인공지능 도구 기반 지속가능발전교육 프로그램이 디지털 리터러시와 환경 역량에 미치는 영향: 초등학교 3~4학년군을 중심으로 = The Effects of Education for Sustainable Development Program based on Artificial Intelligence Tools on Digital Literacy and Environmental Competence : Focusing on the 3rd and 4th Grade in Elementary School

국문 초록 (Abstract)

전지구적 환경 문제가 심화하는 현재 교육 환경에서, 학생이 복합적 환경 문제를 비판적으로 이해하고, 이를 실천까지 연결할 수 있는 교수·학습 설계가 요구되고 있다. 동시에 최근 텍스트·이미지·영상 등 다양한 방식으로 정보를 생성·처리하는 생성형 인공지능을 비롯해 디지털 도구의 교육적 활용 가능성이 확대되면서, 인공지능 기반 교수·학습 전략이 지속가능발전교육에 어떠한 효과 를 제공하는지에 대한 실증 연구의 필요성이 제기되고 있다. 그러나 기존 연구 는 주로 고학년을 중심으로 이루어져, 발달적으로 구체적 조작기 초기에 있는 초등 3~4학년군을 대상으로 한 인공지능 기반 환경교육 모델은 상대적으로 부 족한 실정이다. 본 연구를 위하여 오토드로우, 캔바 등 다양한 인공지능 도구를 통합하여 8 차시의 인공지능 도구를 활용한 지속가능발전교육(Education for Sustainable Development) 본 교육 프로그램과 3차시의 사전 교육 프로그램을 개발했고, 초 등학교 3~4학년군 학생의 디지털 리터러시(Digital Literacy)와 환경 역량에 미치는 영향을 실증적으로 분석했다. 인공지능 도구의 활용 목적은 기후변화 문제를 시각화하고, 정보를 탐색·요약·조작·표현하며, 환경 메시지를 멀티모달 콘텐츠로 창작하고, 분리수거 시뮬레이션을 설계해 보는 등 학생의 이해와 실 천을 지원하는 것에 있다. 프로그램 적용 효과를 분석하기 위해 디지털 리터러 시와 환경 역량의 각 하위 요소를 대상으로 사전·사후 검사를 시행하고, 대응 표본 t-검정과 Wilcoxon 부호순위 검정을 통해 통계적 유의성을 검토했다. 또 한 학생 4명을 대상으로 심층 면담을 수행하여 양적 연구의 의미를 질적으로 보완했다. 연구 결과, 디지털 리터러시의 하위 요소인 디지털 사회 인식 및 문제 해 결, 정보 접근, 콘텐츠 창작, 공유·협업, 정보 보호 및 윤리 등에서 통계적으 로 유의미한 향상이 나타났다. 특히 콘텐츠 창작과 문제 해결 중심 정보 활용 영역에서 변화폭이 가장 크게 관찰되었다. 환경 역량 또한 생태적 지식, 생태 적 감수성, 생태적 행동의 세 영역 모두에서 사전 대비 사후 점수가 유의미하 게 향상되었으며, 이 중 생태적 감수성 영역에서 가장 높은 효과가 나타났다. 심층 면담에서는 학생이 인공지능 도구 사용을 통해 자기 생각을 더 정확하고 풍부하게 표현할 수 있었다는 점, 시각화·요약·편집 등 다양한 디지털 작업을 수행하며 문제를 깊이 이해하게 되었다는 점, 환경 실천 의지가 강화되었다는 점 등이 확인되었다. 또한 학생들이 특히 인공지능이 어려운 환경 개념을 쉽게 이해하도록 도와준다는 것과 환경을 위해 할 수 있는 것이 많음을 느끼게 해준 다는 응답을 한 점에서 인지·정의·행동 영역의 변화가 모두 관찰되었다. 이를 통해 중학년 학생들에게도 인공지능 도구 활용이 효과적이며, 시각화·요약·창 작·시뮬레이션 등 다양한 형태의 디지털 경험이 환경 문제에 대한 깊이 있는 이해와 실천적 태도 형성에 긍정적으로 작용한다는 점을 확인하였다. 이와 같은 결과는 인공지능 도구가 지속가능발전교육의 교육적 효과를 강화 하는 데 실질적 이바지를 할 수 있음을 보여준다. 또한 디지털 리터러시와 환 경 역량을 동시에 향상하는 통합형 수업 모델의 가능성을 제시한다는 점에서 의의가 크다. 아울러 연구 과정에서 도출된 인공지능 윤리, 디지털 메타인지, 지속 가능한 행동 변화 촉진 전략 등의 보완 필요성은 향후 인공지능 기반 지 속가능발전교육 프로그램의 고도화에 중요한 시사점을 제공한다.

핵심어: 지속가능발전교육, 인공지능 도구, 디지털 리터러시, 환경 역량, 생태감수성

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examines the effects of an Artificial Intelligence(AI)-based Education for Sustainable Development (ESD) program on Digital Literacy and environmental competencies of elementary school students in grades 3–4. A total of 11 sessions (8 main and 3 pre-education) were developed, integrating AI tools such as Autodraw and Canva to support visualization of climate change issues, information processing, multimodal content creation, and simulation activities. Pre- and post-tests were conducted using paired sample t-tests and Wilcoxon signed-rank tests, supplemented by in-depth interviews with four students.
Results showed statistically significant improvements across all sub-domains of Digital Literacy, with the largest gains in content creation and problem-solving areas. Environmental Competencies also improved significantly in ecological knowledge, sensitivity, and behavior, with Ecological Sensitivity showing the highest effect.
Qualitative findings confirmed that AI tools enhanced learners' expression, deepened understanding of environmental issues, and strengthened their willingness to practice environmental behaviors.
Overall, these results suggest that AI tools may effectively support ESD for younger students and provide an integrated teaching model that develops both Digital Literacy and environmental competencies. Implications for AI ethics education and strategies for promoting sustainable behavioral change are also discussed.

Keywords: Education for Sustainable Development, Artificial Intelligence tools, Digital Literacy, Environmental Competence, ecological sensitivity

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론1
• 1. 연구의 필요성 및 목적1
• 2. 연구 문제4
• 3. 연구의 제한점4
• Ⅱ. 이론적 배경6
• 1. 지속가능발전교육6
• 2. 인공지능 교육8
• 가. 인공지능 교육의 개념과 동향8
• 나. 본 연구에서 활용된 인공지능 도구의 기술적 특성12
• 3. 선행연구 분석14
• 가. 지속가능발전교육 관련 선행연구14
• 나. 인공지능 도구 활용 환경교육 선행연구16
• 다. 선행 연구의 시사점과 한계18
• Ⅲ. 연구 방법 및 프로그램 구안20
• 1. 연구 대상20
• 2. 연구 설계 및 연구 절차21
• 3. 연구 도구23
• 4. 프로그램 개발25
• Ⅳ. 연구 결과35
• 1. 대응표본 t-검정 및 부호순위 검정 결과 분석35
• 2. 심층면담 결과 분석37
• Ⅴ. 결론 및 제언39
• 참고문헌42
• ABSTRACT45
• 부록47