인공지능을 활용한 화학 교수·학습 프로그램이 중학교 영재학생의 화학개념이해 및 디지털 리터러시에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 인공지능을 활용한 화학 교수·학습 프로그램을 개발 및 적용하고, 중학교 영재학생의 화학 개념 이해와 디지털 리터러시에 미치는 영향을 분석하여 현장 화학
영재교육에 적용할 수 있는 시사점을 도출하기 위해 수행되었다. 동료 화학 교사와 화학교육 전문가의 자문을 통하여 인공지능을 적용한 화학 교수‧학습 프로그램을 개발하였으며, 중학교 2학년 영재학생 36명을 대상으로 적용하였다. 화학 개념 이해 및 디지털 리터러시를 측정하는 사전검사를 시행하고, 인공지능 요소를 바탕으로 재구성한 화학교육을 시행한 후 사후 검사 및 설문을 시행하는 단일집단 사전-사후 검사 방식을 사용하였다. 사전-사후 검사 결과를 대응표본 t-검정으로 분석한 결과, 인공지능을 활용한 화학 교수·학습 프로그램을 적용한 이후 화학 개념 이해력이 유의미하게 향상되었음을 확인했다. 화학 개념 요소 중, 원소, 원자, 분자 개념의 평균은 사후에 향상되었으나 통계적으로 유의미하지 않았지만, 이온 개념은 통계적으로도 매우 유의미한 향상이 있었다. 디지털 리터러시는 통계적으로 유의미한 변화가 나타났다. 디지털 리터러시 7개 하위 요소 중 디지털 기술, 디지털 데이터, 디지털 웰빙 영역에서 통계적으로 매우 유의미한 향상이 있었다. 디지털 콘텐츠, 미디어, 커뮤니케이션, 공동체 리터러시 영역은 평균 점수의 향상은 있었지만 통계적으로 유의미하지 않았다. 검사 후 진행한 학생 설문 결과, 인공지능을 활용한 화학 수업 내용이 화학 개념 이해와 화학에 대한 인식이 긍정적으로 변하는데 기여하였다. 인공지능에 대한 인식은 여러 영역에 매우 필요하며 흥미롭다는 의견이 주를 이루었지만, 소수의 영재학생은 인공지능을 활용하는데 어려움을 나타내었다. 이것은 인공지능을 활용한 중학교 영재학생의 화학 교수·학습 프로그램에서 인공지능의 기술 도구 활용에 대한 구조화된 사전 활동과 개별 맞춤형 수업 전략이 요구됨을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 2
• 3. 연구의 제한점 3
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 1. 인공지능 활용 교육 4
• 2. 화학 개념 이해 8
• 3. 디지털 리터러시 12
• Ⅲ. 연구 방법 15
• 1. 연구 대상 15
• 2. 연구 절차 16
• 3. 연구 설계 17
• 4. 검사 도구 18
• Ⅳ. 인공지능을 활용한 화학 교수·학습 프로그램 개발 20
• 1. 개발 과정 20
• 2. 교수·학습 프로그램의 구성 23
• Ⅴ. 인공지능을 활용한 화학 교수·학습 프로그램 적용 결과 37
• 1. 화학 개념 이해의 변화 37
• 2. 디지털 리터러시의 변화 42
• 3. 학생 설문 분석 44
• Ⅵ. 결론 및 제언 53
• 1. 결론 53
• 2. 제언 57
• 참고문헌 60
• ABSTRACT 65
• 부록 68