머신러닝 중심의 인공지능을 활용한 중등 수학영재 수업 프로그램의 개발 및 적용

국문 초록 (Abstract)

목적 본 연구는 중등 수학영재의 수학적 창의성과 컴퓨팅 사고를 증진하며, 학생들이 인공지능에 대한 긍정적 태도를 갖추도록 하는 머신러닝 중심의 인공지능을 활용한 수학영재 수업 프로그램을 개발하고자 하였다.
방법 머신러닝 알고리즘이 적용된 인공지능 모델을 조사한 후, 학습자가 인공지능 모델 구현에 참여할 수 있는 인공지능 모델과 적절한 수학 주제를 선정하여 PBL 수업모형의 수업 프로그램을 개발한다. 개발한 수업 프로그램을 충북 소재 K 대학교 영재교육원에 재학 중인 중학교 1학년 학생 1명, 중학교 3학년 학생 2명 총 3명을 대상으로 적용한 후, 활동 녹화 자료, 면담 녹화 자료, 관찰 일지, 활동 결과물, 수업 소감문, 인공지능에 대한 태도 설문 등의 자료를 수집하여 수학적 창의성, 컴퓨팅 사고, 인공지능에 대한 태도를 분석하였다.
결과 인공지능을 활용한 중등 수학영재 수업은 인공지능 모델 중 엔트리의 이미지 분류 모델을 적용하여 ‘사각형을 분류하는 인공지능 모델 구현’과 ‘테셀레이션을 분류하는 인공지능 모델 구현’ 두 가지 주제로 수업 프로그램을 구성하여 설계하였다. 수업 프로그램 적용을 통해 중등 수학영재에게서 수학적 창의성 요소와 컴퓨팅 사고 요소가 나타났으며, 수업 프로그램 적용 전과 수업 프로그램 적용 후를 비교하였을 때, 수업 프로그램의 적용이 중등 수학영재의 인공지능에 대한 태도가 긍정적으로 바뀌는 데 영향을 준 것으로 나타났다.
결론 본 연구에서 개발한 머신러닝을 활용한 중등 수학영재 수업 프로그램은 문제해결 과정에서 수학적 창의성과 컴퓨팅 사고가 동시에 발휘될 수 있어 학습자들의 수학적 창의성과 컴퓨팅 사고를 동시에 강화하는데 도움을 주었다. 또한, 인공지능에 대한 실질적인 경험이 학습자의 인공지능에 대한 이해를 높이면서 학습자의 인공지능에 대한 태도가 긍정적으로 바뀌는 데 영향을 주었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objectives In this study, the goal is to develop a machine learning-centered artificial intelligence-based secondary mathematics gifted class program that enhances the mathematical creativity and computational thinking of secondary mathematics gifted. The program aims to instill a positive attitude towards artificial intelligence in students.
Methods We investigate machine learning algorithms applied to artificial intelligence models, select appropriate mathematical topics, and develop a Project-Based Learning (PBL) instructional program where learners can actively participate in implementing artificial intelligence models. The program application was conducted with three students from the Gifted Education Institute at K University located in Chungbuk Province, South Korea, during the 2023 academic year. The participants included one 1st-year middle school student and two 3rd-year middle school students. Data collection involved recording activities, interview recordings, observation journals, activity outcomes, class reflections, and attitude surveys related to artificial intelligence.
Results The secondary mathematics gifted class utilizing artificial intelligence was designed by applying the image classification model of Entry, an artificial intelligence model. The class program was structured around two themes: ‘Implementation of an artificial intelligence model classifying rectangles’ and ‘Implementation of an artificial intelligence model classifying tessellations.’ Through the application of the secondary mathematics gifted class program, elements of mathematical creativity and computational thinking were observed in secondary mathematics gifted. When comparing the period before and after the application of the program, it was evident that the implementation of the class program had a positive impact on changing the attitude of secondary mathematics gifted towards artificial intelligence.
Conclusions The secondary mathematics gifted class program developed in this study, utilizing machine learning-centered artificial intelligence, proves to be a beneficial method for concurrently enhancing learners' mathematical creativity and computational thinking during the problem-solving process. Furthermore, the practical experience with artificial intelligence has contributed to increasing learners' understanding of artificial intelligence, resulting in a positive shift in their attitudes towards artificial intelligence.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 선행연구 고찰
• Ⅲ. 연구 방법
• Ⅳ. 연구 결과 및 분석
• Ⅴ. 결론 및 제언
• 참고문헌