인공지능 챗봇 활용 수업의 상호작용 양상 연구: 초등 영어 말하기 수업을 중심으로

Abstract

Artificial intelligence is regarded as a crucial force for future national development, and attempts are being made to incorporate AI technology into educational practices and environments. Among the different artificial intelligence tools, AI chatbots have the benefit of allowing learners and programs to engage based on conversations by combining AI technologies such as voice recognition and natural language processing and offering personalized feedback on learner utterances. It is actively utilized in education. In the meantime, the Ministry of Education created AI PengTalk, an AI-based practice tool for speaking English, which was delivered to Korean elementary schools in 2021 and is currently being utilized in elementary school English classrooms. There may be numerous changes in classroom interactions with the introduction of AI chatbots into teacher-student-centered school classes. This is because employing AI chatbots in class entails more than just adding a new medium into the classroom process. Prior research has mostly focused on the development direction of chatbots in teaching and learning activities or the usage of classes, with minimal emphasis on the component of the class process. As a result, it is vital to uncover the interactive aspects of the classroom and identify the teacher's role in the changing class, as well as the class's advantages and limits, by analyzing instances of classes utilizing AI chatbots in the school field. This will give a hint to increasing the quality of lessons utilizing AI chatbots and the future classroom environment using AI technologies. To get ideas for useful and efficient class design and execution plans employing AI chatbots, systematic observation of the classroom context and in-depth comprehension of the participants classroom experiences are also necessary. As a result, in this study, an in-depth analysis of the interaction patterns between teachers, students, and AI chatbots in elementary English-speaking classes using AI chatbots was conducted using the elementary school education site AI Pengtalk as the research site, and teachers and students perceptions of classes using AI chatbots were investigated. The following are the research questions for this study. First, how are the interaction patterns between teachers, students, and AI chatbots in elementary English-speaking classrooms employing AI chatbots? Second, how do teachers use AI chatbots in elementary English-speaking classes? Third, what are the advantages and limits of using AI chatbots in elementary English classes? A case study-based qualitative study was carried out to address the research questions. To explore interaction patterns in classrooms utilizing AI chatbots, the researcher observed the three lessons of a fifth-grade class at an elementary school in Seoul that was teaching English using AI PengTalk. The interviews were conducted with one teacher and nine students. Multimodal transcription was used to capture the entire classroom scene as well as the scene of the students AI chatbot interactions. After class observation, teacher and student interviews were done, and all of them were recorded and typed out. Multimodal transcripts and interview transcripts were analyzed according to the five procedures for qualitative data analysis and interpretation proposed by Creswell (2012) to derive meaning. The interaction patterns of teachers, students, and AI chatbots in elementary English-speaking classes using AI chatbots were largely derived as (teacher)-student-(AI chatbots) and teacher-student-(AI chatbots) as a result of the study. Teachers served as environmental makers, content analysts, class designers, mentors, moderators, device managers, inspectors, and facilitators before, during, and after class. The advantages of utilizing AI chatbots in English speaking lessons included can assist underachievers throughout class, easy to monitor learning, useful for repetitive English speaking practice, and support students in their affective aspects. Additionally, for an English-speaking class utilizing AI chatbots to be successful, instructors must act as a tuner for comprehensible input and an empathic moderator. Additionally, its important to acquire instructional design capabilities using AI chatbots based on TPACK for AI chatbots. The advantages and limits of AI chatbot-based classes highlighted in this study have implications for the design of AI chatbot-based classes. The multimodal analysis approach was used to analyze classes utilizing AI chatbots in this study. This allowed for a systematic analysis as well as in-depth and differentiated insight into the interaction between teachers, students, and AI chatbots. The findings of this study will provide a novel approach for classroom interaction research and will serve as valuable fundamental data for creating and developing an effective class model for lessons employing AI chatbots in school sites in the future.

인공지능의 경우 미래 국가 발전의 핵심 동력으로 여겨지고 있으며, 교육계에서도 AI 기술을 교육 방법이나 교육 환경에 접목하고자 하는 시도가 지속되고 있다. 다양한 인공지능 도구 중 인공지능 챗봇은 음성 인식 및 자연어 생성 등의 AI 기술이 접목되어 학습자와 프로그램 간 대화를 기반으로 상호작용 할 수 있고 학습자 발화에 대한 개별화된 피드백을 제공한다는 이점이 있어 특히 영어 말하기 교육에서 활발히 사용되고 있다. 한편 교육부는 AI 기반 영어 말하기 연습 도구인 AI 펭톡을 개발하였고, 이것은 2021년 국내 초등학교 현장에 보급되어 초등학교 영어 수업 시간에 활용되고 있다. 교사와 학생 중심의 학교 수업에 인공지능 챗봇이 도입됨으로써 교실 수업에서의 상호작용에는 많은 변화가 있을 수 있다. 인공지능 챗봇을 수업에 활용한다는 것은 단순히 새로운 매체를 수업 과정에 도입한다는 것 이상의 의미를 가지고 있기 때문이다. 선행연구들은 주로 교수학습 활동에서의 챗봇의 발전 방향이나 수업 활용에 치중되어 있으며, 수업 과정적인 부분이 크게 부각되지 않았다. 따라서 학교 현장에서의 인공지능 챗봇 활용 수업 사례를 분석함으로써 교실 수업에서의 상호작용 양상을 드러내고 변화하는 수업 내에서의 교사의 역할과 수업의 장점과 제한점을 파악할 필요가 있다. 이는 인공지능 챗봇 활용 수업의 질 제고와 인공지능 도구를 활용하는 미래 교실 수업 환경에 대한 실마리를 제공할 것이다. 또한 인공지능 챗봇을 활용한 실제적이고 효과적인 수업 설계와 실행 방안을 위한 단서를 얻기 위하여 수업 상황에 대한 체계적인 관찰과 수업 참여자의 수업 경험에 대한 심층적인 이해가 필요하다. 이에 본 연구에서는 AI 펭톡을 활용한 초등학교 교육 현장을 연구 현장으로 삼아 인공지능 챗봇 활용 초등 영어 말하기 수업에서 교사, 학생, 인공지능 챗봇의 상호작용 양상을 다중양식 분석을 통해 심층적으로 분석하고, 교사와 학생의 인공지능 챗봇 활용 수업에 대한 인식을 조사하였다. 본 연구의 구체적인 연구 문제는 다음과 같다. 첫째, 인공지능 챗봇 활용 초등 영어 말하기 수업에서 교사, 학생, 인공지능 챗봇의 상호작용 양상은 어떠한가? 둘째, 인공지능 챗봇 활용 초등 영어 말하기 수업에서 교사의 역할은 무엇인가? 셋째, 인공지능 챗봇 활용 초등 영어 말하기 수업의 장점과 제한점은 무엇인가? 이상의 연구 문제를 해결하기 위해 사례 연구 방법에 따라 질적 연구를 수행하였다. 인공지능 챗봇 활용 교실 수업에서의 상호작용 양상을 탐구하기 위해, AI 펭톡을 활용해 영어 말하기 수업을 하는 서울 시내 A 초등학교 5학년 한 학급의 수업 3차시를 관찰하고 교사 1명과 학생 9명을 대상으로 면담을 시행하였다. 전체 수업 장면과 학생의 인공지능 챗봇 간 상호작용 장면은 모두 녹화하여 다중양식 전사를 수행했다. 교사와 학생의 면담은 수업 관찰 후에 이뤄졌으며 면담 내용은 모두 전사하였다. 다중양식 전사 자료와 면담 전사 자료는 Creswell(2012)이 제안한 질적 데이터 분석 및 해석에 대한 5가지 절차에 따라 분석해 의미를 도출하였다. 연구 결과, 인공지능 챗봇 활용 초등 영어 말하기 수업에서의 교사, 학생, 인공지능 챗봇의 상호작용 양상을 크게 (교사)-학생-인공지능 챗봇과 교사-학생-(인공지능 챗봇)로 구분하여 도출하였다. 교사는 수업 전‧중‧후에 걸쳐 환경 조성자, 콘텐츠 분석가, 수업 설계자, 조언자, 중재자, 기기 관리자, 점검자, 촉진자라는 다양한 역할을 수행하였다. 인공지능 챗봇 활용 영어 말하기 수업의 장점으로 수업 중 하위 학습자에 대한 지도가 가능함, 학습 점검이 용이함, 반복적 영어 말하기 연습에 좋음, 학생의 정의적 측면에 도움을 줌이 꼽혔다. 제한점으로는 상위 학습자와의 상호작용이 적음, 인공지능 챗봇을 수업에 사용만 해서는 교육적 효과를 볼 수 없음, 인공지능 챗봇의 기술적 문제와 사용 환경에 대한 고려가 필요함이 도출되었다. 도출된 상호작용 양상을 통해 공교육 현장에서의 인공지능 챗봇 활용 개별화 학습의 가능성을 확인하고 수업 중 쉽게 소외될 수 있는 하위 학습자 지도에 대한 실마리를 얻을 수 있었다. 또한 효과적인 인공지능 챗봇 활용 영어 말하기 수업이 되기 위해 교사는 이해 조율자와 공감적 중재자 역할을 잘 수행해야 하며, 인공지능 챗봇에 대한 TPACK을 바탕으로 한 인공지능 챗봇 활용 교수설계 역량 신장이 필요하다는 것을 발견할 수 있었다. 본 연구에서 파악한 인공지능 챗봇 활용 수업의 장점과 제한점은 인공지능 챗봇 활용 수업 설계에 대한 시사점을 제공해준다. 본 연구에서는 인공지능 챗봇 활용 수업을 다중양식 분석 방법에 따라 탐색하였다. 이를 통해 교사, 학생, 인공지능 챗봇 간의 상호작용에 대한 체계적인 분석과 심층적이고 차별화된 통찰을 얻을 수 있었다. 본 연구의 결과는 교실 상호작용 연구의 새로운 방법론을 제시하고 향후 학교 현장에서 인공지능 챗봇을 활용한 수업의 적합한 수업 모델을 설계하고 개발하기 위한 유용한 기초 자료로 기능할 것이다.