인공지능 원리를 융합한 수학교육 프로그램 개발 및 적용

최현정 서울교육대학교 교육전문대학원 2023 국내석사

Based on the growth of big data, the artificial intelligence field is emerging and is recognized as the basis for leading the upcoming era. The Ministry of Education is proposing to strengthen software education in the 2015 revised curriculum, and in 2020, AI curriculum was developed, and artificial intelligence textbooks were produced for first to fourth and fifth graders. In the 2022 revised curriculum, educational policies were established to strengthen information education in elementary schools, and research on artificial intelligence education such as research on the availability of artificial intelligence and development of artificial intelligence education programs is also being actively conducted. Although efforts are being made to realize artificial intelligence education by securing the number of hours through various policies, the reality is that it is still too much for artificial intelligence education to actually in the classroom. The purpose of this study is to develop and apply a mathematics education program that combines the principles of artificial intelligence to find out the changes in cognitive and affective characteristics that appear in students. For this study, a mathematics education program was developed that combines five themes and 12 artificial intelligence principles. Topic 1 compares the size of the fractions using sorting algorithms, topic 2 classifying shapes using decision trees, topic 3 visualizing data and drawing graphs, topic 4 finding rules to learn in truth, and topic 5 is the meaning and name of map learning and polygons. After applying the developed program to students in one class of 6th grade, changes in students' cognitive and affective characteristics were confirmed based on the collected data by collecting recorded data, student observation checklist, observation diary, student activity results, student questionnaire, artificial intelligence principle, and student interview data. The mathematics education program, which combines the developed AI principles, establishes the stated learning goals (how to do) using (artificial intelligence principles), and students learn the mathematical concepts using artificial intelligence principles first. Each program included unplugged play activities or group-specific cooperative activities for the interest of students. In terms of the cognitive characteristics of students revealed when applying the mathematical education program that combines the principles of artificial intelligence, students well understood the principles of artificial intelligence as a result of qualitative research. However, it was observed that students' understanding of the subject of progress and regularity was insufficient compared to other subjects. In terms of affective characteristics, students showed higher interest in the class after applying this program compared to existing math classes. Students' interest improved by appropriately converging unplugged play activities, mathematical concepts, and artificial intelligence principles, and accordingly, participation in classes increased significantly. Based on the research results, I would like to make the following suggestions for future research. First, when applying this program to students, it is recommended to apply it to the class at that time so that students can learn the concepts of mathematics and also learn the principles of artificial intelligence. Second, in the study, the program was applied to research participants in the 6th grade of elementary school, but the mathematical concept used was already learned with the contents of the 4th and 6th grades. Therefore, it was difficult to study what mathematically changed among students' cognitive characteristics, so various studies need to be conducted in the future to analyze the changes in mathematical characteristics among students' cognitive characteristics. Third, while conducting this study, it was possible to see that students' interest in classes increased through various unplugged activities. Research is also needed on whether students' interest in the class was fused with the artificial intelligence principle or because it was a class incorporated with play. 빅 데이터의 성장을 바탕으로 인공지능 분야가 새롭게 떠오르고 있으며 다가올 시대를 이끌어갈 기반으로 인정받고 있다. 교육부는 2015 개정교육과정에서 소프트웨어 교육 강화를 제시하고 있으며 2020년에는 AI 교육과정이 개발되었고 초등1~4, 5~6학년을 대상으로 한 인공지능 교과서의 제작이 이루어졌다. 2022 개정 교육과정에서는 초등학교의 정보교육 강화를 위한 교육 정책을 수립하였으며, 인공지능의 활용가능성에 대한 연구와 인공지능 교육 프로그램 개발 연구 등 인공지능 교육 관련 연구도 활발히 이루어지고 있다. 다양한 정책으로 시수를 확보하여 인공지능교육을 실현하기 위해 노력하고 있지만 교실에서 실제로 인공지능교육이 이루어지기에는 아직 무리가 있는 것이 현실이다. 이 연구의 목적인 인공지능 원리를 융합한 수학교육 프로그램을 개발하고 적용하여 학생들에게 나타나는 인지적 특성과 정의적 특성의 변화를 알아보는 것이다. 이 연구를 위해 5개 주제, 12차시의 인공지능 원리를 융합한 수학교육 프로그램을 개발하였다. 1주제는 정렬 알고리즘을 활용한 분수의 크기 비교, 2주제는 의사결정나무를 활용한 도형 분류, 3주제는 데이터 시각화와 그래프 그리기, 4주제는 진법으로 배우는 규칙 찾기, 5주제는 지도학습과 다각형의 뜻과 이름이다. 개발된 프로그램을 6학년 1개 학급 학생들을 대상으로 적용한 후 적용 과정에서 녹음 자료, 학생 관찰 체크리스트, 관찰 일지, 학생 활동 결과물, 학생 설문지, 인공지능 원리 확인 학생 평가지, 학생 면담 자료를 수집하여 수집된 자료를 바탕으로 학생들의 인지적 특성과 정의적 특성의 변화를 확인하였다. 개발된 인공지능 원리를 융합한 수학교육 프로그램은 “(인공지능 원리)를 알고, 이를 활용하여 (수학 개념)을 (어떻게) 한다.”와 같은 형태로 진술된 학습 목표를 설정하여 인공지능 원리와 수학교육을 대등하게 융합하였고, 학생들이 인공지능 개념을 먼저 학습한 후 인공지능 원리를 활용하여 수학 개념을 학습하게 된다. 각 프로그램에는 학생들의 흥미를 위해 언플러그드 놀이 활동이나 모둠별 협동 활동을 포함하였다. 인공지능 원리를 융합한 수학교육 프로그램 적용 시 드러나는 학생의 인지적 특성을 분석한 결과에 따르면 인공지능 원리를 잘 이해하였지만, 수학 주제와 관련하여 진법과 규칙성 주제에 대한 학생들의 이해는 다른 주제에 비해 부족한 것으로 확인되었다. 정의적 특성 측면에서는 기존 수학 수업에 비해 학생들은 본 프로그램을 적용하고 난 후 수업에 더 높은 흥미를 보였다. 언플러그드 놀이 활동과 수학 개념, 인공지능 원리를 적절히 융합하여 학생들의 흥미가 향상되었고, 이에 따라 수업에 대한 참여도가 크게 증가하였다. 연구 결과를 바탕으로 향후 연구를 위해 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, 본 프로그램을 학생들에게 적용할 때에는 해당 차시의 수업시간에 적용하여 학생들이 수학 개념을 익히는 동시에 인공지능 원리도 학습할 수 있도록 하는 것이 좋다. 둘째, 연구에서는 초등학교 6학년인 연구 참여자들을 대상으로 프로그램을 적용하였으나 활용한 수학 개념은 4-6학년의 내용으로 이미 학습한 상태였다. 따라서 학생들의 인지적 특성 중 수학적으로 어떠한 변화가 있었는가에 대해 연구하기 어려웠으므로 향후 다양한 연구가 진행되어 학생들의 인지적 특성 중 수학적 특성 변화에 대한 분석이 이루어질 필요가 있다. 셋째, 본 연구를 진행하면서 다양한 언플러그드 활동을 통해 학생들의 수업에 대한 흥미도가 높아지는 모습을 볼 수 있었다. 학생들의 수업에 대한 흥미가 인공지능 원리와 융합되었기 때문인지 놀이가 접목된 수업이었기 때문인지에 대해서도 연구가 필요하다.

AI 리터러시 신장을 위한 체화된 인지(embodied cognition) 기반의 인공지능 이해 중심 융합교육프로그램 개발 및 적용

정재은 동국대학교 교육대학원 2023 국내석사

In the age of artificial intelligence, AI literacy, which is mentioned as a necessary basic skill for future generations, is expected to be enhanced through current artificial intelligence education. But research on artificial intelligence classes linked to regular elementary school subjects aimed at enhancing AI literacy is very lacking. In addition, existing artificial intelligence education for elementary school students approaches only as an extension of Practical subjects, uses already created artificial intelligence platforms, or focuses only on developing artificial intelligence programs, failing to promote even a basic understanding of artificial intelligence. Therefore, this study aimed to develop AI literacy through an artificial intelligence convergence education program centered AI understanding consisting of play and experience suitable for 6th graders of elementary school based on embodied cognitive theory. In addition, by analyzing the effect centering on AI literacy, I tried to suggest implications for educational practitioners who want to apply artificial intelligence education programs for AI literacy development to the field. The research questions were set such as follows. First, what contents should be composed of the 'AI Understanding program based on embodied cognition for AI literacy' for elementary school students?, Second, how should the 'AI Understanding program based on embodied cognition for AI literacy' for elementary school students be structured? Thirdly, what effect does the 'AI Understanding program based on embodied cognition for AI literacy' for elementary school students have on improving AI literacy? First, the results of the study on what contents should be composed of the first research question, the 'AI Understanding program based on embodied cognition for AI literacy' for elementary school students, are as follows. (1) Artificial intelligence should be treated as a 'target of learning', not a tool for subject learning. (2) Learning topics should be set through 'chemical convergence' that fuses the achievement standards of each subject in elementary school with the expectations for artificial intelligence performance. In addition, learning problems that can satisfy the achievement standards of each subject and meet the expectations for artificial intelligence performance, learning activities that allow learners to create knowledge while interacting with surrounding learners and learning environments, and evaluation of the process as well as the results of learning Classes should be structured with process-oriented evaluation that are possible. (3) In order to increase AI literacy, even if the area of understanding artificial intelligence is taught, not only the concepts and principles of artificial intelligence are covered, but the existing artificial intelligence platform can be used (using artificial intelligence) or real-life problems are taught on the premise of artificial intelligence ethics. It should be taught in a 'comprehensive' way, including the process of thinking procedurally to solve real world problem or to develop competencies for artificial intelligence development The second research question, the results of the study on how the 'AI Understanding program based on embodied cognition for AI literacy' for elementary school students should be structured are as follows. (1) It is necessary to promote understanding of artificial intelligence through the method of 'play and experience using the body organs of senses and movements'. (2) As a learning method that encourages 'interaction with the environment', understanding of artificial intelligence can be promoted. The environment here encompasses the world to which the learner belongs, the learning environment, teachers, learners around him, and virtual reality (VR). (3) The program should be structured in the way of 'convergence of other subjects'. Artificial intelligence is a convergence study involving several disciplines, and it is not possible to understand artificial intelligence by learning about one or two specific subjects. Therefore, there is a need for an interdisciplinary approach. Finally, looking at the effect of the third research question, 'AI Understanding program based on embodied cognition for AI literacy' for elementary school students on improving AI literacy, it was found that the artificial intelligence understanding-centered convergence education program significantly increased AI literacy. In particular, it was found that AI literacy had a positive effect on AI basic knowledge, development capability, and application ability, and in specific areas, it was found to be effective on AI basic knowledge and AI understanding, AI use, AI attitude and ethics. In the detailed test results by area, it was found that there was no significant effect in the areas of artificial intelligence ethical values and artificial intelligence attitudes and ethics. Based on the above research results, educational practitioners who want to apply artificial intelligence convergence education for AI literacy enhancement in elementary school are (1) introduced to artificial intelligence as a learning subject while considering the ethical aspect of artificial intelligence, and (2) to guide in connection with the existing curriculum of various subjects, (3) even if it is guided in the area of understanding artificial intelligence, through play and experiential activities that utilize the senses and motor organs of the learner's body, (4) to promote for modeling an knowledge by interactions with learners and teachers, learners and other learners, (5) it was suggested to try classes aimed at enhancing AI literacy so that knowledge can be created based on interaction with the educational environment. With this program as the cornerstone, research on artificial intelligence education based on cognitive theories that will be embodied in the future has been widely conducted, and the development and application of artificial intelligence convergence education programs for lower, middle, and upper grades in elementary school for the development of AI literacy have become active, resulting in many learners I hope that through the process of personal implementation, I will be able to create artificial intelligence knowledge related with each subject. 인공지능 시대, 미래 세대에게 꼭 필요한 기본 소양으로 언급되는 AI 리터러시는 현재의 인공지능교육을 통해 신장되리라 기대되고 있지만, AI 리터러시 신장을 학습 목표로 한 초등학교 정규교과 연계 인공지능 수업 연구는 매우 부족한 실정이다. 또한 기존의 초등학생 대상 인공지 능교육은 실과 교과의 연장선상에서만 접근하여 이미 만들어져있는 인공 지능 플랫폼을 활용만 하거나, 인공지능 프로그램을 개발하는 것에만 초 점을 두어 인공지능에 대한 기초적 이해조차 도모하지 못하고 있다. 이 에 본 연구는 체화된 인지 이론을 기반으로 초등학교 6학년에게 적합한 놀이와 체험으로 이루어진 인공지능 이해 중심 융합교육 프로그램을 개 발하여 AI 리터러시를 두루 신장시키고자 하였다. 또한 AI 리터러시를 중심으로 그 효과를 분석하여, AI 리터러시 신장을 위한 인공지능교육 프로그램을 현장에 적용하고자 하는 교육실천가들에게 시사점을 제시하 고자 하였다. 이를 위해, ‘첫째, 초등학생을 위한 ‘체화된 인지 기반 이해 중심 인 공지능융합교육 프로그램’은 어떤 내용으로 구성되어야 하는가?’, ‘둘째, 초등학생을 위한 ‘체화된 인지 기반 이해 중심 인공지능융합교육 프로 그램’은 어떤 방법으로 구성되어야 하는가?’, ‘셋째, 초등학생을 위한 ‘체 화된 인지 기반 이해 중심 인공지능융합교육 프로그램’은 AI 리터러 시 향상에 어떠한 효과가 있는가?’와 같이 연구 문제를 설정하였다. 먼저 첫 번째 연구 문제인 초등학생을 위한 ‘체화된 인지 기반 이해 중심 인공지능융합교육 프로그램’은 어떤 내용으로 구성되어야 하는가 에 대한 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 인공지능을 교과 학습을 위한 도구가 아니라, ‘학습의 주제’로서 다루어야 한다. 둘째, 초등학교의 각 교과 성취기준과 인공지능 수행기대를 융합하는 ‘화학적 융합’을 통해 학 습주제를 설정해야 한다. 또한 각 교과의 성취기준을 만족시키면서 인공 지능 수행기대도 충족시킬 수 있는 학습 문제와 학습자가 주변의 학습자 및 학습환경과 상호작용하면서 지식을 창발할 수 있는 학습활동, 학습의 결과뿐 아니라 과정도 평가할 수 있는 과정중심평가로 수업을 구성해야 한다. 셋째, AI 리터러시를 신장하기 위해서는 인공지능 이해 영역을 가 르치더라도 인공지능에 대한 개념, 원리만 다루는 것이 아니라, 인공지능 윤리를 전제로 기존의 인공지능 플랫폼을 활용(인공지능 활용)하거나, 실 생활 문제를 절차적으로 해결할 수 있도록 사고하는 과정(인공지능 개 발)도 포함하여 ‘포괄적’으로 지도해야 한다. 두 번째 연구 문제인 초등학생을 위한 ‘체화된 인지 기반 이해 중심 인공지능융합교육 프로그램’은 어떤 방법으로 구성되어야 하는가에 대 한 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, ‘감각 및 운동의 신체 기관을 두루 사용하는 놀이와 체험’의 방법으로 인공지능에 대한 이해를 도모해야 한 다. 둘째, ‘환경과의 상호작용’이 장려되는 학습 방법으로 인공지능에 대 한 이해를 도모할 수 있다. 여기에서 환경은 학습자가 속한 세계, 학습 환경, 교사, 주변 학습자, 가상현실(VR)을 모두 포괄한다. 셋째, ‘타 교과 융합’의 방법으로 프로그램을 구성해야 한다. 인공지능은 여러 학문이 연 관된 융복합적 학문으로, 특정 한두 교과에 대해서 배운다고 인공지능에 대해 파악할 수 있는 것이 아니다. 따라서 교과 융합적 접근을 할 필요 가 있다. 마지막으로 세 번째 연구 문제인 초등학생을 위한 ‘체화된 인지 기반 이해 중심 인공지능융합교육 프로그램’은 AI 리터러시 향상에 어떠한 효과가 있는가를 살펴보면, 인공지능 이해 중심 융합교육프로그램은 유 의미하게 AI 리터러시를 신장시키는 것으로 나타났다. 특히 AI 리터러시 중 인공지능 기초지식, 개발 역량, 활용 능력에 긍정적 효과가 있으며, 세부 영역으로는 인공지능 기초지식과 인공지능 이해, 인공지능 활용, 인 공지능 태도 및 윤리에 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 영역별 세부 검사 결과에서는 인공지능 윤리적 가치관 및 인공지능 태도 및 윤리 영역에서 는 유의미한 효과가 없는 것으로 나타났으나, 인공지능 효능감 측면에서 유의미하게 긍정적 효과가 있는 것으로 분석되었다. 이상의 연구 결과를 바탕으로 초등학교에서 AI 리터러시 신장을 위한 이해 중심 인공지능융합교육을 적용해보고자 하는 교육실천가들에게 첫 째, 인공지능의 윤리적 측면을 고려하면서 학습주제로서 인공지능을 접 하게 하며, 둘째, 기존의 여러 교과 교육과정과 연계하여 지도하고, 셋째, 인공지능 이해 영역을 지도하더라도 학습자 신체의 감각과 운동기관을 활용하는 놀이와 체험활동을 통해, 넷째, 학습자와 교사, 학습자와 다른 학습자, 학습자와 교육환경과의 상호작용을 바탕으로 지식을 창발할 수 있도록, 다섯째, AI 리터러시 신장을 목표로 하는 수업을 해보기를 제안 하였다. 이 프로그램을 초석으로 향후 체화된 인지 이론 기반의 인공지능교육 연구가 널리 이루어져서 AI 리터러시 신장을 위한 초등학교 저학년, 중 학년, 고학년 대상의 인공지능융합교육 프로그램의 개발 및 적용이 활발 해지고, 이에 따라 많은 학습자가 몸소 체현의 과정을 통해 인공지능 및 각 교과에 대한 지식을 창발할 수 있기를 기대해본다.

디지털 리터러시 함양을 위한 인공지능 활용 미술교육 프로그램 개발 및 실행 : 초등학교 5학년을 중심으로

김가은 한국교원대학교 교육대학원 2023 국내석사

본 연구는 인공지능 도구를 활용한 미술 수업이 초등학생의 디지털 리터러시에 어떤 교육적 효과를 지니는지 알아보고 더 좋은 방향의 미술 융합 교육 프로그램을 개발 및 적용하고자 하는 데 목적이 있다. 교육부는 2022 개정 교육과정에서 디지털 리터러시 역량과 인공지능 교육의 중요성을 강조하고 있다. 이러한 흐름 속에서 본 연구는 학생들의 디지털 리터러시 역량과 미래 예술 소양을 기르는 것을 목적으로 인공지능융합교육 프로그램을 개발 및 실행하고자 한다. 연구 문제는 총 세 가지로 첫째, 초등학생을 대상으로 미술 중심 인공지능융합교육 프로그램을 어떻게 운영할 것인가? 둘째, 미술 중심 인공지능융합교육 프로그램이 초등학생들의 디지털 리터러시 역량에 어떤 교육적 효과를 가져오는가? 셋째, 미술교육에서 인공지능융합 교육이 가지는 교육적 가치는 무엇인가? 이다. 본 연구는 디지털 리터러시 역량과 인공지능융합교육, 인공지능 활용 미술교육에 대한 문헌 연구를 실시하고 이를 바탕으로 미술 중심 인공지능융합교육 프로그램을 개발하여 초등학교 학생들에게 적용하는 실행연구를 운영하였다. 연구 참여자는 울산광역시 소재 초등학교 5학년 학생 20명이며 10차시의 수업을 진행한 후 3명을 대상으로 심층 면담을 하였다. 연구 과정에서 수업 영상 패들렛 기록, 토론 학습지, 개인별 작품, 심층 면담, 사전·사후 설문조사 등의 자료를 수집하여 분석하였다. 이를 통해 다음과 같은 결과를 도출하였다. 첫째, 인공지능이 하나의 예술 도구가 될 수 있다는 인식의 변화이다. 미술 중심 인공지능융합교육을 통해 학생들은 인공지능의 원리를 자연스럽게 이해했고 인공지능 활용 미술 활동이 하나의 새로운 예술 장르가 될 수 있다는 새로운 패러다임을 확인하였다. 둘째, 미술 중심 인공지능융합교육을 통한 디지털 리터러시 역량의 강화이다. 학생들은 수업 과정에서 인공지능과 디지털 기술들을 활용하며 디지털 협업 능력, 정보 처리 및 활용 능력, 인공지능 기술의 윤리적 한계에 대해 이해하게 된다. 위 실행 연구를 통해 미술교육에서 인공지능 도구가 가지는 교육적 활용 가능성을 발견하였다. 고학년이 될수록 미술 교과에 대한 자신감을 잃어가는 학생들에게 인공지능 도구는 아이디어 실현에 도움을 주는 보조적 수단이 될 수 있다. 아이디어를 구상하고 작품에서 의미를 발견해내는 미술 교과의 본질에 더 다가갈 수 있도록 하는 교육적 효과를 기대할 수 있다.

진로영어와 인공지능 기초의 융합지도를 위한 교과서 분석 : 고등학교 진로영어를 중심으로 한 인공지능 기초 교과 융합지도

오화남 경인교육대학교 교육전문대학원 2023 국내석사

본 연구는 4차 산업혁명 시대에서 영어교육을 활성화하고 기존의 방식을 변형하여 새롭게 접근하고자 시도되었다. 인공지능과 영어교육은 활발히 논의되고 있으며 교실에서도 많은 변화가 이루어지고 있다. 이에 인공지능 기초 교과와 영어 교과의 융합 지도를 통해 영어교육의 활성화 및 인공지능 기초 소양을 함께 기를 수 있도록 한다. 기술의 발전으로 생활 전반에서 많은 변화가 이루어지고 있으며 미래 시대를 살아갈 학생들에게는 더욱 절실히 필요한 교육이라 여겨진다. 따라서 인공지능의 개념과 기술에 대한 이해를 익혀 활용할 수 있도록 교실에서 장을 열어주어야 할 것이다. 인공지능을 활용한 영어교육은 말하기, 쓰기, 듣기, 읽기, 그리고 평가영역까지도 논의되고 활용되고 있다. 영어과의 공통 과목인 ‘영어’ 및 여러 가지의 일반 선택 및 진로 선택 과목 중에서 진로 영어를 융합지도를 위한 과목으로 선택하고 연구하고자 한 것은, 학습자의 흥미가 학습의 동기로 이어지는 특성 때문이다. 학생들은 익숙한 소재를 통해서 낯설고 어려운 영역에 대한 도전 동기를 가질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 진로영어 성취기준을 참고하여 교과서를 분석하고 인공지능 기초 교과 영역과의 연계성을 찾고자 하였다. 2015 개정 교육과정 영어교과에서 제시한 학습의 소재 19가지를 기준으로 두 교과에 등장한 단원별 영역별 소재의 공통점을 연계로 성취기준을 재구조화하여 진로 영어 교과와 인공지능 기초 교과의 융합지도 방안을 제시하고자 하였다.

노벨 엔지니어링을 활용한 교과 융합형 초등 인공지능 윤리 교육 프로그램 개발

김희진 성균관대학교 교육대학원 2026 국내석사

본 연구는 노벨 엔지니어링을 활용하여 교과 융합형 초등 인공지능 윤리 교육 프로그램을 개발하는 것을 목적으로 한다. 인공지능의 발달과 2022년 생성형 인공지능 ChatGPT의 등장으로 산업 현장 및 사람들의 일상에는 큰 변화가 나타났다. 그러나 그에 따른 부작용도 발생하여, 윤리적 성찰 없이 무분별한 인공지능 사용 사례가 발생하였다. 이에 본 연구에서는 초등학교 교과 교육과정과 인공지능 윤리 교육과정을 융합하여 인공지능을 올바르게 사용하는 도덕적 태도를 기르는 것을 목적으로 교육 프로그램을 개발하고자 한다. 또한 초등학생의 발달 단계와 흥미를 고려하여 교육 프로그램의 몰입을 위해 노벨 엔지니어링 기법을 활용한다. 프로그램은 ADDIE 교수 설계 모형의 절차에 따라 총 9차시로 구성되었으며, 국어, 사회, 실과 5~6학년군 교육과정을 융합하여 설계하였다. 개발한 프로그램은 LLM 기반 생성형 인공지능 델파이 검사를 거쳐 최종 수정하였고, 서울의 한 초등학교 6학년 학생 24명에게 적용하였다. 적용 후 학생 활동 결과물, 학생 인터뷰를 분석 및 진행한 결과 인공지능으로 인해 발생하는 문제에 대한 책임은 사용자와 개발자에게 있다는 것을 학생들이 분명하게 인식하였으며, 인공지능을 활용할 때 무분별하게 사용하지 않기, 명령을 내릴 때 일어날 결과 생각하기, 개발자는 인공지능에 윤리적으로 어긋난 명령에 대한 대처 프로그램을 고려하기 등 학생 스스로 인공지능 윤리 실천 방안을 말할 수 있었다. 전문가 30인을 대상으로 진행한 전문가 타당도 검사에서도 평균 4.5 이상, 표준편차 0.8 이하, CVR 0.8 이상의 점수를 확보하여 교육적으로 타당한 프로그램임을 검증할 수 있었다. 지금까지 인공지능 윤리 교육 프로그램은 주로 인공지능 프로그램을 활용하여 10대 인공지능 윤리 요소 개념을 익히는 활동이 주를 이뤘다. 본 프로그램은 교과와 노벨 엔지니어링을 활용하여 문학 작품을 기반으로 인공지능 윤리 문제를 스스로 발견하고, 관련된 인물에 깊이있게 공감하며 인공지능 윤리 요소와 관련하여 발생할 수 있는 실생활 문제에 대해 학생들이 심도있는 토의를 통해 윤리적으로 성찰하는 것을 목표로 설계하였다. 문제 상황으로의 몰입을 높이는 노벨 엔지니어링을 기반의 교과 융합형 인공지능 윤리 교육 프로그램이 교육 현장에서 유의미한 효과를 가지며, 추후 인공지능 윤리 교육 프로그램 개발에 새로운 기틀로 자리매김할 수 있으리라 기대한다. The purpose of this study is to develop a curriculum-integrated AI ethics education program for elementary school students utilizing the Novel Engineering approach. With the advancement of artificial intelligence and the emergence of the generative AI ‘ChatGPT’ in 2022, significant changes have occurred in industrial sectors and daily life. However, these advancements have also brought about adverse effects, leading to instances of indiscriminate AI usage lacking ethical reflection. Therefore, this study aims to develop an educational program designed to foster a "moral attitude for the proper use of AI" by integrating the elementary curriculum with AI ethics education. To enhance student engagement, the program utilizes the Novel Engineering technique, taking into account the developmental stages and interests of elementary students. The program was designed following the procedures of the ADDIE instructional design model and consists of a total of nine sessions. It integrates the curricula of Korean, Social Studies, and Practical Arts for the 5th and 6th-grade cluster. The developed program was refined through an LLM-based generative AI Delphi survey and subsequently implemented with 24 sixth-grade students at an elementary school in Seoul. Upon analyzing the students' activity outcomes and interviews following the implementation, it was found that students clearly recognized that the responsibility for problems arising from AI lies with both users and developers. Furthermore, students were able to articulate their own action plans for practicing AI ethics, such as refraining from indiscriminate use, anticipating consequences before issuing commands, and suggesting that developers implement safeguards against unethical commands. In an expert validity test conducted with 30 experts, the program secured a mean score of 4.5 or higher, a standard deviation of 0.8 or lower, and a CVR of 0.8 or higher, thereby verifying its educational validity. While existing AI ethics education programs have predominantly focused on learning the concepts of the 10 key AI ethics elements through the use of AI tools, this program is designed to enable students to identify AI ethics issues based on literary works (Novel Engineering). It aims to encourage ethical reflection through in-depth discussions on real-life problems related to AI ethics elements, while fostering deep empathy for the characters involved. It is anticipated that this Novel Engineering-based, curriculum-integrated AI ethics education program, which enhances immersion in problem situations, will have a meaningful impact in the educational field and serve as a new framework for the future development of AI ethics education programs.

생성형 AI를 활용한 세계시민교육이 초등학생의 인공지능 리터러시와 세계시민역량에 미치는 영향

강유미 한국교원대학교 교육대학원 2025 국내석사

오늘날 우리는 디지털 전환의 가속화, 글로벌 위기, 문화적 다양성의 확대 등 복잡한 글로벌 이슈에 직면하고 있으며 이러한 시대적 흐름은 미래 세대를 살아갈 초등학생에게 새로운 핵심 역량을 요구하고 있다. 이에 따라 2022 개정 교육과정에서는 세계시민으로서의 책임과 공동체적 감수성을 함양하는 교육을 강조하고 있다. 동시에 생성형 AI는 학생의 창의성과 자기주도성을 촉진하는 도구로서, 디지털 시대 교육의 핵심 수단으로 관심받고 있다. 세계시민교육과 생성형 AI 활용 교육은 모두 비판적 사고와 실천적 행동을 중심으로 하며, 이 둘의 통합은 디지털 시대에 필요한 복합적 역량을 효과적으로 길러줄 수 있다는 점에서 그 필요성이 크다. 이에 본 연구에서는 생성형 AI를 활용한 세계시민교육 프로그램을 설계·개발하고, 이를 초등학생에게 적용하여 해당 수업이 인공지능 리터러시와 세계시민역량 향상에 미치는 효과를 실증적으로 분석하는 데 목적을 갖는다. 또한 이를 통해 초등교육 현장에서의 생성형 AI와 세계시민교육의 통합적 수업 적용 가능성과 교육적 효과를 탐색하고자 한다. 본 연구는 충청북도 청주시에 위치한 초등학교 5학년 1개 학급 22명의 학생을 대상으로 하였으며, ADDIE 모형에 따라 수업 프로그램을 개발하고, 2차에 걸친 전문가 검토로 내용을 검토 및 수정하였다. 수업 프로그램은 총 10차시이며, 인공지능 리터러시와 세계시민역량 함양을 중심으로 한 활동으로 구성되었다. 수업 프로그램 적용 전후에는 프로그램의 효과성을 검증하기 위하여 인공지능 리터러시 및 세계시민역량 사전-사후 검사를 시행하였다. 사전-사후 검사 결과는 정규성 검정을 통해 검사 데이터가 정규분포를 따르는지 확인하였고, 데이터의 대응표본 t-검정을 통해 결과를 분석하여 프로그램의 효과성을 확인하였다. 연구 결과 생성형 AI를 활용한 세계시민교육 프로그램은 초등학생의 인공지능 리터러시와 세계시민역량을 모두 통계적으로 유의미하게 향상시키는 것으로 나타났다. 특히 인공지능 리터러시의 하위 영역 중 ‘인공지능 활용’영역과 세계시민역량의 하위 영역 중 ‘인지적 영역’에서 매우 유의미한 향상이 확인되었으며, 수업 만족도 또한 높은 수준으로 조사되었다. 이는 생성형 AI 활용 세계시민교육이 학생들의 인공지능 리터러시와 세계시민역량을 효과적으로 함양하는 데 기여함을 시사한다. 본 연구를 바탕으로 다음과 같은 교육적 제언을 제시한다. 첫째, 초등 교육과정 내에서 생성형 AI를 교수·학습 도구로 적극 활용할 수 있도록 다양한 교과와 융합된 수업 모델 개발이 필요하다. 둘째, 공감과 실천을 포함하는 통합적 세계시민교육을 강화하여 학생들의 책임 있는 세계시민역량 함양을 지원해야 한다. 셋째, 인공지능 리터러시와 세계시민역량을 통합한 융합형 교육 콘텐츠를 개발이 필요하다. 마지막으로, 본 연구의 한계를 보완하기 위해 다양한 지역과 학년을 아우르는 장기적·질적 후속 연구가 요구된다. 본 연구는 생성형 AI 활용 세계시민교육이 초등학생의 인공지능 리터러시와 세계시민역량 함양에 기여할 수 있다는 실증적 사례로 활용될 수 있다. 더 나아가 디지털 기반 세계시민교육의 새로운 방향성을 제시하는 기초 자료로 활용될 수 있음을 기대한다. In today's world, we are confronted with complex global issues such as the acceleration of digital transformation, global crises, and increasing cultural diversity. These trends demand new core competencies for elementary school students who will grow up in this rapidly changing era. In response, the 2022 Revised Korean National Curriculum emphasizes fostering a sense of responsibility and communal sensitivity as global citizens. Simultaneously, generative AI is gaining attention as a key educational tool in the digital age, promoting students' creativity and self-directed learning. Both global citizenship education and generative AI-based learning share a focus on critical thinking and practical action. Therefore, integrating these two approaches holds strong potential for cultivating the multifaceted competencies required in the digital era. This study aims to design and develop a global citizenship education program utilizing generative AI, apply it to elementary school students, and empirically analyze its effects on students’ AI literacy and global citizenship competencies. Furthermore, the study explores the practical applicability and educational effectiveness of integrating generative AI with global citizenship education in elementary classrooms. The study was conducted with 22 fifth-grade students at an elementary school in Cheongju, Chungcheongbuk-do, South Korea. A 10-session instructional program was developed based on the ADDIE model and revised through two rounds of expert review (Delphi survey). The program focused on enhancing AI literacy and global citizenship competencies. Pre- and post-tests were conducted to verify the program's effectiveness. Data were analyzed through normality tests and paired-sample t-tests. The results showed that the program significantly improved both AI literacy and global citizenship competencies. Notably, substantial improvements were observed in the “AI application” subdomain of AI literacy and the “cognitive domain” of global citizenship competency. Students also reported high levels of satisfaction with the lessons. These findings suggest that generative AI-based global citizenship education can effectively support the development of elementary students' competencies in both areas. Based on these results, the following educational implications are proposed: (1) various interdisciplinary instructional models integrating generative AI should be developed for use in elementary curricula; (2) global citizenship education should be strengthened to foster students’ empathy and sense of responsibility; (3) convergent educational content that combines AI literacy and global citizenship competencies should be created; and (4) future research should include long-term and qualitative studies across diverse regions and grade levels to address this study’s limitations. This research provides empirical evidence that generative AI-supported global citizenship education can enhance elementary students' AI literacy and global citizenship competencies. It is expected to serve as a foundational reference for future directions in digital-based global citizenship education.

2022 개정 교육과정 분석을 통한 초등학교 인공지능윤리 교육 프로그램 개발

문상필 경인교육대학교 교육전문대학원 2023 국내석사

본 연구는 인공지능융합교육의 발전과 인공지능윤리에 대한 초등학생들의 이해 및 탐구의 기회를 제공하는 프로그램을 개발하고자 진행되었다. 인공지능은 학생들도 알고 있을 정도로 우리 생활 전반에 자리를 잡고 있지만, 이를 다루고 있는 학교 교육은 아직 걸음마 단계에 지나지 않는다. 현재 수많은 사업과 정책으로 준비 중인 인공지능 교육은 2022 개정 교육과정의 시행과 함께 본격적으로 이루어질 것으로 예상된다. 하지만 아직 초등학생을 대상으로 하고 있는 인공지능융합교육 프로그램은 부족한 실태이다. 차후 인공지능의 사용자이자 개발자로서 학생들이 반드시 함양해야하는 ‘인공지능윤리’를 중심으로 개발된 프로그램은 더욱 찾아보기 힘든 상황이다. 이러한 상황 속에서 본 프로그램의 개발은 인공지능윤리를 중심으로 하여 분석·설계·개발·실행·평가 5단계로 프로그램 개발이 이루어졌다. 분석 단계에서는 현재까지 연구된 다양한 인공지능윤리 프로그램을 분석하였고, 이를 바탕으로 초등학생들에게 적용 가능한 인공지능윤리 프로그램을 준비하고자 하였다. 학생들에게 적용 가능한 인공지능 및 인공지능윤리 관련 요소를 선정하기 위해서 2022 개정 교육과정을 분석하였다. 설계 단계에서는 선정된 내용 요소들을 조금 더 정제하여 본 프로그램에 적용할만한 학습 목표와 학습 내용으로 제시하였다. 또한 기본적으로 인공지능에 관련된 경험이 없는 학생들도 적용 가능한 프로그램을 의도하였기에, 인공지능에 대한 기본적인 이해와 더불어 학생들이 체험할만한 학습자료를 선정하였다. 총 14차시 분량으로 설계하였다. 개발 단계에서는 일선 초등학교에서 적용할 수 있는 지도안(교수학습과정안)과 학생용 활동지를 개발하였다. 본 프로그램의 가장 핵심적인 내용은 인공지능윤리 중심으로 진행되는 설계이다. 이를 위해 본 프로그램에서는 개발 단계에서 1~14차시에 걸쳐서 인공지능윤리에 대해 지속적·유기적으로 사고하는 기회를 제공하고자 의도하였다. 실행 단계에서는 설계된 프로그램을 전문가 집단의 프로그램 타당도 검사를 실행하였다. 개발된 프로그램은 인천광역시 소재 B 초등학교 5학년 학생을 대상으로 수업을 실시하였다. 이후 학생들을 대상으로 수업 만족도 조사를 실행하였다. 평가 단계에서는 전문가 집단의 타당도 검사 결과를 바탕으로 1차적인 프로그램 수정·검토를 진행하였다. 또한 수업에 참여한 학생들의 수업 만족도 조사 결과물을 분석하였다. 이 결과를 반영하여 프로그램의 최종 수정·보완을 시행하였으며, 해당 결과를 통해 개발된 프로그램의 효과성을 검증하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 학교에서 해당 프로그램이 필요할 경우, 손쉽게 활용할 수 있도록 교수·학습 지도안과 학생용 활동지를 개발하였다. 이를 통해 일선 현장 교사들의 활용에 도움이 되도록 하였다. 둘째, 인공지능윤리 중심의 교육 프로그램 개발을 위해 ‘인공지능윤리’를 단순히 인공지능 속 하나의 파트로 분류하지 않고 ‘인공지능’을 배우는 모든 과정에서 자연스럽게 녹아들도록 하였다. 즉, 인공지능을 배우는 시간마다 ‘삶과 연계한 학습’이 이루어질 수 있도록 하였다. 셋째, 실제 초등학교 5학년 학생들에게 적용 후 학생 만족도 조사와 전문가 집단의 타당도 검사를 통해 프로그램의 효과를 검증하였다. 본 연구에서 개발한 프로그램은 앞으로 교육현장에서 이루어질 인공지능 및 인공지능윤리 관련 수업에 보탬이 될 것으로 기대된다.

피지컬 컴퓨팅을 활용한 초등학생 인공지능융합교육 프로그램 개발

김수현 수원대학교 2024 국내석사

해커톤 기반 인공지능융합교육 프로그램 개발 및 적용

강신현 안동대학교 교육대학원 2023 국내석사

4차 산업 혁명이 도래하고 사회의 모습이 크게 변화되고 있으며 새로운 시대에 요구하는 인재상도 변화되고 있다. 현재 새로운 인재의 가장 중요한 소양 중 하나는 바로 소프트웨어 및 인공지능 소양이고 우리나라를 비롯한 세계 각국 에서는 이와 관련한 교육을 실시하고 있다. 이와 관련하여 우리나라에서는 2015개정교육과정을 시작으로 소프트웨어교육을 실시하고 있으며 앞으로 적용될 2022개정 교육과정에서는 인공지능교육을 실시할 예정이다. 그 동안 교육 현장에서는 소프트웨어교육 및 인공지능교육과 관련된 다수의 연구가 있었으며 기존의 교육에서는 학생들이 수동적이고 일방적인 학습이 이루어진다라는 한계점이 있었다. 이에 본 논문에서는 새로운 사회의 변화와 시대 요구에 따라 관련 내용들을 연구하고 해커톤 기반 인공지능융합교육 프로그램을 개발하여 적용하고자 하였다. 그리고 개발된 프로그램을 적용하여 그 효과성을 검증하여 연구내용을 일반화하고자 하였다. 본 연구에서 프로그램개발은 분석 단계, 설계 단계, 개발 단계, 실행 단계, 평가 단계로 총 5단계로 진행하였다. 분석 단계에서는 프로그램을 개발하기 위한 기초 자료로 학습자의 환경, 교수학습 환경, 교육과정 및 관련 내용을 분석하였다. 설계 단계에서는 프로그램의 목표 및 평가를 설정하고 전체적인 프로그램의 구조를 설계하였다. 개발 단계에서는 프로그램의 교수 학습 과정안 및 교수 자료를 개발하고 전문가 집단을 대상으로 본 프로그램에 대한 타당도 검증을 실시한 뒤 수정 보완하는 과정을 실시하였다. 실행 단계에서는 초등학교 학생 9명을 대상으로 본 프로그램을 적용하였다. 프로그램은 창의적 체험 활동 시간을 활용하였고 2일간 12차시를 적용하였다. 평가 단계에서는 프로그램을 적용하기 전과 후에 학생들의 인공지능 소양을 측정하였으며 학생들을 대상으로 수업에 대한 만족도를 조사하였다, 해커톤 기반 인공지능융합교육 프로그램을 적용한 결과 초등학생의 인공지능 소양 향상이 인공지능 전 영역에 있어 유의미한 결과가 있었으며 수업의 만족도조사 결과 흥미도, 유익한, 난이도, 만족도가 초등학생들에게 적절하다고 판단되었다. 적은 학생 수와 교구의 사용, 창의적체험활동 시간의 제한적 활용 등으로 인한 일반화의 어려움이 있다. 좀 더 많은 학생 수를 대상으로 한 후속 연구가 필요하다. 본 연구에서 개발한 해커톤 기반 인공지능융합 교육 프로그램과 같은 사례를 추가적으로 연구하고 확장시켜 교육 연구를 진행한다면 4차 산업혁명 시대에 발맞춘 인재로 양성하는 데 도움이 될 것으로 기대한다.

삶과 앎을 위한 초등 도덕과 인공지능 교육 프로그램 개발

송승준 한국교원대학교 교육대학원 2024 국내석사

2022 개정교육과정은 인공지능과 디지털 소양을 함양하는데 중점을 두 고 있다. 제4차 산업혁명은 인공지능이 주도적인 역할을 할 것으로 예견 되고 있다. 2022 개정교육과정도 이러한 시대적 요구에 부합하기 위하여 교육과정에 인공지능을 도입하고 있다. 초등학교 저학년부터 디지털 소 양을 키워 고학년이 되면 코딩을 확대 발전 시켜 나가는 모델을 제시하 고 있다. 따라서 2022 개정교육과정에서 인공지능교육은 인간이 가진 능 력과 인공지능의 기술 역량을 함양 시킬 수 있는 방향을 가야할 것이다. 프로젝트 학습은 인간 중심적인 창의적 문제해결 역량, 정보처리 역량을 키울 수 있는 학습이다. 프로젝트 학습은 문제해결 프로세스로 초등학교에서 적합하게 활용될 수 있는 인공지능융합교육을 위한 학습방법 중 하나가 될 수 있다. 본 연구프로그램에서는 2022 개정교육과정을 기반으로 초등학교 도덕과 인 공지능 분야 교육프로그램을 개발 및 적용하고 효과성을 분석하고자 하 였다. 이를 위해 2022 개정교육과정 분석과 학습자의 요구 파악을 하여 연구프로그램을 개발했다. 전문가 그룹의 타당도 검증을 통해 연구프로 그램 개발의 적절성을 검토하였다. 최종 개발된 연구프로그램은 총 6차 시로 1~2차시는 인공지능 윤리, 3~4차시는 인공지능 이해, 5~6차시는 인 공지능활용으로 이루어져 있다. 연구프로그램의 효과성을 검증하기 위한 검사도구로는 인공지능 윤리, 인공지능 이해, 인공지능 활용 역량별로 각각 측정 설문지를 개발하였 다. 신뢰도 검증을 통해 문항을 검토하였다. 본 연구프로그램은 경남 A 초등학교 5학년 학생 20명을 대상으로 하였다. 연구방법은 단일집단 사 전-사후 설계 방법을 사용했다. 연구프로그램을 통한 인공지능 수업 전 과 후의 검사 결과를 대응 표본 t검정을 통해 비교하였다. 비교 결과 본 연구프로그램은 학생들의 인공지능 윤리 이해, 인공지능 이해, 인공지능 활용 능력이 모두 유의미하게 향상되었다. 결론적으로 2022 개정교육과 정을 기반으로 한 초등 인공지능 분야 교육 프로그램은 학생들의 인공지 능과 디지털 소양 함양에 도움을 주는 것으로 분석되었다. 이는 나날이 발전하고 번창하고 있는 인공지능 역량 강화와 4차산업사회를 대비한 학교교육과정의 한 사례가 될 수 있음에 의의가 있다.