AI 프로그램을 활용한 수학학습이 수학적 자기효능감과 수학적 태도에 미치는 영향 : -‘똑똑! 수학탐험대’를 중심으로- = The Effects of AI-Based Mathematics Learning on Students’ Mathematical Self-Efficacy and Attitudes : Focusing on “Toc Toc! Math Expedition”

국문 초록 (Abstract)

AI 프로그램을 활용한 수학학습이 수학적 자기효능감과 수학적 태도에 미치는 영향 -‘똑똑! 수학탐험대’를 중심으로- 김 태 윤 부산교육대학교 교육대학원 초등수학교육전공 (지도교수 김 성 준) 최근 인공지능(AI) 기술이 교육 현장의 맞춤형 학습 도구로 대두됨에 따라, 본 연구는 공교육 AI 프로그램인 ‘똑똑! 수학탐험대’를 활용한 수학 학습이 초등학 교 5학년 학생의 수학적 자기효능감과 수학적 태도에 미치는 영향을 규명하는 데 목적이 있다. 본 연구를 위해 부산광역시 강서구 소재 M초등학교 5학년 학생 24명을 연구 대상으로 선정하였다. 연구 절차는 ADDIE 모형(분석, 설계, 개발, 실행, 평가) 에 기초하여 ‘수와 연산’ 영역의 ‘2. 분수의 곱셈’ 단원을 총 12차시 분량으로 재구성하여 적용하였다. 자료 분석을 위해 실험집단을 대상으로 사전·사후 검사 를 실시하였으며, 수집된 정량적 데이터는 통계 프로그램 Jamovi를 활용하여 대응표본 t-검정(Paired t-test)을 실시하였다. 아울러 학생들의 수업 중 반응 관찰 및 면담을 통해 수집된 질적 자료를 분석하여 정량적 결과를 보완하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 수학적 자기효능감이 사전 3.26점 에서 사후 3.90점으로 통계적으로 유의미하게 향상되었다(t=-4.09, p<.001). AI 의 시각적 지원과 단계별 학습은 학생들의 이해도를 높였고, 특히 즉각적인 피 드백과 재도전 기회는 평가에 대한 심리적 압박감을 낮추었다. 이는 학생들이 오류를 ‘성장의 과정’으로 인식하게 하여 학습 회피를 주도적 문제 해결 행동으 로 변화시키는 기제로 작용하였다. 둘째, 수학적 태도 역시 사전 2.91점에서 사후 3.53점으로 유의하게 상승하였 으며(t=-5.58, p<.001), 모든 하위 요인에서 긍정적 변화가 확인되었다. 질적 분석 결과, 재화나 동물 카드 수집 등 게이미피케이션 요소는 학습 과정을 즐 거운 경험으로 변화시켜 흥미를 유발했다. 이러한 정서적 변화는 과제 집착력 을 강화시켰으며, 필기 습관 형성 및 시각화 전략 활용 등 능동적 학습 행동의 질적 성장을 견인한 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구는 ‘똑똑! 수학탐험대’를 활용한 수업이 초등학생의 정의적 영역 성취에 효과적인 교수·학습 전략임을 시사한다. 다만, 특정 지역의 소수 학생을 대상으로 단기간 진행되었으므로, 향후 연구에서는 연구 대상을 확대하 고 다양한 단원에 적용하여 효과를 일반화할 필요가 있다. * 키워드: 인공지능(AI) 활용 교육, 똑똑! 수학탐험대, 수학적 자기효능감, 수학적 태도, 초등수학 * 본 논문은 2026년 2월 부산교육대학교 대학원 위원회에 제출된 교육학 석사학위 논문임.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 3
• 3. 용어의 정의 3
• 4. 연구의 제한점 4
• II. 이론적 배경 5
• 1. 인공지능과 교육 5
• 가. 인공지능 5
• 나. 교육에서의 인공지능 활용 5
• 다. 인공지능 활용 수학 교육 6
• 라. 똑똑 수학탐험대 8
• 2. 수학적 자기효능감 9
• 3. 수학적 태도 10
• III. 연구 방법 12
• 1. 연구 대상 12
• 2. 연구 설계 12
• 가. 실험 설계 12
• 나. 수업 설계 13
• 다. 교수·학습 환경 15
• 3. 연구 절차 16
• 4. 연구 도구 17
• 가. 수학적 자기효능감 검사 도구 17
• 나. 수학적 태도 검사 도구 18
• 5. 분석 방법 18
• IV. 연구 결과 19
• 1. ‘똑똑! 수학탐험대’를 활용한 수학 수업 재구성 및 적용 19
• 가. 분석(Analysis) 단계 19
• 나. 설계(Design) 단계 20
• 다. 개발(Development) 단계 26
• 라. 실행(Implementation) 단계 29
• 마. 평가(Evaluation) 단계 42
• 2. 인공지능(AI) 기반 수학 수업이 수학적 자기효능감과 수학적 태도에 미치
• 는 영향 46
• 가. 수학적 자기효능감에 미치는 영향 46
• 나. 수학적 태도에 미치는 영향 51
• V. 결론 및 제언 58
• 1. 결론 58
• 2. 제언 60
• 참고 문헌 61
• ABSTRACT 65
• 부록 68
• <표 Ⅲ-1> 연구 대상 12
• <표 Ⅲ-2> 실험 설계 13
• <표 Ⅲ-3> 수업 설계 13
• <표 Ⅲ-4> 연구 절차 16
• <표 Ⅳ-1> 2015 개정 수학과 교육과정 성취기준 및 단원 학습 목표 20
• <표 Ⅳ-2> 교과서를 활용한 교수·학습 지도안 예시 26
• <표 Ⅳ-3> ‘똑똑! 수학탐험대’를 활용한 교수·학습 지도안 예시 28
• <표 Ⅳ-4> 수학적 자기효능감 대응표본 t-검정 결과 46
• <표 Ⅳ-5> 수학적 태도 대응표본 t-검정 결과 51
• <그림 Ⅳ-1> 수학탐험대 교과활동 22
• <그림 Ⅳ-2> 수학탐험대 탐험활동 22
• <그림 Ⅳ-3> 수학탐험대 평가활동 23
• <그림 Ⅳ-4> 수학탐험대 인공지능 추천활동 24
• <그림 Ⅳ-5> 수학탐험대 교구활동 24
• <그림 Ⅳ-6> 수학탐험대 자유활동 25
• <그림 Ⅳ-7> 수학탐험대 학습현황 26
• <그림 Ⅳ-8> 진단평가 결과 및 인공지능 추천활동 31
• <그림 Ⅳ-9> 인공지능 추천활동에 대한 학생들의 반응 31
• <그림 Ⅳ-10> 교구활동을 통한 동수누가 개념 학습 33
• <그림 Ⅳ-11> 교구활동에 대한 학생들의 반응 33
• <그림 Ⅳ-12> 교과활동을 통한 연산자 개념 학습 36
• <그림 Ⅳ-13> 교과활동에 대한 학생들의 반응 36
• <그림 Ⅳ-14> 탐험활동을 통한 연산자 개념 학습 39
• <그림 Ⅳ-15> 탐험활동에 대한 학생들의 반응 39
• <그림 Ⅳ-16> 단원평가 및 자유활동 40
• <그림 Ⅳ-17> 평가활동에 대한 학생들의 반응 40
• <그림 Ⅳ-18> 자유활동에 대한 학생들의 반응 41
• <그림 Ⅳ-19> ‘똑똑! 수학탐험대’ 프로그램에 대한 학생들의 평가 43
• <그림 Ⅳ-20> 학생들이 느낀 성공 경험 47
• <그림 Ⅳ-21> 학생들이 느낀 정서적 지원 49
• <그림 Ⅳ-22> 교과에 대한 자아 개념의 변화 52
• <그림 Ⅳ-23> 교과에 대한 태도의 변화 54
• <그림 Ⅳ-24> 교과에 대한 학습 습관의 변화 56