생성형 인공지능과의 SSI 토론 수업이 고등학생의 의사결정능력과 논증 수준, 생성형 인공지능에 대한 인식에 미치는 영향 = The Effects of SSI Discussion Classes with Generative AI on High School Students’ Socio-Scientific Reasoning Levels, Quality of Argumentation, and Perceptions of Generative AI

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 생성형 인공지능을 활용한 과학 관련 사회적 쟁점(SSI) 토론 수업이 고등학생의 논증 능력, 의사결정 능력, 그리고 인공지능에 대한 인식에 미치는 영향을 실증적으로 분석하고자 수행되었다. 2022 개정 과학과 교육과정은 비판적 사고력과 과학적 의사결정 역량, 첨단 과학기술에 대한 이해를 강조하고 있으며, 본 연구는 이러한 교육적 방향을 반영하여 ChatGPT와의 상호작용을 기반으로 한 SSI 수업을 설계하였다. 연구는 마이스터고등학교 1학년 남학생 79명을 대상으로 ‘원자력 발전소 건설’을 주제로 총 4차시 수업을 운영하고, 사전·사후 글쓰기, 설문, 면담을 통해 학생들의 변화 양상을 분석하였다.
수업 후 학생들의 논증 요소 사용 빈도와 논증 수준은 유의미하게 향상되었으며, 근거, 보장, 반증, 한정 요소의 사용이 증가하였다. 이는 학생들이 주장과 근거를 논리적으로 연결하고 다양한 관점을 고려하며 글을 구조화하는 능력이 향상되었음을 시사한다. 의사결정 능력 또한 복잡성, 관점 인식 영역에서 뚜렷한 향상을 보였으며, 다양한 사회적·과학적 요인을 종합적으로 고려하는 태도를 보였다. 반면 탐구 요소에서는 유의미한 변화가 나타나지 않았는데, 이는 본 연구의 활동이 추가적인 정보 탐색보다는 주어진 정보를 활용한 토론에 집중되었기 때문으로 해석된다.
토론 능력과 논쟁 성향은 학생의 논증 수준 및 의사결정 능력 향상에 영향을 미치는 주요 변인으로 나타났다. 토론 능력과 논쟁 성향 상위 집단일수록 논증 수준과 의사결정 능력에서 더 큰 향상을 보였으며, 하위 집단의 경우에도 면담을 통해 자신의 의견을 표현하는 데 심리적 부담이 적었다고 응답하는 등 긍정적인 측면이 나타났다. 특히 생성형 인공지능은 감정적 대립 없이 논리 중심의 토론을 가능하게 하여, 내성적인 학생에게도 발화 기회를 제공하고 개별화된 상호작용 환경을 조성하는 데 기여하였다.
수업 전후 학생들의 생성형 인공지능에 대한 인식은 ‘활용 의향’ 영역에서 유의미한 향상을 보였으며, 실용성과 편의성을 중심으로 인공지능을 학습 도구로 수용하려는 태도를 나타냈다. 반면 정보 신뢰성과 정서적 몰입에 대한 인식은 뚜렷한 변화를 보이지 않았다.
결론적으로, 본 연구는 생성형 인공지능과의 SSI 토론 수업이 학생들의 논증과 의사결정 능력을 신장시키는 데 실질적으로 기여하며, SSI 수업의 교육적 효과를 강화할 수 있는 유의미한 수업 전략임을 실증적으로 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted to empirically analyze the effects of a debate-based SSI (Socio-Scientific Issues) class utilizing generative AI on high school students’ argumentation skills, decision-making skills, and perceptions of AI. The 2022 revised Science curriculum emphasizes critical thinking, scientific decision-making competencies, and an understanding of advanced science and technology. Reflecting this educational direction, the study designed an SSI class based on interaction with ChatGPT. The research involved 79 male first-year students at a specialized vocational (Meister) high school, conducting a four-session class on the topic of “nuclear power plant construction.” Changes in students’ abilities and perceptions were analyzed through pre- and post-class writing, surveys, and interviews.
After the class, students showed a significant improvement in the frequency and level of argumentation elements, with increased use of grounds, warrants, rebuttals, and qualifiers (according to Toulmin’s model).
This indicates an enhanced ability to logically connect claims and evidence, as well as to structure writing by considering multiple perspectives.
Decision-making skills also improved notably in the domains of complexity and perspective-taking, reflecting a strengthened tendency to comprehensively consider diverse socio-scientific factors. However, no significant change was observed in the inquiry element, suggesting a high dependency on AI for information searching.
Debate skills and argumentativeness were found to be important factors influencing learning outcomes. Higher-level groups showed greater improvements in both argumentation level and decision-making skills, while lower-level groups also benefited from increased opportunities for self-expression. Generative AI proved particularly effective in providing speaking opportunities for introverted students and fostering an individualized interaction environment, as it enabled logic-centered debates without emotional confrontation.
Students’ perception of generative AI showed a significant increase in the “intention to use” domain, with a strengthened attitude toward accepting AI as a learning tool, emphasizing its practicality and convenience. However, perceptions regarding information reliability and emotional engagement showed no notable change.
In conclusion, this study empirically confirms that generative AI makes a substantial contribution to enhancing students’ argumentation and decision-making skills and serves as a meaningful instructional strategy for strengthening the educational effectiveness of SSI classes.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성과 목적 1
• 2. 연구 문제 5
• II. 이론적 배경 6
• 1. 과학 관련 사회적 쟁점(SSI) 6
• 2. 생성형 인공지능과 과학교육 9
• 3. 논증 능력 12
• 4. 의사결정 능력 14
• 5. 생성형 인공지능에 대한 인식과 수용 16
• III. 연구 방법 17
• 1. 연구 대상 17
• 2. 연구 절차 18
• 3. 검사 도구 22
• 가. 논증능력 22
• 나. 의사결정 능력 25
• 다. 생성형 인공지능에 대한 인식 26
• 라. 토론 능력과 논쟁 성향 27
• 3. 분석 방법 28
• IV. 연구 결과 29
• 1. 생성형 인공지능과의 SSI 토론 수업이 고등학생의 논증과 의사결정 능력에 미치는 영향 29
• 가. 논증 수준 29
• 나. 의사결정 능력 37
• 2. 학생의 토론 능력, 논쟁 성향별 논증 수준, 의사결정능력의 변화 44
• 가. 토론 능력에 따른 학생의 논증 수준, 의사결정능력의 변화. 44
• 나. 논쟁 성향에 따른 학생의 논증 수준, 의사결정능력의 변화. 48
• 3. 생성형 인공지능과의 SSI 토론을 통한 생성형 인공지능에 대한 인식 50
• V. 결론 및 제언 53
• 1. 결론 54
• 2. 제언 58
• 참고문헌 59
• 부록 63
• Abstract 73