AD21010001 분야 및 학교급 학문분야 주제별 융합형 - 초중
2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 최종보고서
과 제 명 연구책임자
책임있는 인공지능
(Responsible Artificial Intelligence) 한 선 관
2020. 12.
기 관 명 : 경인교육대학교 인공지능교육연구소
“이 보고서는 2020년도 정부(교육부)의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
* 본 연구의 내용은 연구팀의 의견이며, 교육부와
한국과학창의재단의 공식적인 견해와는 다를 수 있습니다 .
제 출 문
한국과학창의재단 이사장 귀 하
본 보고서를 “2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발”의 최종보고서로 제출합니다 .
2020년 12월 18일
○ 주관연구기관명 : 경인교육대학교
○ 연 구 기 간 : 2020.08.03.~2020.12.18
○ 주관연구책임자 : 한선관
○ 참여연구원
․연 구 원 : 류 미 영
․연 구 원 : 김 태 령
․연 구 원 : 홍 수 빈
․연 구 원 : 김 석 전
․연 구 원 : 김 세 호
․연 구 원 : 이 진 태
․연 구 원 : 김 형 석
○ 콘텐츠 검토와 수업 적용하신 분
․교 사 : 이정원
․교 사 : 강소아
․교 사 : 서정원
․교 사 : 장명현
․교 사 : 양다예
․교 사 : 정기민
․교 사 : 서경숙
․교 사 : 박채은
․교 사 : 고병철
․교 사 : 한민영
․교 사 : 정유진
․교 사 : 김진아
․교 사 : 김희원
․교 사 : 정수현
보고서 초록
과제번호 AD21010001 연구기간 2020.08.03.~12.18.
연구사업명 2020년 융합인재교육(STEAM) 프로그램 개발 연구과제명 (한글) 책임있는 인공지능
(영문) Responsible Artificial Intelligence 연구책임자
(연구기관명)
한선관 (경인교대)
참 여
연구원수 총 명 연 구
용역비 50,000천원
요 약 문 보고서 면수 54
본 연구는 초중등 학생들이 인공지능기술에 대한 흥미와 재미를 느끼고 창의 ·융합적 사고와 문제해결력을 배양함과 동시에 윤리적인 가치와 태도를 함양할 수 있는 ‘책임있 는 AI’ STEAM 프로그램을 개발하는 것을 목적으로 하였다.
그러기 위해 선행자료와 문헌 분석을 통해 초중등 교육과정에서 수업의 소재로 활용 할 수 있는 주제를 선택하고 , 이와 관련하여 전문가들의 자문을 받아 수정, 보완 작업 을 실시하였다 . 이를 바탕으로 현장 교사와 STEAM 전문가들과 함께 재구성한 교육과 정을 바탕으로 프로그램을 개발하였다 . 개발한 프로그램의 시범 적용은 1차 적용과 2차 적용으로 나누어 실시하여 1차 적용에서 나타난 문제점을 피드백 받아 수정하여 다시 2차 적용을 실시하여 프로그램의 완성도를 높였다.
최종적으로 완성된 프로그램은 모두 10권의 교재로 초등학교 교재 교사용 2종, 학생용 2종, 중학교 교재 교사용 3종, 학생용 3종으로 구성되어 있다. 또한 교사의 현장 수업에 도움이 되기 위한 수업용 ppt자료와 멀티미디어 자료도 각 프로그램별로 개발하였다.
시범 수업 적용 결과 초등학생의 만족도는 평균값이 3.77, 중학생은 3.48로 대체적으로 수업에 대한 만족하고 있음을 알 수 있었다 .
본 연구에서 개발한 교재를 통해 학교 현장에서 쉽게 인공지능 교육에 접근할 수 있 는 기회를 제공할 수 있을 것이다 .
색인어 (각5개 이상)
한글 인공지능 , 인공지능 윤리, 인공지능 이슈, STEAM교육, SW·AI교육
영어 Artificial Intelligence, AI Ethics, AI Issue, STEAM
Education, SW·AI Education
요 약 문
Ⅰ. 제 목 : 책임있는 인공지능
Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성
가. 연구의 목적
○ 학생들이 인공지능기술에 대한 흥미와 재미를 느끼고 창의·융합적 사고와 문제해 결력을 배양함과 동시에 윤리적인 가치와 태도를 함양할 수 있는 ‘책임있는 AI’
STEAM 프로그램 개발
○ 학교 현장에서 교사들이 SW교육과 인공지능 관련 수업에 직접적으로 활용할 수 있는 책임있는 인공지능 STEAM 교육 교재 개발
나. 연구의 필요성
○ 인공지능 기술의 발달과 더불어 인공지능의 윤리적 가치에 대한 필요성이 제기됨 - 인공지능의 기술을 이해하고 활용하여 직접 문제를 해결해보는 교육이 요구됨 - 인공지능 학자와 연구자들에게는 인공지능 개발에 따른 영향과 이슈에 대한 책
임의식이 필요함
- 미래 우리 학생들이 살아가야 하는 사회에서 인간과 기계의 공존을 위해 윤리적인 가치관과 태도의 철학적인 토대가 마련되어야 함
○ 인공지능을 이해하고 학습하는 과정에서 윤리적인 이슈를 다루어보는 과정 필요 - 인간을 돕고 협력하는 인공지능을 개발하기 위한 인간 중심의 프로그램 개발 과
정 제시
- 기계학습 과정에서 제기되는 데이터 편향, 설명가능 AI, 안전성과 신뢰성 이슈를 다뤄볼 수 있는 ‘책임있는 AI’ 프로그램의 개발이 필요함
○ 인공지능과 윤리적 이슈가 포함된 다양한 융합의 학문적 요소, 과학, 기술, 공학, 수학, 예술, 인문 등의 내용을 기존 교육과정과 연계하여 교육할 필요가 있음 - 인공지능 기술을 이해하고 개발하는 과정에서 윤리적 태도와 가치를 발견하고
융합적 사고력과 컴퓨팅 사고력을 신장시킴
Ⅲ. 연구의 내용 및 방법
가. 연구 내용
○ 초중등 교육과정에 포함되어 있는 SW․AI의 원리와 개념을 이해함과 동시에 인 간과 기계가 공존하는데 토대가 되는 인공지능 윤리교육을 포함한 STEAM 교육 콘텐츠 개발
○ 인공지능과 기계학습에서 중요한 데이터, 알고리즘, 플랫폼을 직접 다루어보고 AI 를 개발해보는 과정에서 인공지능의 윤리의 필요성을 느끼고 자신의 문제로 이해 하여 책임감 있는 인공지능 과학자의 경험을 해볼 수 있는 콘텐츠로 구성
나. 연구 방법
○ 초중등 교육과정에 포함되어 있는 인공지능의 원리와 개념 학습 요소를 추출하고, 인공지능을 이해하는 과정에서 야기될 수 있는 인공지능 윤리교육을 연결시킨 STEAM교육 콘텐츠 개발
○ 인공지능과 그에 따른 인공지능 윤리문제를 이해하고, 학생들이 실생활의 문제로 인식하여 해결할 수 있는 콘텐츠 구성
○ 연구설계 및 인공지능 윤리이슈, 교육과정, AI교육 선행 연구 자료 분석
○ 초중등 교육과정 분석하여 AI윤리 관련 주제 요소 추출 및 교육과정의 재구성
○ 전문가 자문을 통한 STEAM 교육 프로그램 개발
○ 개발한 STEAM 교육 프로그램으로 1차 현장 적용
○ 현장 적용 결과를 양적, 질적 분석을 통해 프로그램 수정·보완
○ STEAM 교육 프로그램 2차 현장 적용 및 피드백
○ 피드백 사항 수정·보완하여 최종 STEAM 프로그램 개발
Ⅳ. 연구 결과
○ 초등학교 5~6학년 프로그램 2종( 차시대체형 3차시 2종) 개발
○ 중학교 프로그램 3종(차시대체형 3차시 2종, 자유학기제형 7차시 1종) 개발
연번 프로그램명 유형 차시 학교급 학년
1 차별하지 않는 AI 차시대체형 3 초등 5-6
2 협력하는 AI 차시대체형 3 초등 5-6
3 설명가능한 AI 차시대체형 3 중등 1-3
4 안전한 AI 차시대체형 3 중등 1-3
5 사람을 돕는 착한 AI 자유학기형 7 중등 1
○ 교원 대상 만족도 조사결과
- STEAM 교육에 대해 잘 알고 있다의 평균값이 1.82로 대체적으로 잘 알 고 있는 것으로 나타남
- STEAM 교육의 목표 중 중점으로 두어야 하는 것은 가치창출(4명), 실생활 및 문제해결(3명), 긍정적 태도(3명), 인성 함양(1명) 순으로 나타남
- STEAM 수업에서 가장 중점으로 두어야 하는 것의 순위는 창의적 설계(4 명), 내용 융·통합(3명), 감성적 체험(2명), , 상황 제시(2명), 으로 나타남 - STEAM 교육의 적극적 도입에 대한 의견은 평균값이 1.82로 매우 긍정적임 - STEAM 교육의 지속적 의향에 대한 의견은 평균값이 2.18로 긍정적임
○ 학생 대상 만족도 조사결과
- 초등 설문 결과 만족도가 4.10으로 매우 높은 편으로 나타났으며, 나머지 항목도 대체적으로 평균값이 3점을 넘어 만족하는 것으로 나타남
- 초등 설문에서 가장 높은 점수는 4.27로 ‘적극적으로 참여하였다’라는 항목 이었으며, 가장 낮은 점수는 3.12로 ‘과학기술과 관련된 직업에 대한 관심 이 생겼다‘라는 항목이었음
- 중등 설문 결과 만족도가 3.76으로 대체적으로 높았으며, 나머지 항목도 대체적으로 평균값이 3점을 넘어 대체적으로 만족하는 것으로 나타남
- 중등 설문에서 가장 높은 점수는 4.03으로 ’친구들과의 협력의 중요성‘이었으 며, 가장 낮은 점수는 2.75로 ’과학수업이 재미있어졌음‘이라는 항목이었음.
- 실제 본프로그램의 시범적용은 정보교과 시간에 이루어져서 과학수업과의 연 계성은 떨어짐
○ 학생 태도 검사 결과
- 초등 태도 사전 설문 결과 대체적으로 3점을 넘어 대체적으로 긍정적으로 생각하고 있는 것으로 나타났으나, 사후 설문 결과에서는 사전 설문보다 평균값이 낮게 나왔음
- 이에 대한 결과를 논의하기 위해 시범적용한 교사들과 수업 평가회를 실시하 였음
- 설문문항이 초등학생이 하기에 너무 많았으며, 이미 사전 검사를 통해 응 답한 똑같은 문항을 사후 검사를 통해 한 번 더 하기에는 많이 힘들어 하 였음
- 적용한 프로그램이 인공지능교육이라 이것을 과학, 수학과 연계시키기 힘 들었음. 그래서 프로그램에 대한 만족도는 높으나 과학, 수학에 관한 태도 를 묻는 문항에서는 부정적으로 답하는 학생의 비율이 높았음
- 프로그램 적용결과 수학, 과학에 대한 흥미, 자아개념, 이공계 진로선택 항 목에서 2점대의 평균값을 나타내고 있음
- 중학교의 경우에는 사전보다 사후가 좀 더 높게 나타남. 사전, 사후 검사 전체적으로 2점대의 평균값을 보이고 있어 학생들의 수학, 과학에 대한 긍 정적인 태도가 낮은 것으로 나타남
- 중학생의 응답중 평균값이 가장 높은 항목은 수학, 과학의 유용성과 가치 인식으로 초등학생들처럼 과목의 중요성에 대해서는 높게 인식하고 있음 - 가장 낮은 항목은 수학 흥미, 자아개념, 이공계 진로선택으로 나타나 학생
들이 수학에 대한 태도가 낮은 것으로 분석됨
Ⅴ. 기대효과
○ 실생활 문제와 수업을 연결, 과학기술 분야의 최신 이슈를 교실로 가져와서 학생 들이 수업시간에 바로 배울 수 있는 기회 제공
○ 학생들의 눈높이에 맞춰 인공지능과 사회적 이슈의 최신 연구 동향, 주요 이슈, 현안을 쉽게 알 수 있도록 구성하여 적시교육 제공
○ 첨단 인공지능 기술과 사회적 이슈를 초중등 교육과정과 연계하여 제공함으로서 교사들의 융합인재교육 부담 해소
○ 실생활에 활용되는 인공지능 기술에 숨어 있는 과학기술 원리와 사회적 이슈가 되고 있는 윤리적 태도와 가치를 학생들이 함양하여 미래사회에서 요구하는 역량 을 기르고, 직업에 대한 다양한 탐색 기회 제공
목 차
제 1 장. 연구 개요
··· 10제 2 장 연구 필요성
가. 연구의 중요성 및 필요성 ··· 10나. 국내외 연구현황 ··· 10
제 3장 연구의 목표
가. 정성적 목표 ··· 12나. 정량적 목표 ··· 12
제 4 장 연구 내용 및 방법
가. 연구내용 ··· 13나. 연구방법 ··· 13
다. 연구 추진일정 ··· 14
제 5 장 STEAM 프로그램 개발 결과
가. 프로그램 개발 방향 ··· 15나. 프로그램 구성 틀 ··· 16
다. 프로그램 총괄표 ··· 18
라. 프로그램 개요 ··· 18
제 6 장 시범 적용 학교 운영 결과
가. 시범 적용 학교 운영 총괄표 ··· 31나. 시범 적용 만족도 조사 결과 ··· 33
다. 시범 적용 태도 검사 결과 ··· 35
라. STEAM 프로그램 운영이 학교 현장에 미친 영향 ··· 38
제 7 장 연구의 의의 및 기대성과
가. 연구의 의의 ··· 39나. 기대성과 ··· 39
제 8 장 참고문헌
··· 40[별첨] 시범 적용학교 운영 결과 ··· 41
1. 연구 개요
본 연구는 인공지능을 이해하고 활용하면서 AI의 사회적 이슈가 되는 윤리적 가치와 태도를 함께 함양할 수 있는 ‘책임있는 AI’ 프로그램을 개발하고자 함. 그러기 위해 현재 교육과정에 서 배우는 교과들과의 접목을 통하여, 정규 교육과정에서 융합인재교육을 적용하기 위한 교 육프로그램 및 교재를 개발하는 것을 목적으로 함
2. 연구 필요성
가 . 연구의 중요성 및 필요성
4차 산업혁명의 핵심 기술로서 인공지능이 대두되고 있으며 매우 빠르게 일상생활 속에 스며 들고 있음. 인공지능의 상용화와 자율적 의사결정 범위가 넓어짐에 따라 알고리즘의 안전성 과 책임성에 대한 이슈 역시 부각되고 있음. 이에 각 나라별, 연구기관별, 기업별, 학교별로 인공지능 윤리에 대한 가치 확립과 공론화에 힘쓰고 있음. 이에 인공지능 교육과 더불어 인 공지능의 사회적 이슈인 윤리적 문제를 함께 다루어 교육 내용과 교수학습 전략이 요구되고 있음. 학생들이 인공지능을 이해하고 활용해보는 수업과 함께 사회적 영향과 윤리적 이슈를 함께 다루어 봄으로써 융합적 사고력과 창의적 사고력으로 문제해결력을 기르는 동시에 기계 와 인간이 더불어 살아갈 수 있는 가치와 태도를 바탕으로 AI역량을 신장시켜 주는 교육프로 그램이 필요함
나 . 국내·외 연구동향
(1) 국내
○ 인공지능은 4차 산업혁명의 핵심 기술로서 국가, 사회, 인류의 미래를 결정하는 핵심 요 소가 되어 산업구조만이 아니라 우리 삶의 방식까지도 근본적으로 바꿀 것이라 예상됨. 이에 AI 역기능 대응 및 AI 윤리 정립으로 사람중심 AI 실현을 위한 윤리교육과정 개발 및 보급(‘21~) (과학기술정보통신부, 2019)
○ 정부는 2019년에 3개의 인공지능 전문대학원을 출범하며 미래 산업과 기술의 리더로서 인공지능 전문가를 양성하는 교육정책을 추진함(정보통신기획원, 2019)
○ 2019년 데이터 3법 개정안 국회 통과되며 빅데이터, 인공지능(AI), 자율주행 등 4차 산업 혁명 핵심 기술자가 2만명 필요할 것으로 예측됨 서울대는 이러한 문제를 해결하기 위해 인공지능을 전문적으로 교육하는 `데이터사이언스 전문대학원`을 2020년 개원예정(서울대, 2019)
○ 인공지능 윤리와 안전 이슈에 대한 연구와 교육을 위한 ’AI윤리 헌장‘선포(한국인공지능 윤리협회, 2019)하고 국내 기업인 카카오에서 인공지능 윤리헌장을 발표함(카카오, 2018)
○ ’책임있는 AI‘은 인간중심 AI, 착한 AI, 설명가능 AI, 개인정보보호, 공정성과 비차별성, 안전성과 신뢰성 등의 이슈가 있음
○ 인공지능이 제기하는 윤리적 이슈에 대한 논의와 더불어 대책 방안이 필요하다고 제시함 (정보통신정책연구원, 2018)
(2) 국외
○ 각 국가별 인공지능의 윤리적, 법적, 사회적 의미를 연구하고, AI관련 규정 개발을 마련 하고 있음(한국정보화진흥원, 2017)
○ 미국의 비영리단체인 Future of Life는 2017년 1월 아실로마에서 열린 인공지능 컨퍼런스 에서 인공지능 기술 개발자들이 지켜야 할 23개 원칙을 제시함. 이는 착한 인공지능을 지 향한다는 공동 약속을 의미함
○ 핀란드 헬싱키 대학은 EU 시민을 위한 인공지능 소양 사이트를 개설하여 AI의 개념과 알고리즘을 쉽게 설명하고 AI의 사회적 영향을 다룸(https://www.elementsofai.com)
○ 스탠포드 대학은 2014년 인공지능-철학, 윤리, 영향력 과목 편성하였으며 AI 100년 연구 프로젝트를 시행하며 인간중심 인공지능 연구소 ‘HAI’를 개소(https://hai.stanford.edu)하 여 인간을 위한 AI연구를 수행하고 있으며 , 하버드 대학은 2019년 컴퓨터과학 전공 과 정 내에 ‘Embedded ethiCS’과목을 편성(https://embeddedethics.seas.harvard.edu)하여 컴 퓨터 과학과 철학을 주제로 인공지능 윤리 문제를 다루고 있음.
○ 중국 과학원대학교에서는 2017년 ‘인공지능의 철학과 윤리’과목 개설하여 윤리학 관점에 서 인공지능의 다양한 주제를 다루고 있음.
○ 전자전기학회(IEEE)는 ‘Ethically Aligned Design’에서 인공지능 윤리 지침 발표(IEEE 2016, https://ethicsinaction.ieee.org)
○ 유럽연합의회에서 인공지능을 ‘전자인간’으로 인정한다는 로봇 시민법을 발표함(한국정보 화진흥원, 2017)
○ ITechLaw에서는 ‘책임있는 AI: 글로벌 정책 프레임워크’를 발표함(ITechLaw, 2019, https://www.itechlaw.org/ResponsibleAI)
○ DARPA는 설명가능 인공지능을 위한 블랙박스에 대비되는 개념의 ‘글래스박스’ 프로젝 트 진행(DARPA, 2017, https://www.darpa.mil/program/explainable-artificial-intelligence)
○ ACM에서 컴퓨팅 전문가 윤리강령 ‘ACM Code of Ethics and Professional Conduct’를 발표(ACM, 2018, https://www.acm.org/code-of-ethics)
○ MIT에서 ‘AI + Ethics Curriculum for Middle School’ 교재 발간하였으며 국내에서는 KERIS에서 ‘모두를 위한 인공지능 윤리’라는 번역서를 발간함(MIT, 2019,
https://www.media.mit.edu/projects/ai-ethics-for-middle-school/overview/)
3. 연구의 목표
가 . 정성적 목표
○ 인공지능기술 분야 윤리적 이슈와 현안, 연구동향이 학생들이 배우는 교과 내용이 연계 되고, 실제 세계의 기술들이 수업 내용과 연관된다는 것을 학생들이 이해할 수 있도록 프 로그램 개발
○ 인공지능 기술에 적용된 융합과학기술을 분석하고, 이를 현재 교육과정에서 배우는 교과 들과의 접목을 통하여, 정규 교육과정에서 융합인재교육을 적용하기 위한 교육프로그램 및 교재를 개발하는 것을 목적으로 함
○ 학생들이 인공지능 기술에 대한 흥미와 재미를 느끼고 이와 관련한 윤리적 이슈를 다뤄 보며 미래학습자 역량을 기를 수 있는 STEAM 프로그램 개발
○ 학교 현장에서 교사들이 인공지능 관련 수업에 직접적으로 활용할 수 있는 ‘책임있는 AI’ STEAM 교육 교재 개발
나 . 정량적 목표
○ 인공지능기술 분야 윤리적 이슈와 현안, 연구동향이 학생들이 배우는 교과 내용이 연계
되고, 실제 세계의 기술들이 수업 내용과 연관된다는 것을 학생들이 이해할 수 있도록 프 로그램 개발
○ 인공지능 기술에 적용된 융합과학기술을 분석하고, 이를 현재 교육과정에서 배우는 교과 들과의 접목을 통하여, 정규 교육과정에서 융합인재교육을 적용하기 위한 교육프로그램 및 교재를 개발하는 것을 목적으로 함
○ 학생들이 인공지능 기술에 대한 흥미와 재미를 느끼고 이와 관련한 윤리적 이슈를 다뤄 보며 미래학습자 역량을 기를 수 있는 STEAM 프로그램 개발
○ 학교 현장에서 교사들이 인공지능 관련 수업에 직접적으로 활용할 수 있는 ‘책임있는 AI’ STEAM 교육 교재 개발
4. 연구 내용 및 방법
가 . 연구 내용
○ 초중등 교육과정에 포함되어 있는 SW․AI의 원리와 개념을 이해함과 동시에 인간과 기 계가 공존하는데 토대가 되는 인공지능 윤리교육을 포함한 STEAM 교육 콘텐츠 개발
○ 인공지능과 기계학습에서 중요한 데이터, 알고리즘, 플랫폼을 직접 다루어보고 AI를 개발 해보는 과정에서 인공지능의 윤리의 필요성을 느끼고 자신의 문제로 이해하여 책임감 있 는 인공지능 과학자의 경험을 해볼 수 있는 콘텐츠로 구성
나 . 연구 방법
○ 연구설계 및 기계학습, 딥러닝 선행 기술, 교육과정, AI교육 선행 연구 자료 분석
○ 초중등 교육과정 분석하여 AI관련 주제 요소 추출 및 교육과정의 재구성
○ 전문가 자문을 통한 STEAM 교육 프로그램 개발
○ 개발한 STEAM 교육 프로그램으로 1차 현장 적용
○ 현장 적용 결과를 양적, 질적 분석을 통해 프로그램 수정·보완
○ STEAM 교육 프로그램 2차 현장 적용 및 피드백
○ 피드백 사항 수정·보완하여 최종 STEAM 프로그램 개발
다 . 연구 추진일정
순번 연구개발 내용 추진일정
7월 8월 9월 10월 11월 12월
1 § 연구 설계, 책임있는 인공지능 선행
연구와 기술의 분석
↔
2 § 기초자료 조사, 관련 STEAM교육과
정 분석
↔
3 § 학문분야 주제별 STEAM교육과정의
설계, 개발
↔
4 § 1차 전문가 자문
↔
5 § STEAM교육 프로그램 및 수업 자료
개발
↔ ↔
6 § STEAM 융합인재교육 수업 전략의
개발
↔ ↔
7 § 2차 전문가 자문
↔
8 § STEAM교육 프로그램 1차 적용 및
피드백(오프라인 또는 온라인 수업)
↔ ↔
9 § STEAM교육 프로그램 및 수업 전략
수정 보완
↔
10 § 3차 전문가 자문
↔
11 § STEAM교육 프로그램 2차 적용 및
피드백(오프라인 또는 온라인 수업)
↔ ↔ ↔
12 § STEAM교육 프로그램 및 수업 전략
수정 보완
↔ ↔
13 § STEAM 교육 교사용 지도서 개발
↔ ↔
14 § 최종 결과 보고서 작성 및 보고회
↔ ↔
사업진도 (%) 20 40 60 70 90 100
5. STEAM 프로그램 개발 결과
가 . 프로그램 개발 방향
○ 차별하지 않는 AI
- AI for Oceans를 이용해서 기계학습의 원리와 방법을 실습을 통해 이해한다.
- AI for Oceans에서 AI에게 단어 가르치기 활동을 하면서 우리가 어떤 기준으로 분류했 는지 확인한다.
- AI for Oceans에서 AI에게 단어 가르치기 활동을 하면서 우리가 가지고 있는 편견이 AI에도 그대로 반영될 수 있다는 사실을 확인한다.
- AI가 편견을 갖는 이유를 알고, 편향되지 않은 AI를 개발해본다.
○ 협력하는 AI
- ’Selfie 2 Waifu‘, ’구글 AI 바흐 스타일 편곡‘ 프로그램을 활용하여 협력하는 AI를 경험한다.
- AI와 함께 협력하여 만든 창작품에 대한 저작권과 지식재산권에 대해 토론하며 AI와 협력하는 예술 창작에 대한 전망과 문제점에 대해 생각해본다.
○ 설명가능한 AI
- 설명 가능한 AI가 필요한 이유에 대해서 AI가 활용된 사례를 통해 생각해본다.
- ML4KIDS에서 수를 이용한 프로젝트를 만드는 방법을 알아보고 학습데이터를 입력해서 인공지능 모델을 만든다.
- 결정트리를 해석하는 방법을 알아보고 이를 기반으로 설명가능한 AI의 가치를 알아본다.
○ 안전한 AI
- AI IoT의 개념을 알아보고 엠블록 스크래치 코딩을 통해 기계학습 모델 훈련 후에 마 이크로비트로 피지컬 컴퓨팅 시스템을 구현해본다.
- AI로 구현된 산출물이 우리 사회에 미치는 안전성과 신뢰성에 대해 논의하며 개발자의 윤리 원칙을 설계해본다.
○ 착한 AI
- 우리 반 친구들을 돕는 착한 AI를 코딩 프로그램으로 직접 구현해본다. 코딩 프로그램 을 활용할 수 있는 기계학습을 통해 인공지능의 탐색과 문제해결, 인식과 정보처 리, 지능화에 대해 이해한다.
- 사람을 위한 기술 개발의 과정을 인간중심의 디자인사고 기반으로 전개해나가며, 디자 인 툴킷으로 창의적인 문제해결의 과정을 돕는다.
- AI 기술의 적절한 사용의 과정에서 인공지능 윤리의 필요성을 느끼고 직접 AI윤리 규 범을 결정하고 만들어 공유할 수 있다.
나 . 프로그램 구성 틀
○ 교사용 교재
교재구성
목차(안) 구성 내용
프로그램 안내
▶ 프로그램 안내 - 개발 프로그램 소개
▶ 프로그램 사용 방법
- 개발 프로그램의 사용방법을 교사용과 학생용으로 나누어 설명제시
▶ 교육과정 연계표
- 차시 대체형 프로그램이므로 교육과정과 연계할 수 있는 관련 교과와 성취기준을 제시하여 교사들이 프로그램을 사용할 때 연계가 가능한 교육과정을 쉽게 찾을 수 있도록 함
주제개요 ▶ 주제개요
- 개발 프로그램의 목적, 필요성, 내용, 방법 등을 개괄적으로 소개함
STEAM 단계 요소
▶ 상황제시 : 학생들의 흥미와 호기심을 불러 일으킬 수 있는 문제 상황 제시
▶ 창의적 설계 : 창의적인 문제 해결 과정
▶ 감성적 체험 : 문제해결 결과물로 제시된 산출물의 공유 및 발표, 학습한 내용을 되돌아보고, 되돌아본 내용이 다시 도전해보고 싶은 상황제시 로 연결되도록 마무리
평가계획
▶ 수행, 관찰 평가 기준표 : 평가영역, 평가항목, 3단계의 수행 기준 제시
▶ 수행, 관찰 평가 기록지 : 학생별 평가영역 제시
▶ 면접 기록지 : 면접대상, 일시, 면접계획, 면접 내용, 평가결과, 면접 후 학생의 변화를 기록할 수 있는 양식 제시
▶ 구술 평가에 대한 평가 요소 체크리스트 : 4가지 평가가 요소 제시
▶ 구술 평가 기준표 : 평가영역별 평가기준 항목 예시 제시
▶ 학생 자기/동료 평가 계획 : 평가영역별 평가기준 항목 예시 제시
▶ 학교생활기록부 기재 예시 : 해당 프로그램을 수업한 후 학교생활기록부
○ 학생용 교재
교재구성
목차(안) 구성 내용
프롤로그
- 학생들이 해당 프로그램의 학습 이전에 가볍게 배경지식으로 쌓을 수 있는 읽을거리 제공
- 학생의 입장에서 쉽게 읽을 수 있도록 작성 시작하며
- 학습 주제 제목과 주제를 드러낼 수 있는 내용으로 구성 - 개발된 프로그램을 학습해야 하는 목적 제시
- 개발 프로그램의 내용 간략히 소개 학습안내 - 개발 프로그램 소개
차시별 학생 활동지
- 활동 목표 제시
- 각 차시별 수업내용에 해당하는 학습지 구성 읽을거리 - 학생들의 이해를 도울 수 있는 자료 제공
학생 실습자료 - 실습을 하는 경우 해당 수업 전에 자율적으로 학습할 수 있는 실습 안내 자료 제공
에 기재해줄 수 있는 예시자료와 기재 상황 에시문 제시
교수학습과정안
▶ 교수학습과정안
- 차시별로 구분하여 교수학습 세안 제시
- 블록 수업이 필요한 경우에는 이를 묶어서 제시
- 차시별 제공으로 한 차시 또는 두 차시 단위로 나누어 수업할 수 있도 록 함(중학교 자유학기 프로그램의 경우에는 실습 부분에서 3차시 연 속하여 수업할 수 있도록 작성함)
- 교수학습 세안에 학습자료, 수업시 유의점을 상세히 명기함 학생용 활동지
▶ 학생용 활동지
- 교수학습에 사용되는 활동지 제공. 교사용자료에는 예시 답안을 빨간 색으로 작성
교사용 자료 ▶ 교사용 자료 : 수업 이해에 도움이 되는 교사용 자료 제시 교사용 ppt ▶ 교사용 ppt : 수업에 사용할 수 있는 ppt 제시
다 . 프로그램 총괄표
연번 프로그램명 유형 차시 학교급 학년
1 차별하지 않는 AI 차시대체형 3 초등 5-6
2 협력하는 AI 차시대체형 3 초등 5-6
3 설명가능한 AI 차시대체형 3 중등 1-3
4 안전한 AI 차시대체형 3 중등 1-3
5 사람을 돕는 착한 AI 자유학기형 7 중등 1
라 . 프로그램 개요 1) 차별하지 않는 AI
○ 주제 개요
- AI for Oceans를 이용해서 기계학습의 원리와 방법을 실습을 통해 이해한다.
- AI가 편견을 갖는 이유를 알고, 편향되지 않은 AI를 개발해본다.
○ STEAM 준거틀 계획
구분 주요 내용
상황제시
Ÿ AI가 차별적인 결과를 내놓았던 사례를 소개하기 Ÿ 소개 영상을 시청하고 기계학습의 방법을 알려주기 Ÿ 물고기 분류하기 실습하기
창의적 설계 Ÿ AI가 사람의 편견을 함께 학습하는 상황과 이유를 알아보기
Ÿ 편향적인 학습을 배제할 수 있는 방법을 적용한 기계학습 구상하기
감성적 체험 Ÿ AI를 스스로 학습시켜 보는 경험을 통해 AI에 대한 긍정적 인식을 심어주기 Ÿ AI는 불완전한 것이며 이를 개선하기 위한 노력이 필요함을 알기
○ 차시 구성
프로그램명 공평한 AI 학교급 초등학교 5-6 차시 총 3차시
교육목표 기계학습에 대해서 이해하고 인간의 편견을 배제하는 기계학습을 구상할 수 있다.
관련교과 실과, 사회
2015 개정 교육과정 연계
실과
(내용요소) 기술 시스템
(성취기준) [6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
사회
(내용요소) 지속가능한 지구촌
(성취기준) [6사08-05] 지구촌의 주요 환경문제를 조사하여 해결 방안을 탐 색하고, 환경문제 해결에 협력하는 세계시민의 자세를 기른다.
차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소
1차시
[상황제시] 인공지능이 편견을 가지고 있다고?
∘인공지능 번역기가 성차별적 결과를 도출하는 사례를 통해 문제 의식 가지기
∘기계학습이 무엇인지 사례와 함께 살펴보기
∘기계학습과 명시적 프로그래밍의 차이를 느끼기
∘AI에게 물고기를 가르치는 활동을 통해 기계학습의 원리를 파악 하기
∘AI를 제대로 학습시키기 위해서는 많은 양의 양질의 데이터가 필 요함을 파악하기
실과,
사회 T, E, A
2차시
[창의적 설계] AI가 차별을 가지게 된 이유 알아보기
∘ 선생님이 개발한 차별하는 AI로 적합한 차별적인 직업추천 체험 하기
∘ AI가 편견을 가지게 되는 이유를 알아보기 위해서 학습데이터 확인하기
실과 T, E
○ 미디어 콘텐츠 개발 계획
영역 개발 게획 종류 비고
창의적 설계 차별적인 직업추천 체험 프로그램 자료(교사용) 학습지 예시 작성 자료
실습용 파일 학습지
공통 수업과정 PPT 자료, 학습지, 예시 프로젝트 산출물 PPT ·
∘ 편향되지 않은 데이터의 중요성에 대해서 알기
3차시
[창의적 설계] 차별하지 않는 인공지능
∘ 우리 사회 속 편견 발견하기
∘ 개발하고 싶은 AI에 대한 아이디어 나누기
∘ 데이터를 수집하고 차별하지 않는 AI를 개발하기
[감성적 체험] 기계학습의 한계와 방향
∘ 개발한 AI를 웹을 통해서 공유하고 피드백 받기
∘ 기계학습이 가지고 있는 한계에 대해서 발표하기
∘ 활동을 하면서 느낀 점을 정리해서 공유하기
실과 T, E, A
○ 평가 계획
평가영역 평가 기준 평가방법 비고
상황 제시 기계학습이 방법을 설명할 수 있는가? 관찰평가
도달, 노력하여 도달, 미도달 3단계로 제시 창의적 설계 AI가 인간의 편견을 학습하게 되는 과정을 이해하고 이를
배제할 수 있는 방법을 설명할 수 있는가?
관찰평가 산출물 평가
감성적 체험 AI의 한계를 알고 개선하려는 의지를 가지고 있는가? 관찰평가
2) 협력하는 AI
○ 주제 개요
- ’Selfie 2 Waifu‘, ’구글 AI 바흐 스타일 편곡‘ 프로그램을 활용하여 협력하는 AI를 경험 한다.
- AI와 함께 협력하여 만든 창작품에 대한 저작권과 지식재산권에 대해 토론하며 AI와 협 력하는 예술 창작에 대한 전망과 문제점에 대해 생각해본다.
○ STEAM 준거틀 계획
구분 주요 내용
상황제시 Ÿ 인공지능과 인간이 협력하는 만든 음악과 영화 감상하기
Ÿ ‘Selfie 2 Waifu’와 ‘구글 AI 바흐 스타일 편곡’ 프로그램 살펴보기
창의적 설계
Ÿ ‘Selfie 2 Waifu’와 ‘구글 AI 바흐 스타일 편곡’ 프로그램을 이용하여 작품 창작하기
Ÿ 자신의 감성을 더해 ‘AI와 함께하는 작품’ 완성하기
감성적 체험 Ÿ ‘AI와 함께하는 학급 전시회’를 열어 창작물 공유하기 Ÿ AI와 협력하는 예술 창작에 대한 전망과 문제점 토의하기
○ 차시 구성
프로그램명 협력하는 AI 학교급 초등 5~6 차시 총 3차시
교육목표 인간과 협력하는 AI에 대해 알아보고 AI와 함께하는 작품을 완성할 수 있다.
관련교과 실과, 미술, 사회 2015 개정
교육과정 연계 실과 (내용요소) 기술 시스템
(성취기준) [6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
미술
(내용요소) 표현
(성취기준) [6미02-03] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을 구 체화 할 수 있다.
사회
(내용요소) 법의 의미와 역할
(성취기준) [6사02-05] 우리 생활 속에서 법이 적용되는 다양한 사례를 제시하고, 법 의 의미와 성격을 설명한다.
차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소
1차시 [상황제시] AI와 인간의 완벽한 콜라보레이션 !
∘AI와 인간이 협력하여 만든 예술 작품(음악, 영화 등) 살펴보기
∘사람의 사진을 만화풍으로 바꾸어주는 Selfie 2 Waifu 살펴 보기
실과 T, E, A
2차시
[창의적 설계] AI와 내가 함께하는 콜라보레이션 !
∘ Selfie 2 Waifu 프로그램과 구글 바흐 편곡 프로그램 살 펴보기
- 두 개의 프로그램 중 하나 선택하기
∘ 작품의 주인공 창작하기
- AI를 통해 창작된 주인공을 인쇄하여 오리기
- 콜라주 기법을 활용하여 주인공을 배치하고 어울리는 배경을 그리기
- 자신만의 창작 기법을 더하여 AI와 함께하는 작품 완성하기
∘ 편곡하기
- 플레이 버튼을 눌러 음표 삽입 및 편곡 방법 익히기 - 음표를 자유롭게 넣은 후 편곡하기
실과, 미술 T, E, A
3차시 [감성적 체험] AI와 함께하는 세상 실과 T, E, A
○ 미디어 콘텐츠 개발계획
영역 개발 게획 종류 비고
창의적 설계 Selfie 2 Waifu 산출물 예시자료 사진자료 ·
공통 수업과정 PPT 자료, 학습지 PPT, 학습지 ·
○ 평가 계획
평가영역 평가 기준 평가방법 비고
상황 제시 AI와 인간이 협력한 사례를 통해 AI가 우리 생활에 미치
는 영향을 탐구하고자 노력하는가? 관찰평가
도달, 노력하여 도달, 미도달 3단계로 제시 창의적 설계 AI 프로그램과 협력하여 자신의 아이디어를 구체적으로
표현하였는가?
관찰평가, 산출물 평가
감성적 체험 AI와 협력하여 만든 창작물을 감상하고 AI와 함께하는 세
상에 대한 자신의 의견을 제시할 수 있는가? 자기/동료평가
3) 설명가능한 AI
○ 주제 개요
- 설명 가능한 AI가 필요한 이유에 대해서 AI가 활용된 사례를 통해 생각해본다.
- ML4KIDS에서 수를 이용한 프로젝트를 만드는 방법을 알아보고 학습데이터를 입력해서 인공지능 모델을 만든다.
- 결정트리를 해석하는 방법을 알아보고 이를 기반으로 설명가능한 AI의 가치를 알아본다.
○ STEAM 준거틀 계획
∘‘AI와 함께하는 학급 전시회’
- AI와 함께 만든 창작물 감상하기
- 감상평을 공유하며 AI와 협력했을 때의 느낌을 나누어 보기
∘AI와 함께하는 세상 토의하기
- AI와 협력하는 예술 창작 분야에 대한 전망 이야기해보기 - AI와 함께하여 창작한 작품에 대한 저작권과 지식재산권 토의
하기
구분 주요 내용
상황제시 Ÿ 인공지능이 활용되는 분야와 그 중요성에 대해서 알아보기 Ÿ 설명가능한 인공지능의 필요성과 당위성 살펴보기
창의적 설계
Ÿ Machine Learning for KIDS를 이용해서 데이터를 입력하고 인공지능 모 델 만들기
Ÿ 인공지능 모델을 설명하는 도표를 보고 그것을 해석하기
감성적 체험 Ÿ 설명 가능한 인공지능이 구현 된다면 해결될 수 있는 분야 생각해 보기
○ 차시 구성
프로그램명 설명 가능한 인공지능 학교급 중학교 차시 총 3차시
교육목표 데이터를 입력해서 인공지능 모델을 만들고 인공지능의 판단 과정을 설명할 수 있다.
관련교과 정보
2015 개정 교육과정 연계
정보
(내용요소) 정보 문화
(성취기준) [정보-(1)-1] 정보 기술의 발달에 따른 사회의 변화와 소프트웨어 가 사회와 개인의 삶에 미친 영향과 가치를 분석하고 직업의 특 성을 이해하여 자신의 적성에 맞는 진로를 탐색한다
정보
(내용요소) 표현
(성취기준) [정보-(3)-4]문제해결을 위한 다양한 방법과 절차를 탐색하고 명확하게 표 현한다.
차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소
1차시
[상황제시] 설명 가능한 인공지능의 필요성
∘인공지능의 활용되는 분야에 대해서 알아보기
∘인공지능이 활용된 곳 중에 오류로 인해 문제가 된 경우를 알 아보고 이러한 오류를 배제할 수 있는 방법에 대해서 생각해 보기
∘설명 가능한 인공지능에 대해서 알아보기
정보, 윤리 T, E, A
○ 미디어 콘텐츠 개발계획
영역 개발 게획 종류 비고
창의적 설계 학생들이 입력할 데이터 셋 샘플 자료(불쾌지수 데이터) 파일
공통 수업과정 PPT 자료, 학습지 PPT, 학습지
2차시
[창의적 설계] 데이터를 입력해서 인공지능 모델 만들기
∘Machine Learning for Kids에 대해서 알아보기
∘ 나만의 판별 모델 만들기 프로젝트 계획하기
∘ 나만의 판별 모델을 테스트 해보고 AI가 판단을 내린 기준 설명 하기
∘ 스무고개 놀이를 통하여 질문의 우선순위를 파악하고 결정트리 의 구조와 인공지능의 결정에 대해 설명하기
정보 T, E, A
3차시
[감성적 체험] 지속가능한 인공지능
∘ 인공지능의 개념과 오류 알기
∘ 설명가능한 인공지능 체험하기
∘ 설명가능한 인공지능이 개발되지 않았을 때 인공지능을 도입 하기 어려운 분야에는 어떤 것이 있는지 생각해 보기
정보, 사회 T, E, A
○ 평가 계획
평가영역 평가 기준 평가방법 비고
상황 제시 설명가능한 인공지능의 픨요성에 대해서 설명할 수 있는가? 관찰평가
도달, 노력하여 도달, 미도달 3단계로 제시 창의적 설계 데이터를 직접 입력하여 인공지능 모델을 만들 수 있는가? 산출물 평가
감성적 체험 인공지능 모델이 분류하는 기준을 근거를 들어 설명할 수
있는가? 관찰평가
4) 안전한 AI
○ 주제 개요
- AI IoT의 개념을 알아보고 엔트리 코딩을 통해 기계학습 모델 훈련 후에 마이크로비트 로 이상 탐지를 이용한 피지컬 컴퓨팅 시스템을 구현해본다.
- AI로 구현된 산출물이 우리 사회에 미치는 안전성과 신뢰성에 대해 논의하며 신뢰성을 담보하기 위하여 필요한 것을 생각해본다.
○ STEAM 준거틀 계획
구분 주요 내용(1-3차시)
상황제시 Ÿ 신뢰성 있는 AI, 이상탐지의 개념 알기, 엔트리 인공지능 사용해보기 창의적 설계 Ÿ 기계학습을 이용하여 마이크로비트에서 영상 인식 물리 장치 만들기 감성적 체험 Ÿ 신뢰성 있는 AI를 만들기 위하여 할 수 있는 일
○ 차시 구성 계획
프로그램명 안전한 AI 학교급 중등 1~3 차시 총 3차시
교육목표 이상감지를 이용하여 이상을 감지하고 이를 물리적으로 만들 수 있는 피지컬 컴퓨팅을 개발하 고 이를 이용하여 신뢰성 있는 AI를 개발할 수 있다.
관련교과 정보, 국어, 사회, 기술과 가정, 도덕
2015 개정 교육과정 연계
정보 기가
(내용요소) 이상감지와 데이터, 신뢰성 있는 AI, 피지컬 컴퓨팅
(성취기준) [9기가05-02] 가정과 사회의 변화에 따른 안전 사항에 대하여 조사하고 예방 및 대처 방안에 대하여 이해한다.
(성취기준) [9기가05-03] 일상생활에서 사용되는 제품들이 기술적 문제 해결 과정을 통해 개발되고 발전하고 있음을 이해한다
(성취기준) [9정02-01] 디지털 정보의 속성과 특징을 이해하고 현실 세계에서 여러 가지 다른 형태로 표현되고 있는 자료와 정보를 디지털 형태로 표현한다.
○ 미디어 콘텐츠 개발계획
영역 개발 계획 종류 비고
창의적 설계 마이크로비트 모터 제어 엔트리 소스 프로그램 소스
공통 수업과정 PPT 자료, 학습지 PPT, 학습지
(성취기준) [9정04-02] 다양한 형태의 자료를 입력 받아 처리하고 출력하기 위한 프 로그램을 작성한다.
(성취기준) [9정04-05] 실생활 문제 해결을 위한 소프트웨어를 협력하여 설계, 개발, 비교·분석한다.
국어 사회 도덕
(내용요소) 신뢰성 있는 AI, 프로그램 공유 및 발표하기
(성취기준) [9도04-02] 과학 기술이 현대인의 삶에 미치는 긍정적인 영향과 가치를 설명하고, 동시에 과학 기술이 지닌 문제점과 한계를 열거하며, 과학 기 술의 바람직한 활용 방안을 제시할 수 있다.
차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소
1차시
[상황제시]
∘ 이상탐지의 개념 알아보기
- 안전한 AI가 되기 위한 조건 알아보기
∘ 이상탐지 알고리즘 알아보기
- 엔트리에서 이상탐지 알고리즘 만들기
정보 T, E
2차시
[창의적 설계]
∘ 마이크로비트로 물리적 이상탐지 시스템 만들기 - 마이크로비트와 모터 연결하기
∘ 학습을 통해 이상탐지 AI 만들기 - 엔트리AI와 마이크로비트 연결하기
∘ 나만의 이상감지 AI 시스템 설계하기 - 설계도와 의미 생각해보기
정보
기술 T, E, A
3차시
[감성적 체험]
∘ 시제품 발표회 알아보기
∘ 안전한 AI 발표회
- 자신이 설계한 AI 제품 발표하기 - 공유를 통해 설계 수정하기
∘ 실제 사례에서 이상탐지 적용해보기 - 사이트피싱 사례 살펴보기
∘ 미래의 이상탐지 서비스 생각해보기
- 해당 이상탐지 서비스의 신뢰성 제고 방안 마련하기
정보 T, E, A
○ 평가 계획
평가영역 평가 기준 평가방법 비고
상황 제시 - 상황을 공감하기 위한 관찰 및 탐색활동에 적극적으로
참여하는가? 관찰평가
도달, 노력하여 도달, 미도달 3단계로 제시 창의적 설계
- 문제해결을 위한 아이디어에서 유창성, 융통성, 독창성, 정교성이 드러나는가?
- 문제를 해결하는 과정에서 정교성, 융통성을 가지고 끈 기 있게 참여하는가?
포트폴리오 자기/동료평가
감성적 체험 - 공유 및 피드백 과정에 적극 참여하는가? 포트폴리오 자기 평가
5) 사람을 돕는 착한 AI
○ 주제 개요
- 우리 반 친구들을 돕는 착한 AI를 코딩 프로그램으로 직접 구현해본다. 코딩 프로그램을 활용할 수 있는 기계학습을 통해 인공지능의 탐색과 문제해결, 인식과 정보처리, 지능화 에 대해 이해한다.
- 사람을 위한 기술 개발의 과정을 인간중심의 디자인사고 기반으로 전개해나가며, 디자인 툴킷으로 창의적인 문제해결의 과정을 돕는다.
- AI 기술의 적절한 사용의 과정에서 인공지능 윤리의 필요성을 느끼고 직접 AI윤리 규범 을 결정하고 만들어 공유할 수 있다.
○ STEAM 준거틀 계획
구분 주요 내용(1-7차시)
상황제시 Ÿ 사람을 돕는 인공지능 기술에 대해 살펴보기
창의적 설계 Ÿ 우리 반 친구들을 도와줄 수 있는 인공지능 프로그램 설계하고 개발하기
감성적 체험 Ÿ 개발한 인공지능 프로그램 공유 및 발표하기
Ÿ 개발한 인공지능 프로그램 사용을 위한 윤리규칙 정하기
○ 차시 구성 계획
프로그램명 사람을 돕는 착한 AI 학교급 중등 1~3 차시 총 10차시 교육목표 엠블록 코딩을 활용하여 사람을 돕는 착한 인공지능을 개발하고, 인공지능 기술의 책임있는
사용을 위한 윤리적인 규범을 정할 수 있다.
관련교과 정보, 국어, 사회, 기술과 가정, 도덕
2015 개정 교육과정 연계
정보 기가 수학
(내용요소) 정보사회의 특성과 진로, 사람을 돕는 인공지능 프로그램 설계 및 개발 (성취기준) [9정01-01] 정보기술의 발달과 소프트웨어가 개인의 삶과 사회에 미치는
영향과 가치를 분석하고 그에 따른 직업의 특성을 이해하여 자신의 적 성에 맞는 진로를 탐색한다.
(성취기준) [9정03-02] 문제 해결에 필요한 요소와 불필요한 요소를 분류한다.
(성취기준) [9정03-03] 논리적인 문제 해결 절차인 알고리즘의 의미와 중요성을 이 해하고 실생활 문제의 해결과정을 알고리즘으로 구상한다.
(성취기준) [9정03-04] 문제 해결을 위한 다양한 방법과 절차를 탐색하고 명확하게 표현한다.
(성취기준) [9정02-01] 디지털 정보의 속성과 특징을 이해하고 현실 세계에서 여러 가지 다른 형태로 표현되고 있는 자료와 정보를 디지털 형태로 표현한다.
(성취기준) [9기가04-18] 정보통신기술과 관련된 문제를 이해하고, 해결책을 창의적으 로 탐색하고 실현하며 평가한다.
(성취기준) [9수05-03] 공학적 도구를 이용하여 실생활과 관련된 자료를 수집하고 표나 그래프로 정리하고 해석할 수 있다.
국어 사회 도덕
(내용요소) 프로그램 공유 및 발표하기, 착한 AI 윤리규칙 정하기
(성취기준) [9국01-02] 상대의 감정에 공감하며 적절하게 반응하는 대화를 나눈다.
(성취기준) [9국01-04] 토의에서 의견을 교환하여 합리적으로 문제를 해결한다.
(성취기준) [9사(일사)05-01] 법의 의미와 특성을 이해하고, 사례 분석을 통해 법의 목적을 탐구한다.
(성취기준) [9도04-02] 과학 기술이 현대인의 삶에 미치는 긍정적인 영향과 가치를 설명하고, 동시에 과학 기술이 지닌 문제점과 한계를 열거하며, 과학 기 술의 바람직한 활용 방안을 제시할 수 있다.
차시별 교수·학습 내용 중심교과 STEAM 요소
1차시
[상황제시]
∘ 사람을 돕는 착한 인공지능 살펴보기
- 일상생활에서 도움을 받고 있는 인공지능 기술 살펴보기 - 인공지능 기술이 악용되는 경우 살펴보기
- 인공지능이 사람과 더불어 살아가야 하는 필요성 생각해보기
∘ 몰입 및 탐색하기
- 문제 상황을 파악하기 위한 탐색하기
∘ 공감하기
- 반 친구들이 갖고 있는 문제상황(맥락)을 파악하고 공감하기
정보
도덕 T, E, A
2~3차시
[창의적 설계]
∘ 문제 정의하기
- 숨은 불편함 찾기(행동관찰), 5Whys를 통해 문제점 찾고, 해 결방안 생각해보기
∘ 발상하기
정보 T, E, A, M
○ 미디어 콘텐츠 개발계획
○ 평가 계획
- 우리반 친구들을 도울 수 있는 아이디어 떠올리기 - 문제 해결을 위한 인공지능적인 요소를 추출하기
- 프로그램 설계하기(문제 분해, 수집 데이터, 데이터 가공 및 처리, 패턴, 추상화, 알고리즘 설계, 자동화, 인공지능 처리 과정 드러나게 설계)
- 아이디어를 공유하며 피드백 주기
4~6차시
∘ 인공지능 작품의 프로토타입 만들기
- 엠블록 사용법 익히기(필요한 경우 기계학습 과정 익히기) - 프로그램 개발하기
∘ 테스트 및 피드백
- 개발한 프로그램 테스트하며 피드백을 통해 수정, 보완하기
정보 T, E,
7차시
[감성적 체험]
∘ 착한 AI 프로그램 발표하기 - 모둠별 발표 및 공유하기 - 각 모둠별 피드백 주고 받기
- 피드백 결과를 통해 프로그램 개선하기
∘ 개발한 AI의 바른 사용을 위한 윤리 규칙 정하여 공유하기 - 인간중심, 착한AI, 책임있는 AI, 설명가능한 부분을 찾기
국어
도덕 T, E, A
평가영역 평가 기준 평가방법 비고
상황 제시 - 상황을 공감하기 위한 관찰 및 탐색활동에 적극적으로
참여하는가? 관찰평가
도달, 노력하여 도달, 미도달 3단계로 제시 창의적 설계
- 문제해결을 위한 아이디어에서 유창성, 융통성, 독창성, 정교성이 드러나는가?
- 문제를 해결하는 과정에서 정교성, 융통성을 가지고 끈 기 있게 참여하는가?
포트폴리오
자기/동료평가
감성적 체험 - 공유 및 피드백 과정에 적극 참여하는가? 자기 평가
영역 개발 게획 종류 비고
창의적 설계 착한 인공지능 m블록 예시 프로그램 엠블록 수업 영상
프로그램 동영상
감성적 체험 학생들이 개발한 프로그램 발표 영상 동영상
공통 수업과정 PPT 자료, 학습지 PPT, 학습지
6. 시범 적용 학교 운영 결과
가 . 시범 적용 학교 운영 총괄표
1) 프로그램별 운영 결과
구분 프로그램 명 학교 학년 수혜 학생 수 적용기간
1 공평한 AI
파주 군내초 5학년 18명 2020.9.21~2020.10.7 파주 대성동초 5학년 11명 2020.9.28.~2020.10.7 화성 봉담초 5학년 23명 2020.10.5.~2020.10.16 인천 부평동초 5학년 33명 2020.9.21.~2020.9.29
2 협력하는 AI
인천 석정초 5학년 21명 2020.10.5.~2020.10.16 파주 청암초 6학년 34명 2020.9.21.~2020.9.29 서울 세검정초 6학년 23명 2020.10.26.~2020.10.30 3 안전한 AI 인하사대부중 2학년 48명 2020.10.26.~2020.11.6 4 설명가능한 AI 남인천여중 2학년 191명 2020.10.22.~2020.11.13
5 사람을 돕는 착한 AI
인천 광성중 1학년 55명 2020.10.19.~2020.11.13 인천 석남중 1학년 44명 2020.10.22.~2020.11.13
총 수혜 학생 수 501명 -
나 . 시범 적용 만족도 조사 결과 1) 만족도 조사 대상
- 프로그램을 적용한 초등학교 7개, 중학교 4개교의 학생 501명과 교사 11명
2) 만족도 조사 방법
- 온라인 설문지와 오프라인 설문지 - 시범 수업 종료 후 설문 실시
3) 교원 대상 조사결과
- STEAM 교육에 대해 잘 알고 있다의 평균값이 1.82로 대체적으로 잘 알고 있 는 것으로 나타남
- STEAM 교육의 목표 중 중점으로 두어야 하는 것은 가치창출(4명), 실생활 및 문제해결(3명), 긍정적 태도(3명), 인성 함양(1명) 순으로 나타남
- STEAM 수업에서 가장 중점으로 두어야 하는 것의 순위는 창의적 설계(4명), 내용 융·통합(3명), 감성적 체험(2명), , 상황 제시(2명), 으로 나타남
- STEAM 교육의 적극적 도입에 대한 의견은 평균값이 1.82로 매우 긍정적임 - STEAM 교육의 지속적 의향에 대한 의견은 평균값이 2.18로 긍정적임
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표> STEAM 교원 설문 결과 (N=11)항목 평균 표준편차 분산
STEAM교육 필요성/효용성
융합적 사고 4.82 .404 .163
창의성 4.73 .467 .218
인성 4.82 .404 .163
즐거움 4.55 .687 .472
자기발전 4.72 .646 .418
STEAM 프로그램(수업)
만족도
교육과정과의 연계성 4.91 .301 .090
주제 참신성 4.91 .302 .090
첨단 과학과의 연계성 4.82 .404 .164
사례 중심의 실생활 활용 4.82 .404 .164
교재 구성 내용 4.64 .505 .254
학생흥미유발 4.73 .467 .218
관련 과학기술 학생흥미유발 4.70 .483 .233
관련과학기술 직업 학생흥미 유발 4.91 .301 .091
STEAM 수업의 어려움
이해부족 2.34 1.433 2.054
시간확보의 어려움 3.00 1.483 2.200
수업효과미비로 인한 사기저하 2.18 1.167 1.363
수업진도 달성 어려움 2.72 1.348 1.818
업무 부담의 가중 3.00 1.414 2.000
STEAM 교육의 효과
흥미도 증가 4.54 .687 .472
이해도 증가 4.55 .987 .472
창의적 사고력 및 설계 능력 증진 4.64 .504 .254
융합적 문제해결력 향상 5.00 .000 .000
실생활에 활용 능력 향상 4.72 .467 .218
능동적 참여 활발 4.64 .504 .254
이공계 진로 관심 향상 4.82 .404 .163
배려, 협력, 소통 능력 증진 4.27 .904 .818
- STEAM 교육의 필요성은 <표1>의 STEAM 교원 설문 결과와 같이 STEAM 교 육의 필요성, STEAM 프로그램 만족도, STEAM 교육의 효과 항목에 있어 대부 분 4점을 넘어 필요성에 대해 매우 긍정적임
- STEAM 수업의 어려움은 시간 확보의 어려움이 가장 높았으며 다음으로 업무 부담의 가중, 수업 진도 달성의 어려움 등으로 나타남
- 프로그램의 난이도에 대해서는 평균값이 2.45로 대체적으로 어렵게 생각함. 어 려운 것에 대한 사항은 과목간 연계의 어려움(6명), 학생 활동 구성(3명), 시간 부족(2명)으로 응답함
- ‘STEAM 수업’ 준비과정에서 어려웠던 사항은 수업 주제 선정(3명), 융합 및 통합(3명), 창의적 설계과정(2명), 상황제시(2명), 진로와의 연계(1명)으로 응답함
○ 학생 대상 만족도 조사결과
- 초등 설문 결과 만족도가 4.10으로 매우 높은 편으로 나타났으며, 나머지 항목 도 대체적으로 평균값이 3점을 넘어 만족하는 것으로 나타남
- 초등 설문에서 가장 높은 점수는 4.27로 ‘적극적으로 참여하였다’라는 항목이었 으며, 가장 낮은 점수는 3.12로 ‘과학기술과 관련된 직업에 대한 관심이 생겼다
‘라는 항목이었음
- 중등 설문 결과 만족도가 3.76으로 대체적으로 높았으며, 나머지 항목도 대체적 으로 평균값이 3점을 넘어 대체적으로 만족하는 것으로 나타남
- 중등 설문에서 가장 높은 점수는 4.03으로 ’친구들과의 협력의 중요성‘이었으며, 가장 낮은 점수는 2.75로 ’과학수업이 재미있어졌음‘이라는 항목이었음. 실제 본프 로그램의 시범적용은 정보교과 시간에 이루어져서 과학수업과의 연계성은 떨어짐
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표> STEAM 초등 만족도 설문 결과 (N=163)순번 항목 평균 표준편차 분산
1 만족도 4.10 .864 .748
2 흥미 4.03 .927 .860
3 적극적인 참여 4.27 .761 .580
4 내용 수준 4.03 .889 .791
5 STEAM 수업 지속성 3.75 1.060 1.123
6 과학수업 재미있어졌음 3.46 1.208 1.459
7 내용에 대한 이해 3.71 1.083 1.174
8 흥미가 생김 3.54 1.149 1.321
9 과학 기술에 대한 관심이 생김 3.40 1.301 1.693
10 관련된 책이나 글 읽음 3.18 1.407 1.981
11 문제해결을 위한 스스로 생각 4.08 .960 .922
12 다양한 학습활동 완수 3.83 .957 .917
13 한 가지 문제의 다양한 생각 4.05 .990 .980
14 실생활과의 연결 3.62 1.112 1.237
15 배운 내용 적용 3.64 .978 .957
16 적극적인 수업의 참여 3.95 .936 .876
17 의견에 대한 근거를 갖고 토론 3.47 1.119 1.253
18 친구들에게 나의 생각 표현 3.68 1.289 1.187
19 친구들의 생각 존중 4.02 .937 .879
20 친구들과의 협력 중요성 4.00 1.017 1.034
21 친구들 배려하는 마음 3.92 .915 .837
22 도전하려는 마음 3.95 1.040 1.083
23 과학기술 분야 직업에 대한 관심 3.12 1.260 1.589
<
표> STEAM 중학 만족도 설문 결과 (N=338)순번 항목 평균 표준편차 분산
1 만족도 3.76 .900 .810
2 흥미 3.73 .927 .859
3 적극적인 참여 3.76 .881 .776
4 내용 수준 3.71 .894 .800
5 STEAM 수업 지속성 3.40 1.026 1.054
6 과학수업 재미있어졌음 2.75 .941 .885
7 내용에 대한 이해 3.54 .896 .803
8 흥미가 생김 3.16 1.167 1.363
9 과학 기술에 대한 관심이 생김 3.10 1.243 1.546
10 관련된 책이나 글 읽음 2.76 1.231 1.516
11 문제 해결을 위한 스스로 생각 3.56 .953 .909
12 다양한 학습활동 완수 3.58 .941 .886
13 한 가지 문제의 다양한 생각 3.51 .992 .985
14 실생활과의 연결 3.36 1.074 1.154
15 배운 내용 적용 3.36 1.026 1.053
16 적극적인 수업의 참여 3.70 .990 .980
17 의견에 대한 근거를 갖고 토론 3.19 1.068 1.142
18 친구들에게 나의 생각 표현 3.53 .947 .898
19 친구들의 생각 존중 3.97 .805 .648
20 친구들과의 협력 중요성 4.03 .841 .707
21 친구들 배려하는 마음 4.02 .823 .678
22 도전하려는 마음 3.68 .934 .873
23 과학기술 분야 직업에 대한 관심 2.96 1.232 1.518
다 . 시범 적용 태도 검사 결과
1) 태도 검사 대상
-
프로그램을 적용한 초등학교 7개, 중학교 4개교의 학생 501명2) 태도 검사 방법
- 온라인 설문지와 오프라인 설문지 - 시범 수업 종료 후 설문 실시
3) 학생 태도 검사 결과
- 초등 태도 사전 설문 결과 대체적으로 3점을 넘어 대체적으로 긍정적으로 생각 하고 있는 것으로 나타났으나, 사후 설문 결과에서는 사전 설문보다 평균값이 낮게 나왔음
- 이에 대한 결과를 논의하기 위해 시범적용한 교사들과 수업 평가회를 실시하였음 - 설문문항이 초등학생이 하기에 너무 많았으며, 이미 사전 검사를 통해 응답한
똑같은 문항을 사후 검사를 통해 한 번 더 하기에는 많이 힘들어 하였음 - 적용한 프로그램이 인공지능교육이라 이것을 과학, 수학과 연계시키기 힘들었
음. 그래서 프로그램에 대한 만족도는 높으나 과학, 수학에 관한 태도를 묻는 문항에서는 부정적으로 답하는 학생의 비율이 높았음
- 프로그램 적용결과 수학, 과학에 대한 흥미, 자아개념, 이공계 진로선택 항목에 서 2점대의 평균값을 나타내고 있음
- 중학교의 경우에는 사전보다 사후가 좀 더 높게 나타남. 사전, 사후 검사 전체 적으로 2점대의 평균값을 보이고 있어 학생들의 수학, 과학에 대한 긍정적인 태 도가 낮은 것으로 나타남
- 중학생의 응답중 평균값이 가장 높은 항목은 수학, 과학의 유용성과 가치 인식 으로 초등학생들처럼 과목의 중요성에 대해서는 높게 인식하고 있음
- 가장 낮은 항목은 수학 흥미, 자아개념, 이공계 진로선택으로 나타나 학생들이 수학에 대한 태도가 낮은 것으로 분석됨
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표> STEAM 초등 태도 사전 설문 결과 (N=163)항목 평균 표준편차 분산
흥미 수학(34, 14, 3, 21) 3.12 1.356 1.838 과학(8, 1, 10, 5, 7) 3.31 1.365 1.77
배려 수학(15, 18, 39) 3.99 .900 .810
과학(26, 11, 20) 4.07 .850 .722
소통 수학(22, 25, 32) 3.55 1.158 1.342
과학(12, 23, 37) 3.72 1.177 1.384 유용성/가치인식 수학(40, 17, 33) 4.15 1.049 1.100 과학(31, 29, 13) 4.02 1.026 1.053
자아 개념 수학(38, 28) 3.13 1.326 1.758
과학(24, 30) 3.14 1.343 1.804
자아 효능감 수학(2, 27) 3.58 1.242 1.542
과학(6, 35) 3.47 1.217 1.480
이공계 진로선택 수학(9, 19) 3.20 1.374 1.887
과학(4, 36) 3.17 1.358 1.843
<
표> STEAM 초등 태도 사후 설문 결과 (N=163)항목 평균 표준편차 분산
흥미
수학(34, 14, 3, 21) 2.86 0.928 0.861 과학(8, 1, 10, 5, 7) 2.91 0.902 0.779
배려
수학(15, 18, 39) 3.34 0.668 0.447 과학(26, 11, 20) 3.34 0.635 0.403
소통
수학(22, 25, 32) 3.11 0.807 0.652 과학(12, 23, 37) 3.19 0.755 0.571
유용성/가치인식
수학(40, 17, 33) 3.54 0.662 0.438 과학(31, 29, 13) 3.35 0.708 0.502
자아 개념
수학(38, 28) 2.77 0.958 0.917 과학(24, 30) 2.81 0.897 0.804
자아 효능감
수학(2, 27) 3.14 0.890 0.793 과학(6, 35) 2.98 0.881 0.776
이공계 진로선택
수학(9, 19) 2.77 0.956 0.913 과학(4, 36) 2.85 0.983 0.965
