수학적 의사소통 지원을 위한 다중양식 AI 통합 환경 개발 연구: 커머그니션 이론을 기반으로 = Development of a Multimodal AI-Integrated Environment to Support Mathematical Communication: A Study Grounded in Commognition Theory

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 Sfard(2008)의 커머그니션 이론을 토대로 다중양식 생성형 AI를 통합한 수학적 의사소통 지원 환경을 설계⋅개발하고, 그것이 의례에서 탐구로의 의사소통 이행을 어떻게 지원하는지 탐색하는 데 있다. 이를 위해 설계 및 개발 연구 방법을 채택하여 초안 개발, 전문가 검토, 실행 및 개선, 회고적 분석 단계를 거쳤으며, 음성 및 이미지 입력을 받아서 커머그니션 이론 기반 시스템 프롬프트를 토대로 대화 요약, 대화 분석, 피드백, 피드백 근거를 생성하는 AI 통합 환경을 구현하였다. 개발된 환경은 4개 중학생 소그룹의 수학적 토론에 적용되었고, 서로 다른 피드백 양상이 나타난 6개의 토론 사례를 중심으로 탈의례화 과정을 질적으로 분석하였다. 분석 결과, AI는 루틴의 연결성 점검, 절차 정당화 요구, 시각적 매개체 활용 제안, 대안적 접근 유도, 의사소통 갈등의 가시화를 통해 학생 담론의 탐구적 전환을 촉진하였으나, 일부 고착화된 의례적 루틴은 피드백 이후에도 유지되었다. 연구 결과는 커머그니션 이론에 기반한 다중양식 AI 통합 환경이 학생의 수학적 의사소통을 지원하는 도구로서 잠재력을 지님과 동시에, AI와 교사의 협력적 개입을 모색하는 후속 연구의 필요성을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to design and develop a commognition-based multimodal generative AI environment to support mathematical communication, and to explore how it can facilitate students’ transition from ritual to exploratory discourse. Adopting a design and development research methodology, the study proceeded through initial design, expert review, implementation and refinement, and retrospective analysis, and implemented an AI-integrated environment that receives students’ audio and image inputs and, guided by a commognition-based system prompt, generates dialogue summaries, discourse analyses, feedback messages, and rationales for the feedback. The environment was applied to small-group mathematical discussions with four groups of lower secondary students, and six discussion episodes displaying distinct feedback patterns were selected for qualitative analysis of deritualization processes. The analysis shows that the AI prompted students to examine the connectedness of their routines, justify their procedures, mobilize visual mediators, consider alternative approaches, and make communicative conflicts explicit, thereby supporting shifts toward more exploratory discourse, while some entrenched ritual routines persisted despite repeated feedback. These findings suggest that a commognition-informed multimodal AI-integrated environment has considerable potential as a tool for supporting students’ mathematical communication, while pointing to the need for further research on how AI and teachers can collaboratively orchestrate such discourse-focused support.