[논문 리뷰] A Robotic Telescope For University-Level Distance Teaching

U. Kolb, Marcus Brodeur외 2명|Open Research Online (The Open University)|2018. 06. 08.

Experimental Learning in Engineering참고 문헌 11인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 오픈 대학의 온라인 수강생들을 대상으로 한 테너리페에 위치한 PIRATE 로봇 천체망원경의 도입을 제시한다. 이는 원격으로 실시되는 실습 과학 교육을 위한 수동형 천체망원경 실험실로 기능한다. 안정적인 인터넷 연결성, 실제 데이터 수집, 그룹 협업, 상황 인식 능력이 가상 실습 과학 교육에서 학생의 참여도와 학습 성과를 크게 향상시킨다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

We present aspects of the deployment of a remotely operable telescope for teaching practical science to distance learning undergraduate students. We briefly describe the technical realization of the facility, PIRATE, in Mallorca and elaborate on how it is embedded in the Open University curriculum. The PIRATE teaching activities were studied as part of a wider research project into the importance of realism, sociability and meta-functionality for the effectiveness of virtual and remote laboratories in teaching practical science. We find that students accept virtual experiments (e.g. a telescope simulator) when they deliver genuine, 'messy' data, clarify how they differ from a realistic portrayal, and are flagged as training tools. A robotic telescope is accepted in place of on-site practical work when realistic activities are included, the internet connection is stable, and when there is at least one live video feed. The robotic telescope activity should include group work and facilitate social modes of learning. Virtual experiments, though normally considered as asynchronous tools, should also include social interaction. To improve student engagement and learning outcomes a greater situational awareness for the robotic telescope setting should be devised. We conclude this report with a short account of the current status of PIRATE after its relocation from Mallorca to Tenerife, and its integration into the OpenScience Observatories.

연구 동기 및 목표

• 대학 수준의 원격 교육을 위한 원격으로 작동 가능한 로봇 천체망원경을 개발하고 도입하는 것.
• 로봇 천체망원경이 거리 학습자를 위한 진정성 있는 실습 과학 경험을 어떻게 재현하는지 효과를 평가하는 것.
• 학생의 참여도와 학습 성과를 향상시키는 데 핵심이 되는 요소들—예를 들어 현실성, 사회성, 기술적 신뢰성—을 특정하는 것.
• PIRATE가 오픈 대학 교육과정에 어떻게 통합되었는지 평가하고, 대규모 실습 과학 교육을 뒷받침하는 데서의 역할을 분석하는 것.
• 마드리드의 마요르카에서 테너리페로의 이전 및 현대화된 관측소로의 전환 과정을 탐구하여 보다 넓은 교육적 용도로의 활용 가능성을 모색하는 것.

제안 방법

• 테너리페의 오브세르바토리오 델 테이다에서 17인치 플레인웨이 CDK17 로봇 천체망원경을 설치하고, 4096² 픽셀 카메라와 f/6.8 초점비를 갖춘 장비를 운영하는 것.
• 실시간 웹 기반 운영과 자동 큐-스케줄링 관측을 위한 ABOT 제어 소프트웨어를 구현하는 것.
• 오픈 대학의 자연과학 학사 학위 과정(천문학 및 행성 과학 전공)에 PIRATE를 통합하여 4시간 분량의 원격 관측 세션을 운영하는 것.
• 4~5명의 학생으로 구성된 팀을 통해 협업 기반 원격 관측 세션을 실시하여 과학적 협업을 시뮬레이션하는 것.
• 다중 색채도 측광법과 항성단열 분석을 위해 밴드 및 넓은 스펙트럼 필터(BVR, Hα, SII, OIII)를 사용하는 것.
• 마요르카에서 테너리페로의 시설 이전 및 현대화를 수행하여, 새로운 4.5m 클램셸 도머와 함께 하드웨어 및 소프트웨어를 업그레이드하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거리 학습 수강생들은 현장 관측 또는 시뮬레이션 실험과 비교해 원격 로봇 천체망원경 관측의 진정성과 교육적 가치를 어떻게 평가하는가?
• RQ2 로봇 천체망원경이 대학 수준의 천문학 교육에서 현장 실습을 효과적으로 대체하거나 보완하기 위해 필요한 기술적 및 교육적 조건은 무엇인가?
• RQ3 원격 관측 세션 중 그룹 협업이 가상 실험실 환경에서 학생의 참여도와 학습 성과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 실제 관측 도중 발생하는 '잡다한' 문제를 포함한 실시간 데이터 수집은 사전에 수집된 또는 시뮬레이션된 데이터보다 학습 효과를 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 실시간 영상 피드 및 실시간 피드백을 포함한 상황 인식 능력이 원격 실험 경험의 현실감과 효과성을 향상시키는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 학생들은 실제이고 '잡다한' 데이터를 생성하며, 최종 평가가 아니라 훈련 도구로 명시된 가상 실험을 수용한다.
• 로봇 천체망원경은 현실적인 관측 활동, 안정적인 인터넷 연결성, 그리고 최소한 하나의 실시간 영상 피드를 제공할 경우 현장 실습의 대체 수 Mittel로 수용된다.
• 그룹 활동과 사회적 상호작용은 원격 실험실 환경에서 학생의 참여도와 학습 성과를 크게 향상시킨다.
• 비동기식 가상 실험조차도 통합된 사회적 상호작용을 통해 학습 효과가 향상된다.
• 기술적 내구성과 안정적인 인터넷 연결성이 핵심이며, 빈번한 장애는 실제 세계의 실패에서 유의미한 학습 가능성이 있음에도 불구하고 학생의 신뢰를 떨어뜨린다.
• ABOT 소프트웨어, 4.5m 도머, 17인치 천체망원경을 포함한 업그레이드된 하드웨어 및 소프트웨어를 갖춘 테너리페로의 PIRATE 이전은 향후 교육과정 통합과 연구를 위한 견고하고 확장 가능한 플랫폼을 창출하였다.