티처블 머신을 활용한 고등학교 화학 반응 속도 단원 교수 학습 자료 개발 = Development of Teaching Materials for High School Chemical Reaction Rate Unit Using Teachable Machine

국문 초록 (Abstract)

2022 개정 교육과정에서는 화학 교과에서도 인공지능 교육을 도입할 필요성이 대두되었다. 또한 과학 교육과정에서는 탐구 중심의 학습을 통한 과학적 탐구 능력과 태도 함양을 주목적으로 하며 특히 화학의 반응 속도 단원에서는 정량적으로 반응 시간을 측정하므로 실험 활동을 통해 화학 반응 속도에 대한 과학적 개념을 가질 수 있도록 체계적으로 설계된 실험이 필요하다. 따라서, 인공지능 기술을 활용하여 화학의 성취 기준을 효과적으로 학습할 수 있는 인공지능과 화학을 융합한 교수 학습 자료를 개발하고 수업에 적용하여 학생들의 만족도와 인공지능에 대한 인식을 알아보았다. 연구대상자는 일반계 고등학생 17명이며. 연구자가 직접 수업을 진행하고 결과를 분석하였다. 본 수업의 차시는 CT-CPS 수업 모형에 기반한 4차시로 구성하였으며, 1차시에 반응 속도 관련 개념 학습 후 정확한 속도 측정을 위한 방법을 모색하고 2차시는 정확하게 측정하기 위한 방법 중 인공지능 이미지 데이터 인식과 관련된 티처블 머신 사용법을 학습했다. 3차시에 스크래치 프로그램을 활용하여 시간에 따른 시계 반응 이미지 데이터 수집 장치를 구현하고 4차시에는 실험을 실시하고 결과물을 공유하며 발전시킬 방법을 서로 비교 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. 첫째, 인공지능과 화학을 융합한 프로그램을 적용한 후 인공지능 도구의 활용이 화학 개념 학습에 도움이 되었다, 둘째, 인공지능 화학 융합 수업을 통해 인공지능 도구 활용에 대해 긍정적인 시각을 가지게 되었다, 많은 학생이 활동에서 어려운 점으로 코딩과 인공지능 이미지 인식 관련 어려움을 토로하고 협업의 어려움, 기계적 오류 등을 지적하였음에도 긍정적인 시각을 가지게 되었다고 응답한 것이 시사하는 바가 크다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구 목적 3
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. 인공지능(AI) 교육 5
• 2. 인공지능 화학 융합 교수 학습 자료 개발 9
• Ⅲ. 연구 절차 및 방법 14
• 1. 연구 절차 14
• 2. 연구 방법 15
• Ⅳ. 개발 및 결과 16
• 1. 프로그램 목표 16
• 2. 프로그램 내용 16
• 3. 연구 결과 22
• Ⅴ. 결론 및 제언 32
• 1. 결론 32
• 2. 제언 33
• 참고문헌 35
• 외국어초록 38
• 부록 40