인공지능을 활용한 수업 지원시스템의 효과성 분석 : <똑똑 수학탐험대> 사례를 중심으로 = The Effects of an AI-based Class Support System on Student Learning: Focusing on the Case of Toctoc Math Expedition in Korea

국문 초록 (Abstract)

오늘날에는 급격한 교육 환경의 변화 속에서 학습자 중심의 학교 교육을 실현하기 위한 인공지능 기술의 도입에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 흐름 속에서 교육부는 ‘공교육을 통한 초등수학 책임교육’을 실현하기 위해 2019년부터 ‘인공지능 초등수학수업 지원시스템(이하, AI시스템)’인 ‘똑똑 수학탐험대’를 개발해왔으며, 2020년부터 전국적으로 서비스를 실시하고 있다. 본 연구는 AI시스템 ‘똑똑 수학탐험대’의 효과성을 분석하고 교육적 시사점을 제안하기 위하여 수행되었다. 이를 위해 AI시스템을 활용한 수업이 학생들의 인지적 영역과 정의적 영역에 미치는 영향 및 교사들의 수업에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과, AI시스템을 활용한 수업은 학생들의 인지적 영역과 정의적 영역에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 먼저 인지적 영역에 대해서는 AI 시스템을 지속적으로 사용한 학교의 성취도 점수를 분석한 결과, AI 시스템의 사용이 성취도 향상에 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 특히 성취수준이 낮은 학생들의 인지적 학습에 도움을 주어 학습격차 해소에 기여할 수 있음을 확인하였다. 다음으로 정의적 영역에 대해서는 AI시스템을 활용한 수업이 수학 과목의 실용적 가치와 수학 공부를 통한 역량 개발에 대한 인식에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 아울러 AI시스템을 사용하여 학생들을 지도한 교사들은 AI시스템에 탑재된 콘텐츠 전반에 대해 높은 만족도를 나타냈으며, AI시스템의 활용이 수학 수업과 학생들의 수학 학습에 긍정적인 영향을 미친다고 인식하였다. 인공지능의 특성상 AI시스템의 성능 향상을 위하여 보다 많은 교사와 학생들이 해당 시스템을 적극적으로 활용하는 것은 매우 중요하다. 따라서 충분한 학습데이터의 구축을 통하여 AI시스템의 성능을 향상시키기 위하여 장기적이고 지속적인 관점에서 AI시스템을 사용할 수 있는 기반을 마련하고 지원하는 것이 필요할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The attempts to use artificial intelligence in education are increasing along with the need for learner-centered school education according to the recent rapid change in the educational environment. Recently, the Korean Ministry of Education has launched the ‘Toctoc Math Expedition’, an elementary mathematics class support system using artificial intelligence (AI). In this context, this study aims to examine the effects of an AI-based class support system on student learning and to explore implications for using AI in education. The impacts of using ‘Toctoc Math Expedition’ on students’ cognitive and affective domains, as well as teachers’ perceptions on the AI-based class support system’s effects, were investigated to reach this goal. The results demonstrated that classes using the AI-based class support system had a positive effect on the cognitive and affective learning. In terms of cognitive domain, continuous use of the AI-based class support system was found to have a positive effect on the improvement of performance. In particular, it helped the cognitive learning of students with low achievement levels. In terms of affective domain, it was found that the AI-based class support system had a positive effect on students' perceptions of the practical value of math subjects and the development of competencies through math study. Furthermore, teachers showed high satisfaction with the content provided by the AI-based class support system, and acknowledged that using the system had a positive effect on the quality of math classes and students’ math learning. Finally, considering that the performance of the AI-based class support system can be improved through the accumulation of sufficient data, this research suggested policy support for the deployment of the AI-based class support system in school math classes.

참고문헌 (Reference)

1 조은순, "포스트 코로나시대 비대면 수업을 위한 교육공학의 역할과 과제" 한국교육공학회 36 (36): 693-713, 2020

2 신동조, "초·중등교육에서 인공지능: 체계적 문헌고찰" 대한수학교육학회 30 (30): 531-552, 2020

3 조성현, "인공지능과 언택트 시대, 국내 주요산업의 클라우드 도입 현황 및 전망" 정보통신산업진흥원 2020

4 이현숙, "인공지능(AI)활용 초등수학 수업 지원시스템 개발 방안 연구" 한국과학창의재단 2019

5 홍옥수, "인공지능(AI) 초등수학수업 지원시스템 개발 및 운영방안 연구" 한국과학창의재단 2021

6 관계부처 합동, "인공지능 국가전략" 관계부처 합동 2019

7 이환철, "수학학습 정의적 영역 검사 도구 개발 연구" 대한수학교육학회 19 (19): 267-287, 2017

8 박선화, "수학에 대한 정의적 특성 향상 방안 연구" 한국교육과정평가원 2010

9 박만구, "수학교육에서 인공지능 활용 가능성" 한국수학교육학회 34 (34): 545-561, 2020

10 김선희, "수학교육과 정의적 영역" 경문사 2014

11 교육부, "수학과 교육과정-교육부 고시 제2020-236호"

12 박지현, "수학 인지적 속성에 따른 TIMSS 2011 8학년 성취도 상위국 특성 비교" 대한수학교육학회 25 (25): 303-321, 2015

13 교육부, "수학 1-1 교사용지도서" 교육부 2017

14 이영호, "맞춤형 프로그램 교육을 위한 지능형 문제 해결 경로 예측 모델 개발" 서울교육대학교 2018

15 구자옥, "국가수준 학업성취도 평가 결과에 기반한 2009 개정 교육과정의 학업성취 특성 및 추이 분석" 한국교육과정평가원 2019

16 Xie, H., "Trends and development in technologyenhanced adaptive/personalized learning: A systematic review of journal publications from 2007 to 2017" 140 : 103599-, 2019

17 한국교육과정평가원, "TIMSS 2019 결과발표 별첨자료"

18 조성민, "PISA 2022 수학 평가틀과 예시 문항 분석" 한국학교수학회 23 (23): 299-321, 2020

19 Ma, W., "Intelligent tutoring systems and learning outcomes : A meta-analysis" 106 (106): 901-918, 2014

20 Luckin, R., "Intelligence unleashed : An argument for AI in education" Pearson 2016

21 Hannula, M. S., "Exploring new dimensions of mathematics-related affect : Embodied and social theories" 14 (14): 137-161, 2012

22 Gadanidis, G., "Artificial intelligence, computational thinking, and mathematics education" 34 (34): 133-139, 2016