중학교 수학교과 중심의 온실가스 데이터 머신러닝 수업 개발 및 적용 = Development and Application of Greenhouse Gas Data Machine Learning Classes Centered on Middle School Mathematics|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

중학교 수학교과 중심의 온실가스 데이터 머신러닝 수업 개발 및 적용 오 경 아 청주교육대학교 교육대학원 인공지능융합교육전공 (지도교수 박영희) 연구는 불확실성이 가득한 현대 정보화 사회에서 미래를 예측하고 합리적인 의사 결정을 하는 기본 소양을 함양하는 것을 목표로 한다. 특히 중학교 수학과 교육과 정의 통계 영역과 인공지능(AI) 기술을 통합하여 융합 수업 프로그램을 개발하고, 이러한 프로그램이 학생들의 AI에 대한 태도 변화와 AI 교육의 효과성에 미치는 영 향을 탐색하고자 하였다. 또한 2022 개정 교육과정에서 강조하는 ‘생태 전환 교육’ 측면에서 수학 교과가 다룰 수 있는 소재인 ‘온실가스 배출량이 기온에 미치는 영 향’을 프로젝트 수업의 주제로 설정하였다. 개발된 프로그램은 중학교 3학년 2학기 통계 단원을 기반으로 총 12차시로 구성 되었으며, 산점도와 상관관계, 선형 회귀(linear regression)와 같은 통계적 개념 을 심화하여 다루었다. 프로그램 개발 및 적용에는 비교적 사용하기 쉬운 Google의 생성형 인공지능(Generative AI)인 GEMINI와 데이터 마이닝 프로그램인 Orange3 등 과 같은 공학적 도구가 활용되었다. 학생들은 이들 도구를 이용하여 온실가스 배출 량과 서울의 연평균 기온 등의 실제 데이터를 수집하고, 산포도, 공분산, 상관계 수, 추세선 등의 개념을 직관적으로 이해하며, 최종적으로 Orange3의 머신러닝 모 델을 활용하여 기온 예측 프로그램을 구현하는 활동을 수행하였다. 프로그램 적용 결과, 독립표본 t-검정 분석에 따르면 학생들의 인공지능에 대한 태도는 통계적으로 유의미한 긍정적 향상을 보였다 (T=-1.967, p=0.028). 이는 AI 도구를 직접 활용한 수업 경험이 학생들의 AI에 대한 인식 개선에 효과적이었음을 시사한다. 또한 학생들이 원하는 답변을 얻기 위해 질문을 구체화하고 정교화하는 과정에서 수학 교과의 의사소통 역량과 문제해결 역량이 신장 되는 효과를 보였으 며, AI가 제공하는 정보의 출처와 신뢰성을 비판적으로 평가하는 능력을 자연스럽 게 함양하는 기회가 되었다. 특히 평소 수학에 흥미가 낮았던 학생들까지도 공학적 도구를 이용한 그래프 작성 및 결과 공유 과정에서 적극적인 참여를 보였고, 이는 수학 학습의 접근성을 높이는 긍정적인 영향을 미쳤음을 확인하였다. 다만, 인공지능 교육의 효과성 측정 지표에서는 유의미한 향상을 관찰할 수 없었 는데, 이는 12차시라는 제한된 시간 내에서 AI의 심화된 작동 원리를 다루는 데 한 계가 있었음을 보여준다. 또한 학교 현장의 1인 1 디지털 기기 환경 미구축 및 학 생들의 디지털 리터러시 역량 격차가 수업 운영의 주요 제약 요인으로 작용하였다. 결론적으로, 본 연구는 수학교육과 환경교육의 융합을 통해 학생들이 수학의 실 용적 가치를 체험하고 지속 가능한 미래를 위한 시민 의식을 함양할 수 있는 효과 적인 교수학습 방법을 제시하였다. 향후 성공적인 AI 융합 수업을 위해서는 장기적 이고 체계적인 교육과정 편성과 더불어, 데이터 분석 결과의 해석과 평가에 충분한 시간을 배분하여 학생들의 비판적 사고력을 함양해야 함을 제언한다. 키워드: 중학교 수학, 인공지능 융합 교육, 산점도, 선형 회귀, 온실가스 ※본 논문은 2026년 2월 청주교육대학교 교육대학원 대학원위원회에 제출된 교육학 석사학위 논문임.

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중학교 수학교과 중심의 온실가스 데이터 머신러닝 수업 개발 및 적용 오 경 아 청주교육대학교 교육대학원 인공지능융합교육전공 (지도교수 박영희) 연구는 불확실성이 가득한 현대 정보...

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