생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결수업 설계원리 개발 = Development of Instructional Design Principles for Collaborative Problem Solving Utilizing Generative AI

국문 초록 (Abstract)

디지털 전환 시대의 도래와 함께 생성형 AI는 다양한 분야에서 창의적이고 협력적인 문제 해결의 도구로 주목받고 있다. 특히, 생성형 AI는 텍스트, 이미지, 음악 등 여러 형태의 콘텐츠를 생성하고 학습자와 협력하며 복잡한 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 교육 현장에서 생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결 수업은 학습자의 창의성과 비판적 사고, 협력적 문제해결 역량을 강화할 수 있는 중요한 방안으로 자리 잡고 있다.
본 연구는 생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결 수업 설계원리를 개발하고, 이를 실제 교육 현장에 적용하여 그 효과와 개선점을 분석하고자 하였다. 연구의 주요 목적은 학습자가 AI와 협력하여 창의적이고 비판적인 사고를 발전시키고, 협력적 문제해결 역량을 증진시킬 수 있는 체계적인 설계원리를 제안하는 것이다. 이를 위해 연구는 설계기반연구(Design-Based Research, DBR) 방법론을 채택하여 진행되었으며, 전문가 협의와 현장 적용을 통해 설계원리를 도출하고 그 효과성을 검증하였다. 본 연구에서 제시하는 구체적인 연구 문제는 다음과 같다. 첫째, 생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결 수업의 설계원리는 어떻게 구성되는가? 둘째, 생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결 수업의 설계원리를 적용한 수업의 효과성와 개선점은 무엇인가?
위 연구 문제를 해결하고자 먼저 선행연구와 문헌 고찰을 통해 초기 설계원리와 상세 지침을 만들고 이후 전문가집단 논의 및 전문가 검토를 통해 최종 11개 설계원리와 40개의 상세지침을 도출하였다. 초등학교 6학년 학급 26명을 대상으로 설계원리를 적용한 6차시 수업을 실행하였으며, 수업 전후 사전·사후 검사와 면담을 통해 학습자와 교수자의 반응을 확인하였다. 수업은 생성형 AI의 원리와 윤리를 이해하고, 프롬프트 설계와 협력적 문제해결 과제를 단계적으로 수행하는 방식으로 진행되었다. 학습자는 생성형 AI와의 상호작용을 통해 구체적이고 실질적인 문제 해결 과정을 경험하였으며, 이를 통해 협력적 학습 환경에서 AI 활용 역량을 강화하였다.
연구 결과, 생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결 수업은 학습자의 창의성과 비판적 사고, 협력적 문제해결 역량을 증진시키는 데 효과적임이 확인되었다. 사전·사후 검사 결과, 생성형 AI 활용 역량과 협력적 문제해결 역량에서 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며, 상황흥미와 수업 만족도에서도 긍정적인 반응이 확인되었다. 질적 분석 결과, 학습자들은 AI와 협력하며 문제를 해결하는 과정에서 자신감을 얻고, 생성형AI의 활용 가능성과 윤리적 문제를 비판적으로 이해하게 되었다. 교수자는 수업 설계원리가 교육 현장에서 실질적으로 적용 가능하며 학습자의 협력과 AI 활용 능력을 효과적으로 증진시킬 수 있음을 긍정적으로 평가하였다.
본 연구는 생성형 AI를 협력적 문제해결학습의 교육적 도구로 활용하는 체계적인 설계원리와 구체적인 지침을 제안함으로써, AI 시대에 적합한 협력적 학습 환경을 구축하는 데 기여할 수 있을 것이다. 이를 통해 학습자들은 AI를 활용하여 동료들과 협력해 창의적이고 효과적으로 문제를 해결하는 능력을 기를 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구문제 4
• 3. 용어 정의 5
• 가. 생성형 AI(Generative AI) 5
• 나. 협력적 문제해결수업 5
• II. 이론적 배경 7
• 1. 분산 인지 7
• 가. 분산인지의 개념 7
• 나. 분산인지의 구성요소 7
• 다. 분산인지와 학습환경 8
• 라. 분산인지와 생성형 AI 9
• 마. 분산인지 이론을 적용할 효과적인 접근법의 필요성 9
• 2. 협력적 문제해결학습 10
• 가. 협력적 문제해결학습의 정의 10
• 나. 협력적 문제해결학습의 이론적 기반 10
• 다. 협력적 문제해결학습의 교육적 효과 및 한계와 발전 방향 11
• 3. 생성형 AI의 교육적 활용 12
• 가. 생성형 AI의 정의와 특성 12
• 나. 생성형 AI의 교육적 활용 가능성 12
• 다. 생성형 AI와 협력적 문제해결학습 13
• 라. 생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결수업 14
• III. 연구방법 16
• 1. 연구가설 16
• 2. 연구 참여자 17
• 3. 연구 절차 18
• 가. 전체 연구절차 18
• 나. 현장 적용을 위한 수업절차 20
• 4. 자료 수집 및 분석 27
• 가. 문헌 검토 27
• 나. 수업의 효과성 평가 28
• IV. 연구결과 35
• 1.생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결수업 설계원리 35
• 2.생성형 AI를 활용한 협력적 문제해결수업의 효과성 55
• 가. 사전·사후 검사 결과 55
• 나. 사후 설문 결과 56
• 다. 학습자 면담 결과 57
• V. 논의 및 결론 62
• 1. 논의 62
• 2. 결론 65
• 3. 연구의 제한점 및 제언 66
• 참고문헌 67
• 부 록 76
• Abstract 94