경험)
∘다양한 활용방안 생각해보기
- 자료검색 로봇, 탐사로봇 및 인명구조 로봇, 간병인 로봇 등
∘로봇과 인간의 공존 방법에 대해 이야기 나 누기
우 실현이 어려워 보인다고 해서 친구들이 함부로 무시할 수 없도록 사전에 이야기를 나누도록 해야함.
스크래치 A* 알고리즘 시뮬레이션을 활용 할 때 무조건 장애물을 마구 배치하는 경 향이 있으므로 장애물의 수를 적은 것에서 부터 많은 것으로 단계적으로 늘려보도록 해야함
새로운 인공지능기술과 관련한 진로 연계 부분이 약하여 이에 대한 자료 탐색 필요함
나. 나만의 추천 시스템 만들기 : 초등학교 1) 프로그램 개선안
프로그램 내용
협력 필터링이란 대규모의 사용자 정보를 수집하여 해당 사용자와 비슷한 성향의 사용자들에게 좋 아할 만한 항목을 추천하는 기술이다. A 상품을 구매한 사용자가 B 상품을 구입한 경우가 많으면 A 상품을 구입하는 구매자에게 B 상품을 추천하는 경우이다. 현재 세계 최대의 온라인 쇼핑몰인 아마존, 비디오 스트리밍으로 알려진 넷플릭스를 포함하여 많은 서비스 회사에서 추천시스템을 활 용하고 있다. 이렇듯 추천시스템은 미래사회의 서비스에 큰 영향을 미치는 요소로, 단순히 기술적인 부분을 넘어서 우리의 생활과 정서를 좌우하는 단계까지 이를 것이다.
따라서 본 수업에서는 이러한 협력 필터링과 추천 시스템의 원리와 개념을 간단하게 이해하고 활 용함으로써, 기술이 실생활에 미치는 영향을 몸소 체험하고 그 결과를 탐색할 수 있는 기회를 제공 하고자 한다.
상황제시
차시별 교수·학습 내용 개선점
∘기존의 추천 시스템이 활용되는 모습 살펴 보기
- 이렇게 인터넷을 하거나 어플을 활용할 때, 나의 취향에 맞는 물건을 추천받은 경험이 있나요?
- 어떻게 컴퓨터는 내 취향을 알고 있는 걸까요?
∘추천 시스템 알아보기
∘협력 필터링 알아보기
‘좋아하는 가수’라는 소재로 상황을 제시 하였더니 학생들의 생각이 가수에만 집중 되는 현상이 발생하였음. 상황을 제시할 때 좀 더 다양한 사례를 제시하여 경험을 떠 올리게 하여야 함.
창의적 설계
∘나만의 추천시스템 고안하기 - 자료 수집하기
[활동1] 자료 분석하기
- 수집한 자료를 모으고 패턴 찾아보기 [활동2] 자료 군집화하기
- 추가로 조사한 새로운 데이터를 그래프에 나타내어 시각화하기
[활동3] 자료 정리하기
- 컴퓨터가 사용자의 정보를 분석하여 새로운 물건을 추천하듯이, 우리 반 친구들의 정보 를 분석하기
수집한 자료를 모을 때 항목의 개수가 적 어서 다양한 선호도를 찾기가 어려웠음. 인 기 아이템에 선호하는 사람들이 몰리면 정 확한 추천을 해주기 어려움(취향에 따라 다 른 아이템을 추천해줘야 하는데 모두 다 같은 아이템을 추천해주게 되는 상황이 발 생하였음. 항목의 개수를 좀 더 넉넉하게 쓸 수 있도록 학습지 수정이 필요함
좋아한다고 답한 자료의 수가 2개 이상이 어야 추천 데이터 자료를 얻을 수 있음.
‘영화’ 추천 시스템을 만든다고 했을 때 두 명의 친구가 각자 다른 4개의 항목으로 추 천 시스템을 만들면 총 8개 항목의 추천 시스템을 만들 수 있어 빅데이터화 시킬 수 있음. 하지만 실제 수업에서 지나치게 시간이 많이 소요되어 이에 대한 수정이 필요함
아이템 기반 협업 필터링의 한계점이기는 하나 최초 사용자에게는 추천해줄 데이터 가 없음
빅데이터화할 때 3차원을 학습지에 구현하
2) 활동장면
기 힘들어서 더 많은 자료를 수집해도 그 래프화 하기가 힘듦. 이 한계점에 대한 내용 을 지도서에 명시하고 학생들에게 안내해 주 어야겠음
감성적 체험 (성공의
경험)
∘추천카드 제작하기
∘분석한 정보와 선호도를 바탕으로 친구들에 게 새로운 물건이나 취향을 추천하기
∘추천 카드에 새로운 아이템을 추천하는 글 을 써서 선물하기
∘여러 상황에 추천 시스템을 활용할 수 있 는 방안, 활용 분야 생각해보기
∘ 추천시스템과 같은 기술이 사회에 미치는 영향,
미래에는 어떤 변화가 생길 것인지 생각해 보기
- 인공지능을 기반으로 한 기술을 대하는 우리 의 자세에 대해 생각하기
자료별로 반 친구들 모두에게 추천카드를 제작하여 선물로 줄 수 있도록 함. 모둠별 로 실시한 결과 모두가 참여하지 못하는 상황이 발생하여 개별 작업으로 실시하여 성취감을 느낄 수 있게 하여야겠음
영상자료를 활용하여 인공지능 기술의 긍 정적인 면뿐만이 아니라 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 생각하도록 하여 인공지능 기술에 대한 바른 가치관을 심어줄 수 있 는 시간이 되도록 구성하여야 함. 단순히 이야기 나누기로 끝내지 말고 학습지를 만 들어 문제점을 인식하고, 해결할 수 있는 방향과 자신의 입장에서 가져야 할 자세에 대해 정리할 수 있게 해야겠음
다. 유전 알고리즘으로 진화하기 : 중학교 1) 프로그램 개선안
프로그램 내용
유전 알고리즘은 자연계의 생물 유전학에 기본 이론을 두며, 병렬적이고 전역적인 탐색 알고리즘 으로서, 다윈의 적자생존 이론을 기본 개념으로 한다. 유전 알고리즘은 특정한 문제를 풀기 위한 알고리즘이라기보다는 문제를 풀기 위한 접근방법에 가까우며, 유전 알고리즘에서 사용할 수 있는 형식으로 바꾸어 표현할 수 있는 모든 문제에 대해서 적용할 수 있다. 일반적으로 문제가 계산 불 가능할 정도로 지나치게 복잡할 경우 유전 알고리즘을 통하여, 실제 최적해를 구하지는 못하더라도 최적해에 가까운 답을 얻기 위한 방안으로써 접근할 수 있다. 이 경우 해당 문제를 푸는 데 최적화 되어 있는 알고리즘보다 좋은 성능을 보여주지는 못하지만, 대부분 받아들일 수 있는 수준의 해를 보여줄 수 있다.
본 수업에서는 이러한 유전 알고리즘의 원리와 개념을 간단한 놀이활동을 통해 이해하고자 하며 이를 통해 실제 생활 문제의 적용 사례와 해결할 수 있는 방법을 탐색할 수 있는 기회를 제공하고 자 한다.
상황제시
차시별 교수·학습 내용 개선점
[상황제시]
∘영상보며 궁금한 점 이야기 나 누기
- 동영상 속의 나무 인형은 처음 에는 어떻게 걸었나요?
- 화면 속에서 나무 인형은 마지막에는 어떻게 걸 었나요?
- 이러한 것을 하는 이유는 무엇일까요?
(영상자료 : 유전자 알고리즘의 이족보행 학습 https://www.youtube.com/watch?v=c-qePE1GCQY)
유전 알고리즘을 적용한 이족보행 시뮬레 이션은 학생들에게 매우 생소하여 그 과정 과 원리를 쉽게 이해하기 어려워하는 것을 알 수 있었음. 하지만 상황제시의 단계이므 로 나무 인형의 처음과 마지막 걷는 모습 의 차이를 인지하는 것에 초점을 맞추어 호기심을 불러일으킬 수 있을 정도의 목표 에 맞추어야겠음. 교사의 발문으로 수업의 진행이 어려울 수 있으므로 학습지를 구성 하여 단계별 질문을 통해 학생들 스스로 차이를 깨닫도록 하여야겠음.
창의적 설계
[창의적 설계] 사람의 모습 구현하기
∘1단계 : 무작위 생성하기
- 5명이 한 팀이 되어 인간의 신체 부위를 개체로 하여 무작위로 생 성하기
- 각각 상자 속에서 동그라미 모양, 네모 모양의 색종이 조각 12개 뽑기
- 뽑은 순서대로 왼쪽 표에 해당하는 위치에 모양 을 놓기
∘ 2단계 : 선택하기(적자생존)
- 5명 중 사람의 모습과 가장 유사한 개체 3개만 남기기
∘3단계 : 교배하기
- 선택한 3개의 개체를 위, 아래 반씩 나누어 서로 의 유전자를 교배하여 5개의 개체 만들기 (같은 위치에 해당하는 유전자끼리 교배하기)
∘4단계 : 돌연변이 만들기 머리
팔 몸통 팔 손 손 허벅지 허벅지 종아리 종아리 발 발
유전 알고리즘을 적용하여 사람 모습을 구 현하는 활동은 학생들이 그 단계를 창의적 으로 구성해서 하기 힘든 활동이므로 교사 가 그 단계를 하나씩 짚어주면서 진행을 하는 것이 좋음
돌연변이를 만들 때는 모둠에서 돌연변이 를 만들 수 있는 기준을 만들어서 적용해 보아도 됨. 실제 전문가들도 자신들만의 기 준을 만들어 알고리즘에 적용한다는 얘기 도 덧붙여 주면 좋겠음. 인공지능이라 하여 프로그래밍을 아주 잘 해야 하고 반드시 코 딩과 연결지을 수 있어야 한다는 생각을 버 리고 문제 해결을 위한 알고리즘을 생각해 낼 수 있는 것만으로도 충분히 가치가 있다 는 것을 주지시켜 줄 필요가 있음
컴퓨팅 사고로 유전 알고리즘을 이해하는 활동을 하기까지에는 시간이 많이 부족하
2) 활동장면
- 5개의 개체 중 무작위(주사위 사용)로 한 신체부 위의 모양(원-사각형)을 바꾸기
- 사람의 모습이 될 때까지 2-4단계를 반복하기
∘컴퓨팅 사고로 유전자 알고리즘 이해하기
- 동그라미 모양과 네모 모양을 0과 1로 나타내어 1~4단계의 과정을 반복해보기
므로 0과 1로 분해하고 추상화할 수 있다 는 정도까지만 활동해도 괜찮음
감성적 체험 (성공의
경험)
[감성적 체험]
∘유전자 알고리즘의 실제 적용 사례 찾아보기(영 상 자료 또는 시뮬레이션)
- Travelling Salesman Problem(TSP, 순회외판원 문제)
- 로봇의 주행성능 향상시키기 - 모나리자 그리기
- 게임의 최적화 방법 찾기
유전 알고리즘의 실제 적용 사례를 통해 컴퓨터도 문제를 해결할 때 완벽한 답이 아닌 정답에 가장 가까운 해결방안을 찾아 간다는 것을 깨달을 수 있게 해주어야 함. 인간의 사고방식과 유사한 이유에 대해서 도 학생들과 함께 이야기를 나누어 보면 좋겠음
다양한 사례를 보면서 많은 문제를 해결해 가고 있으며 이 알고리즘을 활용해 해결할 수 있는 문제 또한 생각해볼 수 있는 시간 을 마련해 주어야 함