드론 영상인식을 활용한 인공지능 교육이 창의적 문제해결력에 미치는 영향 분석 = Analysis of the effect on artificial intelligence education using drone image recognition on creative problem-solving abilit

국문 초록 (Abstract)

현재 국내 인공지능 교육의 경우 초, 중, 고등학교 인공지능 교육을 위한 교육 내용의 구성과 교수 학습 및 평가 방법에서 대학 과정이나 외국 교육과정을 참고로 구성하는 등 관련 교육과정 구성 환경은 아직 미흡한 실정이다. 그리고 인공지능 기초, 인공지능 미래사회와 같은 고등학교 진로 선택 교과서의 내용과 구성을 확인해 보면 인공지능의 개념과 머신러닝, 인공 신경망을 핵심 주제로 이론적인 내용 위주의 교육과정이 편성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또 세부 내용 및 성취수준 또한 포괄적인 수준으로 제시되어 인공지능이 무엇인지 이해하고 AI 핵심 기술을 활용한 문제 해결 과정을 경험해 볼 수 있지만, 구체적으로 AI를 활용해 문제를 해결하는 방법이나 기술을 체험하기에는 제약이 따른다.
본 연구는 포괄적인 수준으로 제시되어있는 교육과정의 한계를 극복하고 보다 구체적인 체험을 통해 인공지능을 이해하고 문제를 해결할 기회를 피교육자에게 제공하기 위해 4차 산업 혁명 시대에 등장한 드론(Drone)을 인공지능 교육에 활용했다. 앞으로는 증강 현실(Augmented Reality, AR)과 가상 현실(Virtual Reality, VR)이 보편화되면 키보드와 마우스만으로는 미래 첨단 정보화 기기에 대한 조작에 한계가 있을 것이다. 현실과 가상이 혼합된 메타버스 세상에선 더 직관적이고 효율적인 상호작용을 요구하고 있다. 이런 필요성을 충족시키기 위해 사람과 컴퓨터 사이의 다양한 의사전달 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다(전우형, 2020).
따라서, 본 연구에서는 드론 영상인식과 관련된 특정 영역에 해당하는 인공지능 기술의 세부 요소를 구체화하여 제시하고 학생들이 컴퓨터와 상호작용하며 창의적 문제 해결 능력을 키우는 인공지능 교육 방법을 제시한다. 드론이라는 피지컬 컴퓨팅 도구를 활용한 인공지능 교육은 학생 활동 결과에 대한 반응이 즉각적이라 흥미도와 동기 부여 측면에서 매우 높은 효과를 보인다(전형기, 2021). 따라서 본 연구에서 수행한 내용은 다음과 같다.
첫째, 드론 영상인식을 활용한 교육과 창의적 문제해결력에 대한 이론적 탐색 및 선행 연구 분석을 통해 인공지능 교육의 가능성을 고찰하였다. 둘째, 설계한 교육과정과 교육 내용을 수업에 적용하여 ‘드론과 영상인식을 활용한 인공지능 교육’의 창의적 문제해결력의 영향 정도를 분석했다.
고등학생의 인공지능 교육에 대한 인식을 변화시킬 수 있을 것이라는 연구 가설에 대해서는 교육과정 적용 이후 수업 내용, 수업 방법, 효과, 수업 환경, 평가와 관련된 설문을 시행하였다. 영역별 4문항씩 총 20문항으로 구성된 설문에서 90%(18문항) 긍정 문항에 답변한 결과를 확인하였다. 수업 내용과 효과 그리고 평가영역에서는 인공지능 교육에 대한 학생 인식 변화가 유의미하게 나타났으나, 수업 환경에서 수업 활동 시간에 대한 부정적인 의견이 50% 정도 도출되었다. 이는 주당 2시간으로 편성되어 있는 교육과정에서 체험 위주의 수업과 자유 산출물 제작 프로젝트 수업 진행에는 무리가 있는 것으로 판단된다..
교육자가 사전에 설계한 교육과정과 교육 내용을 수업에 적용하였을 때 학생들이 창의적 문제해결력 향상에 유의미한 차이가 있을 것이라는 연구 가설 검증에서는 대응표본 t-검정 결과 사전검사 결과(M = 3.471)에 대비 사후검사 결과(M = 3.947)가 통계적으로 유의미한 향상(p = 0.001)을 보였다.
그 결과, 인공지능 교육과정의 수업 내용, 수업 방법, 효과, 수업 환경, 평가와 관련된 부분에서 학생들은 ‘드론 영상인식을 활용한 인공지능 교육’을 실생활과 밀접하게 관련이 있고, 흥미로운 주제로 생각한다는 것을 알 수 있었고, 수업 평가에서 수업 내용이 주제와 일치하고 적절한 환경에서 효과적으로 진행되었음을 알 수 있었다. 특히 창의적 문제해결력의 세부 요소 중 ‘동기적 요소’와 ‘확산적 요소’에서 매우 높은 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 드론 영상인식을 활용한 인공지능 교육이 일반적인 인공지능 교육보다 학습자의 창의적 문제해결력 향상에 긍정적인 영향을 미쳤음을 확인하였다.
따라서 인공지능 교육이 실제적 문제를 창의적으로 해결을 할 수 있도록 드론뿐만 아니라 진로와 연계한 다양한 교육 방법을 개발, 적용할 필요가 있다.