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교육·학습을 위한 AI 활용
생성형 AI로 개발한 ‘전지적 지구 시점’을 활용해 지구의 운동과 달의 변화를 탐구하는 초등 과학 수업
전문 천문 관측 도구를 초등학생의 눈높이에 맞게 재설계하고, 생성형 AI와 함께 우주와 지상에서 본 천문 현상을 실시간으로 연결한 웹 기반 과학 탐구 도구를 개발·확산한 사례입니다.
🤖 활용 AI 도구
Claude(Fable 5), ChatGPT
① 어떤 상황에서 AI를 활용했나요?
초등 과학에서는 6학년 1학기 ‘지구의 운동’ 단원에서 지구의 자전과 공전, 낮과 밤, 태양과 별의 겉보기 운동, 계절별 별자리 변화를 학습합니다. 또한 4학년 2학기 ‘밤하늘 관찰’ 단원에서는 달과 별자리의 위치와 모양을 직접 관찰해야 합니다.
그러나 교과서의 정지된 그림만으로는 우주에서 실제로 움직이는 지구와, 지상 관측자에게 보이는 태양·별·달의 변화를 연결해서 이해하기 어렵습니다. 스텔라리움으로 대표되는 전문 천문 관측 프로그램은 정확하고 기능도 풍부하지만, 초등학생에게는 정보와 조작 요소가 많고 지상 관측 화면 중심이어서 지구의 운동과 관측 현상 사이의 인과관계를 수업에서 직관적으로 보여 주는 데 어려움이 있었습니다.
저는 전문 개발자가 아니지만, 교사가 수업 현장에서 필요로 하는 기능을 직접 구현하기 위해 생성형 AI를 활용한 바이브코딩에 도전했습니다. 목표는 기존 프로그램을 단순히 따라 만드는 것이 아니라, 전문 천문 도구의 장점을 살리면서 초등 교육과정, 학생의 눈높이, 교실 수업 흐름에 맞게 새롭게 재구성하는 것이었습니다.
② 어떤 AI를 어떻게 활용했나요?
Claude의 Fable 5를 중심으로 생성형 AI와 대화하며 HTML·CSS·JavaScript 기반의 웹 프로그램 ‘전지적 지구 시점’을 개발했습니다. 교사인 제가 교육과정 분석, 기능 기획, 과학 개념 검토와 수업 설계를 담당하고, AI는 아이디어를 코드로 구현하고 오류를 수정하는 개발 조교로 활용했습니다.
먼저 학생들이 어려워하는 내용을 다음과 같은 기능 단위로 나누었습니다.
우주에서 본 지구와 우리나라에서 본 하늘을 같은 시각에 함께 보여 주기
지구의 자전과 공전을 각각 켜고 끄며 현상의 원인 비교하기
날짜와 시간을 바꾸며 태양·별·달의 위치 변화 관찰하기
동·남·서·북 하늘과 계절별 별자리 살펴보기
실제 관측 위치에 따라 달라지는 하늘 표현하기
설명 중심의 학습, 자유 관찰 중심의 탐구, 문제 해결 중심의 미션 기능 구성하기
이 요구 사항을 프롬프트로 구체화한 뒤 결과물을 직접 실행하고, 화면 캡처와 함께 오류와 개선점을 AI에 다시 전달하는 과정을 반복했습니다. AI가 만든 코드를 그대로 수용하지 않고 과학적 정확성, 초등학생의 조작 가능성, 글자와 천체의 시인성, 교실 화면에서의 활용성 등을 교사의 관점에서 계속 검토했습니다.
그 과정에서 초기 결과물을 여러 차례 전면 수정했으며, 교사 사용자들의 의견도 새로운 수정 프롬프트로 전환하여 기능과 화면을 지속적으로 개선했습니다.
③ 활용 결과 어떤 변화가 있었나요?
그 결과 별도의 설치나 회원가입 없이 웹 링크만으로 실행되는 초등 과학용 인터랙티브 교수·학습 도구 ‘전지적 지구 시점’을 완성했습니다.
화면 왼쪽에는 실사에 가까운 입체 지구와 태양·달의 운동을 표현한 ‘우주 시점’을, 오른쪽에는 같은 시각에 지상 관측자가 바라보는 ‘관측자 시점’을 배치했습니다. 두 화면이 실시간으로 연동되므로, 학생들은 지구가 실제로 어떻게 움직이는지와 그 결과 태양·별·달이 하늘에서 어떻게 보이는지를 한 화면에서 비교할 수 있습니다. 프로그램에서도 두 화면이 항상 같은 시각을 보여 주도록 구성되어 있습니다.
푸른 바다와 구름이 보이는 입체 지구, 태양 빛에 따른 낮과 밤의 경계, 대한민국의 위치, 자전축, 공전 궤도와 계절 위치를 시각적으로 표현했습니다. 자전과 공전을 각각 켜고 끌 수 있어 “자전만 멈추면 어떻게 될까?”, “공전만 계속되면 별자리는 어떻게 달라질까?”와 같은 가상 실험도 할 수 있습니다.
또한 다음 기능을 하나의 프로그램 안에 구현했습니다.
실제 시간부터 1시간·하루·일주일·한 달 단위까지 조절하는 시간 흐름
하루 중 시각과 일 년 중 날짜를 직접 바꾸는 슬라이더
동·남·서·북 방향별 하늘 관찰
태양의 하루 이동 경로와 별의 움직임 자취
봄·여름·가을·겨울 대표 별자리
북극성, 북두칠성, 큰곰자리, 작은곰자리, 카시오페이아자리 관찰
달이 보이는 방향과 높이, 현재 모양, 밝은 부분의 비율, 다음 주요 위상 안내
오늘 밤 9시 하늘과 오늘 밤 달이 보이는 시각으로 자동 이동
위도와 경도를 입력하여 우리 학교나 원하는 지역의 하늘 관찰
학습 모드, 자유 탐구와 관찰 기록장, 미션 모드, 단원 퀴즈 연계
프로그램에는 달의 방향·고도·모양·밝은 비율과 다음 위상까지 남은 날짜가 표시되고, 북쪽 하늘에서는 북극성을 중심으로 한 별의 겉보기 운동을 관찰할 수 있습니다. 날짜·시간·위치를 자유롭게 바꾸는 탐구 모드와 관찰 기록장, 시뮬레이션을 조작하여 답을 찾는 미션 모드도 함께 구성했습니다.
따라서 하나의 프로그램을 6학년 ‘지구의 운동’ 단원뿐 아니라 4학년 ‘밤하늘 관찰’ 단원의 달과 별자리 관찰에도 연계할 수 있게 되었습니다.
완성된 자료는 사용설명서, 수업용 슬라이드, 단원 정리 퀴즈와 함께 무료로 공개했습니다. 국내 대표 초등교사 커뮤니티에서 인기글로 선정되는 등 많은 교사가 관심을 보였으며, 교사들이 남긴 실제 수업 관점의 의견을 반영해 화면 크기 조절, 전체화면, 북쪽 하늘 보기, 달 관측 등의 기능을 추가했습니다. 단순히 프로그램을 한 번 제작한 것이 아니라, 공개와 피드백을 거쳐 현장형 교수·학습 도구로 계속 발전시켰다는 점에서 의미가 있습니다.
④ 나만의 방식 또는 개선 포인트는 무엇인가요?
저의 가장 큰 개선점은 전문 천문 관측 프로그램의 방대한 기능을 단순히 줄인 것이 아니라, 초등학생이 천문 현상의 원인을 이해할 수 있도록 ‘우주 시점과 관측자 시점의 동시 비교’라는 새로운 교육 구조로 재설계한 것입니다.
일반적인 천문 관측 프로그램에서는 관측자가 하늘에서 무엇을 보는지 확인할 수 있지만, 그 현상이 왜 나타나는지를 지구의 실제 운동과 동시에 연결하기는 쉽지 않습니다. ‘전지적 지구 시점’에서는 같은 날짜와 시각을 기준으로 두 시점을 함께 움직이기 때문에 다음과 같은 인과관계를 직접 확인할 수 있습니다.
지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하므로 태양과 별이 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 것처럼 보인다.
지구가 자전하면서 대한민국이 밝은 쪽과 어두운 쪽을 번갈아 지나므로 낮과 밤이 나타난다.
지구가 태양 주위를 공전하면서 밤에 바라보는 우주의 방향이 달라지므로 계절별 별자리가 달라진다.
태양·지구·달의 위치 관계가 달라짐에 따라 지구에서 보이는 달의 모양도 달라진다.
프로그램은 단순 관찰 화면에 그치지 않고, 개념을 순서대로 안내하는 학습 모드, 학생이 직접 변인을 조작하고 기록하는 탐구 모드, 관찰로 정답을 찾아가는 미션 모드를 통합했습니다. 즉, ‘보여 주는 공학 도구’를 ‘설명하고, 조작하고, 기록하고, 평가하는 교수·학습 도구’로 확장했습니다.
또한 서울과 부산뿐 아니라 사용자가 직접 위도·경도와 장소명을 입력하여 원하는 지역을 관측할 수 있습니다. 입력한 위치 정보는 천문 계산에만 사용되며 서버로 전송하거나 저장하지 않습니다.
개인정보 입력, 회원가입, 로그인, 광고와 유료 결제가 없으며, 관찰 기록과 미션 결과는 사용 기기 안에만 저장되도록 구성했습니다. 사용한 천문 계산 라이브러리와 자료의 출처 및 라이선스도 프로그램 안에서 확인할 수 있도록 하여 책임 있는 AI 활용과 교육 자료 배포를 함께 고려했습니다.
⑤ 다른 사람도 따라 할 수 있나요?
전문적인 프로그래밍 경험이 없는 교사도 다음과 같은 방식으로 적용할 수 있습니다.
첫째, 교육과정과 수업 경험을 바탕으로 학생들이 이해하기 어려워하는 장면을 구체적으로 정합니다.
둘째, 만들고 싶은 프로그램 전체를 한 번에 요구하지 않고 화면, 조작, 학습 내용, 피드백 등 작은 기능으로 나눕니다.
셋째, 생성형 AI에 대상 학년, 성취기준, 학생 수준, 필요한 기능, 과학적으로 틀리면 안 되는 조건을 구체적으로 제시합니다.
넷째, 생성된 결과를 직접 실행하며 오류와 불편한 점을 화면 캡처와 함께 다시 설명합니다.
다섯째, AI의 결과를 그대로 사용하지 않고 교사가 내용의 정확성, 수업 적합성, 저작권과 개인정보 문제를 검토합니다.
여섯째, 학생과 동료 교사에게 공개하고 실제 사용자 의견을 다시 개선 프롬프트로 바꾸어 업데이트합니다.
이 사례의 핵심은 고도의 코딩 기술 자체가 아니라, 교사가 가진 교육과정 전문성과 수업 아이디어를 AI와의 반복적인 협업을 통해 실제 작동하는 도구로 구현한 과정에 있습니다. 누구나 동일한 프로그램을 만들 필요는 없지만, 자신의 수업 문제를 분석하고 생성형 AI를 개발 조교로 활용하는 절차는 다른 교과와 단원에도 재현할 수 있습니다.
프로그램 실행 주소
https://kkankong32-alt.github.io/EarthMotionExplorer
초등 과학에서는 6학년 1학기 ‘지구의 운동’ 단원에서 지구의 자전과 공전, 낮과 밤, 태양과 별의 겉보기 운동, 계절별 별자리 변화를 학습합니다. 또한 4학년 2학기 ‘밤하늘 관찰’ 단원에서는 달과 별자리의 위치와 모양을 직접 관찰해야 합니다.
그러나 교과서의 정지된 그림만으로는 우주에서 실제로 움직이는 지구와, 지상 관측자에게 보이는 태양·별·달의 변화를 연결해서 이해하기 어렵습니다. 스텔라리움으로 대표되는 전문 천문 관측 프로그램은 정확하고 기능도 풍부하지만, 초등학생에게는 정보와 조작 요소가 많고 지상 관측 화면 중심이어서 지구의 운동과 관측 현상 사이의 인과관계를 수업에서 직관적으로 보여 주는 데 어려움이 있었습니다.
저는 전문 개발자가 아니지만, 교사가 수업 현장에서 필요로 하는 기능을 직접 구현하기 위해 생성형 AI를 활용한 바이브코딩에 도전했습니다. 목표는 기존 프로그램을 단순히 따라 만드는 것이 아니라, 전문 천문 도구의 장점을 살리면서 초등 교육과정, 학생의 눈높이, 교실 수업 흐름에 맞게 새롭게 재구성하는 것이었습니다.
② 어떤 AI를 어떻게 활용했나요?
Claude의 Fable 5를 중심으로 생성형 AI와 대화하며 HTML·CSS·JavaScript 기반의 웹 프로그램 ‘전지적 지구 시점’을 개발했습니다. 교사인 제가 교육과정 분석, 기능 기획, 과학 개념 검토와 수업 설계를 담당하고, AI는 아이디어를 코드로 구현하고 오류를 수정하는 개발 조교로 활용했습니다.
먼저 학생들이 어려워하는 내용을 다음과 같은 기능 단위로 나누었습니다.
우주에서 본 지구와 우리나라에서 본 하늘을 같은 시각에 함께 보여 주기
지구의 자전과 공전을 각각 켜고 끄며 현상의 원인 비교하기
날짜와 시간을 바꾸며 태양·별·달의 위치 변화 관찰하기
동·남·서·북 하늘과 계절별 별자리 살펴보기
실제 관측 위치에 따라 달라지는 하늘 표현하기
설명 중심의 학습, 자유 관찰 중심의 탐구, 문제 해결 중심의 미션 기능 구성하기
이 요구 사항을 프롬프트로 구체화한 뒤 결과물을 직접 실행하고, 화면 캡처와 함께 오류와 개선점을 AI에 다시 전달하는 과정을 반복했습니다. AI가 만든 코드를 그대로 수용하지 않고 과학적 정확성, 초등학생의 조작 가능성, 글자와 천체의 시인성, 교실 화면에서의 활용성 등을 교사의 관점에서 계속 검토했습니다.
그 과정에서 초기 결과물을 여러 차례 전면 수정했으며, 교사 사용자들의 의견도 새로운 수정 프롬프트로 전환하여 기능과 화면을 지속적으로 개선했습니다.
③ 활용 결과 어떤 변화가 있었나요?
그 결과 별도의 설치나 회원가입 없이 웹 링크만으로 실행되는 초등 과학용 인터랙티브 교수·학습 도구 ‘전지적 지구 시점’을 완성했습니다.
화면 왼쪽에는 실사에 가까운 입체 지구와 태양·달의 운동을 표현한 ‘우주 시점’을, 오른쪽에는 같은 시각에 지상 관측자가 바라보는 ‘관측자 시점’을 배치했습니다. 두 화면이 실시간으로 연동되므로, 학생들은 지구가 실제로 어떻게 움직이는지와 그 결과 태양·별·달이 하늘에서 어떻게 보이는지를 한 화면에서 비교할 수 있습니다. 프로그램에서도 두 화면이 항상 같은 시각을 보여 주도록 구성되어 있습니다.
푸른 바다와 구름이 보이는 입체 지구, 태양 빛에 따른 낮과 밤의 경계, 대한민국의 위치, 자전축, 공전 궤도와 계절 위치를 시각적으로 표현했습니다. 자전과 공전을 각각 켜고 끌 수 있어 “자전만 멈추면 어떻게 될까?”, “공전만 계속되면 별자리는 어떻게 달라질까?”와 같은 가상 실험도 할 수 있습니다.
또한 다음 기능을 하나의 프로그램 안에 구현했습니다.
실제 시간부터 1시간·하루·일주일·한 달 단위까지 조절하는 시간 흐름
하루 중 시각과 일 년 중 날짜를 직접 바꾸는 슬라이더
동·남·서·북 방향별 하늘 관찰
태양의 하루 이동 경로와 별의 움직임 자취
봄·여름·가을·겨울 대표 별자리
북극성, 북두칠성, 큰곰자리, 작은곰자리, 카시오페이아자리 관찰
달이 보이는 방향과 높이, 현재 모양, 밝은 부분의 비율, 다음 주요 위상 안내
오늘 밤 9시 하늘과 오늘 밤 달이 보이는 시각으로 자동 이동
위도와 경도를 입력하여 우리 학교나 원하는 지역의 하늘 관찰
학습 모드, 자유 탐구와 관찰 기록장, 미션 모드, 단원 퀴즈 연계
프로그램에는 달의 방향·고도·모양·밝은 비율과 다음 위상까지 남은 날짜가 표시되고, 북쪽 하늘에서는 북극성을 중심으로 한 별의 겉보기 운동을 관찰할 수 있습니다. 날짜·시간·위치를 자유롭게 바꾸는 탐구 모드와 관찰 기록장, 시뮬레이션을 조작하여 답을 찾는 미션 모드도 함께 구성했습니다.
따라서 하나의 프로그램을 6학년 ‘지구의 운동’ 단원뿐 아니라 4학년 ‘밤하늘 관찰’ 단원의 달과 별자리 관찰에도 연계할 수 있게 되었습니다.
완성된 자료는 사용설명서, 수업용 슬라이드, 단원 정리 퀴즈와 함께 무료로 공개했습니다. 국내 대표 초등교사 커뮤니티에서 인기글로 선정되는 등 많은 교사가 관심을 보였으며, 교사들이 남긴 실제 수업 관점의 의견을 반영해 화면 크기 조절, 전체화면, 북쪽 하늘 보기, 달 관측 등의 기능을 추가했습니다. 단순히 프로그램을 한 번 제작한 것이 아니라, 공개와 피드백을 거쳐 현장형 교수·학습 도구로 계속 발전시켰다는 점에서 의미가 있습니다.
④ 나만의 방식 또는 개선 포인트는 무엇인가요?
저의 가장 큰 개선점은 전문 천문 관측 프로그램의 방대한 기능을 단순히 줄인 것이 아니라, 초등학생이 천문 현상의 원인을 이해할 수 있도록 ‘우주 시점과 관측자 시점의 동시 비교’라는 새로운 교육 구조로 재설계한 것입니다.
일반적인 천문 관측 프로그램에서는 관측자가 하늘에서 무엇을 보는지 확인할 수 있지만, 그 현상이 왜 나타나는지를 지구의 실제 운동과 동시에 연결하기는 쉽지 않습니다. ‘전지적 지구 시점’에서는 같은 날짜와 시각을 기준으로 두 시점을 함께 움직이기 때문에 다음과 같은 인과관계를 직접 확인할 수 있습니다.
지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하므로 태양과 별이 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 것처럼 보인다.
지구가 자전하면서 대한민국이 밝은 쪽과 어두운 쪽을 번갈아 지나므로 낮과 밤이 나타난다.
지구가 태양 주위를 공전하면서 밤에 바라보는 우주의 방향이 달라지므로 계절별 별자리가 달라진다.
태양·지구·달의 위치 관계가 달라짐에 따라 지구에서 보이는 달의 모양도 달라진다.
프로그램은 단순 관찰 화면에 그치지 않고, 개념을 순서대로 안내하는 학습 모드, 학생이 직접 변인을 조작하고 기록하는 탐구 모드, 관찰로 정답을 찾아가는 미션 모드를 통합했습니다. 즉, ‘보여 주는 공학 도구’를 ‘설명하고, 조작하고, 기록하고, 평가하는 교수·학습 도구’로 확장했습니다.
또한 서울과 부산뿐 아니라 사용자가 직접 위도·경도와 장소명을 입력하여 원하는 지역을 관측할 수 있습니다. 입력한 위치 정보는 천문 계산에만 사용되며 서버로 전송하거나 저장하지 않습니다.
개인정보 입력, 회원가입, 로그인, 광고와 유료 결제가 없으며, 관찰 기록과 미션 결과는 사용 기기 안에만 저장되도록 구성했습니다. 사용한 천문 계산 라이브러리와 자료의 출처 및 라이선스도 프로그램 안에서 확인할 수 있도록 하여 책임 있는 AI 활용과 교육 자료 배포를 함께 고려했습니다.
⑤ 다른 사람도 따라 할 수 있나요?
전문적인 프로그래밍 경험이 없는 교사도 다음과 같은 방식으로 적용할 수 있습니다.
첫째, 교육과정과 수업 경험을 바탕으로 학생들이 이해하기 어려워하는 장면을 구체적으로 정합니다.
둘째, 만들고 싶은 프로그램 전체를 한 번에 요구하지 않고 화면, 조작, 학습 내용, 피드백 등 작은 기능으로 나눕니다.
셋째, 생성형 AI에 대상 학년, 성취기준, 학생 수준, 필요한 기능, 과학적으로 틀리면 안 되는 조건을 구체적으로 제시합니다.
넷째, 생성된 결과를 직접 실행하며 오류와 불편한 점을 화면 캡처와 함께 다시 설명합니다.
다섯째, AI의 결과를 그대로 사용하지 않고 교사가 내용의 정확성, 수업 적합성, 저작권과 개인정보 문제를 검토합니다.
여섯째, 학생과 동료 교사에게 공개하고 실제 사용자 의견을 다시 개선 프롬프트로 바꾸어 업데이트합니다.
이 사례의 핵심은 고도의 코딩 기술 자체가 아니라, 교사가 가진 교육과정 전문성과 수업 아이디어를 AI와의 반복적인 협업을 통해 실제 작동하는 도구로 구현한 과정에 있습니다. 누구나 동일한 프로그램을 만들 필요는 없지만, 자신의 수업 문제를 분석하고 생성형 AI를 개발 조교로 활용하는 절차는 다른 교과와 단원에도 재현할 수 있습니다.
프로그램 실행 주소
https://kkankong32-alt.github.io/EarthMotionExplorer
