메이키메이키를 활용한 인공지능 기반의 초등과학 교육프로그램 : -‘전기의 이용’ 단원을 중심으로- = An Education Program on Artificial Intelligence-based Elementary Science Using MakeyMakey Kit -Focused on the‘Use of Electricity’ unit-

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted to develop an artificial intelligence-based elementary science education program using Makeymakey and to investigate the impact of the developed program on elementary school students' science academic emotions. For this purpose, content elements that can be used for AI-based science education were selected based on the 2015 elementary school curriculum and AI education literature developed by the Ministry of Education and the Korea Foundation for the Advacement of Science & Creativity, and a program worth 5 sessions (10 lessons) was developed by reorganizing the 6th grade science 'Use of Electricity' unit.
The subjects of the study were two 6th grade classes at S Elementary School in Seoul, Korea, and the effectiveness was analyzed by dividing them into an experimental group and a control group using a nonequivalent control group design. The experimental group applied the educational program developed in this study, and the control group applied a science textbook for comparison. To examine the changes in science academic emotions before and after the program, a science academic emotions questionnaire consisting of seven areas (positive emotions(enjoyment, interest, satisfaction), embarrassment, dissatisfaction, anxiety, anger, boredem and annoyance) was used. In addition, student interviews were conducted to analyze the results of the study quantitatively and qualitatively, and the results of the study are as follows.
First, It developed an AI-based elementary science education program using the Makeymakey. The program reorganized the contents of the 6th grade 'Use of Electricity' unit and consisted of a total of 5 sessions (10 lessons).
Second, it was found that the AI-based elementary science education program using Makeymakey improved elementary school students' science academic emotions compared to traditional science classes based on science textbooks. The experimental group showed statistically significant improvements in science academic emotions in 6 of the 7 domains after the program compared to before the program. In contrast, the control group, which received traditional science textbook instruction, showed improvement in science academic emotions in 2 of the seven seas domains. The comparison of statistical scores between the experimental and control groups showed that the experimental group scored significantly better than the control group in 3 subdomains: positive emotions (enjoyment, interest, satisfaction), boredom, and dissatisfaction. In addition, the analysis of student interviews provided supporting evidence for the quantitative results, showing that students' interest in science and interest in artificial intelligence increased after the "Uses of Electricity" unit.
Based on the above research results, the AI-based elementary science education program using Makeymakey can improve elementary school students' science academic emotions, and this study is expected to be used as an example of using AI in science curriculum in the future.
Key Words : Artificial intelligence education, MakeyMakey, Science academic emotion scale, Science educaion, Use of Electricity

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 메이키메이키를 활용한 인공지능 기반의 초등과학 교육프로그램 을 개발하고, 개발한 프로그램이 초등학생의 과학 학습정서에 미치는 영향을 알아보기 위해 수행하였다. 이를 위해 2015 초등학교 교육과정과 교육부와 한국과학창의재단이 개발한 인공지능 교육 문헌자료를 토대로 인공지능 기반 의 과학 교육이 가능한 내용 요소를 선정하였으며, 6학년 과학 ‘전기의 이용’ 단원을 재구성하여 5회기(10차시) 분량의 프로그램을 개발하였다. 연구 대상은 서울특별시에 위치한 S초등학교 6학년 2개 학급이며 비동일 통제집단 설계 방식을 이용하여 실험집단과 통제집단으로 나누어 효과성을 분석하였다. 실험집단은 이 연구에서 개발한 교육프로그램을 적용하였고, 통 제집단은 과학 교과서에 의한 수업을 적용하여 비교하였다. 프로그램 적용 전후 과학 학습정서의 변화를 알아보기 위해 총 7개 영역(긍정정서(즐거움, 흥미, 만족), 부끄러움, 불만, 불안, 분노, 귀찮음, 지루함)의 검사문항으로 구 성된 과학 학습정서 검사지를 활용하였다. 또한 학생 면담을 추가로 실시하 여 양적·질적으로 연구 결과를 분석하였으며, 이에 따른 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 메이키메이키 교구를 활용한 인공지능 기반의 초등과학 교육프로그램 을 개발하였다. 교육프로그램은 초등학교 6학년 ‘전기의 이용’ 단원의 내용을 재구성하였으며 총 5회기(10차시) 분량으로 구성하였다. 둘째, 메이키메이키를 활용한 인공지능 기반의 초등과학 교육프로그램은 과 학 교과서에 기반한 전통적 방식의 과학 수업보다 초등학생의 과학 학습정서 를 개선시키는 것을 알 수 있었다. 실험집단은 프로그램을 적용하기 전에 비 해 프로그램 적용 후 과학 학습정서가 7개 영역 중 6개에서 통계적으로 유의 하게 개선됨을 보였다. 반면 전통적인 과학 교과서 수업을 실시한 통제집단 은 7개 영역 중 2개 영역에서 과학 학습정서가 개선되었다. 실험집단과 통계 집단 사이의 통계 점수를 비교한 결과는 실험집단이 통계집단보다 3개의 하 위영역(긍정정서(즐거움, 흥미, 만족), 지루함, 불만)에서 유의미하게 점수가 개선된 것을 확인할 수 있었다. 또한 학생 면담 분석을 통해 정량적 결과에 대한 근거를 뒷받침하는 답변을 발견할 수 있었으며 학생의 ‘전기의 이용’단 원에 대한 과학 흥미와 인공지능에 대한 관심이 증가했음을 알 수 있었다. 이상의 연구 결과를 토대로 메이키메이키를 활용한 인공지능 기반의 초등 과학 교육프로그램은 초등학생의 과학 학습정서를 개선할 수 있으며 본 연구 는 앞으로 과학 교과에서 인공지능을 활용한 예시 자료로 활용될 수 있을 것 으로 기대된다.
주요어: 인공지능 교육, 메이키메이키, 전기의 이용, 과학 학습정서, 초등과학교육

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구의 내용 3
• 3. 연구의 제한점 3
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 1. 인공지능 교육 4
• 2. 과학 학습정서 6
• 3. 메이키메이키 교구 7
• Ⅲ. 연구 방법 9
• 1. 연구 절차 9
• 2. 연구 대상 10
• 3. 연구 설계 11
• 4. 프로그램 개발 절차 12
• 5. 검사 도구 14
• Ⅳ. 연구 결과 및 논의 16
• 1. 교육프로그램 개발 16
• 2. 교육프로그램 효과 32
• Ⅴ. 결론 및 제언 42
• 1. 결론 42
• 2. 제언 43
• 참고문헌 45
• ABSTRACT 49
• 부록 52