인공지능 리터러시 함양을 위한 인공지능 융합 교육 프로그램 개발

Abstract

As technology rapidly grows and changes, our society is faced with the necessity of preparing the future society that we have not yet experienced, right in the midst of the Fourth Industrial Revolution. In particular, the ability to understand and utilize artificial intelligence technology will be essential for students who will live in the future. The ability to understand artificial intelligence, recognize its social values and impacts, and use it to solve various problems is called "Artificial intelligence literacy." AI literacy includes basic knowledge of AI literacy, principles and methods of application, as well as values and ethical principles, and there is a need for research that reflects various elements of AI literacy, as there are many cases of using various technologies produced by AI in classes at present. Moreover, previous studies have proven that convergence education with various subjects is effective in nurturing AI literacy. Thus, this study aims to develop an AI convergence education program in order to foster AI literacy. Specifically, this study develops an education program for elementary school social studies classes (3rd grade) that can enhance AI literacy through a series of activities using artificial intelligence to solve problems. The study follows the EDDIE lesson design model, conducts requirements analysis and previous studies analysis to develop the education program, evaluates the program's effectiveness through expert evaluations, amends, and supplements the program, and finally develops the final education program according to the evaluation and in-depth interview results of the learners. The effectiveness of the education program in enhancing AI literacy is verified through pre- and post-tests. Notably, this study aimed to develop an AI education program that could promote AI literacy across all areas through understanding AI principles and through applying AI to problem-solving activities. The study found the following results. Firstly, the study program enhances AI literacy effectively. The study program was developed for AI fusion education to enhance AI literacy, and the effectiveness of the program was confirmed through student feedback and AI literacy tests conducted after the program was applied. And in a student survey and in-depth interviews, many answered that the program helped the learners change their attitudes in the three areas of AI literacy. Secondly, the study program arouses interest and satisfaction among students. The majority of responses from the open-ended survey showed satisfaction with each lesson. Thirdly, the students found it interesting to apply their previous social knowledge to new lessons. Lastly, the unplugged activity in the study program made it easier for 3rd-grade students to understand the principles of artificial intelligence. In conclusion, the following suggestions are proposed for future research. First, although this study targeted around 20 third-grade students, further research with different school years and sample sizes should be conducted to improve the accuracy of results. Second, for verification of the effects of the program, the study recommends dividing students into experimental and control groups, where the experimental group can experience the program, while the control group only takes social science classes. Third, the study program was developed with the contents and standards of AI literacy elements for students learning under the 2015 revised education curriculum. It is important to modify and improve the educational contents and standards so that it is appropriate for the new 2022 curriculum. Fourth, in order to enhance the applicability of AI cenvergence education on-site, collaboration among teachers, parents, and administrators is needed. Lastly, it is important to research whether the study program can be applied to new topics, beyond the specific local topics used in social studies classes for 3rd-grade students in order to develop a universal AI education program.

급속도로 성장하고 변화하는 기술과 더불어 우리 사회는 4차 산업혁명의 한 가운데에서 여태 경험하지 못했던 미래사회로의 대응력을 갖추어야 할 필요성을 가진다. 특히 미래를 살아갈 학생들에게 인공지능 기술을 이해하고 활용할 수 있는 능력은 필수적일 것이다. 인공지능을 이해하고 인공지능 기술의 사회적 가치와 영향을 인식하며 이를 활용해 다양한 문제상황을 해결할 수 있는 소양을 인공지능 리터러시라고한다. 인공기능 리터러시에는 인공지능에 대한 기초지식, 원리와 활용방법, 그리고 가치와 윤리관 등의 내용요소가 포함되며 현재는 인공지능으로 제작된 다양한 기술을 활용하는 수업 사례가 많아 인공지능 리터러시의 다양한 요소를 함께 반영한 연구가 필요하다. 또한 기존 선행연구 분석 결과 다양한 교과와의 융합 교육이 인공지능 리터러시를 함양하는 것에 효과적이라는 것이 입증되었기에 본 연구는 이 인공지능 리터러시 함양을 위한 인공지능 융합 교육 프로그램의 개발을 목적으로 한다. 본 연구에서는 인공지능에 관하여 배우고, 이를 활용하여 문제를 해결하는 일련의 활동을 통하여 인공지능 리터러시를 함양할 수 있는 교육 프로그램을 초등학교 3학년 사회과 수업을 중심으로 개발하고 그 효과성을 연구하고자 한다. EDDIE 수업 설계 모형에 따라 요구분석 및 선행연구 분석을 통해 교육 프로그램을 개발하고, 전문가의 평가를 받아 교육 프로그램을 수정 및 보완하여 학습자의 사용성 평가를 실시한다. 이후 학습자의 평가와 심층 면담 결과를 반영하여 최종 교육 프로그램을 개발한다. 이때 사전⦁사후 인공지능 리터러시 검사를 통해 교육 프로그램이 인공지능 리터러시 함양에 효과성을 갖고 있는지를 검증한다. 전문가 검수 집단은 초등교육 경력자 및 인공지능교육 전공자로 구성하며 학습자의 사용성 평가는 서울시 소재 초등학교 3학년 학생 및 수업자를 대상으로 실시한다. 기존 연구들은 초등학교 3학년 학생들을 대상으로 인공지능 도구로 산출물을 만들어내는 체험식 수업을 주로 적용하였으나 2022개정 교육과정을 살펴본 결과 3학년 학생들도 5~6학년군에만 존재하던 인공지능 활용에 관련된 내용 요소를 인공지능 원리와 더불어 배우게 될 수 있음을 짐작해볼 수 있다. 그래서 본 연구에서는 인공지능 리터러시의 중요한 요소 중 하나인 인공지능 원리 이해와 더불어 인공지능을 활용하여 문제를 해결하는 활동을 통하여 인공지능 리터러시의 각 영역이 고루 함양될 수 있기를 바라며 프로그램을 개발하였다. 본 연구의 교육 프로그램을 적용하여 인공지능 리터러시의 함양 정도를 확인한 결과는 다음과 같다. 첫째, 본 연구의 교육 프로그램은 인공지능 리터러시 함양에 효과를 보인다. 본 연구에서는 인공지능 리터러시 함양을 위한 인공지능 융합 교육 프로그램을 개발하였는데, 프로그램 적용 후 학생 반응 검사, 인공지능 리터러시 검사를 실시한 결과 본 프로그램의 효과성이 확인되었다. 또한 개방형 학생 반응 설문과 심층면담 결과 인공지능의 교육 이후 세 영역에서 변화한 부분이 있다고 답하여 본 교육 프로그램을 통한 인공지능 리터러시 함양의 효과성을 입증하였다. 둘째, 본 연구의 교육 프로그램에 학생들이 흥미를 느끼며 만족하는 등 정의적 태도의 변화를 보였다. 개방형 설문지의 답변 대부분에 각 차시별 수업에 대하여 만족한다는 반응을 보였다. 셋째, 학생들은 본 교육 프로그램에서 기존의 사회지식을 활용하여 새로운 수업을 하는 것에 흥미를 느꼈다. 다수의 학생은 본 교육 프로그램이 사회수업이 아닌 인공지능 수업이라고 생각하기도 하였지만, 챗봇만들기 활동을 위하여 다시 이전에 배운 사회과의 내용을 살펴보는 등 기존 사회과에서 배운 내용을 활용할 수 있어서 복습이 되었다고 답하기도 하였다. 넷째, 본 교육 프로그램 중 언플러그드 활동은 초등학교 3학년 학생들에게 다소 어려울 수 있는 인공지능의 원리를 쉽게 이해할 수 있게 하였다. 또한 학생들은 많은 계산을 직접 해야하는 언플러그드 활동을 통하여 인공지능을 활용해야 하는 이유를 자연스럽게 알 수 있었다는 반응을 보였다. 본 연구 이후의 연구를 위한 제언은 다음과 같다. 첫째, 본 연구는 초등학교 3학년 학생 20명 내외를 대상으로 하였지만 다른 학년이나 대상자의 수를 더 늘려 그 효과를 더 확실히 검증하는 절차가 필요하다. 둘째, 본 연구는 3학년 학생 한 학급 학생을 대상으로 적용된 교육 프로그램의 개발이므로, 사회과의 안내책자만들기 등의 수업을 하지 않고 바로 본 교육 프로그램을 경험하는 실험군과 사회과의 기존수업만 진행하는 대조군으로 나누어 그 효과를 정확하게 검증할 필요성이 있다. 셋째, 본 프로그램은 2015 개정 교육과정을 배우는 학생들을 대상으로 적용하여 앞으로 추가될 것이라고 생각한 인공지능 리터러시 내용요소와 성취기준을 예상하여 작성하였기에 2022 개정 교육과정이 구체화 된 후 내용 요소와 성취기준을 수정 및 보완해 적절성을 높일 필요가 있다. 넷째, 인공지능 리터러시 함양을 위한 인공지능 융합 교육을 위하여 현장 적용 가능성을 높이기 위한 교육 주체들의 협업이 필요하다. 인공지능 교육의 현장 적용을 높이기 위해선 환경의 개선과 더불어 교사 연수, 학부모과 관리자의 인식 제고가 끊임없이 필요하다. 다섯째, 본 교육 프로그램은 초등학교 3학년 사회과에서 지역화 주제를 선정하여 적용하였지만, 일회적인 활용을 넘어서 다른 차시나 다른 교과의 새로운 주제에서도 적용가능한지 범용 가능성을 연구할 필요성이 있다. 본 연구는 인공지능 융합 교육이 더 나아갈 수 있는 방향으로 활용될 수 있기에 그 의의가 있다고 본다. 인공지능 융합 교육 연구의 필요성이 급증하고 있는 가운데, 본 연구가 앞으로 적용될 2022 개정 교육과정을 위한 하나의 참고자료로서 학년 군의 인공지능 교육 내용요소의 방향 및 범위를 제시하며, 교과목과의 융합 가능성을 엿볼 수 있는 자료가 되기를 바란다.