인공지능(AI) 기반 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수업이 고등학생의 수학 성취 수준과 정의적 영역에 미치는 영향 = The impact of classes using artificial intelligence (AI)-based math learning support platform on high school students' math achievement level and affective domain

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 수학교육을 위한 인공지능의 활용으로서 교육 방법의 효과성을 검토하고자 하며, 인공지능(AI) 기반 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수업이 고등학생의 수학 성취 수준과 정의적 영역에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 다음과 같은 연구 문제를 설정하였다.

가. 인공지능(AI) 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수업이 고등학생의 수학 성취 수준 변화에 미치는 영향은 어떠한가?
나. 인공지능(AI) 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수업이 수학의 정의적 영역에 미치는 영향은 어떠한가?

연구 문제를 검증하기 위해 전라남도에 있는 농어촌 지역의 H고등학교 2학년 2개 학급을 표집으로 조사하여 총 44명의 학생을 연구 대상으로 선정하였다. 연구를 위해 선정한 2개의 학급을 각각 실험집단과 통제집단으로 구분하였고, 두 집단 모두 연구자가 실제 수업을 하였다. 실험집단은 강의식 수업에 더하여 인공지능(AI) 기반 학습지원 플랫폼 풀리 수학(Pulley Math)을 수업 보조 도구로 활용하였고, 통제집단 학급은 전통적인 강의식 수업방식으로만 지도하였다. 수학 교과 중 확률과 통계 과목을 선정하여 경우의 수 단원을 지도하였으며, 수업은 총 20차시로 구성하였다. 수업이 모두 끝난 뒤 두 집단 모두 같은 측정 도구를 이용하여 검사를 진행하고 사전-사후 검사 결과를 비교 분석하여 학업성취 수준과 수학에 대한 정의적 영역의 변화 정도를 측정하였다. 44명의 응답 결과를 모두 자료 분석에 사용하였으며, SPSS 29.0 프로그램을 활용하여 통계 분석을 진행하였다.
이러한 연구 과정을 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
첫째, 고등학교 확률과 통계 수업에서 인공지능 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수업은 학습자의 수학 성취 수준 향상에 긍정적인 영향을 미친다. 이는 학교 수업에서 인공지능(AI) 수학 학습지원 플랫폼의 교수-학습지원 가능성과 유용성, 도입에 대한 정당성을 뒷받침한다고 볼 수 있다.
둘째, 인공지능 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수업은 고등학생의 수학에 대한 정의적 영역에 긍정적인 영향을 미친다. 인공지능 수학 학습지원 플랫폼을 수업 보조 도구로 활용한 실험집단은 통제집단과 비교하여 유의미한 향상을 보였는데, 정의적 영역의 하위 영역마다 미치는 영향 정도가 다르다는 점을 발견하였다.
본 연구의 결론을 종합해보면, 인공지능(AI) 수학 학습지원 플랫폼을 활용한 수학 수업은 학습자의 성취 수준 향상과 정의적 영역의 변화에 긍정적인 영향을 미친다는 점에서, 향후 교육 현장에서 AI 기술을 적극적으로 도입하고 활용할 필요성이 있음을 시사한다. 이 연구를 토대로 인공지능 기반 수학 학습지원 플랫폼이 공교육에 보급되고 보편화되어 교육 현장에서 적극적으로 활용될 수 있기를 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구 문제 4
• 3. 용어의 정의 4
• 가. 인공지능 4
• 나. 학업 성취도 5
• 다. 정의적 영역 5
• Ⅱ. 이론적 배경 7
• 1. 인공지능(AI)과 수학교육 7
• 가. 인공지능 교육의 정의 7
• 나. 인공지능 교육 정책 동향 11
• 다. 인공지능 활용 맞춤형 수학교육 14
• 라. 지능형 교수 시스템(ITS)과 수학교육 16
• 2. 인공지능(AI) 수학학습 지원 플랫폼 고찰 19
• 가. 인공지능 수학학습 지원 플랫폼의 요소 19
• 나. 국내외 인공지능 수학학습 지원 플랫폼의 종류 및 특징 24
• 3. 수학 교과의 정의적 영역 28
• 가. 정의적 영역의 개념 및 구성요소 28
• 나. 수학과 교육과정에서의 정의적 영역 29
• Ⅲ. 연구 방법 및 절차 31
• 1. 연구 대상 31
• 2. 연구 설계 32
• 3. 연구 절차 33
• 4. 연구 도구 34
• 가. 실험 처치 도구 선정 34
• 나. 검사 도구 선정 37
• 5. 분석 방법 40
• Ⅳ. 연구 결과 41
• 1. 실험집단과 통제집단의 동질성 여부 결과 41
• 2. 실험집단과 통제집단의 사후 검사 결과 44
• 3. 두 집단의 사전-사후 검사 결과 분석 46
• 가. 수학 성취 수준 변화에 미치는 영향 46
• 나. 수학의 정의적 영역에 미치는 영향 47
• Ⅴ. 결론 및 제언 50
• 1. 결론 50
• 2. 제언 52
• 참고문헌 55
• 외국어 초록 64
• 부록 68