초등학생의 인공지능 윤리 함양을 위한 교육프로그램 개발 및 적용

송유호 경인교육대학교 교육전문대학원 2023 국내석사

The purpose of this study is to develop and apply an educational program for cultivating and fostering Artificial Intelligence ethics for elementary school students, verify their effectiveness, and provide basic research data and materials for Artificial Intelligence ethics education. In this study, elementary school students can cultivate Artificial Intelligence ethics through the development and application of education programs on Artificial Intelligence ethics, which are social and universal value norms and technologies that must be observed and followed when developing, using and utilizing Artificial Intelligence. Research Question 1. Have you developed and applied an educational program for cultivating Artificial Intelligence ethics in elementary school students based on the ethical standards of Artificial Intelligence? Research Question 2. Can you confirm the effectiveness of the educational program for cultivating Artificial Intelligence ethics in elementary school students? To confirm the effectiveness of the educational program for cultivating Artificial Intelligence ethics in this study, the program was applied to 26(twenty-six), 6th graders of M Elementary School located in A city, Gyeonggi-do. The educational program was developed based on the stages of Analysis, Design, Development, Implementation, and Evaluation of the ADDIE model, and the effectiveness of this educational program was verified using the IBM SPSS Statistics program. Through the development and application of this educational program, the following conclusions can be obtained. Through the corresponding t-test, the results of the program for cultivating Artificial Intelligence ethics were t = -7.292, p = 0.000, and significant results were derived based on the significance level of 0.001 between the pre- and post-tests, and it was confirmed that the students cultivated Artificial Intelligence ethics. This study is of educational significance in that it developed and applied an educational program to cultivate Artificial Intelligence ethics applicable to elementary school students in the actual education field before the 2022 curriculum, which predicted strengthening of digital basic skills, including AI and Software education. 본 연구는 초등학생을 대상으로 인공지능 윤리 함양을 위한 교육프로그램을 개발 및 적용하여, 효과성을 검증하고 인공지능 윤리교육을 위한 기초 연구 자료 제공에 목적이 있다. 정보통신 기술의 융합을 바탕으로 이루어지는 4차 산업 혁명은 앞으로 우리의 미래에 많은 변화를 가져올 것이며, 그중 인공지능은 4차 산업 혁명 시대의 가장 핵심적인 기술이라 할 수 있다. 사람의 지적 활동을 컴퓨터를 활용해 구현하는 기술인 인공지능은 금융, 에너지, 교통, 의료 등 우리 사회의 다양한 분야에서 활용이 가능한 만큼 다양한 국가, 국제기구 및 관련 기관에서 많은 관심을 가지고 있다. 실제로 세계 주요국은 자국의 산업 경쟁력 확보와 사회문제 해결을 위해 인공지능 기술에 주목하고 있으며, 우리나라도 인공지능 국가전략(관계부처 합동, 2019) 등을 통해 인공지능 기술의 주도권 확보에 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 사회적 변화는 교육 현장에서 또한 확인할 수 있다. 2020년 9월 교육부 고시에서 정보(기술가정)과와 수학과에서는 각각 ‘인공지능 기초’와 ‘인공지능 수학’을 선택 중심 교육과정으로 선택할 수 있으며, 2021년 9월에 발표된 2022 개정 교육과정 총론 주요사항(시안)에서는 AI 및 소프트웨어 교육을 비롯한 디지털 기초소양 강화를 예고하고 있다. 따라서 미래 인공지능 사회에 능동적으로 대처하기 위한 인공지능의 기초 개념 및 원리 등을 학습하는 인공지능 교육은 필수적이라고 할 수 있다. 이러한 인공지능 교육에는 다양한 영역과 내용 요소가 존재하며, 본 연구에서는 인공지능 개발 및 사용과 활용 시에 준수해야 할 사회적·보편적 가치 규범 및 기술인 인공지능 윤리에 대한 교육프로그램 개발 및 적용을 통해 초등학생들이 인공지능 윤리를 함양할 수 있도록 구성하였다. 특히 인공지능 기술의 급격한 발전으로 나타난 데이터 편향성, 다양성 및 프라이버시 침해 등의 사회적 문제 해결을 위해 제작된 ‘사람이 중심이 되는 인공지능(AI) 윤리기준’(관계부처 합동, 2020)의 ‘3대 기본원칙’과 ‘10대 핵심요건’을 바탕으로 다음의 연구 문제를 설정하고 연구를 진행하였다. 연구 문제 1. 인공지능 윤리기준 등을 바탕으로 초등학생의 인공지능 윤리 함양을 위한 교육프로그램 개발하고 적용하였는가? 연구 문제 2. 초등학생의 인공지능 윤리 함양을 위한 교육프로그램의 효과성을 확인할 수 있는가? 이를 위해 본 연구에서는 국내·외의 인공지능 교육, 인공지능 윤리교육 및 인공지능 윤리기준 등을 분석하였다. 이 중 ‘인공지능(AI) 윤리기준’(관계부처 합동, 2020)의 ‘10대 핵심요건’을 인공지능 윤리교육 주제와 연계하여 12차시의 교육프로그램을 개발하였다. 인공지능 윤리 함양을 위한 교육프로그램은 총 12차시의 교육프로그램으로 개발되었으며, 1~3차시는 인공지능의 이해 등의 인공지능 소양 교육, 4차시는 인공지능 윤리에 대한 이해, 5~11차시는 인공지능 윤리 관련 주제에 대한 교육, 마지막 12차시에서는 학습한 내용을 바탕으로 인공지능 윤리 지침을 반영한 ‘나만의 인공지능’ 제작 및 공유로 구성하였다. 본 연구의 인공지능 윤리 함양을 위한 교육프로그램의 효과성을 확인하기 위해 경기도 A시에 소재한 M초등학교 6학년 26명의 학생들에게 프로그램을 적용하였다. ADDIE 모형의 교수 체계 개발 단계인 분석(Analysis), 설계(Design), 개발(Development), 실행(Implementation), 그리고 평가(Evaluation) 단계를 바탕으로 교육프로그램을 개발하였으며, 최종적으로 IBM SPSS Statistics 프로그램을 이용하여 대응표본 t-검정 방법으로 본 교육프로그램의 효과성을 검증 및 확인하였다. 본 교육프로그램 개발과 적용을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다. 인공지능 윤리 함양을 위한 프로그램 결과를 대응표본 t-검정을 통해 사전 미 사후검사 간에는 t = -7.292, p = 0.000으로 유의수준 0.001을 기준으로 유의미한 결과를 도출하였으며, 연구대상 학생들이 인공지능 윤리를 함양한 것으로 확인할 수 있었다. 본 연구는 인공지능(AI)·소프트웨어(SW) 교육을 비롯한 디지털 기초소양 강화를 예고한 2022 개정 교육과정에 내포될 인공지능 윤리교육이 교육과정에 반영되기 전, 실제 교육 현장에서 초등학생들에게 적용 가능한 인공지능 윤리 함양을 위한 교육 프로그램을 개발 및 적용하여 효과성을 검증했다는 점에서 교육적 의의를 가진다.

학습동기 향상을 위한 스토리텔링 활용 초등 AI 교육 프로그램 개발 및 적용

박슬기 진주교육대학교 교육대학원 2022 국내석사

인공지능 기술이 사회 각 분야에서 상용화됨에 따라 인공지능 교육에 대한필요성이 강조되고 있다. 이러한 변화로 인해 인공지능 교육에 대한 관심이 높아지고 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 초등학생을 대상으로 한 인공지능 인식에 대한 연구를 살펴보면 초등학생들이 인공지능에 대해 부정적인 인식을 가지고 있음을 알 수 있으며, 인공지능 교육 연구 키워드 출현 빈도를 살펴보면 주로 연구 방향이 인지적 영역의 향상에 중점을 두고 있다는 것을 알수 있다. 따라서 인지적 영역 뿐만 아니라 학습에 대한 흥미나 동기와 같은 정의적 영역을 고려한 교육 프로그램 연구가 필요하다.본 연구의 목적은 스토리텔링을 활용한 인공지능 교육이 초등학생의 인공지능 학습동기와 인공지능 이해도 향상에 미치는 영향을 검증하고자 하는 것이다. 연구 목적을 달성하기 위하여 스토리텔링과 ARCS 동기 전략을 활용한 교육 프로그램을 설계하였고, 설계한 교육 프로그램을 초등학교 6학년을 대상으로 4주간 14차시에 걸쳐 적용하였다.실험집단에는 스토리텔링을 활용한 교육 프로그램을 적용하고 통제집단에는교사 주도의 일반적 수업을 적용한 후, 두 집단 간 인공지능 학습동기와 인공지능 이해도 향상 수준의 차이를 살펴보았다. 적용 결과, 실험집단과 통제집단간 인공지능 학습동기와 이해도에 있어 유의미한 차이가 나타났다. 또한 학습동기의 세부 영역인 주의집중, 관련성, 자신감, 만족감에서 모두 유의미한 차이가 나타났으며 인공지능 이해도의 세부 영역인 인공지능 이해, 인공지능 원리와 활용, 인공지능의 사회적 영향에서 모두 유의미한 차이가 나타났다.본 연구의 결과 스토리텔링을 활용한 교육 프로그램이 일반적 수업에 비해초등학생들의 학습동기와 이해도 향상에 더 긍정적인 영향을 미친다는 점을 확인하였다. 본 연구를 통해 초등학생을 대상으로 한 인공지능 교육이 더 활성화되고 인지적 영역과 정의적 영역이 균형 잡힌 인공지능 교육 연구에 기여하기를 바란다.

교과 융합 인공지능 교육에서 초등학생이 느끼는 어려움 분석

김유진 경인교육대학교 교육전문대학원 2024 국내석사

This study investigates the difficulties elementary school students face in interdisciplinary artificial intelligence education that integrates various subjects. To conduct this research, an AI education program was developed based on subjects like Korean language, mathematics, social studies, science, music, and English. This program was applied to 21 fifth-grade elementary students, encompassing 6 themes, 12 learning objectives, 16 lesson contents, and 63 class sessions. A qualitative study was conducted using observation diaries, in-depth interviews, questionnaires, class outputs, video recordings, audio recordings, and transcripts of the classes. The difficulties experienced by the students were qualitatively analyzed based on the results of open coding of these materials. Six types of difficulties faced by students in interdisciplinary AI education and corresponding implications were identified: Lack of Proactivity and Initiative: Students showed difficulties in learning due to a lack of proactivity and initiative, essential in interdisciplinary AI education where students create their own outcomes and learn in their own ways. Students with insufficient skills exhibited a passive attitude, waiting for others to intervene. Limited Understanding of Differences Between Humans and Computers: Students struggled with understanding the limitations of computers, such as visual processing, judgment, and motor skills, which are inherent to humans. This lack of understanding led to difficulties in grasping AI-related concepts, highlighting the need for continuous reminders of these fundamental differences in teaching AI. Indifference to the Underlying Technology of Tools: Despite being digital natives and regular users of AI, students did not automatically develop a motivation or understanding of the technology. It's important to foster curiosity and understanding about the principles behind AI, rather than allowing students to focus only on the fun aspects of AI tools. Insufficient Understanding of Subject Matter: When interdisciplinary AI education is conducted without a solid foundation in the subject matter, there's a risk of failing to grasp even the basic principles of AI. The selection of subjects for integration and the consideration for students who are falling behind or need review are crucial in designing effective AI education. Lack of Data Interpretation and Utilization Skills: Students found it challenging to interpret and utilize large amounts of data for meaningful information and problem-solving. AI education should include data science-related content, teaching students suitable methods for visualizing data to understand and use the information effectively. Absence of Systematic Interdisciplinary Educational Materials: The lack of systematic educational materials integrating subjects with AI led to difficulties, with students finding classes either too challenging or boring. Research is needed to develop appropriate materials considering students' developmental levels and learning objectives, ensuring that the tools do not limit the potential of AI lessons for both teachers and students. keywords : subject convergence, artificial intelligence, elementary school students, analysis of difficulties 본 연구는 교과 융합 인공지능 교육에서 초등학생이 느끼는 어려움에 대하여 알아보고자 한 연구이다. 본 연구를 위해 국어·수학·사회·과학·음악·영어 등의 교육과정을 바탕으로 인공지능 교육프로그램을 개발하였다. 개발한 인공지능 교육프로그램을 초등학교 5학년 학생 21명에게 6개 주제, 12개 학습 목표, 16개 수업내용, 63차시의 수업을 적용하였다. 관찰 일지, 심층 면담, 설문지, 수업 결과물, 영상 녹화·음성 녹음 파일 수업 전사 등을 토대로 한 질적 연구를 수행하였다. 결과물을 개방형 코딩한 결과를 바탕으로 학생들이 느끼는 어려움을 질적으로 분석하였다. 그 결과, 교과 융합 인공지능 교육에서 초등학생이 느끼는 어려움 6가지와 그에 따른 시사점을 얻을 수 있었다. 첫째, 학습자의 적극성과 자발성 부족으로 인한 어려움이 나타났다. 교과 융합 인공지능 교육에서 학습자는 나만의 결과물을 만들며 각자의 방식으로 학습하기 때문에 모르는 부분이 있을 때 도움을 요청해야 하고, 바르게 이해했는지 수시로 확인하는 적극성과 자발성을 발휘해야 한다. 그러나 이러한 능력이 부족한 경우 누군가 나서서 해결해 줄 때까지 기다리는 수동적인 태도를 보이며 학습에 어려움을 보였다. 둘째, 인간과 컴퓨터의 차이에 대한 인식 부족에 의한 어려움이 나타났다. 학습자들은 인간이 가지는 시각 정보처리 역량이나 판단력, 운동능력 등이 컴퓨터에는 전혀 없다는 제한된 상황을 가정한 사고를 하지 못했다. 따라서 인간의 지적 능력을 컴퓨터가 이해하는 방법으로 구현한 알고리즘에 대해 학습하는 과정에서 인공지능과 관련한 공부를 어렵게 느끼는 경향이 나타났다. 컴퓨터에 지적 능력이 없다는 전제를 지속해서 상기시켜 학습자가 가지고 있는 기존의 관념에서 조금씩 벗어날 수 있도록 지도해야 한다. 셋째, 도구 이면의 기술에 대한 무관심에 의한 어려움이 나타났다. 디지털 네이티브로서 인공지능을 늘 사용하고, 좋아한다고 해서 학습하고 싶은 동기나 기술에 대한 이해력까지 자동으로 생기는 것은 아니라는 점을 확인하였다. 인공지능 교육 초기에 동기유발을 위해 인공지능을 체험하는 경우가 많다. 체험한다고 하여 기술을 체감하게 되는 것은 아니므로 학생들이 인공지능 도구가 제공하는 재미에만 몰두하지 않도록 학습자 수준에 맞게 원리를 설명하여 기술에 대한 호기심이 생겨나도록 지도해야 한다. 넷째, 교과 내용 이해 부족으로 인한 어려움이 나타났다. 교과에 대한 기초 역량이 갖추어져 있지 않은 상태로 인공지능 융합교육이 이뤄질 경우, 교과 역량 부족으로 인해 기초적인 인공지능 원리 학습에도 실패할 가능성이 있다. 이러한 경향은 융합된 교과에 따라 크게 달라질 수 있으므로 교과 선택에 유의해야 하며, 학습 부진이 누적된 학습자와 교과 학습 내용 복습이 필요한 상황을 고려하여 교과 융합 인공지능 교육을 설계해야 하겠다. 다섯째, 데이터 해석·활용 능력 부족으로 인한 어려움이 나타났다. 학습자들은 많은 양의 데이터를 활용하여 정보에 의미를 부여하고, 문제를 해결하는 데 어려움을 겪었다. 인공지능은 데이터 기반으로 만들어지고 운영되므로 데이터 과학관련 내용은 인공지능 융합교육 내용으로 포함해야 하고, 이를 위해 데이터에 적합한 도식화 방법을 지도하여 정보 간 유사성을 파악하고 해석·활용할 수 있도록 도와야겠다. 여섯째, 체계적 교과 융합 교재 부재로 인한 어려움이 나타났다. 조작 활동이 적거나 많은 경우 교과 융합 인공지능 수업을 어렵게 생각하거나 지루하게 느꼈다. 학습자의 발달 수준과 수업 목표를 고려하여 적절한 양과 수준의 교재에 관한 연구가 필요하다. 교과 내용을 반영한 인공지능 융합교육 자료들이 개발되어야 하며 도구가 교사와 학생 모두에게 인공지능 수업의 한계를 만들지 않도록 준비해야 하겠다. 주제어: 교과 융합 인공지능 교육, 초등학생, 어려움 분석

2015 개정 교육과정 고등학교 물리학Ⅰ ‘역학과 에너지’ 단원 인공지능 보조 학습 도구를 활용한 수업이 학생 성취도에 미치는 영향

김홍찬 한국교원대학교 교육대학원 2023 국내석사

본 연구는 파이썬을 활용하여 2015 개정 교육과정 물리학Ⅰ 학습에 어려움을 느끼는 고등학생들의 메타인지를 향상시키기 위해 적절한 인공지능 보조 학습 도구를 개발하는 것에 목적이 있다. 또한 개발한 인공지능 보조 학습 도구가 물리 학습에 대한 효과성을 파악하기 위하여 교수·학습 자료를 적용한 물리학Ⅰ 수업에서 학생들의 학습 성취 정도와 학습 과정의 특징 및 정의적 영역에 미치는 영향을 분석함으로써 현장에 적용가능성을 파악하고자 하였다. 이러한 연구 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 연구문제를 설정하였다. 1. 파이썬을 활용한 2015 개정 교육과정 물리학Ⅰ 역학과 에너지 단원 인공지능 보조 학습 도구를 어떻게 구성할 것인가? 2. 2015 개정 교육과정 물리학Ⅰ ‘역학과 에너지’ 단원 인공지능 보조 학습 도구의 효과성은 어떠한가? 첫 번째 연구문제를 해결하기 위해 인공지능을 활용한 보조 학습 도구의 사례와 인공지능을 통해 문장의 유사도를 판단하는 선행연구에 관한 자료를 조사하였고 2015 개정 교육과정과 대학수학능력시험 물리학Ⅰ을 분석하였다. 선행연구와 인공지능 보조 학습 도구 중 콴다(QANDA) 앱을 분석하여 S-BERT를 통한 자연어를 벡터화하는 방법을 선정하였으며, 코사인 유사도를 통해 문장 간의 유사성을 탐구하는 방법을 선정하였다. 본 연구에서 인공지능 보조 학습 도구의 데이터 선정은 2015 개정 교육과정 물리학Ⅰ과 2023학년도 대학수학능력시험 출제 방향을 근거로 선정하였고, 대상 데이터는 2015 개정 교육과정이 반영된 한국교육과정평가원에서 출제한 대학수학능력시험, 대학수학능력시험 모의평가, 시·도 교육청 주관 고3 전국연합학력평가, 대학수학능력시험 연계교재인 2024학년도 수능대비 수능특강 물리학Ⅰ에서 ‘역학적 에너지’단원에 해당하는 문항을 선별하여 구성하였다. 본 연구에서 인공지능 보조 학습 도구를 개발한 후 전문가에게 1차 피드백을 받아 수정하였다. 그리고 현직 고등학교 교사 3명을 대상으로 파일럿 테스트를 실행하고 인공지능 보조 학습 도구를 활용할 교수·학습 자료를 개발하였다. 이를 검증하기 위해 경상북도에 소재한 K고등학교 2학년 물리학Ⅰ 수강 학생들을 대상으로 2015 개정 교육과정 물리학Ⅰ ‘역학과 에너지’ 단원의 수강을 마친 학생들에게 인공지능 보조 학습 도구를 활용한 학습을 진행하여 성취도를 분석하는 방식으로 실시하였다. 연구는 2023년 5월 2주간 총 4차시에 걸쳐 인공지능 보조 학습 도구를 활용하는 수업을 진행하였으며, 수업의 사전과 사후에 실시한 검사도구는 Likert 5점 척도를 활용한 국제 학업 성취도 형가 협회(IEA)에서 고안한 TIMSS의 설문을 활용하였다. 또한, 연구 대상에 대한 학업성취도 검사는 중간고사 결과를 바탕으로 2023학년도 고3 3월 전국연합학력평가 중 해당 단원에 속한 문제를 사용하였다. 또한, 성취도와 함께 단원을 정확하게 파악하였는지를 확인하고자 각 문항의 보조 문항으로 단원의 종류를 선택하도록 출제하였다. 본 연구에서 2015 개정 교육과정 고등학교 물리학Ⅰ ‘역학과 에너지’ 단원 인공지능 보조 학습 도구를 활용한 수업이 학생 성취도에 미치는 영향은 다음과 같다. 첫째, 인공지능 보조 학습 도구를 통해 문항의 단원을 파악하면, 학생들이 자신이 개념을 정확하게 알고 있는지 파악하고, 학습의 방향을 설정하여 자기 주도적 학습 능력을 기를 수 있는 도구이다. 둘째, 본 연구에서 고등학생을 대상으로 개발한 인공지능 보조 학습 도구는 물리학을 학습하는 학생들에게 적절하였고, 학생들이 단원을 분석하는 능력이 향상되었다. 셋째, 본 연구에서 개발한 인공지능 보조 학습 도구를 활용한 수업은 학생들에게 흥미를 유발하고 물리학에 관한 정의적 영역을 개사ᅟᅥᆫ하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 학생들이 어려워하는 물리학을 인공지능 보조 학습 도구를 활용한 수업으로 실시할 경우 학생들의 흥미도와 자기 주도적 학습능력을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 다만, 인공지능 보조 학습 도구가 수학적 계산을 향상시키는 것이 아닌 단원의 파악을 목적에 두고 있어 학업 성취도의 향상에는 부분적으로 영향을 끼칠 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구는 인공지능 융합 교육의 일환으로 고등학생을 대상으로 한 인공지능 보조 학습 도구의 부재를 보완할 수 있었으며, 수업에서 활용 방향을 제시하고 학생들의 학업 성취도와 흥미도 향상에 유의함을 검증하였다. 하지만, 지방의 고등학교로 평균적인 성취 수준인 대상으로 한 연구인 만큼 이를 일반화하기 위해서는 추가로 학업 성취 수준이 높은 학교와 평균 이하의 학교에 대한 연구를 진행하여 효과를 검증할 필요가 있다. 또한, 단원을 ‘역학적 에너지’단원으로 한정하였으며, 단원 파악을 목적으로 한 인공지능 보조 학습 도구라는 한계를 해결하기 위해 다양한 인공지능 보조 학습 도구의 개발 및 연구를 진행해 볼 것을 제언한다.

스토리텔링 기반의 인공지능 교육프로그램 개발

박채은 경인교육대학교 교육전문대학원 2021 국내석사

본 연구의 목적은 초등학생 수준에 맞는 인공지능 핵심개념을 바탕으로 온라인 스토리텔링 동화를 개발하는 데에 있다. 각 스토리텔링에 적합한 활동지를 개발하여 초등 인공지능교육에 활용하는 것이 인공지능 개념에 대한 학생들의 이해에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 국내외 인공지능 교육과정 및 교육개발에 대한 다양한 문헌 조사를 통하여 초등학생들에게 적합한 인공지능 스토리텔링을 개발하였다. 인공지능 스토리텔링에 대한 개발은 일러스트 공동 연구자 1인과 함께 진행하였다. 인공지능 스토리텔링은 초등학생의 눈높이에 맞도록 친숙한 세가지 소재로 제작되었다. 첫 번째 스토리텔링, “내 친구 디디”는 인공지능의 이해와 인공지능 알고리즘의 영역에 대해 다루고 있다. ‘얼굴 인식’, ‘인공지능’, ‘알고리즘’, ‘지도학습’, ‘비지도 학습’, ‘강화학습’과 같은 다소 어렵게 느껴질 수 있는 용어들과 개념들을 초등학생들의 눈높이에 맞는 일상생활의 소재를 예를 들어 설명하였다. 이를 통하여 인공지능 개념 및 원리를 쉽고 재밌게 배우는 것에 중점을 두었다. 두 번째 스토리텔링, “인공지능의 눈”에서는 인공지능 데이터 영역과 이를 통해 다루어지는 데이터들에 대해 초점을 맞추었다. 두 번째 스토리텔링 역시 비슷한 또래의 주인공들의 일상생활에 있을 법한 소재로 몰입감을 주도록 하였다. 세 번째 스토리텔링, “인공신경망”은 머신러닝의 일부분인 인공신경망, 인공지능 데이터 및 인공지능 적용의 영역에 대해 다루고 있다. 초등학생들의 실생활에서 벌어질 법한 문제들을 인공지능 실습을 통해 해결하도록 하였고, AI 기술들이 인간에게 어떤 장점으로 활용될 수 있는지 인공지능과 사회적 영역을 일러스트를 통해 간접적으로 나타내었다. 개발된 스토리텔링 동화 속에 인공지능 교육에 필요한 개념들이 잘 들어갔는지 전문가에게 설문지 의뢰를 통해 검토하였다. 완성된 인공지능 스토리텔링과 각 스토리텔링에 접목시킨 활동프로그램을 개발하여 인천시에 K초등학교 4학년 3명의 학생들에게 적용하였다. 이 연구를 통해 내린 결론은 다음과 같다. 스토리텔링을 이용한 인공지능 교육은 초등학생들의 흥미를 일으키는데 효과적이다. 학생들은 10차시를 모두 마치고 난 후 인공지능을 학습시켜서 아인슈타인처럼 똑똑해지도록 하면 재밌을 것 같다고 얘기하였고, 가까운 미래에 인공지능 로봇들만 출전하는 로봇 올림픽 대회가 나올 것 같아 흥미를 갖고 AI에 대해 더 깊이 있게 알아보고 싶다고 하였다. 이러한 반응들은 친숙한 소재를 통한 인공지능 스토리텔링 교육과정이 어린 학생들의 흥미를 이끌어 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다. 이 연구를 통하여 스토리텔링 동화를 활용한 인공지능교육 개발이 초등학생들의 흥미를 유도하고 나아가 인공지능에 대한 개념학습에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 더 다양한 스토리텔링과 이에 따른 활동프로그램들이 실제 수업에 적극적으로 활용된다면 초등학생들의 인공지능 교육에 더욱 유용하게 적용할 수 있는 커리큘럼이 확립할 수 있을 것으로 보인다. The main purpose of this study is to develop online children’s books based on the core concepts of artificial intelligence suitable for elementary school students. This research was conducted in the form of a series of experiments, with data being gathered via developing activity sheets for each storytelling to use in elementary artificial intelligence education. This study analyzes how storytelling affects having an interest in students to understand the concepts of artificial intelligence. The process of developing artificial intelligence storytelling finds core concepts of artificial intelligence through domestic and international artificial intelligence curriculum and content literature research, organizes essential concepts to be included in artificial intelligence education for elementary school students, and provides artificial intelligence stories with one illustration co-researcher. Artificial intelligence storytelling was produced with a total of three interesting ideas, and familiar stories used to elementary school students' level were used. The first title of the storytelling is 'My Friend Diddy', and it contains a story of the understanding of artificial intelligence and artificial intelligence algorithms. Included artificial intelligence concepts are face recognition, artificial intelligence, algorithms, supervised learning, unsupervised learning, and reinforcement learning. ‘My friend Diddy’ is based on the story of everyday life, this story focused on understanding the ideas of artificial intelligence with ease and learning the principles and techniques of artificial intelligence in fun ways without aversion. The second title is 'The Eyes of Artificial Intelligence', and The characters of this story are similarly-aged with ideas in their daily life. Finally, the third storytelling was titled ‘Artificial Neural Network’, a part of machine learning, was written to easily learn artificial intelligence at the level of elementary school students. In addition, Artificial intelligence and data is made as a story, and problems in daily life are solved through the artificial intelligence programming in Mblock, is a programming language based off of Scratch. In the developed storytelling, the concepts necessary for artificial intelligence education were confirmed through questionnaire requests to experts and reviewed. The following conclusions were drawn through the development of the completed artificial intelligence storytelling and the activity program incorporating each storytelling and applying it to three 4th grade students of K elementary school located in Incheon. Artificial intelligence education using storytelling can be effective in raising the interest of elementary school students. After completing the 10 sessions, the students said that it would be fun to learn artificial intelligence to become smart like Einstein, and that in the future, there will be a non-human artificial intelligence robot Olympic competition, and if such a competition comes out, it will be interesting. Students would like to know more about how artificial intelligence learns in depth and various learning methods. The storytelling that was watched at the beginning of the class was helpful how artificial intelligence thinks and learns. AI storytelling helped students understand the concepts of artificial intelligence, and they are positively influenced by attracting interest through familiar materials. This study is to develop storytelling stories for artificial intelligence education so that elementary school students can easily understand the concepts of artificial intelligence and learn while having fun, and to increase its use in actual classes. To effectively carry out artificial intelligence education, various storytelling containing the concepts of artificial intelligence should be developed, and they will be possible to provide methods that can be usefully applied in the field of artificial intelligence education in elementary school.

인공지능 기반 맞춤형 학습이 농촌 지역 학생들의 수학학습에 미치는 효과

황지유 경인교육대학교 교육전문대학원 2024 국내석사

인공지능 기술은 사회의 모든 분야에 영향을 미치고 있으며, 교육 분야 역시 예외는 아니다. 인공지능 기술을 교육적 맥락에서 활용하는 것을 ‘교육에서의 인 공지능’이라 하는데 맞춤형 학습, 학생 지원, 평가 자동화 등을 포함한다. 특히 학 습의 위계성이 중요한 수학 교과에서 학생을 지원하는 방향으로 많이 활용되고 있다. 이에 본 연구에서는 코로나 19로 심화된 학습 격차를 해소하고 학습자의 자기주도성을 강화하기 위한 대안으로 인공지능 기반 학습 지원시스템을 활용한 맞춤형 수학학습을 제안한다. 더욱이 교육 인프라가 부족한 농촌 지역에서도 학 습자 개인의 역량을 최대화하는 질 높은 공교육을 실현하는 새로운 교육환경을 구축하기 위한 목적에서 본 연구는 출발하였다. 따라서 인공지능 기반 맞춤형 교 육이 농촌 지역 학습자들의 수학 학업성취도, 수학학습태도와 수학 자기주도학습 능력에 영향을 미치는지 검증하고자 하였다. 연구를 위해 농촌학교인 J초등학교 2~6학년 학생 25명을 실험반으로 설정하여 인공지능 기반 맞춤형 수학교육을 적용하였고, 도심가에 위치한 Y초등학교 4학년 학생 24명을 비교반으로 설정하여 전통적인 강의식 수업을 진행한 후 그 차이를 비교 분석하였다. 적용한 인공지능 기반 학습 지원시스템은 공교육에서 많이 쓰 인다고 알려진 시스템 4가지를 중심으로 교육과정 적용 용이성, 게이미피케이션 원리 적용, 자기주도적 학습 전략 활용 가능 여부 기준에 따라 검토한 후 ‘클래스 팅 AI러닝’으로 선정하였다. 인공지능 맞춤형 수학학습은 1학기 수학 교과 단원별 진단평가 실시 후 선수학습 개념 이해정도 확인 및 보완학습, 차시별 AI 러닝, 단 원 마무리 AI 평가 및 보충학습의 과정으로 진행되었으며, 활용 시간은 담임교사 의 수학 수업시간과 방과후 교과보충 프로그램 시간 그리고 가정학습 과제를 할 때였다. 수학학습태도와 자기주도학습능력 검사는 기존 연구에서 개발된 검사지 를 일부 수정하여 사전-사후 동형으로 실시하였으며, 학업성취도 평가는 기초학 력진단보정시스템에서 제공하는 진단평가지를 사전 평가로, 교과서 문제를 바탕 으로 연구자가 직접 수정하여 제작한 평가지를 사후 평가로 활용하였다. 추후 문 항난이도 분석을 통해 두 평가지의 동질성을 확보하였다. 효과적인 실천을 위해 선행연구에서 참고한 인공지능 활용 교수·학습모델과 데이터 기반 맞춤형 수업 설계원리를 연구에 반영하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 인공지능 기반 맞춤형 수학학습은 수학 학업성취 도 향상에 긍정적인 영향을 미친다. 즉각적인 피드백으로 오개념을 바로 잡고 학습 을 지속할 수 있게 했다는 점과 학습자의 취약한 부분에 알맞은 맞춤형 보충 학습 을 통해 학습의 체계성을 더했기 때문으로 볼 수 있다. 둘째, 인공지능 기반 맞춤형 수학학습은 학습자의 수학학습태도를 긍정적으로 향 상시킨다. 대응표본 t-검정 결과 흥미, 학습태도, 가치, 학습의지, 외적동기 영역에 서 모두 유의미한 변화가 있었다. 그러나 내적 동기 향상으로까지 이어지지 못한 것으로 보아 실생활과 연계된 활동을 교수·학습 설계과정에 통합하여 적용하려는 노력이 필요하다. 셋째, 인공지능 기반 맞춤형 수학학습은 학습자의 자기주도학습 능력 향상에 효 과적이다. 사후 검사 결과에서 실험반의 평균이 모두 상승하였고, ‘인지 전략’ 요소 에서는 향상 정도가 유의미하였다. 이는 인공지능 기반 학습지원시스템으로 학습자 의 적극성과 자발성을 강조하는 환경을 제공한 영향이 크다. 자기주도적 학습전략 및 요소를 지속적으로 경험할 수 있는 학습환경과 툴 제공이 필요하다. 본 연구에서 적용한 인공지능 기반 학습지원시스템이 전통적인 교수·학습 방식에 비해서는 효과를 보였지만, 여전히 문제 풀이 위주의 파편화된 학습에 집중되어 있다. 학생의 지속적이고 통합적인 성장을 지원하기 위한 인공지능 교육 방향을 네 가지로 제시한다. 첫째, 인공지능 기반 학습지원시스템을 활 용할 때는 학습자의 자기주도성을 보장해야 한다. 다양한 학습자들 학습 방식 을 찾아 학습 계획 시 ITS가 제공하는 학습 방법을 따라가는 수동적인 형태 가 아닌, 주체적이고 능동적인 학습자의 면모를 인정하고 끌어낼 필요가 있 다. 둘째, 인공지능 기반 학습지원시스템의 활용은 교사의 교육과정 재구성과 계획 과정이 필연적으로 수반되어야 한다. 시스템 사용을 학생의 몫으로 남겨 두는 것이 아닌, 교육과정 내에서 교사가 언제, 얼마나 사용할지 결정하는 과 정이 필요하고, 실생활 문제해결과 탐구 활동 중심의 학습과 함께 이루어져야 한다. 셋째, 인공지능 기반 학습지원시스템의 효과를 검증하는 연구를 통해 시스템을 개선해야 한다. 반복적인 문제 풀이 학습에 의존하는 것이 아니라, 흥미로운 스토리텔링, 추리식 학습, 커뮤니티 활동 등을 통해 학습자의 흥미 와 동기를 유지할 수 있도록 다양한 기능이 추가되어야 한다. 또한, 교사와 학생 간의 맞춤형 상호작용을 강조하여 교사와의 상호작용을 통해 인공지능 을 효과적으로 활용할 수 있도록 보완되어야 한다. 넷째, 21세기의 학습자에 게 가장 요구되는 중요한 역량 중 하나인 자기주도학습 능력의 향상을 위해 인공지능 기반 학습지원시스템을 활용할 수 있다. 시스템적으로 학습자가 주 체적으로 학습에 참여하도록 돕고, 이를 통해 자기주도학습 능력을 향상시킬 수 있다. 혹자는 학습자가 스스로 문제를 풀고, 틀린 문제에 대한 풀이과정을 시스템 내에서 스스로 이해하는 것이 교사의 가르치는 업무를 덜어주어 편리 하다고 이야기한다. 교수자는 이 지점을 가장 경계해야 한다. 가르치는 활동 을 단순히 인공지능 기반 도구로 대체하는 것이 아닌, 학습자의 미래 역량 향 상을 지원하는 방향으로 활용해야 할 것이다. 본 연구는 인공지능을 활용한 맞춤형 수학학습이 공교육의 질을 높이는 중 요한 바탕이 된다는 것을 입증했다는 점에서 의의를 지닌다. 앞으로 '인공지 능 기술이 실제로 학생들에게 도움이 되는가?'라는 질문을 끊임없이 던지며, 인공지능 기술을 적극적으로 활용하는 실천 연구가 이루어지길 바란다. 주제어: 인공지능 기반 학습지원시스템, 인공지능 활용 교육, 맞춤형 학습, 학업성취도, 수학학습태도, 자기주도학습

주요국가 사례를 반영한 인공지능 교육 방향 제안 및 교재검토

김성환 전북대학교 교육대학원 2021 국내석사

This paper starts with important directional factors of the AI education considering the technological and social progress in AI-based society in 4-th industrial revolution. According to the factors, then the current strategies of AI and the corresponding education policies of major countries including Korea are analyzed to suggest the concrete strategies for desired AI education in the future. Finally, recent Korean AI textbooks are reviewed with proper comments whether it is compatible with the suggestions.. The research begins with the definition of artificial intelligence and its history. In addition several important factors induced from current progress of AI technology are pointed out to examine the AI stategies and corresponding educational policies of several major countries. The countries are selected according to the high AI readiness index in 2020, which are US, UK, and Germany. Also, Canada, Japan, and China are included because they have initially announced their AI strategy. Along with the countries, we review the domestic AI educational policy. From the review the paper suggests the desired AI ​​education directions to make it successful and effective. At first, it is necessary to properly understand AI itself and the practical education should be focused to well harmonized with AI in the future. For the purpose, a basic literacy education policy for AI is needed. It should include the ethical use of AI and its social impact. Secondly, the required and convergence courses for effective AI education should be developed reflecting the levels of achievement capability. It is necessary to point out the core elements of AI education, classify them hierarchically according to school levels, and properly materialize them. In addition, it should be preceded to develop standards and teaching materials for AI textbooks. Also, the career education should be included in AI education, and prepare qualified instructors and mentors. Then the paper reviews current AI textbooks in Korea in terms of the suggestions. As the result, almost all suggestions are well matched in the textbooks except several problems that should be carefully fixed. In the future, proper on-line pages should be linked with the content of the textbooks, and the path to the higher AI education such as university level and the subdivisions of standard textbooks must also be provided. Even though the basic literacy education policies for AI, efficient teaching materials development, and prepared instructors and mentors are not directly related with AI textbooks, the continuous research and development are required in the future. We believe that the suggestions in the paper will be of great help not only to Korea but also to emerging countries to consider AI education. For better AI education in the future, continuous research is necessary that reflects AI technological and social progress as in the paper.

중학생의 과학 개념 변화를 위한 인공지능 융합 교육 프로그램 개발

김미나 제주대학교 교육대학원 2024 국내석사

중학생의 과학 개념 변화를 위한 인공지능 융합 교육 프로그램 개발 4차 산업 혁명 시대, 인공지능의 발달에 따른 미래 지능정보사회로의 도래로 인공지능이라는 첨단 기술이 우리 사회의 변화를 선도하고 있다. 이러한 사회적 변화를 반영하여 교육 또한 변화해야 한다는 지적이 사회 전반에 걸쳐 일고 있 다. 과학 교과 교육에서도 인공지능을 융합한 교수학습 개발이 필요하며 선언적 지식과 절차적 지식이 많고 직접 관찰하기 어려워 교수 곤란도가 높은 과학 개 념 학습에 인공지능 융합 교육의 적용이 유용하다는 연구 결과도 존재한다. 이에 과학과 인공지능을 융합한 교육 프로그램에 대한 연구가 최근 꾸준히 나오고 있 다. 그러나 단순히 과학과 인공지능을 융합한 교육 프로그램의 개발에 머물러 있 을 뿐 개발한 융합 교육 프로그램을 적용하고 학생의 오개념을 과학적 개념으로 변화시킬 수 있을지 그 효과를 분석하는 연구는 부족한 상황이다. 이에 본 연구 는 중학교 학생을 대상으로 한 인공지능 과학 융합 교육 프로그램을 개발하고 적용하여 프로그램의 효과성을 분석하는 데 목적이 있다. 국내 인공지능과 과학 융합 교육 프로그램의 개발 및 적용 현황에 대한 문헌, 과학 오개념과 개념 변화에 효과적인 교수·학습 방법에 대한 문헌, 머신러닝 활 용 과학 융합 교육 프로그램의 개발에 대한 문헌 등 3가지 방향으로 문헌 연구 를 진행하였다. 그 결과 교육 현장에서도 인공지능과 과학을 융합하고 적용하려 는 교사들의 요구가 많다는 것을 확인할 수 있었고 반면 머신러닝의 음성 분류 학습을 활용한 교육 프로그램의 개발 사례나 인공지능 과학 융합 교육 프로그램 을 개발 및 적용하여 학생의 오개념을 과학적 개념으로 개념 변화시키는 데에 효과가 있는지 분석하는 사례가 부족함을 확인하였다. 또한 인공지능을 융합한 교육 프로그램을 활용하면 학생들로 하여금 인지 갈등을 일으키고 자신이 가지 고 있는 오개념에 불만을 느끼게 하여 학생의 과학 개념 변화에 효과적일 것이 라 예상하였다. 문헌 연구 고찰을 바탕으로 중학교 학생을 대상으로 과학의 소리에 대한 개념 이해와 인공지능의 머신러닝 지도학습에 대한 이해를 목표로 하는 인공지능 과 학 융합 교육 프로그램을 설계하고 개발하였다. 교육과정상의 내용 요소, 성취 기준을 분석하여 인공지능을 활용할 방안을 모색하고 가장 적합한 주제를 선정 하였다. 또한 연구 주제에 적합하면서 과학 개념 변화에 효과적이며, 학생들의 인공지능에 대한 인식변화를 일으킬 수 있는 도구를 선정하였다. 프로그램 설계 단계를 거친 후 인공지능 머신러닝과 과학 교과의 ‘소리’ 개념 학습을 융합한 교 육 프로그램을, 중학생을 대상으로 개발하였다. 개발한 교육 프로그램의 목표와 수업 대상 및 도구, 내용 요소가 적절한가에 대한 검증을 위해 델파이 분석으로 전문가 검증을 거쳤다. 총 8차시로 구성된 인공지능 과학 융합 교육 프로그램을 중학교 3학년 학생을 대상으로 적용하였으며 사전/사후 검사를 실시해 교육의 효과성을 분석하였다. 프로그램 적용 전후 학생들의 소리에 대한 과학 개념 변화와 인공지능에 대한 인식변화에 대한 분석 결과는 다음과 같다. 첫째, 인공지능 머신러닝의 음성분류학습을 활용한 교육 프로그램을 통해 ‘소 리’에 대한 이해도가 크게 향상되었다. 본 연구에서 개발한 인공지능 과학 융합 교육 프로그램이 과학 개념 변화에서 유의미가 효과가 있음을 알 수 있었다. 둘째, 인공지능 머신러닝의 음성분류학습을 활용한 교육 프로그램을 통해 실생 활에 필요한 다양한 주제의 소리 분석 프로그램을 구상하고 제작하며, 인공지능 에 대한 인식이 긍정적으로 향상되었다. 그러므로 본 연구에서 개발한 인공지능 과학 융합 교육 프로그램을 과학 개념 변화에 효과적이면서 동시에 인공지능에 대한 긍정적인 인식변화를 가져오기 위 한 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다. 주제어: 인공지능 과학 융합 교육 프로그램, 과학 개념 변화, 머신러닝, 지도학습, 음성분류 학습, 과학 오개념 With the advent of a future intelligent information society due to the development of artificial intelligence in the era of the 4th industrial revolution, advanced technology called artificial intelligence is leading the change of our society. It is pointed out throughout society that education should also change to reflect these social changes. There have also been studies, which show that the application of artificial intelligence convergence education is useful for learning scientific concepts. In general, scientific concepts are difficult to teach because they need to develop teaching and learning that combines artificial intelligence in science subject education and have a lot of declarative and procedural knowledge. Also, they are difficult to observe directly. Accordingly, research on educational programs that combine science and artificial intelligence has been steadily emerging recently. However, there is a lack of research to analyze the effect of applying the developed convergence education program and whether it is possible to change students' misconceptions into scientific concepts, and simply developing an education program that combines science and artificial intelligence. Therefore, the purpose of this study is to analyze the effectiveness of the program by developing and applying an artificial intelligence science convergence education program for middle school students. Based on literature research, an artificial intelligence science convergence education program for middle school students was developed. Literature research was conducted in three directions: literature on the development and application of domestic artificial intelligence and science convergence education programs, literature on effective teaching and learning methods for scientific misconceptions and conceptual changes, and literature on the development of science convergence education programs using machine learning. As a result, it was confirmed that there are many demands from teachers to fuse and apply artificial intelligence and science in the educational field. On the other hand, it was confirmed that there were insufficient cases of developing educational programs using voice classification learning of machine learning or analyzing whether developing and applying artificial intelligence science convergence education programs was effective in transforming students' misconceptions into scientific concepts. In addition, it was expected that using an education program, which combines artificial intelligence, would be effective in changing students' scientific concepts by causing cognitive conflicts and making them dissatisfied with their misconceptions. Based on the literature research review, I designed and developed an artificial intelligence science convergence education program aimed at understanding the concept of science sound and artificial intelligence machine learning guidance and learning for middle school students. By analyzing the content elements and achievement standards of the curriculum, I sought ways to utilize artificial intelligence, selected the most suitable topics, selected tools that are effective in changing scientific concepts, and can cause students to change their perceptions of artificial intelligence. After going through the program design stage, I developed an educational program that combines artificial intelligence machine learning consisting of a total of eight sessions and learning the concept of "sound" in science subjects for middle school students. Expert verification was performed through Delphi analysis to verify whether the goals, class targets, tools, and content elements of the developed educational program were appropriate. The artificial intelligence science convergence education program, which consists of a total of eight sessions, was applied to third-year middle school students, and pre/post tests were conducted to analyze the effectiveness of education. The results of the analysis on the change in the scientific concept of students' sounds and the change in perception of artificial intelligence before and after the application of the program are as follows. First, the understanding of "sound" was greatly improved through an educational program using voice classification learning of artificial intelligence machine learning. It was found that the artificial intelligence science convergence education program developed in this study has a significant effect in changing the concept of science. Second, through an educational program using voice classification learning of artificial intelligence machine learning, a sound analysis program on various topics necessary for real life was conceived and produced, and the perception of artificial intelligence was positively improved. Therefore, the artificial intelligence science convergence education program developed in this study can be used as basic data to effectively change the concept of science and to bring about a change in perception of artificial intelligence.

공학적 도구를 활용한 인공지능 수학 교수?학습 자료 개발 : 이미지 자료의 표현, 처리, 분류 중심으로

황병남 한국교원대학교 교육대학원 2023 국내석사

본 연구의 목적은 <인공지능 수학> 교과에서 학습자가 공학적 도구를 활용하여 인공지능의 원리와 행렬의 개념을 효과적으로 이해하고 학습할 방법을 제시하는 것이다. 이를 통해 <인공지능 수학> 교과의 교수‧학습 자료를 개발하는 것에 이바지하고자 한다. 이러한 연구 목적을 달성하기 위하여 연구 문제를 다음과 같이 설정하였다. 연구 문제1. <인공지능 수학> 교과에서 행렬에 대한 학습은 어떻게 이루어지는가? 연구 문제2. 공학적 도구를 활용하면 학습에 어떤 도움이 되는가? 첫 번째 연구 문제를 해결하기 위해 행렬의 역사와 우리나라 교육과정에서의 행렬을 살펴보며 행렬 교육이 어떻게 이루어지는지 확인하였다. 그리고 2015 개정 교육과정의 <인공지능 수학> 5종 교과서에서 이미지 자료 처리에 관련된 내용을 분석하여 1차시는 행렬의 기본 개념을 통하여 픽셀 이미지를 행렬로 표현하기, 행렬을 픽셀 이미지로 표현하기로 학습 내용을 구성하고 2차시는 행렬의 성분을 통하여 흑백 이미지를 행렬로 표현하기, 컬러 이미지를 행렬로 표현하기로 학습 내용을 구성하여 이미지 자료의 표현을 학습할 수 있도록 하였다. 3차시는 행렬의 덧셈, 뺄셈, 실수 배를 통하여 이미지의 색상, 밝기 바꾸기, 이미지의 합성을 학습 내용으로 구성하고 4차시는 행렬의 곱셈을 통하여 이미지의 평행이동과 대칭이동을 학습 내용으로 구성하여 이미지 자료의 처리를 학습할 수 있도록 하였다. 마지막으로 5차시는 행렬의 곱셈과 MNIST 데이터셋을 통하여 인공신경망의 이미지 데이터 분류 원리와 자신의 손글씨 이미지를 인공지능 분류하는 체험을 할 수 있도록 학습 내용을 구성하여 이미지 자료의 분류를 실습할 수 있도록 하였다. 두 번째 연구 문제를 해결하기 위해 서울특별시에 있는 고등학교 학생 20명을 대상으로 총 5차시의 실험 수업을 진행하였다. 개발한 학습자료를 활용한 학습 과정의 특성을 살펴보기 위해 수업을 녹화하고 학생 활동지 결과를 바탕으로 학습 성취 정도를 분석하였다. 실험 수업 전과 후에는 수업에 대한 학생 평가 설문과 자유 서술식 소감문, 면담 자료를 수집하여 분석하였다. 이를 통하여 공학적 도구를 활용한 수업이 학습에 어떤 도움이 되는지를 확인하는 데 초점을 두었다. 본 연구에서 학습자료를 개발하고 이를 적용한 수업을 분석한 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 본 연구의 학습자료는 <인공지능 수학> 수업에 활용할 수 있는 교수‧학습 자료이다. 인공지능의 원리와 행렬의 개념을 학습자가 직관적인 실습을 통하여 쉽게 이해할 수 있었고 수업에 활용된 공학적 도구가 학생들의 학습 효과를 높일 수 있었다. 둘째, 공학적 도구를 활용하여 학생들이 실제 이미지 자료를 처리한다. 실제 이미지 자료를 처리하는 과정에서 인공지능의 원리와 행렬의 개념을 적용하는 방법을 학습하게 함으로써, 수학의 유용성과 가치를 체감하였고 이를 통해 인공지능의 원리를 직접 이해하고 적용해 보는 기회가 되었다. 셋째, 공학적 도구를 활용한 교수‧학습 자료는 학생들의 학습 능력을 향상시켰다. 본 연구를 통해 개발된 교수‧학습 자료는 학생들이 인공지능에 대한 이해와 수학적 문제를 해결하는 과정에서 논리적 사고의 능력을 기를 수 있게 도와주었다. 본 연구는 미래의 사회적 요구에 필요한 핵심 역량을 기르기 위한 <인공지능 수학> 교과에 활용할 수 있도록 교수‧학습 자료를 개발하였다. 이를 통하여 공학적 도구를 활용한 교수‧학습 자료가 학생들의 학습 능력을 향상시키고 수학적 사고를 기르는데 효과적인 방법이라고 판단된다. 따라서 고등학교에서 <인공지능 수학> 수업에 대한 유용한 교수‧학습 자료가 될 것이라 기대한다.

초등학생을 위한 직업 연계형 인공지능 교육 프로그램의 개발 및 적용

박혁거세 서울교육대학교 교육전문대학원 2021 국내석사

4차 산업혁명이 세계적인 트렌드가 되면서 그 기반이 되는 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷, 로봇, 3D프린터, 블록체인 등 기술이 활용되고 있다. 그 중 인공지능 기술은 의료, 교육 등 우리 생활 전반에 영향을 주고 있으며 이는 직업 구조와 사회 변화에도 영향을 미칠 것이다. 세계경제포럼에서는 2025년까지 8500만개의 일자리가 기계⸱기술로 대체될 것이며, 인공지능, 데이터 분석 분야에서 9700만개의 일자리가 생겨날 것으로 전망하고 있다. 이러한 사회 변화에 발맞추어 정부는 인공지능 국가전략(2019) 등을 발표하여 인공지능 교육 활성화를 시도하고 있다. 미래 사회 변화에 따라 진로교육의 중요성이 강조되고 있지만 초등학교 교육을 통한 진로 교육은 단순 직업 나열, 전통적인 직업관 교육 등 미흡한 편이다. 미래 새롭게 등장할 직업, 유망한 직업, 사라질 직업에 대한 정보를 학생들에게 제공할 수 있도록 초등학교 교육과정과 연계된 진로교육이 강화되어야 한다. 본 연구에서는 인공지능 교육과 진로 교육을 연계하여 직업 연계형 인공지능 교육 프로그램을 개발하였다. 우선 학습자 및 교육과정 분석을 통해 6학년 실과 소프트웨어 단원을 선정하고 과학기술인재 진로지원센터에서 제공하는 미래 유망직업 정보 중에서 인공지능, 빅데이터와 관련된 직업을 선정하여 직업 연계형 인공지능 교육 프로그램을 개발하였다. 프로그램은 총 8차시로 구성되엇으며, 탐색 프로그램과 체험 프로그램으로 이루어져 있다. 1차시 생활 속 소프트웨어 탐색, 2차시 IoT 개념 및 관련 직업 탐색, 3차시 엔트리를 활용한 IoT 개발자 직업 체험, 4차시 인공지능, 빅데이터의 개념 및 관련 직업 탐색, 5~6차시 티처블머신을 활용한 AI 이미지 분석 관련 직업 체험, 7차시 오토드로우, 퀵드로우를 활용한 디자이너 관련 직업 체험, 8차시 엔트리를 활용한 빅데이터 관련 직업 체험을 내용으로 하고 있다. 직업 연계형 인공지능 교육 프로그램의 효과성을 검증하기 위하여 초등학교 6학년 학생 22명을 대상으로 진로발달 검사를 하였다. 검증 결과는 다음과 같다. 첫째, 직업 연계형 인공지능 교육 프로그램 수업은 학생들의 진로발달 각 영역인 자아인식 영역, 학업⸱직업 탐색 영역, 진로 계획 영역에서 유의미한 효과가 있는 것으로 나타났다. 둘째, 직업 연계형 인공지능 교육 프로그램 수업은 학생들의 수업에 대한 흥미, 참여도, 인공지능에 대한 이해도, 인공지능 관련 미래 직업에 대한 관심도에 긍정적인 영향을 준 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발한 인공지능 교육 프로그램은 초등학교 고학년을 대상으로 하는 인공지능 교육 및 진로 교육에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.