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

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

국문 초록 (Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 5
• 3. 용어의 정의 6
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 분석 9
• 1. AI리터러시 9
• 2. 체화된 인지(embodied cognition) 20
• 3. 이해 중심 인공지능융합교육의 체화 인지적 접근 38
• Ⅲ. 연구 방법 57
• 1. 연구 설계 57
• 2. 연구 절차 59
• 3. 연구 대상 61
• 4. 측정 도구 62
• 가. 양적 측정도구 62
• 1) 인공지능 인식요구조사 62
• 2) 인공지능 리터러시 검사 63
• 3) 인공지능 융합역량 검사 64
• 4) 인공지능 태도 검사 65
• 나. 질적 측정도구 66
• Ⅳ. 프로그램 개발 및 적용 67
• 1. 분석 67
• 2. 설계 80
• 3. 개발 91
• 4. 실행 109
• 5. 평가 121
• 가. 양적 효과분석 121
• 나. 질적 효과분석 131
• Ⅴ. 결론 및 제언 136
• 1. 결론 136
• 2. 제언 141
• 참고문헌 143
• ABSTRACT 153
• 부록 158