2020 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서
2020. 11.
매홀초등학교
【 2020년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서 】
과 제 개 요
과제명 2020년 STEAM 교사연구회 운영(매홀초등학교)
STEAM 프로그램
구분
유형 (유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ ) 프로그램명 디자인적 사고(design thinking) 기반 STEAM 프로그램
인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
학교급 초등학교 대상 학년(군) 5-6학년군
중심과목 실과 (정보)
중심과목 성취기준 영역
[초5-6실과] (4)기술 시스템
[6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
[6실04-08] 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서를 생 각하고 적용한다.
[6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로 그래밍 과정을 체험한다.
초5-6실과] (5)기술 활용
[6실05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원 리와 활용 분야를 이해한다.
연계과목
과학 국어 미술
연계과목 성취기준 영역
과학 [초5-6학년] 물체의 운동
국어 [초5-6학년] 듣기말하기 / [초5-6학년] 문학 미술 [초5-6학년] 표현(구체화하기)
연구기간 2020.7.20. ~ 2020.11.30.
연 구 비 일금사백만원(￦4,000,000)
참여연구원 6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명) 연구 수행자에 관한 사항
구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명
연구책임자 매홀초등학교 과학 교사 윤경란
공동연구원 매홀초등학교 미술 교사 박미사
공동연구원 오산운천초등학교 실과 교사 이상경
공동연구원 원천초등학교 실과 교사 노은혜
공동연구원 안산서초등학교 국어 교사 이경헌
공동연구원 안산서초등학교 국어 교사 채수현
2020년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아
융합인재교육(STEAM) 교사연구회를 운영한 최종 결과로써 본 보고서를 제출합니다.
2020년 11월 14일
연구책임자 : 윤경란 (인)
“이 보고서는 2020년도 정부의 재원으로
한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”
목 차
1. 요약문(Abstract)··· 1
2. 서론··· 1
가. 연구의 필요성 및 목적 ··· 1
나. 연구의 범위 ··· 2
3. 연구 수행 내용··· 3
가. 프로그램 개발을 위한 연구 절차 ··· 3
나. 프로그램 개발 범위와 내용 ··· 4
다. 프로그램 적용 및 효과성 검증 ··· 5
4. 연구 수행 결과 ··· 7
5. 결론 및 제언 ··· 9
[부록] ※별도 파일로 작성함. 부록1. STEAM프로그램 개발내용(교수학습지도안, 교사용참고자료, 학생용학습지) ··· 10
부록2. 학생 산출물 ··· 11
부록3. 학생 활동사진 ··· 11
부록4. 협의록 ··· 11
부록5. 검토의견서 ··· 11
미래형 STEAM 교육 프로그램 연구
디자인적 사고(design thinking) 기반 STEAM 프로그램
인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
1. 요약문(Abstract)
디자인적 사고(design thinking)란 디자인 분야에서 시작된 문제 해결 프로세스와 사고 방법으로 문제에 대한 공감과 생각의 시각화를 강조하는 창의적 발상 모델이다(Brown, 2014; Martin, 2010). 국내에서는 창의적 사고 모델 또는 집단의 협력적 문제해결력 증진을 위한 방안으로써 디자인적 사고를 적용하고 있다.
디자인적 사고를 기반으로 하는 STEAM 프로그램을 개발 및 적용함으로써 다가오는 미래 사회의 필수 역량인 집단창의성, 창의적으로 문제를 해결하는 능력 및 공감능력을 지닌 융합 인재를 육성할 수 있다.
본 연구에서 개발한 프로그램은 미래사회를 준비하며 우리에게 필요한 AI로봇 개발 계획 을 세우고, 협업을 통해 문제를 해결하도록 한다. 미래사회를 예상하고 가상고객의 설정하 여 요구를 파악하는 설문지를 작성하고 가상 인터뷰를 통해 문제를 정의, 가상고객의 요구 를 구체적으로 분석한다. AI로봇 개발을 위한 프로토타입 제작 및 발표하는 과정에 협업을 통해 문제를 해결하고 가상고객의 요구에 맞도록 문제해결방법 찾는 과정에서 공감능력은 물론 인공지능에 대해 자신의 견해를 명확히 할 수 있다.
학생들이 최신 기술 발달과 새로운 발견들을 주도적으로 탐색해 볼 기회를 갖는 것은 중 요하다. 본 프로그램과 같은 디자인적 사고(design thinking) 기반 STEAM 프로그램 개발·
적용을 통해 코로나19로 학교활동에서 성취하기 힘든 집단 창의성을 증진시키고, 창의적으 로 문제를 해결하는 능력과 공감 능력을 길러줄 수 있다.
2. 서론
가. 연구의 필요성 및 목적
1) 연구의 필요성
◦ 알파고 이후 우리 생활의 일부가 되고 있으며 미래사회를 획기적으로 변화시킬 인공 지능(AI), 학생들이 최신 AI 기술 발달과 새로운 발견들을 주도적으로 탐색해 볼 기회 를 갖는 것은 중요하다.
◦ 본 프로그램은 학생들이 인공지능을 갖춘 로봇의 가능성과 기회를 살펴보고 이를 실 용화시킬 미래사회의 AI 로봇을 구안 및 설계해 보는 융합적 활동을 통해 정보기술 소양은 물론 창의적 사고력과 논리적 사고력을 기르도록 한다. 그리고, 인공지능으로 인해 발생할 수 있는 인권 및 사회문제에 대해 토론하며 해결방안을 찾아보는 활동 을 통해 미래사회를 좀더 비판적으로 바라볼 수 있도록 한다.
◦ 디자인적 사고(design thinking) 기반 STEAM 프로그램 개발·적용으로 집단 창의성 을 증진시키고, 창의적으로 문제를 해결하는 능력과 공감 능력을 길러준다.
< d.school의 Design Thinking 프로세스 >
단계 d.school Design Thinking 단계별 특징 공감
(Empathy) ․ 사람들의 요구나 필요를 이해하고 그들에게 공감하는 과정을 통해 문제를 통찰하는 과정 문제 정의
(Define)
․ ‘공감’ 단계에서 통찰한 아이디어를 기반으로 문제를 정의하고 내면화하는 과정
․ 향후 활동 계획과 일정을 조율 아이디어 생성
(Ideate)
․ 활발한 소통과 공유를 통한 아이디어의 다양성과 유창성을 추구함.
․ 발산적 사고와 타당한 아이디어로의 수렴적 사고가 동시 발현되는 과정 프로토타입
(prototype)
․ 모형, 글과 그림, 역할극, 시나리오 등으로 표현하며 아이디어를 시각화 하는 과정
․ 지속적인 피드백과 아이디어의 개선과정의 반복으로 아이디어 발전 발표
(test)
․ 문제의 해결 여부 확인과 해결 방법의 적합성 판단 ․ 사용자 요구사항의 반영 여부 확인
․ 결과물의 발전과 확장 ․ Design Thinking 과정의 마무리
< Design Thinking 프로세스 활동과 구체적 활동 내용 >
2) 목적:
1) 디자인적 사고(design thinking) 기반 AI로봇 개발 STEAM 프로그램 개발·적용 2) 디자인적 사고(design thinking) 기반 AI로봇 개발 STEAM 프로그램 공유 및 확산
나. 연구의 범위
1) 프로그램 개발 및 적용
- 5학년 2학기 13차시 프로그램
- 실과(정보)를 중심 교과로 하고 과학, 수학, 미술, 창체 과목을 융합하여 미래사 회에 인공지능 발달로 제기될 수 있는 문제의 해결방안을 찾고, 인간과 더불어 살아가는 AI 로봇을 개발하는 과정에서 협력적 사고와 실제적 탐구를 통한 자기 주도적 학습력을 키울 수 있는 프로그램 개발
- 개발 후 오산운천초 5학년 25명과 매홀초 5학년 50명의 학생들에게 본 프로그램을 적용함.
2) 프로그램 효과성 검증
- 프로그램 적용 2개 학급 사전, 사후 STEAM 태도 검사 실시 - 프로그램 적용 1개 학급 학생 만족도 검사 실시
※ 매홀초 학생들은 프로그램의 일부만 적용하여 태도 검사를 실시하지 못함.
3. 연구 수행 내용
가. 프로그램 개발을 위한 연구 절차
1) 프로그램 개발을 위한 교육과정 및 학습자 분석
· 2015 교육과정 성취기준 및 핵심역량 분석
· 프로그램 교육내용 선정
· 학습 내용 및 평가 목적 구체화
· STEAM과 디자인적사고 관련 자료 탐구
◎온라인협의(5.18) -프로그램 개발 계획
협의
◎1차협의(7.14) -프로그램 실라버스
협의
-프로그램 작성 -전문가검토
2) 프로그램 개발
- 기개발 프로그램 평가 및 개선방안 모색 - 수업 시나리오 작성 및 평가 방법 선정 ㆍ관련 자료 수집
ㆍ수행과제, 프로그램 시나리오 작성 ㆍ학습지, 교사용 자료 작성
- 평가 도구 개발
· 성취기준 평가 문항 개발
· 프로그램에 대한 평가도구 개발: 미래인재역량 검사도구
◎2차협의(7.29) -프로그램작성
◎3차협의(9.21) -수업지도안검토 -수업 준비사항 공유
◎4차협의(10월 예 정)
-평가작성 -전문가검토
3) 수업 적용 및 평가 실시 (수업과 평가의 일원화)
- 적용 전 평가도구 사전 검사 실시
- 디자인적 사고 기반 STEAM 프로그램 수업 실시
- 평가 실시
ㆍ평가 결과 피드백 /ㆍ수업 영역 및 목표 조정 ㆍ수업 자료 보완 및 조정/ ㆍ평가 도구 보완 및
조정
- 적용 후 만족도 및 평가도구 사전 검사 실시
수업실행
10월 말 ~ 11월초
◎STEAM수업공유 및 연수(11.3)
-매홀초 STEAM 수업 공개
-토론연수 및 프로그 램 실행협의
4) 학습 결과에 따른 피드백
ㆍ평가 결과를 통한 학생 학습 자료 수정 보완 ㆍ결과에 대한 피드백 및 결과 보고
◎최종협의(11월말) -연구회 반성 및 2021 계획협의
STEAM 수업 공개 및 워크숍 장면(11.3(화), 매홀초) - 매홀초 5학년 1반 학생 23명 대상
- STEAM 프로그램 중 1-2차시(5-6교시 2시간)
- 15명 내외 교사 참관 및 협의, 토의토론 수업에 대한 연수(강사 공희자 수석교사)
수업공유 및 워크숍 공문 발송
프로그램 1-2차시 공개 지도안
책 읽어주기(옛날에는~~) 화백회의(임금님 하세하기) 공개수업 참여 모습
나. 프로그램 개발 범위와 내용
프로그램명 디자인적 사고(design thinking) 기반 STEAM 프로그램
인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
학교급 초등 대상 학년(군) 5-6학년
중심과목 실과 (정보)
중심과목 성취기준 영역
[초5-6실과] (4)기술 시스템
[6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
[6실04-08] 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서를 생각하고 적용한다. [6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험한다.
초5-6실과] (5)기술 활용
[6실05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분야 를 이해한다.
연계과목
과학 국어 미술
연계과목 성취기준 영역
과학 [초5-6학년] 물체의 운동
국어 [초5-6학년] 듣기말하기 / [초5-6학년] 문학 미술 [초5-6학년] 표현(구체화하기)
개발내용
주제 연번
차시 (시수)
과목
연계(안) 활동 내용
1 2 국어(2)
Co 공감: 미래사회, 어떤 모습일까?
-책 읽고 문제 찾기 [옛날에는 돼지들이 아주 똑똑했어요.]
-미래사회 고민해보기
인간은 어떤 교육을 해야 할까?(화백회의) -프로젝트 안내 및 계획 세우기
-프로젝트 역할 정하고 공감하기
2 3 실과(3)
CD 문제 정의: 미래엔 어떤 로봇이 필요할까?
-최신 기술발달의 흐름과 새로운 발견 탐색 -로봇의 기능 탐색(챗봇, 코딩을 통한 활동) -AI로봇이 뭘까?(AI에 대해 알아보기)
-어떤 로봇이 필요할까 자료 조사하고 개발 프로젝트 계획하기
3 3 과학(2) + 미술(1)
CD 아이디어 생성: 미래 로봇 구상하기(구글 설문이나 패들렛 등 활용 비대면 활동)
-로봇의 역할과 기능 정하기 -로봇과 인간 비교하기
(이동거리, 속력, 소요시간, 기타 특징 등) -어떤 모습일지 설계도면 디자인하기
4 3
과학(2) + 국어(1)
CD 프로토타입: 미래에 활용될 로봇의 설계도 완성하고 개발계획 세 우기
-로봇에 필요한 기능 개발 계획 세우기 -어떤 Al 기술을 적용할 수 있을까?
-로봇 활용 설명서 만들기
-모둠별 발표 시나리오 짜기(비대면 협동수업) -시안 발표 및 피드백을 받아 프로토타입 수정하기
5 2 과학(1) + 실과(1)
ET 발표: 미래의 로봇개발프로젝트 발표 및 평가 - 2차 피드백 및 수정 보완하기
-프로젝트 발표 및 수행에 대한 반성 -자기 평가, 동료평가
※각 차시별 과목은 담임교사의 재량에 따라 중심과목 또는 연계과목으로 조정가능함.
다. 프로그램 적용 및 효과성 검증 가) 프로그램 적용
STEAM 교육이 추구하는 취지와 목적을 이해하는 초등학교 연구자 학교를 선정하고 프로그램 적 용에 따른 타당한 검증을 통해 환류를 위한 시사점을 도출할 수 있도록 하였다.
대상 운천초, 옹정초 5학년 40명 (2개 학급) 매홀초 5 학년 50명 (2개 학급) - 적용중
시수 학생당 평균 13시간 (프로그램 총 13시간)
시기 10월 4주 ∼ 11월 4주
나) 프로그램 효과성 검증
검사 도구 STEAM 태도 검사지, STEAM 만족도 검사지 검사 시기 10월 4주 ∼ 11월 4주
검사 방법 적용학급 사전, 사후 검사(2개 학급 완료, 2개 학급 진행중) 검사 대상 명인초. 운산초, 옹정초 5 학년 90명 (4개 학급)
※코로나 19로 인한 온라인수업 및 수업단축 등으로 담임선생님들의 협조가 미비하고 적용시간을 확 보하는데 어려움이 있어 본 프로그램을 실행하는데 어려움이 많음
매홀초 5학년 학생들에게 전체 프로그램의 일부만을 적용한 후 완료하지 못하고 있음.
4. 연구 수행 결과
※코로나 19로 수업 실행 및 설문 실시가 어려워 통계처리하지 못하여 학생 및 교사 소감 및 설문 결과만 정리함.
가. 학생 설문 결과
<본 프로그램의 좋았던 점>
- 로봇이나 AI에 대한 이해도를 높일 수 있었음.
w 로봇이 이렇게 다양하다는 것을 알았다.
w AI에 대해 많은 것을 알게 되었다.(4) w 로봇의 종류를 더 많이 알 수 있었다.
- 협업을 통한 의사소통을 통한 학습을 통해 친화력이 높아짐.
w 친구들과 (협업하면서) 더 가까워질 수 있었다.
w 친구들과 이야기할 수 있어서 좋았다.
w 모둠 활동을 하고 의견을 모을 수 있었다.
- 미래사회에 대한 역량 강화
w 이 활동으로 미래사회에 대한 구체적인 생각을 한 게 좋았다.
<본 프로그램의 아쉬웠던 점>
- 주제의 생소함으로 인한 어려움
w 내용이 어려워서 살짝 이해하기 어려운 점이 있었다.
- 토론, 토의 등 협의과정에서 시간이 부족한 점
w 시간이 더 있었다면 더 좋은 아이디어가 나왔을 텐데..
w 시간이 넉넉하지 않아 좀 아쉬웠다.(2)
w AI 에 대해 이제 막 흥미가 생겼는데 끝난다니 아쉽다.
w 배우면서 재밌었는데 벌써 끝나서 아쉽다(2) - 협력활동에서 친구들과 소통의 어려움 w 친구들과 의견이 안 맞을 때 어려웠다.
- 코로나로 인한 협의활동 시간이 부족함.
w 코로나로 모둠 활동을 조금 밖에 못 한 게 아쉽다.
나. 교사 설문 결과
<본 프로그램의 장점>
w 인공지능의 발전으로 사회 전반적인 분야에서 변화가 일어나고 있다. 이런 사회적, 과학적 추세에 뒤처지지 않고 우리에게는 미래 사회를 이끌어갈 인재들이 필요하다. 가장 가까운 가정에서부터 우리가 상상할 수 없는 범위에까지 인공지능의 활용이 이루어질 것이고, 우리의 학생들은 AI와 함 께 살아가야 할 것이다. 본 프로그램을 통해 학생들에게 미래사회 모습을 상상하게 하고 인공지능 에 대한 기본적인 지식과 역량을 갖출수 있는 기회가 될 수 있을 것이다.
w 인공지능의 지향점은 인간과 비슷하게 작동하는 인공지능을 만드는 것이다. 우리의 마음 또한 결 국 복잡하게 진화된 연산 장치이기 때문이다. 이렇게 ‘만들어진 마음’이 보편화된 시대가 온다면 세상은 급변할 것이다. 이런 시대가 오더라도 인공지능이 사람에게 유익하게 사용되기 위해 비판
적 시각과 인문학적 소양이 반드시 필요하다. 이 프로그램은 이런 시각을 길러줄 수 있는 활동이 될 수 있을 것이다.
w 주제가 흥미롭고 진로와 관련하여 지도할 수 있는 매우 실용적인 주제이며 학생들이 인공지능에 대해 접근할 수 있는 디딤돌 역할을 할 것이다.
w 토론을 통해 인공지능을 바르고 지혜롭게 다뤄야한다는 경각심을 기를 수 있으며 미래의 문제는 혼자 해결하기 어려운 것들이 많기 때문에 친구들과 협업하여 해결하는 과정이 큰 도움이 되리라 생각한다.
w 인공지능도 일종의 프로그래밍일 뿐이다. 그렇다면 기존의 단순한 알고리즘으로 이루어진 프로그 램과 인공지능의 차이는 무엇인가? 이와 같은 핵심 질문들과 함께 본 프로그램을 실시한다면 학 생들이 깊게 사고해보며 흥미롭게 활동할 수 있는 유의미한 수업이 될 수 있다.
<본 프로그램의 개선점>
w 우리가 활용할 수 있는 인공지능은 아직 매우 단순한 단계에 머물러 있다. 영화에 나오는 인간과 거의 유사한 인공지능은 아직 개발되지 않았고, 최고의 IT회사인 구글에서 만든 최고 수준의 인공 지능이 겨우 바둑 하나만 기가막히게 잘 두는 정도일 뿐이다. 이러한 낮은 수준의 인공지능을 경 험한 후 갑자기 높은 수준의 인공지능을 상상하기에 아이들은 어려울 수 있다. 현실적으로 와닿지 않아 지나치게 공상적인 생각을 할 수도 있다. (기본 물리원칙을 무시하는 로봇 - 무한동력 로봇, 타임머신로봇, 빛의 속도보다 빠르게 가는 로봇 등) 학생들이 기술적인 또는 공학적인 부분까지 고려하여 실현가능한 방향의 로봇을 구현하여 보도록 하는 것이 최대 과제이다.
w 체험으로 AI가 무엇인지 겪어가는 단계에서 AI 알고리즘을 만들어간다는 게 직관적으로 이해하기 어려웠다.
w 초등학생이 인공지능의 개념을 이해하는 것이 매우 어렵고, 인공지능 코딩은 체험해보는 수준에 그치는 점이 아쉽다.
w 인공지능에 대한 지식은 교사와 학생 모두 부족하다. 코딩 몇 줄로는 인공지능을 만들어낼 수 없 기 때문에 그 구조를 파악하기도 힘들다. 다른 사람들이 만들어놓은 인공지능을 체험하고 이에 대 한 개념을 추상적으로만 알 수 있을 뿐, 인공지능을 만들기 위한 알고리즘의 기초를 배우기엔 초 등학생에겐 지나치게 어렵다. 이 부분이 다소 아쉬웠다.
w 학생에게 인공지능의 개념을 이해시키는 것과 학생들이 생각한 인공지능을 프로토 타입으로 구현 시키는 것을 어떻게 프로그램이 적용시킬지 고민하는게 가장 어려웠다.
w 교사, 학생 모두 인공지능 코딩 부분을 다루기가 어려워서 프로그램 적용단계에 비교적 전문적 지 식과 기술이 필요함.
w 코로나19로 인해 학생들이 협업하는데 많은 제약이 있었다. 서로의 의견을 나누는데 더 많은 시간 이 필요할 것 같다. 그리고 인공지능의 알고리즘이나 원리를 이해하는데도 시간상 부족했다.
w 프로그램 개발과 주제에 대해 문외한이었던 까닭에 수업 디자인부터 학습내용까지 너무 막연하게 알고 있어서 명료하게 설명하는 것이 어려웠다.
5. 결론 및 제언
가. 미래사회를 겨냥한 디자인적 사고 기반 프로그램을 통해 융합인재 육성
- 본 STEAM 프로그램은 디자인적사고 기반 STEAM 프로그램으로서 다가오는 미래사회 의 필수 역량인 집단창의성과, 창의적으로 문제를 해결하는 능력 및 공감능력을 지닌 융합인재를 육성할 수 있다.
- 인공지능 개발이라는 과제를 해결하면서 미래사회에 대한 시각을 확장함은 물론 실과, 과학, 국어, 미술, 창체 교과와의 통합적 사고력을 기를 수 있다
나. 인공지능 교육을 통해 사회적 변화에 주도적으로 대응할 수 있는 미래사회 인재 육성 - 실과(정보)를 중심 교과로 하고 과학, 수학, 미술, 창체 과목을 융합하여 미래사회에
인공지능 발달로 제기될 수 있는 문제의 해결방안을 찾고, 인간과 더불어 살아가는 AI 로봇을 개발하는 과정에서 협력적 사고와 실제적 탐구를 통한 자기주도적 학습력 을 키울 수 있도록 하였다.
- 도래하는 미래사회에 가능성 있는 인공지능 영역을 발굴하고, 사회문제를 예견해 보며 인간이 나아갈 길을 주도적으로 탐색해 보는 활동을 통해 창의적 사고력과 논리적 사 고력은 물론 비판적으로 문제를 해결하려는 태도를 기를 수 있다.
다. 디자인적 사고 기반 STEAM 프로그램에 대한 이론 연구와 이를 기반으로 프로그램을 개발 적용하는 방안 마련을 통한 교사의 전문성 강화
- 디자인적 사고를 STEAM 프로그램에 적용하는 이론적 기반을 마련하고 창의적인 과 학 교수-학습 방법 아이디어를 모아 과학을 지도하는 교사로서의 역량과 자질을 강 화하였다.
- 본 STEAM 프로그램을 적용함으로써 창의적인 교수․학습 방법을 실천할 수 있는 기 반을 마련하였다. 프로그램 개발에 참여한 교사는 물론, 적용 실천하는 교사들에게도 STEAM 교육의 전문성과 자질을 강화할 수 있는 기회를 제공하였으며, 이를 확대하 여 본 프로그램을 적용하는 교사의 STEAM 교육의 전문성을 높일 수 있을 것으로 기 대한다.
라 자기주도적 학습 프로그램을 통한 전인적 성장을 도모하는 배움중심수업 실현
- 학생들의 전인적 성장을 도모하고 교사들도 수업에 대한 전문성을 갖출 수 있도록 지원하여 결국 교사와 학생 모두 성장하는 배움중심수업을 실현할 수 있었다.
붙임 1 STEAM 프로그램
인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정
연번 차시 (중심과목)
2015 개정 교육과정 성취기준
(연계과목) 성취기준 영역
1 1~2/12
[6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다.
[6국01-03] 절차와 규칙을 지키고 근거를 제시하며
토론한다.
국어
[초5-6학년] 듣기말하기 [초5-6학년] 문학 [초5-6학년] 토의토론
2 3~5/12
[6실04-08] 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서를 생각하고 적용한다.
[6실05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분야를 이해한다.
창체(창의주제활동)
3 6~8/12
[6실04-08] 절차적 사고에 의한 문제 해결의 순서 를 생각하고 적용한다.
[6실05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분야를 이해한다.
[창체 – 자율 - 창의주제활동 목표] 학교, 학년(군), 학 급의 특색 및 학습자의 발달 단계에 맞는 다 양하고 창의적인 주제를 선택하여 활동함 으로써 창의적 사고 역량을 기른다.
과학
[초5-6학년] 물체의 운동
4 9~11/12
[6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험한다.
[6미02-03] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련
된 표현 내용을 구체화할 수 있다.
[6과07-02] 물체의 이동거리와 걸린 시간을 조사하여 속력을 구할 수 있다.
국어
[초5-6학년] 듣기말하기 [초5-6학년] 문학
미술(표현)
5 12~13/12
[6국01-05] 매체 자료를 활용하여 내용을 효과적으
로 발표한다.
[6미02-03] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련 된 표현 내용을 구체화할 수 있다.
과학
[초5-6학년] 물체의 운동
2. STEAM 프로그램 총괄표(총 13차시)
차시 주요 내용
1~2
소주제 공감: 미래사회, 어떤 모습일까?
프로젝트 안내 및 계획 세우기
Co 책 읽고 문제 찾기 [옛날에는 돼지들이 아주 똑똑했어요.]
Co ET 미래사회 고민해보기
CD 인간은 어떤 교육을 해야 할까?(화백회의) : 인간만이 할 수 있는 것에 대한 고민 - 로봇 덕분에 절약된 시간을 인간은 어떻게 활용할까?(패들렛 혹은 멘티미터) - 로봇과 AI로봇이 뭘까?(로봇의 정의 및 AI의 의미 알기)
CD ET 프로젝트 안내 및 계획 세우기
- 프로젝트 역할 정하고 공감하기(문제 상황에 대한 공감)
- 각 직업군에서 어떤 로봇이 있으면 좋을까?(구글 설문으로 하는 간단 인터뷰)
3~5
소주제 문제 정의: 미래엔 어떤 로봇이 필요할까?
문제를 깊이 이해하기 위한 가상고객의 요구 파악하기
CD ET 인터뷰 내용 정리 및 가상 프로필 만들기
- 구글 설문 결과를 분석하여 각 직업군별 필요 로봇에 대한 요구 간단 정리 - 가상 프로필 만들기: 구체적 프로필과 요구 사항 작성
(예>10살 쌍둥이를 키우는 38세 주부의 요구 또는 어려운 점- 삼시세끼 식단 짜는 게 너무 어렵다)
CD ET 최신 기술발달의 흐름과 새로운 발견 탐색 - 기 개발된/개발하고 있는 로봇의 활용 탐색(자료조사)
CD ET 어떤 로봇이 필요할까 자료 조사하고 개발 프로젝트 계획하기 - 한 문장 쓰기로 개인 또는 모둠이 해결해야 할 문제를 적어보기 - 예>식단을 짜는데 도움이 되는 로봇을 만들자.
6~8
소주제 아이디어 생성: 미래 로봇 구상하기(패들렛 등 활용 비대면 활동) (로봇 개발을 위해 아이디어 생성하기 )
CD ET 로봇의 역할과 기능 정하기(브레인라이팅, 디딤돌 전략 등) -로봇과 인간 비교하기(이동거리, 속력, 소요시간, 기타 특징 등) -로봇의 작동 알고리즘 생각해 보기
CD ET 어떤 Al 기술을 적용할 수 있을까?
- 윤리적으로 고려할 점은 없을까?
- 자유롭게 의견 모으고 결과를 스케치하기
9~11
소주제 프로토타입 (값싸고, 빠르고, 쉽게 만들어라)
미래에 활용될 로봇의 설계도 완성하고 개발계획 세우기
Co 가상고객 프로필 발표하고 AI 로봇 프로토타입 제작 계획 세우기
CD, ET AI 로봇 활용 설명서 만들기
CD, ET AI 로봇 핵심 기술 간단히 구현해 보기
CD, ET 1 차 프로토타입 발표 자료 제작하기
ET 모둠별로 선정한 아이디어 다른 모둠 친구들에게 발표하기(PMI 기법 활용)
12~13
소주제 발표: 미래의 로봇개발 프로젝트 발표 및 평가
-프로토타입 제작 과정을 통해 아이디어 공유하기
CD 지난 차시에 토의 토론했던 결과 이야기하기
ET 2차 프로토타입 발표하고 전시하기
CD 발표자료 전시계획 세우고 전시하기
ET 프로젝트 학습 마무리 및 소감 나누기
3. STEAM 프로그램 개요
중심과목 실과(정보) 학교급/학년(군) 5-6학년군
중심과목 성취기준
영역
[초등학교]
[초5-6실과] (4)기술 시스템 [초5-6실과] (5)기술 활용
중심과목 성취기준
[6실04-07] 소프트웨어가 적용된 사례를 찾아 보고 우리 생활에 미치는 영향을 이해한다. [6실04-08] 절차적 사고에 의한 문제 해결의
순서를 생각하고 적용한다.
[6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초 적인 프로그래밍 과정을 체험한다. 6실05-06] 생활 속에서 로봇 활용 사례를 통
해 작동 원리와 활용 분야를 이해한다. 주제(단원)명 인간과 더불어 살아가는 AI
로봇 개발 프로젝트 차시 13 차시
학습목표
• 미래 사회가 어떤 모습일지 예상하고 로봇이 우리에게 끼치는 영향을 알아본 후 로봇 개발 프로젝트 계획을 세울 수 있다.
• 가상 고객의 요구를 충족시키기 위해 어떤 로봇이 필요할지 조사하고 AI로봇 개발 프로젝트 를 세울 수 있다.
• 미래 사회에 유용하게 쓰일 AI 로봇에 대한 아이디어를 구체화할 수 있다.
• AI로봇과 관련된 다양한 이슈를 고려하여 논리적이고 비판적인 시각으로 아이디어를 선정할 수 있다.
• 로봇 활용 설명서를 만들고 로봇 1차 프로토타입을 발표할 수 있다.
연계과목 과학, 국어, 미술 연계과목
성취기준 영역
[6국01-02~05][6국05-04] 말하기 토의토론 [초5-6학년] 물체의 운동
[6미02-03] 표현
STEAM 요소
S 로봇의 동력, 속력 알기
T 가상고객의 요구를 반영한 로봇 구상하기 E 가상고객의 요구를 반영한 로봇 설계하기 A AI 로봇 디자인
M 로봇의 속력 계산하기
개발 의도
학생들이 인공지능을 갖춘 로봇의 가능성과 기회를 살펴보고 이를 실용화시킬 미래사회 의 AI 로봇을 구안 및 설계해 보는 융합적 활동을 통해 정보기술 소양은 물론 창의적 사고력과 논리적 사고력을 기르도록 한다. 그리고, 인공지능으로 인해 발생할 수 있는 인권 및 사회문제에 대해 토론하며 해결방안을 찾아보는 활동을 통해 미래사회를 좀더 비판적으로 바라볼 수 있도록 한다.
디자인 분야에서 시작된 문제 해결 프로세스와 사고 방법으로 문제 대한 공감과 생각의 시각화를 강조 하는 창의적 발상 모델이다(Brown, 2014; Martin, 2010). 국내에서는 창의적 사고 모델 또는 집단의 협 력적 문제해결력 증진을 위한 방안으로써 디자인적 사고를 적용하고 있다. 알파고 이후 우리 생활의 일 부가 되고 있으며 미래사회를 획기적으로 변화시킬 인공지능(AI), 학생들이 최신 AI 기술 발달과 새로 운 발견들을 주도적으로 탐색해 볼 기회를 갖는 것은 중요하다. 디자인적 사고(design thinking) 기반 STEAM 프로그램 개발·적용으로 집단 창의성을 증진시키고, 창의적으로 문제를 해결하는 능력과 공감 능력을 길러준다.
STEAM 학습준거
상황 제시
상 황 제 시
미래사회를 준비하며 우리에게 필요한 AI로 봇 개발 계획을 세우 고, 협업을 통해 문제 를 해결하도록 한다.
창 의 적 설 계
창의적 설계
-협업을 통한 문제해결 하기
-가상고객의 요구에 공 감하고 요구에 적합한 문제해결방법 찾기 -인공지능에 대해 자신 의 견해 만들기
감 성 적 체 험 -가상고객의 요구를 파악하는 설
문지 작성 및 인터뷰 -문제정의
-가상고객의 요구를 분석하여 AI 로봇 디자인
-AI로봇 개발 프로토타입 제작 및 발표
감성적 체험
4. 지도안 및 교사자료, 학생자료 [1-2차시]
소주제 인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
(미래사회, 어떤 모습일까?) 차시 1-2/13
과목
(단원) 국어 – 문학 , 국어-듣기, 말하기
교육 과정
• 미래 사회가 어떤 모습일지 예상할 수 있다.
• 로봇이 우리에게 끼치는 영향을 알아볼 수 있다.
• 로봇 개발 프로젝트 계획을 세울 수 있다.
학습
목표 • AI 로봇 개발 프로젝트 계획을 진행하기 위한 사전 준비를 할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
※원격학습시
도입 (10분)
Co 다양한 AI로봇이 관련 영상 자료를 보고 이야기 나누기
• 이 영상 자료를 보고 여러분은 어떤 생각이 들었는지 자유롭게 말해 보세요.
- 로봇을 유용하게 쓰면 편리하겠다는 생각이 들었습니다.
- 로봇을 많이 사용하게 되면서 걱정되는 일도 있습니다.
• 인간과 평화롭게 공존하며 도움을 줄 수 있는 AI 로봇은 어떤 모습일까요?
- 인간을 도와주고 인간을 보호해 줍니다.
- 매우 다양한 곳에서 로봇이 활용될 수 있습니다.
- 안전이나 윤리 관련 문제도 많이 생길 것 같습니다.
• 인간과 더불어 살아가는 AI 로봇을 우리가 개발(구상)해 보면 어떨까요?
로봇 관련 영상 자료 3
학습 활동 (10분)
(40분)
(10분)
(5분)
학습목표 : AI로봇 개발 프로젝트를 진행하기 위한 사전 준비를 할 수 있다.
CD 프로젝트 안내 및 계획 세우기
프로젝트 역할 정하고 문제 상황에 공감하기 • 모두가 참여하고 공유할 수 있는 역할 분담하기
★ 학급 상황에 따라 4~6 인 1 조로 모둠 구성하기
★ 모둠원의 강점을 고려하여 모두가 참여하도록 역할을 선정, 분담하기 • 사람들에게 필요한 로봇 조사하기
• 인간성을 살리며 AI 를 활용할 수 있는 상황 선정하기
ET AI 로봇과 공존하는 미래 사회 인간의 생활 모습 예상해보기 • [옛날에는 돼지들이 아주 똑똑했어요]를 읽어 봅시다.
• 미래 사회 인간의 생활 모습 예상해 보기
: 화백회의 하기(패들렛으로 생각 나누기로 대체하여 운영할 수 있음)
CD AI 로봇과 공존할 미래 사회에 우리는 어떤 준비를 해야 할까?
• 로봇과 AI의 뜻 알기
• [인간과 로봇은 공존할 수 있을까] 영상을 보고 다음 주제에 대해 생각을 나 눠 봅시다.
주제 1) 인간만이 할 수 있는 것 주제 2) 로봇에게 맡기면 좋을 일
주제 3) 로봇 덕분에 절약된 시간 활용법 주제 4) 안전이나 윤리적 문제에 대한 고민
ET 위에서 나눈 생각들을 바탕으로 모둠별로 분야를 정하고 그 분야에 필요한 AI 로봇을 조사해 봅시다. (조사계획 세우기: 수업 후 조사 가능)
• 로봇과 AI 가 필요한 상황을 정하여 분야별 요구를 조사해본다.
그림책
『옛날에는 돼지들이
아주 똑똑했어요』
화백회의 진행 준비물
(패들렛) https://padle t.com/ilema7 811/mbz8bo q9b3l99ll9
구글 설문 활용 가능
마무리
(5분) ○ 프로젝트 계획을 세우기 위해 앞으로의 일정 논의하기 보드
(모둠별) 지도상
유의점
- 미래 사회에 로봇이 인간에게 끼치는 영향에는 마냥 달콤한 것만 있지 않음을 직시하고 로봇과 함 께 하는 4차 혁명 시대의 모습을 토대로 프로젝트 계획을 세울 수 있도록 유용성, 윤리성 등 다각도로 접근할 수 있도록 한다.
<교사 자료>
차시 1-2 차시
자료 1. 영상 자료
- 로봇과 생활 혁명 https://youtu.be/7YtCgbmiVbA - Human distopia https://youtu.be/h1BQPV-iCkU
- “사람 대신 로봇이 일한다”... 인공지능의 명과 암 https://youtu.be/iSRIMCUq88Y - [과학돋보기] 인간과 로봇은 공존할 수 있을까?/YTN사이언스
자료 2. 패들렛
https://padlet.com/ilema7811/mbz8boq9b3l99ll9 (학생활동결과 예시자료)
자료 3. 그림책 자료
- 옛날에는 돼지들이 똑똑했어요.
자료 4. 화백회의(토의토론 방법)
▣ 준비물: 개인당 연두색 4카드, 주황색 2카드, 화백회의 녹취록 학습지 1장 연두색: 말발권
주황색-청문권 2장-신중하게. 1번 질문에 1번 답을 들을 수 있다.
▣ 활용도서: 옛날에는 돼지들이 아주 똑똑했어요 <주제: (돼지들이) 계속 똑똑하게 지내려면>
▣ 화백회의 특징 및 장점
- 만장일치가 아니라 함께 좋은 의견에 마음을 모으는 것 - 자기의 주장을 마음껏 펼칠 수 있다.
- 주장에 대해 듣고 질문하고 생각의 변화하는 것을 나타낼 수 있다.
- 나보다 더 좋은 주장이나 생각에 의견을 보탤 수 있다.
- 규칙대로 말발권을 얻어 말하므로 균등한 기회를 보장할 수 있다. 또한 말을 많이 하려고 하는 학생도 주어진 말발권을 다 쓰면 더 할 수 없으므로 생각하고 말할 수 있게 한다.
- 청문권을 이용하여 질문을 할 수 있고 대답을 들을 수 있다.
- 말 잘하는 사람도 할 수 있지만 그렇지 않은 사람도 의견을 말할 수 있다.
- 선양이라는 규칙을 통해 다른 의견을 존중할 수 있다.
- 교사는 청문권을 안 쓴 학생을 보면서 질문할 수 있도록 촉진할 수 있다.
< 진행 >
▣ 우선 미리 준비한 그림책을 읽어준다.--10분 =주제를 생각한다.
=토의 주제를 찾는다.
-원래의 화백회의-
신라 때에, 나라의 중대사를 의논하던 회의 제도. 의결 방법은 만장일치제로, 처음에는 경주의 육촌(六寸) 사람들의 회의였으나 뒤에는 진골 이상의 귀족들의 회의로 변하였다.
<활용 용어>
* 하세: 주장하기
* 임금: 주장하는 사람
* 하늘님: 말발권을 가진 사람들 모두
* 청문권: 질문 청하기(3장 정도가 맥시멈. 원래는 돈을 내고 사야 하는 것임)
* 말발권: 하세에 찬성하는 만큼 실어줌
* 선양: 좋은 의견을 낸 임금님에게 내 의견 양보(임금이 함)
* 승천: 선양한 임금님은 하늘님 자리로 감
* 십자공수: 최종 말발권 이동
* 하세 묵청과 수용: 더좋은 의견 묻기 & 마음 다지기
▣ 화백회의를 안내한다.---10분
기본 안내
• 신라 때에, 나라의 중대사를 의논하던 회의 제도. 의결 방법은 만장일치제로, 처음에는 경 주의 육촌(六寸) 사람들의 회의였으나 뒤에는 진골 이상의 귀족들의 회의로 변하였다 -준비물도 나누어 준다.(청문권, 말발권)
-앞에 의자 3개 정도를 준비한다.(임금이 앉을 의자) -기록할 사람을 정한다.
▣ 예시
■ 사회자 ○ 발언자
■ 사회자
지금부터 화백회의를 시작하겠습니다.
오늘 주제는 [옛날에는 돼지들이 똑똑했어요]를 읽고 그렇다면 <계속 똑똑해지려면 어떤 교육이 필요할까?> 하는 것에 대한 의견을 나누는 것입니다.
어떤 의견이라도 좋으니 하늘님들은 하세하시기 바랍니다.
○ 1번: ICT 교육이 필요합니다. ~~~~~~(의견을 자세하게 말하도록 함) ■ 좋은 의견입니다. 의견에 찬성하시는 분 손들어 주세요
-3명 이상 동의하면 임금으로 추대되어 앞에 의자에 나와 앉는다.(임금) 다른 의견 주시면 감사하겠습니다.
○ 2번 : 기본에 충실한 교육. 인문학이나 철학을 기반으로 한 교육이 필요합니다.
■ 좋습니다. 이 하세에 찬성하시는 분은 손 들어 주십시오.
- 역시 3명 이상 동의하면 임금으로 추대되어 앞에 의자에 나와 앉는다.
또 다른 의견 주십시오.
○ 3번: 하세~~~
■ 예 이렇게 하세를 하였습니다.
- 역시 3명 이상 동의하면 임금으로 추대되어 앞에 의자에 나와 앉는다.
더 하세가 없으십니까?
○ 학생들: 의견이 없습니다.
■ 지금 앞에 임금님들이 나와 계십니다. 임금님께서는 다시 한 번 하세를 해 주시면 감사하겠습니 다. 근거를 들어 주장을 해주시면 더 좋겠습니다.(3명의 임금이 다시 한 번 하세 할 수 있게 한다) ~~ 잘 들었습니다.
■ 그럼 지금부터 말발권이나 청문권을 활용하여 의견을 나누도록 하겠습니다.
말하고 싶은 하늘님은 말발권을 높이 들어 사회자에게 보이고 사회자의 허락을 받은 후 말씀하
시기 바랍니다.
▶하늘님은 자기가 동의하는 주장에 의견을 보태고 나중에 그 임금의 앞에 말발권을 가져다 놓 으면 됩니다. 나중에 말발권을 많이 가진 임금이 유리합니다. 청문권은 자기와 의견이 다른 임금에게 질문할 수 있는 권리입니다.
▶하늘님은 청문권을 들고 의사표시를 한 후 사회자의 지명을 받아 질문할 수 있습니다. 임금이 답하거나 뜻을 같이한 사람들이 대답할 수 있으며 답은 1번에 한하여 들을 수 있습니다.(교사가 융 통성 발휘해도 됨)
(다양하게 말발권, 청문권을 사용하여 회의를 진행한다. 사회자가 말발권, 청문권 사용을 리드한 다. 학생들의 경우 말발권을 많이 사용하려는 학생이 있는데 다 쓰면 더 이상 말하지 못함을 유의시 킨다. 청문권을 전혀 사용하지 않는 학생들이 자연스럽게 쓸 수 있도록 촉진한다.)
▶ 다양한 의견을 들었습니다. 그럼 1차 말발권을 집계해 보겠습니다. ♣♣-질문
어느 정도 분위기가 되면 1차 말발권을 집계 한다. 이 때 집계 전에 말발권을 이동 할 수 있도록 허용한다. 또한 중간에 선양하고 싶은 임금은 선양할 수 있게한다. 사회자와 하늘님에게 선양의 뜻을 밝힌다. 강요가 아닌 자연스럽게 이루어져야 하며 선양한 임금은 자기 자리로 가서 원래의 하늘님이 된다.
■ 하세 & 묵청과 수용
선양이나 말발권 집계 후 다시 한 번 하세를 할 수 있게 한다. (1임금이 있을 수도 있고 2임금이 있을 수도 있다) 하늘님들은 묵청하거나 수용한다. 그 다음에 십자공수할 수 있게한다.
■ 십자공수-최종 말발권의 이동
하세 & 묵청과 수용 후 십자공수를 한다.
■ 마지막으로 모아진 의견을 말씀드리겠습니다.
** 임금님께서 하세하신 ####이 결정되었습니다.
■ 임금님께서 다시 한번 하세하시면 좋겠습니다. -마지막 결정된 임금이 나와서 주장을 확인한다.
■ 사회자-폐회 선언. (끝)
<학생 자료>
화백회의 녹취록
작성자 :
회의 주제 말발권집계 선양
1차 2차 과정
하세1
근거 및 청문
하세2
근거 및 청문
하세3
근거 및 청문
하세4
근거 및 청문
하세5
근거 및 청문
십자공수 후 의결 사항
화백회의 소감
[3-5차시]
소주제 인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
(미래엔 어떤 로봇이 필요할까?) 차시 3-5/13
과목
(단원) 실과
교육 과정
• 로봇의 기본적인 원리와 기능을 탐색할 수 있다.
• AI(인공지능)가 무엇인지 알아볼 수 있다.
• 어떤 로봇이 필요할지 조사하고 개발 프로젝트를 계획할 수 있다.
학습
목표 • AI로봇 개발 프로젝트를 세울 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (10분)
Co 여러분이 생각하는 AI
○ AI 하면 떠오르는 것으로 마인드맵, 브레인스토밍 하기 - ‘인공지능이란?’ 영상 보고 인공지능의 개념 알기
- ‘튜링 테스트’ 소개를 듣고 AI 가 일반적인 프로그램과 구분되는 점 알기
포스트잇 (모둠별) 학습
활동 (30분)
(20분)
(30분)
(10분)
학습목표 : AI로봇 개발 프로젝트를 세울 수 있다.
○ AI 체험하기
- 실제로 다뤄볼 수 있는 AI 경험해보기 1) 아키네이터
2) 하우올드넷 3) 오토드로우 4) 퀵드로우
5) 엔트리 ‘가위바위보’ 프로그램 체험해보고, 데이터 만들어보기
https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=28136061&memberNo
=25082732
• 여러분들이 말했던 일반적인 프로그램 또는 로봇과 지금 다뤄본 AI 의 차이점은 무엇인가요?
- AI 는 다양한 상황에서 스스로 판단합니다.
- AI 는 시간이 지날수록 학습하여 더 정확해집니다.
○ 내가 상상하는 AI 기술 떠올려보기
- 내가 인공지능을 이용한 프로그램이나 로봇을 만들 수 있다면 어떤 물건을 만들고 싶은지 자유롭게 상상하여 글과 그림으로 표현해보기
○ 가상 고객 만들기
- 전 차시의 요구 조사 결과를 분석하여 각 직업군별 필요 로봇에 대한 요구 정리하기
- 가상의 고객을 구체적으로 설정하기
○ 한 문장 쓰기로 개인 로봇 개발 목표 정하기
- 가상 고객의 요구를 충족시키기 위해 해결해야 할 문제를 한 문장으로 정리하기
컴퓨터실 활용 또는 스마트폰 및
패드 활용
(학습지) 모둠보드
마무리(10분) AI 개발 프로젝트 계획을 위한 일정 및 방법 논의하기
지도상 유의점
- 컴퓨터실에서 AI를 이용한 다양한 재미있는 자료들을 접해보고 탐색해보며 AI에 대한 흥미도를 올 리고 다양한 아이디어를 떠올릴 수 있는 분위기를 조성한다.
- 엔트리 ‘가위바위보’ 체험은 학생 수준과 환경에 따라 ① 단순히 가위바위보 프로그램 체험하기 ② 이미지 모델을 학습 시키기 ③ 이미지 모델 코딩하기를 진행할 수 있다. 인공지능의 개념을 이해하 기 위해서 프로그램을 단순 체험하는데서 끝나지 않고, 이미지 모델을 학습 시켜보는 경험을 해보 기를 권장한다.
<교사 자료>
차시 3-4 차시
자료 1. AI 설명 영상
- 인공지능이란? https://www.youtube.com/watch?v=Sxlz-r5FeCo
인공지능과 인간의 유사점을 설명해주는 영상으로, 인공지능의 개념에 대해 익힐 수 있다.
자료 2. 튜링테스트
영국의 수학자 앨런 튜링(Alan Turing)이 제안한 인공지능 판별법을 말한다. 1950년 튜링은 〈계산 기계와 지성 Computing Machinery and Intelligence〉이라는 논문을 통하여 기계(컴퓨터)가 사람 처럼 생각할 수 있다는 견해를 제시하였다. 그는 이 논문에서 컴퓨터와 대화를 나누어 컴퓨터의 반 응을 인간의 반응과 구별할 수 없다면 해당 컴퓨터가 사고(思考)할 수 있는 것으로 간주하여야 한 다고 주장하였으며, 50년 뒤에는 보통 사람으로 구성된 질문자들이 5분 동안 대화를 한 뒤 컴퓨터 의 진짜 정체를 알아낼 수 있는 확률이 70%를 넘지 않도록 프로그래밍하는 것이 가능해질 것이라 고 예견하였다.
이러한 견해는 인공지능(AI；Artificial Intelligence)의 개념적 기반을 제공하였으며, 그의 이름을 딴 '튜링 테스트'는 인공지능을 판별하는 기준이 되었다. 하지만 튜링은 포괄적 논리만 제시하였을 뿐 구체적인 실험 방법과 판별 기준을 제시한 것은 아니다. 현재 통용되는 테스트는 서로 보이지 않는 공간에서 질의자가 인간과 컴퓨터를 대상으로 정해진 시간 안에 대화를 나누는 방식으로 이 루어지는데, 대화를 통하여 인간과 컴퓨터를 구별해내지 못하거나 컴퓨터를 인간으로 간주하게 된 다면 해당 기계는 인간처럼 사고할 수 있는 것으로 본다.
[네이버 지식백과] 튜링 테스트 [Turing test] (두산백과)
자료 3. AI 를 이용한 사이트들
1. 아키네이터 (https://kr.akinator.com/)
자신이 생각하는 특정 인물 또는 캐릭터를 스무고개 형식으로 맞추는 게임이다. 램프의 요정 지니 캐릭터가 나와서 다양한 질문을 하며, 이 질문에 “그렇다, 아니다, 모른다, 그럴 것이다, 아 닐 것이다” 다섯 개의 답변 중 하나를 할 수 있다. 정말 특이한 캐릭터를 생각해도 아주 빠르게 맞춰내는 모습을 볼 수 있다. 아키네이터는 플레이어가 한 답변을 수집하여 새로이 학습하기 때 문에, 점점 더 똑똑해지며 빠르고 정확하게 인물을 맞춰내는 훌륭한 AI 기반 놀이 사이트이다.
2. 하우올드넷 (https://www.how-old.net/)
마이크로스프트에서 개발한 사람의 나이를 맞히는 인공지능 사이트다. 개인의 사진을 업로드 하거나 bing 검색엔진 검색 결과에 나오는 사진을 이용하여 사진속 사람의 얼굴을 인식하고 나 이를 가늠한다. 사진을 수집하지 않기 때문에 휴대전화 등에 있는 본인의 사진을 업로드하고 분 석받는 재미를 선사할 수 있다.
3. 오토드로우 (https://www.autodraw.com/)
오토드로우는 구글에서 제공하는 그림 그리기 사이트다. 오토드로우는 인공지능(AI)이 어떤 그 림을 그리려하는지 사용자의 생각을 인지하고 추측하여 추천 그림을 제안한다. 컬러가 40개로 다양하지 않다는 단점이 있으나 구글의 데이터베이스를 이용한 인공지능이 내가 무엇을 그렸는 지 금세 파악하여 멋진 그림을 제공하는 점이 학생들의 흥미를 끌만 하다.
4. 퀵드로우 (https://quickdraw.withgoogle.com/#)
구글에서 만든 머신 러닝을 이용한 게임이다. 주제는 랜덤하게 주어지는데 플레이어가 그 주제 에 맞는 그림을 그리면 구글의 인공지능이 이를 보고 어떤 주제인지 맞히는 게임이다. 구글의 머 신 러닝 시스템은 플레이어의 그림을 수집하여 점차 정확성을 높여나간다.
5. 엔트리 인공지능 지능학습, 이미지 모델 학습
(https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=28136061&memberNo=25082732) 파일로 업로드하거나 직접 촬영한 이미지를 학습 데이터로 삼고 내가 데이터를 직접 분류하고 모델에게 학습시키면, 나만의 인공지능 모델을 만들 수 있다. 간단한 가위바위보 프로그램을 직 직접 만들어볼 수도 있고, 이미 만들어진 가위바위보 프로그램을 체험해 볼 수도 있다.
<학생 자료>
STEAM 활동지
인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
가상 고객 만들기
학년 반 ( )모둠1. AI(인공지능) 를 이용한 프로그램 또는 로봇을 만들기 위해 가상 고객을 설정해봅시다.
이름 : 성별 : 나이 : 직업 : 가족관계 :
고객에 대한 그 외의 정보
고객에게 필요한 기능
[6-8차시]
소주제 인간과 더불어 살아가는 AI 로봇 개발 프로젝트
(미래 로봇 구상을 위한 아이디어 생성하기) 차시 6-8/12 과목
(단원)
미술 - 표현 / 과학 - 물체의 운동(계획) 사회 – 헌법과 인권 보장 / 실과 – 절차적 사고(실제) 교육
과정
• 미래 사회에 유용하게 쓰일 AI 로봇에 대한 아이디어를 구체화할 수 있다.
• AI로봇과 관련된 다양한 이슈를 고려하여 논리적이고 비판적인 시각으로 아이디어를 선정할 수 있다.
학습
목표 • 미래 사회에 활용될 AI 로봇에 대한 아이디어를 생성하여 선정할 수 있다.
학습
과정 교수학습 활동 준비물
도입 (10분)
Co 우리 모둠에서 해결해야 할 문제를 다시 확인하기
• 가상 고객의 프로필을 다시 보며 우리가 해결할 문제를 확인해 봐요.
- 식단 짜는 고민에 도움을 줄 로봇을 만들어야 합니다.(예시) - 모르는 문제 풀이를 도와주는 로봇을 만들어야 합니다.(예시)
• 문제 해결에 필요한 로봇 아이디어를 내기 위해 알고 있어야 할 것은 무엇일까요?
- AI 로봇의 기획 과정 관련 지식이 필요합니다.
- 로봇의 외형과 프로그램을 함께 생각해야 합니다.
- 윤리적 문제나 인간의 안전과 관련해서도 생각해 봐야 합니다.
- 어떤 학습 데이터가 필요할지 정해야 합니다.
가상고객 프로필 작성 자료
학습 활동 (20분)
(30분)
(30분)
(20분)
학습목표 : 미래 사회에 활용될 AI 로봇에 대한 아이디어를 생성하여 선정할 수 있다.
CD , ET
○ 아이디어를 모으기에 앞서 AI 로봇의 기획에 고려할 것들을 정리하기 - 절차적 사고와 AI 가 학습하는 과정에 대해 간단히 알아보자.
- AI 로봇을 구상하기 위한 세부 주제를 생각해 보자.
: 로봇의 용도(기능과 역할), 로봇의 외형(형태와 재질 등), 로봇이 지켜야 할 규칙, 필요한 학습 데이터
○ 자유롭게 발상하기
- 각자 소주제에 대한 아이디어를 자유롭게 연상해본다(브레인라이팅 활용).
- 윤리적 측면과 효율성을 고려하여 아이디어를 생성한다.
- 개인의 생각을 다듬은 뒤 패들렛에 적어 모둠 의견을 공유한다.
- 개인의 의견에 모둠원들이 댓글로 질문 등을 적어 생각을 발전시킨다.
○ 아이디어 분석하고 모으기
- 모둠별 아이디어 중 개인적으로 마음에 드는 의견을 PMI 로 분석하거나 스캠퍼 기법으로 발전시켜 본다.
- 가상고객의 요구를 반영하여 모둠별 협의를 통해 최종 아이디어를 선정한다.
○ 최종 아이디어 시각화하기
- 비주얼 씽킹, 인포그래픽 등을 활용하여 최종 아이디어를 시각화한다.
- 프로토타입 제작을 위한 계획이므로 빠르고 간단하게 제작하도록 유의한다.
구글웹문서 영상자료
판서 자료 또는 학습지
패들렛
영상자료 패들렛 도화지 등 마무리(10분) 프로토타입 제작을 위한 일정 및 방법 논의하기
지도상 유의점
- 아이디어를 모을 때 ‘어떤 로봇을 만들까’라는 큰 주제로 접근하지 않고 주제를 나누어 제시하여 보다 구체적이고 세부적인 아이디어를 내도록 한다. 이는 문제를 잘게 쪼개어 단계적으로 해결하는 절차적 사고와도 일맥상통하며, 아이 디어를 자유롭게 내면서도 문제 상황에 계속 집중하도록 도와줄 수 있다. 본 차시에서는 로봇의 기능 및 역할, 로봇의 외형(형태, 재질 등), 로봇이 지킬 기본 규칙, 필요한 학습 데이터로 세부 주제를 제시하여 아이디어를 모으도록 한다.
또한 기능 및 편의와 함께 예상되는 문제 상황이나 윤리적 판단과 관련된 논의도 충분히 이루어지도록 한다.
<교사 자료>
차시 6-8 차시
자료 1. 수업 전체 흐름을 담은 구글 웹문서(원격수업 상황 대비) https://sites.google.com/view/steam20202airobot3/
- 웹문서 속 자료
: 인공지능의 학습원리 https://youtu.be/-WR-2eripHI : 절차적으로 해결해요 https://youtu.be/QYweerRuEIk : 아이디어 모으기용 패들렛
(로봇의 용도 https://padlet.com/ilema7811/y1o00tncp3sx1x9k) (로봇의 외형 https://padlet.com/ilema7811/o7d2po5s760jy8z2) (로봇이 지킬 규칙 https://padlet.com/ilema7811/2m1kxog0lgtxlmrv) (필요한 학습 데이터 https://padlet.com/ilema7811/vscizqrxtqjlnp24)
: 아이디어 분석 및 선정용 패들렛 https://padlet.com/ilema7811/sgvdfsr4bl7d8hn7 : 비주얼 씽킹 자료 https://youtu.be/THsHo9LOlUE
: 인포그래픽 자료 https://youtu.be/_gpCakJhV9w - 기타 이미지 캐러셀 자료는 웹문서 참조
자료 2. 브레인 라이팅 기법 활용
① 참가자들이 아이디어를 포스트잇에 기록한다. (나누어 준 포스트잇은 모두 사용한다.)
② 제시된 주제에 개인의 의견을 포스트잇에 적되, 한 포스트잇에는 1장의 아이디어만 적는다.
③ 자신의 아이디어를 옆 사람에게 넘긴다.
④ 넘겨받은 종이에 기존 아이디어를 발전시켜 쓰거나 새로운 아이디어를 적는다.
⑤ 모둠원 전체가 각 아이디어에 보충 및 발전할 수 있도록 4-6회 이상 반복한다.
자료 3. 스캠퍼 기법 : 브레인스토밍에서 파생된 아이디어 발상법으로 다음 질문에 답하다보면 다양한 아이디어를 이끌어낼 수 있다(우영진 외, 2018). 아이디어 분석과 선정 과정에서 아이디어를 보다 발전 시키기 위해 사용할 수도 있고 브레인스토밍과 함께 아이디어 발산 초기에서 사용해도 좋다. 더 다양 한 양질의 아이디어를 내는 것이 목적이므로, 강제로 7개의 질문을 모두 사용하지 않고 필요하거나 흥 미 있는 몇 개의 질문만 사용할 수도 있다. 학습지 형태로 제공하거나 패들렛에 직접 작성하게 한다.
① 대체하기(substitute) : 의자 등받이의 나무를 스펀지 재질의 등받이로 바꿔보면 어떨까?
② 결합하기(Combine) : 의자에 바퀴를 결합하면 어떨까?
③ 조절하기(Adjust) : 침대에 쓰는 라텍스를 의자 등받이에 사용하면 어떨까?
④ 변경, 확대, 축소하기(Modify, Magnify, Minify) : 등받이를 더 크게 할 수는 없을까?
⑤ 제거하기(Eliminate) : 등받이를 탈부착으로 만들어 이동이 편리하게 할 수는 없을까?
⑥ 역발상, 재정리하기(Reverse, Rearrange) : 등받이 부분을 뒤집을 수 있을까?
(출처: 디자인 씽킹 수업/우영진 외/2018) 자료 4. P.M.I 기법 : 학습지 형태로 제공하거나 패들렛에 직접 작성하게 한다.
PMI기법은 제안된 아이디어를 다각적으로 분석하고 평가하여 보다 나은 아이디어를 창출하는 방법이다.
P(Plus) M(Minus) I(Interesing)
아이디어의 장점이나 좋은 이유 단점이나 싫어하는 이유 선정된 아이디어의 흥미로운 점 최종의견
PMI기법은 아이디어를 다각도로 살펴보고 결정을 내리기 때문에 어느 한 명의 의견을 중심으로 아이디 어가 선정되는 것을 막을 수 있고, 기존의 아이디어에서 새로운 아이디어를 도출하는데 도움을 준다.
