방법은 가장 일반적인 방법인 누적식 방법과 여러 가지 측면에서 공통점이 있지만, 누적식 방법에 비해서 준비물(판지의 수량)이 적고, 과정이 단순 하며, 많은 작업공간과 작업시간이 필요하지 않으며(붙이는 작업의 단순화), 1~2 시간 정도의 수업시간을 활용하여 입체지형을 만드는 과정의 경험과 결과물을 얻을 수 있는 점에서 장점이 있다.

본 연구에서 제안하는 새로운 입체지형 제작방법은 2개의 지형도를 교차하면서 붙이는 방법으로 진행하기 때문에 ‘교차식 방법’이라고 명명한다. 먼저 본 연구에서 제안하는 새로운 방법인 교차식 방법에 의해서 입체지형을 제작하기 위해서는, 해당지역 지형도 2장, 판재(켄트지 또는 합성수지판) 2장, 양면테이프, 절단도 구(레이저 절단기, 목형 칼 등) 등이 필요하다.

제작 과정은 다음과 같이 6단계로 구분할 수 있다(표 1).

그동안 등고선 학습에서 활용되었던 다양한 방법 중에서 학습자가 원하는 지역을 선정할 수 있고, 학습자가 직접 제작에 참여할 수 있으며, 비교적 정확성이 높은 방법은 등고선별로 판재를 잘라서 쌓아올리는 방법인 누적식 방법이었다. 여기에서는 이러한 장점을 지닌 누적식 방법과 새롭게 제안한 교차식 방법을 비교 하면서 교차식 방법의 특징을 살펴본다(표 2).

먼저 제작과정에서 누적식 방법은 낮은 고도부터 점차 높은 고도로 작업을 진행하는데 비해서, 교차식 방법은 높은 고도에서 거꾸로 낮은 고도로 작업이 진행 되는 과정상의 차이가 있다. 그리고 누적식 방법은 완성되었을 때 판지의 색(일반적으로 흰색)으로 표현되는데 비해서, 교차식 방법은 해당고도의 지형도가 그대로 붙어서 나타나기 때문에 고도에 따른 색과 지명 등이 표현되어 시각적으로 더 우수하다. 즉, 누적식으로 완성했을 경우 판재색으로 표현되지만, 교차식은 처음에 붙였던 지형도가 표현되기 때문에 해당 지역의 이해에 시각적으로 훨씬 유용하다.

둘째, 누적식 방법은 피라미드 쌓아올리듯이 각 고도를 완전히 충전하면서 쌓아올리기 때문에 판지가 많이 필요하지만, 교차식 방법은 단 2장의 지형도와 2장의 판지로 쌓아올리는 방식이기 때문에 소모되는 판지가 적다. 그 대신 완성본의 뒷면에 빈공간이 형성되며, 폐기물이 거의 없고, 작업과정 또한 단순하여 시간이 절약되며, 넓은 작업공간을 요구하지 않는다.

셋째, 누적식 방법의 장점은 낮은 고도부터 붙이기 때문에 해발고도의 상승을 느낄 수 있다는 장점이 있는 반면, 등고선에 따라 본뜨고, 자르고, 붙이고 하는 작업이 이루어져야 하기 때문에 작업과정이 복잡하고 넓은 공간과 많은 판재가 필요하다. 또한 작업과정 상 많은 시간이 필요하여 1~2시간의 수업시간 내에는 완성할 수 없다는 단점이 있다. 이에 비하여 교차식 방법은 단 2장씩의 판지와 지형도로 가능하며, 등고선을 따라 자르기 때문에 본뜨는 과정이 필요없고, 양면테이프를 사용하기 때문에 붙이는 과정이 쉬운 점 등으로 작업과정이 단순하며, 누적식 작업에 비해서 공간적 제약이 적으며, 시간이 적게 소요되는 장점이 있다. 또한 해당 지형도 위에 붙이기 때문에 등고선의 정확한 위치에 붙일 수 있다는 장점이 있다.

이상과 같이 새로운 방법인 교차식 방법은 학습자가 원하는 지역을 선정할 수 있다는 측면, 2차원의 지형도를 바탕으로 3차원의 입체지형을 제작하는 전 과정에 직접 참여할 수 있다는 측면에서 기존의 키트 제품에 비하여 장점이 있으며, 정확성에서는 감자나 종이찰흙 등을 활용하는 방법보다 우수하다. 그리고 재료와 시간의 소비가 적다는 측면에서 기존의 누적식 방법보다도 우수하다. 특히, 누적식 방법이 입체화하는 방법으로 많은 장점을 가졌음에도 불구하고 넓은 작업 공간과 많은 시간이 필요한 단점을 극복하고, 1~2시간의 수업 시간 내에 완성이 가능하기 때문에 지도학습 수업에서의 활용 가능성이 높다는 점에서 가장 큰 의미를 갖는다고 할 수 있다.

또한 커팅작업이 완성된 상태에서 수업이 이루어진 다면 무리없이 1시간 내에 완성이 가능하다. 그리고 대표적인 지형을 사례로 커팅 상태의 제품을 상품화할 수도 있을 것이며, 제작과정과 필요한 재료가 단순하기 때문에 제작비용은 기존 키트 제품에 비하여 훨씬 저렴하게 제작이 가능할 것이다. 그러나 이러한 제품화는 학생들이 원하는 지역을 선택할 수 없는 단점이 있기 때문에, 같은 도폭에 위치하는 학교의 연합으로 일정 수량을 확보하여 주문 제작하는 방법도 고려할 수 있다.

지도학습은 초·중등 지리교육과정에서 지표 현상의 이해를 위한 도구로서, 지도를 이해하고 활용하는 기능학습으로서 중요한 위치를 차지하고 있다. 지도학습은 방위학습, 기호학습, 위치학습, 축척학습 그리고 등고선 학습으로 구성된다. 이 중 등고선 학습은 지형의 기복을 약속된 규칙에 의해서 2차원의 지도로 표현하고, 이것을 다시 입체화하여 해석하는 학습영역이기 때문에 이해를 넘어 학습자의 공간능력을 요구한다.

등고선 학습은 다차원의 세계를 지도라는 2차원적인 도구로 전환한 것을 다시 3차원으로 복원하면서 이루어진다. 이러한 과정은 설명만으로는 이해가 어렵다. 따라서 학습자의 직접 작업에 의해서 2차원의 지도를 3차원으로 전환하는 과정을 실제 작업을 통해서 이해하고, 이러한 작업 과정에서 학습자의 공간능력을 자극해 줄 필요가 있다. 또한 이러한 과정을 통하여 학습 자는 2차원의 세계를 3차원의 세계로 전환할 수 있는 능력을 키울 수 있으며, 이러한 능력의 계발을 통하여 기호로 표현된 도구의 공간적 시각화가 가능하고, 시각화된 공간의 오리엔테이션(방향전환)과 공간적 관계 파악이 가능하여, 기존에 잠재해 있던 공간 능력을 활성화 시킬 수 있는 계기를 마련할 수 있다. 결국 등고선 학습을 통하여 2차원의 세계를 3차원의 세계로 인식하는 과정은 단순히 등고선의 이해에 머물지 않고, 학습자의 공간지능을 자극한다는 측면에서 중요한 교육적 의미를 지닌다. 또한 실제 세계를 지도로 표현하고, 지도로 표현된 것을 다시 입체화하는 작업과정은 교수학적 변환과정과도 일치하는 측면이 있다.

그동안 2차원의 지도에 표현된 등고선을 3차원적으로 이해시키기 위하여 다양한 방법들이 활용되어 왔다. 그러나 기존의 방법들은 각각 장단점을 지니고 있다. 학생들이 직접 제작에 참여할 수 있고, 가능하면 1~2 시간의 수업 시간 내에 제작이 가능하며, 정확도가 높으며, 비용이나 재료 및 도구가 많이 필요하지 않는 입체지형 작성의 체험 및 제작 방법이 필요했다. 본 연구에서는 기존 방법 중에서 특히 누적식 방법의 장점을 살리고 많은 시간과 공간 그리고 재료가 필요한 단점을 보완할 수 있는 새로운 입체 지형 제작 방법인 교차식 방법을 제안하였다.

본 연구에서 제안한 교차식 방법은 지형도 2장과 2 장의 판지를 이용한 입체지형 제작 방법이다. 한쪽 판은 홀수 등고선만 자르고, 또 다른 한쪽 판은 짝수 등고선만 잘라서 상호 교차하여 붙이는 방법이다. 이 방법은 등고선을 정확하게 표현할 수 있으며, 작업과정이 비교적 단순하여 간단한 설명만으로도 바로 작업에 임할 수 있고, 재료가 적게 들고, 본뜨고 붙이는 작업 과정을 개선하여 소요시간이 적게 들기 때문에 1~2시간의 모둠별 수업 운영에 적합하다고 생각된다.

새롭게 제안한 교차식 입체지형 제작 방법은 지금까지 시도되었던 다양한 방법들의 단점을 보완한 방법이다. 물론 앞으로도 본질적인 측면을 유지하면서 더 많은 단순화 작업이 필요하다. 그러나 이 방법이 교실 현장에서 많이 활용되어, 어렵고 번거롭게 느껴졌던 입체지형 제작을 쉽게 경험할 수 있게 하고, 이러한 과정을 통하여 학생들의 공간능력 향상과 공간지능 발현에 도움이 되었으면 한다.