인공지능 교육에서 상호작용 기반의 학습자 중심 평가활동이 컴퓨팅사고력 향상에 미치는 영향

Abstract

2016년 세계 다보스 포럼에서는 ‘제 4차 산업혁명의 이해’라는 주제로 인공지능(AI), 자율주행자동차, 정보기술(IT) 등에 대해 언급하며 글로벌 국가들이 본격적으로 첨단 ICT 인재 양성을 위해 치열한 경쟁에 뛰어들었다. 우리나라 역시 윤석열 대통령의 100만 디지털 인재 양성 공약과 더불어 인공지능 교육의 필요성이 학교 현장에 대두되었다. 소프트웨어 교육에서 학습자가 수업의 주인이 되어 참여할 때 수업 성취가 높은 것으로 나타났다(신희남, 2020). 수학적 사고력을 통해 수리력을 함양하듯 컴퓨팅 사고력을 기반으로 문제를 발견하고 컴퓨터와 인공지능을 활용하는 역량이 필요한 시점이다. 본 연구의 목적은 인공지능 교육에서 상호작용 기반의 학습자 중심 활동이 컴퓨팅 사고력 향상에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 이를 위해 설정한 연구문제는 첫째, 인공지능 교육의 데이터를 이용한 수업에서 학습 키워드별로 학습활동을 추출하여 평가 및 수업을 설계하는 것이며 둘째, 상호작용 기반의 학습자 중심 학습활동이 컴퓨팅 사고력 향상에 영향을 미치는 것인가를 검증하는 것이다. 연구 대상은 울산 지역의 고등학교 여학생 314명이며 학생과의 상호작용 중심의 수업군인 실험집단과 강의식과 시범·실습식 위주의 통제집단으로 선정하였다. 본 연구의 프로그램은 임다미 외(2022)의 수업 모형을 기반으로 학습자 중심 수업 및 평가모형을 설계하여 총 6차시의 수업을 설계하고 4월 10일부터 28일까지 3주차(6차시) 동안 진행하였다. 연구도구는 컴퓨팅사고력 측정 도구(김동용 외, 2023)를 수업 목적 및 학습자의 수준에 맞게 용어를 가공해 사용하였다. 본 연구에서는 양적 분석이 가질 수 있는 신뢰성에 대한 한계점을 보완하기 위해 학생들의 수업 활동 결과물 및 자기성찰 내용 및 설문지 내의 자유기술항목을 제시하였다. 이 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, 고등학교 정보 수업에서 인공지능-데이터 관련 내용을 다룰 수 있는 교수 학습 키워드와 학습 내용을 추출해 학습자 중심 수업 및 평가 모형을 개발하였다. 둘째, 교사 주도의 수업보다 상호작용 기반의 학생 중심의 수업 및 평가활동을 전개했을 때 학생들의 컴퓨팅사고력이 향상되었다. 특히, 컴퓨팅사고력 상위집단에 유의미한 영향을 미쳤다. 이 연구의 시사점은 중등학교에서 상호작용 중심의 인공지능-데이터 단원 수업 모형을 개발했다는 것이며 이를 활용한 수업의 효과성을 분석한 결과 유의미한 결과가 나타났다는 것이다. 후속연구를 위한 제언을 하면 다음과 같다. 첫째, 학습자 중심 활동과 평가를 위한 컴퓨터실 및 정보교육실 구축이 가져다주는 효과에 대한 검증이 필요하다. 연구집단에 속한 학교는 모두 일방향 중심의 컴퓨터실에서 수업이 진행되었으므로 인공지능 교육 중심학교나 그린스마트미래학교 등의 모듈 형태의 교실에서 나타나는 효과를 검증해볼 수 있겠다. 둘째, 본 연구에서는 인공지능 영역에서 데이터 분야에 한정하여 수업 모형을 개발했지만 전체 학습 영역에 대해서 학습자 활동 및 평가 중심의 수업 모형 개발이 필요하다. 셋째, 본 연구에서는 인공지능 영역에 대한 수업을 진행하고 컴퓨팅사고력 향상에 대해 비교했지만, 더 정교한 측정을 위해 ‘인공지능 사고력’과 같은 인공지능의 학습 요소 및 특성을 반영한 새로운 개념의 제시가 필요하다. 컴퓨팅사고력을 넘어서 인공지능 교육을 통한 인공지능 학습 성과를 측정할 수 있는 개념에 대한 보완 논의가 이뤄질 것으로 기대된다.