ChatGPT 기반 AI 학습플랫폼을 활용한 모둠학습이 중학생 정의적 특성에 미치는 영향 : 과학자기효능감과 과학태도를 중심으로

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 인공지능(AI)을 활용한 모둠 학습이 중학생의 과학자기효능감과 과학태도 변화에 미치는 영향을 실험적으로 분석하였다. 최근 교육 현장에서 는 AI가 학습 지원 도구로 주목받고 있으나, 이를 협력 학습에 접목했을 때 과학 관련 인식과 태도에 미치는 구체적 효과에 대한 실증 자료는 부족하다. 이에 본 연구에서는 중학교 1학년 학생을 대상으로 AI 기반 모둠 학습과 일 반적 모둠 학습의 효과를 비교하기 위하여 총 10차시에 걸친 수업 프로그램을 설계하고 적용하였다. 수업은 모둠학습의 구조를 기반으로 하되, AI 대화형 도구를 접목하여 학습자의 상호작용과 참여 과정을 실시간으로 확인할 수 있 도록 구성하였다. 또한 AI가 제공하는 대화 분석과 피드백 기능을 통해 학습 자별 기여도를 점검하고, 필요시 교사가 개입할 수 있는 구조를 마련하였다. 이를 통해 AI 기반 지원이 과학자기효능감 및 과학적 태도의 향상에 어떠한 차별적 효과를 가져오는지 실증적으로 규명하고자 하였다. 연구 대상은 경북 소재 중학교 1학년 학생 54명으로, 27명은 실험집단으로 편성하여 AI를 활용한 모둠 학습을 실시하였고, 나머지 27명은 통제집단으로 하여 그동안 계속 학습에 활용되어 왔던 일반적인 모둠 학습을 적용하였다. 두 집단 모두 수업 전·후에 과학자기효능감과 과학태도를 측정하였으며, 각 검사는 여러 하위 요인으로 구성되었다. 자료 분석에서는 사전·사후 점수를 토대로 변화량을 산출한 뒤, Levene의 등분산성 검정과 독립표본 t-검정(또는 Welch t-검정)을 실시하였다. 분석에는 평균, 표준편차, 유의확률(p)과 함께 효과크기(Cohen’s d)를 포함하였다. 분석 결과, 과학자기효능감의 전체 변화량에서 실험집단은 통제집단보다 유 의하게 높은 점수를 기록하였다(p < .05). 하위 요인 중 과제곤란도선호에서만 통계적으로 유의한 향상이 확인되었다.(p < .05). 과학태도에서는 전체 변화량 에서 실험집단은 통제집단보다 유의하게 높은 점수를 기록하였다(p < .05). 하 위 요인은 과학에 대한 태도, 과학교과에 대한 태도, 과학적 태도 모두에서 실 험집단의 변화량이 통제집단보다 크게 나타났으며(p < .05), 특히 과학교과에 대한 태도의 효과크기(d = .75)는 중간 이상 수준이었다. 하위 요인을 더 세부적으로 보면 STS 상호 관련성 인식(p = .015), 과학교과 에 대한 흥미(p = .010), 협동성(p = .035), 창의성(p = .013)에서 실험집단의 향상이 두드러졌다. 나머지 하위 요인에서는 변화가 있었지만 통계적으로 유 의하지 않았다. 이러한 결과는 AI 기반 모둠 학습이 학습자의 과학 관련 자기효능감과 태 도 향상에 실질적인 도움을 줄 수 있음을 시사한다. 특히, 학습자가 과학적 과 제를 수행하는 과정에서 AI가 제공하는 맞춤형 정보, 이것을 활용한 친구들과 의 자신감 있는 상호 피드백이 학습 경험의 질을 높인 것으로 해석된다. 본 연구는 AI와 협력 학습의 결합이 과학교육의 정의적 효과를 증진시킬 수 있 다는 실증적 근거를 제시하며, 다양한 과목과 학습 환경에서의 확산 가능성을 뒷받침하는 기초 자료로 활용될 수 있다. 주요어 : 인공지능(AI) 기반 학습, 모둠학습, 과학 자기효능감, 과학적 태도, 중학생 과학교육, 정의적 특성, AI 플랫폼 활용 교육

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 6
• 3. 용어의 정의 7
• 가. 모둠학습 7
• 나. 과학자기효능감 7
• 다. 과학적 태도 8
• 라. AI 활용 모둠학습 8
• 4. 연구의 제한점 8
• Ⅱ. 이론적 배경 10
• 1. 모둠학습 10
• 2. AI를 이용한 학습의 필요성 12
• 3. AI 기반 학습 환경의 개념과 교육적 의의 13
• 4. 과학자기효능감 14
• 5. 과학적 태도 15
• Ⅲ. 연구 방법 17
• 1. 연구 대상 17
• 2. 연구 설계 17
• 3. AI 기반 학습 플랫폼 및 도구 활용 18
• 가. AI 시스템 활용 18
• 나. 교육 프로그램 20
• 4. 연구 도구 32
• 가. 과학자기효능감 검사도구 32
• 나. 과학태도 측정 도구 33
• Ⅳ. 연구 결과 34
• 1. 과학자기효능감의 변화 34
• 가. 과학자기효능감 결과 비교 34
• 나. 과학자기효능감의 하위 요인별 결과 36
• 2. 과학태도의 변화 37
• 가. 과학태도의 결과 비교 39
• 나. 과학태도의 하위 요인별 결과 39
• Ⅴ. 결론 및 제언 43
• 1. 결론 43
• 2. 제언 44
• 참고 문헌 46
• 영문 초록 51
• 부 록 53