인공지능시대, 모든 교사를 위한 SW교육
- 인공지능 시대, 미래 역량을 길러주는 SW교육 -
소프트웨어 교육이란?
교실 속 소프트웨어 교육의 모습
1 소프트웨어 교육이란?
1. 소프트웨어교육의 의미
1) 앞으로 우리가 맞이하게 될 4차 산업혁명 시대는 정보 통신 기술과 인터넷 기반의 네트워크가 서로 다른 분야의 연결과 융합을 통한 새로운 부가가치들을 만들어내기 시작할 것입니다. 이러한 4차
산업혁명 시대에는 정보에 대한 접근이 중요합니다. 컴퓨터와 인터넷을 기반으로 쌓이기 시작한 다양한 정보들은 미래의 인간 행동에 대한 예측으로 활용되기 시작하며, 단순한 요구에 의한 생산 활동이 아닌 새로운 패턴 구축과 예측을 기반으로 한 산업들이 자리를 잡기 시작합니다. 정보를 단순히 습득하여 주어진 문제를 해결하는 데만 사용하는 것이 아니라, 미래를 예상하고 앞으로 우리에게 닥칠 문제를 좀 더 효율적으로 해결하기 위한 능력들이 필요하게 되는 것입니다. 특히 컴퓨터의 연산 능력 발달로 인공지능이 여러 방면에서 활용되면서 인공지능은 산업과 사회의 전반적인 패러다임 변화에 영향을 미치고 있습니다.
2) 이러한 시대에서 앞으로 미래를 살아갈 학생들에게 어떤 교육을 제공해주어야 할까요? 지금까지의 교육들로 충분할까요? 교육은 학생들이 살아가기 위한 최소한의 가장 기본적인 역량을 길러주는 것이므로 사회가 변화하게 되면 교육 또한 그 흐름에 맞게 변화가 필요합니다. 다양한 역사적 사건들이 교육의 변화에 영향을 주었습니다. 가장 대표적인 예로 스푸트닉 사건과 알파고를 들 수 있습니다. 특히 2016년 알파고와 이세돌 바둑기사의 대결은 사회적으로나 교육적으로 큰 영향을 미치는
사건이었습니다. 사람보다 직관이 뛰어난 인공지능을 마주하게 됨으로써 어떤 교육을 해야 하며 우리의 사회가 어떤 방향으로 가야 할지에 대한 고민이 시작된 것입니다. 이에 교육에 대한 고민과 함께 학생들에게 기존의 필수 역량인 3R’s과 함께 컴퓨팅을 통한 창의적인 문제해결력인 컴퓨팅사고력 (Computational Thinking)의 필요성이 점차 더 강조되고 있습니다.
3) 이에 한국은 2017년 12월 ‘지능정보사회에 대응한 중장기 교육정책의 방향과 전략’을
발표하였습니다. 이 속에 대한민국교육이 2030년까지 나아가야 할 5가지 중장기 교육의 방향과 핵심키워드를 다음과 같이 제시했습니다. 유연화, 자율화, 개별화, 전문화, 인간화의 핵심키워드를 통해 학생들의 흥미와 적성을 최대한 발휘할 수 있도록 만듭니다. 그리고 교육 사고력, 문제해결력, 창의력을 키우는 교육, 개인의 학습능력을 고려한 맞춤형 교육, 지능정보기술 분야 핵심 인재를 기르는 교육, 사람을 중시하고 사회통합을 이루는 교육을 주된 방향으로 설정하였습니다. 이러한 방향 아래 다양한 정책들이 추진 중이며 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 등 지능정보기술 분야 핵심 인재 양성을 위해서 우선 초·중·고등학교에서 소프트웨어(SW)교육을 활성화해 지능정보기술 분야 교육의 저변을
확대해나가도록 국가적으로, 사회적으로 지원하고 있습니다. 소프트웨어는 인공지능, 사물인터넷 등의 기반이 될 수 있으며 소프트웨어 교육이 앞서 살펴본 미래의 삶을 위한 새로운 우리의 필수역량이 될 컴퓨팅사고력(Computational Thinking)을 길러 줄 수 있는 가장 좋은 방법이기 때문입니다.
그리고 최근에는 과학・수학・정보 교육 진흥법을 마련하여 정보교육환경에서 정보문화 소양, 정보적 지식, 문제해결 능력 및 컴퓨팅 사고력을 기를 수 있도록 하고 있습니다. 이를 위해 국가와
지방자치단체의 의무, 연구시설 이용, 과학・수학・정보 교육 융합위원회 설치 및 운영, 재정지원, 국제 협력, 교육 환경 확보 등을 법적으로 명시하여 소프트웨어 교육을 활성화하고 원활히 운영될 수 있도록 하고 있습니다.
2. 컴퓨팅사고력과 알고리즘 이해하기
1) 앞으로 우리의 학생들이 살아갈 미래에 필수 역량이 될 컴퓨팅 사고력은 무엇일까요? 소프트웨어 교육이 강조되기 훨씬 이전인 1980년 Papert의 MindStorms에서 처음 등장하였으며 2006년 당시 미국 카네기멜론대학의 교수였던 Jeannette Wing의 Computational Thinking(컴퓨팅 사고력) 논문 발표로부터 본격적으로 논의되기 시작하였습니다. Wing 교수는 컴퓨팅 사고력을 “해결해야 할 문제를 만났을 때 컴퓨터 과학자처럼 사고하는 것” 라고 정의하면서 컴퓨팅 기기의 장점을 알고 컴퓨터 과학자처럼 사고하는 것은 읽고, 쓰고, 셈하는 3Rs 외에도 21세기를 살아가는 모든 사람이 갖추어야 할 기본 능력이라고 주장하였습니다.
2) 특히 Wing 교수는 컴퓨팅 사고력에 대해 “컴퓨팅 사고력은 문제를 수립하고 해결책을 만들어 컴퓨팅 시스템을 통해 효과적으로 수행되도록 표현하게 만드는 사고 과정을 말한다.”라고 정의하였으며, 그 과정을 추상화(abstraction)와 자동화(automation)로 설명하였습니다. Wing과 함께 다양한 기관과 학자들이 컴퓨팅사고력에 대해서 각자 다른 방식으로 서술하고 있습니다. 대표적으로 ISTE & CSTA는 자료 수집, 분석, 표현과 문제분해, 핵심요소 추출, 알고리즘 및 절차, 자동화 병렬화 시뮬레이션으로 이야기 하고 있습니다. Goggle이 이야기 하는 컴퓨팅사고력도 유사하나 패턴인식과 일반화를 강조하고 있습니다.
3) 여러 학자와 기관이 정의를 기반으로 교육을 위한 기본적인 내용을 포함하고 있는 2015 개정교육과 정에서는 '컴퓨팅사고력’을 6가지의 구성요소로 나누어 설명하고 있습니다. 자료수집, 자료 분석, 구조화, 추상화, 추상화의 하위 요소로 분해, 모델링, 알고리즘을 들고 있으며 자동화의 구성요소로 코딩(프로그 래밍), 시뮬레이션, 마지막으로 일반화로 정의하고 있습니다. 특히 일반화를 마지막에 두어 문제 해결과 정을 다른 문제에도 적용하여 문제해결 경험을 확대할 수 있도록 하고 있습니다.
4) 컴퓨팅사고력의 다양한 요소 중 알고리즘을 더 자세히 살펴보겠습니다. ‘알고리즘’이란 알고리듬이라 고 표현하기도 하며 주로 문제를 해결하는 방법을 순서대로 나타낸 것을 의미합니다. 한국정보통신기술 협회에서 제공하는 정보 통신 용어 사전에서는 컴퓨터를 도구로 활용하는 점을 포함하여 “문제를 해결 하기 위해 정해진 일련의 절차로 프로그램을 작성하는 기초가 되는 것이다. 컴퓨터를 동작시키기 위해 서는 어떻게 입력하고 입력된 정보를 어떻게 처리하며, 얻어진 데이터를 어떠한 형으로 출력, 표시하는 가 등의 알고리듬을 프로그램으로 완전히 기술해야 한다.”라고 정의하고 있습니다. 이러한 알고리즘은 우리 생활의 곳곳에서 사용되고 있으며 알고리즘을 기반으로 방법을 설계하고 컴퓨터로 해결한다면 문 제를 효율적으로 해결할 수 있습니다. 알고리즘의 평가 방법으로는 문제 해결을 위한 공간의 크기를 비 교하는 방법으로 ‘공간 복잡’도와 알고리즘을 실행하는 데 걸리는 시간을 측정하는 ‘시간 복잡도’가 있습 니다. 또한, 알고리즘은 다양한 방법으로 문제를 해결하는 설계 기법을 활용할 수 있으며, 그것들 중에 가장 효율적이고 적합한 방법을 찾아가는 사고 과정이 중요합니다.
5) 컴퓨팅사고력 즉, 컴퓨터의 힘을 활용하여 컴퓨터의 계산 능력을 활용하여 문제를 해결하는 능력은 프로그래머에게만 필요한 것은 아닐까요? 컴퓨팅사고력이 컴퓨터를 가장 직접적으로 다루는 프로그래머 이외의 사람에게도 필요한 것일까요? 컴퓨팅사고력은 단순한 코딩이나 프로그래밍과 같다고 할 수 없을 뿐더러 혼동되어서는 안 됩니다. 컴퓨팅사고력은 컴퓨터를 사용하지 않는 사람에게도 논리적인 사고력
을 키워 주기 때문에 도움을 줄 수 있습니다. 다가오는 미래 사회에 더 잘 적응하고 유연하게 대처하기 위해서는 비판적 사고력, 창의력, 문제해결력, 의사소통력, 협업 능력, 컴퓨팅 능력이 필수적인 역량이 될 것입니다. 일반적인 상황에서 컴퓨팅 사고력은 생산력 및 문제를 해결하는 데 큰 도움을 줄 수 있습니 다. 예를 들어 소비 패턴, 금융시장, 에너지 사용, 여행 및 관광, 의료, 교육 및 법률 등 거의 모든 분야 에서 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있습니다. 특히 정보의 양이 많아질수록 정보에서의 공통점과 반 복되는 부분, 필수 요소를 찾아내고 표현하는 컴퓨팅 사고력에 기반한 넓은 안목의 패턴분석 역량이 더 욱더 필요해질 것입니다. 문제를 해결하는데 있어 단편적인 문제를 해결하는 기술보다는 데이터와 통찰 을 중심으로 해석하고 실행 가능한 해결책을 찾아가는 것이 경쟁력이 될 것입니다.
3. 2015 개정교육과정과 소프트웨어교육 이해하기
1) 소프트웨어교육은 2017년 ‘지능정보사회에 대응한 중장기 교육정책의 방향과 전략’을 발표되기 전부 터 그 중요성이 강조되었으며, 정책적으로 교육을 지원하기 위한 움직임은 수년 동안 지속하고 있습니 다. 2014년 교육부, 미래창조과학부, 산업통상자원부, 문화체육관광부는 ‘소프트웨어 중심사회 실현 전략 보고대회’를 통해 각 부처의 소프트웨어 중심사회 실현을 위한 정책 방향을 발표했습니다. 이 자리를 통 해 정보 소양 능력을 갖춘 인력 양성의 중요성을 인식하고 초중등학교 소프트웨어 교육을 활성화하는 방안을 마련하였고 이후 2015 미래사회가 요구하는 창의융합형 인재육성을 위한 교육과정 개편안인
‘문・이과 통합형 교육과정의 총론 주요 사항 발표’에서 정보 사회의 기초 소양으로 소프트웨어(소프트 웨어) 교육을 강화하기 위해 초중학교에서 필수로 이수하는 교육과정을 개발을 결정했습니다. 특히 소프 트웨어교육의 성공적인 정착을 위해서 2015 개정 교육과정이 적용되기 전까지 소프트웨어교육 운영 지 침이라는 안내서를 개발하여 적용할 수 있도록 하였습니다. 2015 개정 교육과정이 시행되면서 초・중등 학교에서 소프트웨어 교육이 전면 시행되었고 교육과정에는 초등학교 실과 교과에서 17시간 이상 학습 하도록 하였으며, 중학교에서는 선택 교과의 정보 교과를 소프트웨어 교육 내용 중심으로 개편하고 ‘과 학/기술.가정/정보’ 교과군의 필수 교과로 포함하여 34시간 이상 이수하도록 하였고 고등학교의 경우 정 보 교과가 심화 선택 교과이었으나 일반선택 교과로 변경하여 많은 학생이 소프트웨어 교육을 받을 수 있도록 개편하였습니다.
2) 초등 소프트웨어교육은 SW 기초 소양 함양에 있습니다. 이에 교육 내용은 알고리즘 체험과 프로그래밍 체험으로 상세화하고 있습니다. 이러한 초등의 목표는 중학교로 연계되어 컴퓨팅사고력 함양을 통한 실생활의 문제해결 목표로 알고리즘 이해와 표현, 프로그래밍 기초 이어집니다. 마지막으로 고등의 경우 컴퓨팅사고력 적용을 통한 다양한 학문 분야의 문제 해결하는 목표와 함께 알고리즘 설계와 분석 프로그래밍 심화의 교육내용으로 이어지는 연계성을 가지고 있습니다. 교육과정의 측면에서 더 자세히 살펴보자면 2015 개정교육과정은 ‘역량 중심’이라는 단어로 특징을 표현할 수 있습니다. 초등의 경우 실과 교과에서의 6가지 역량 중에서 소프트웨어교육과 관련 있는 역량을 뽑자면 아래와 같이 실천적 문제해결 능력, 기술적 문제해결 능력, 기술시스템 설계 능력, 기술 활용 능력으로 4개의 역량으로 뽑을 수 있습니다. 학생들의 실제적인 문제해결 능력을 강조하며 소프트웨어를 활용한 컴퓨팅으로 문제를 해결하는 능력을 길러 주는 것입니다. 초등 교육과정에서 얻어진 이러한 역량은 중등의 정보교과의 역량인 컴퓨팅사고력, 정보문화 소양, 협력적 문제해결력의 3개 역량으로 이어지게 됩니다.
3) 2015 개정 실과 교육과정 내용 체계 중 기술시스템 영역에 소프트웨어 교육 17차시의 내용이 포함되어 있습니다. “소통을 중심으로 일반화된 지식인 통신 기술은 정보를 생산, 가공하여 다양한 수단과 장치를 통하여 송수신하여 공유한다.”는 핵심개념을 갖추기 위한 방법으로 3가지 내용 요소인
소프트웨어의 이해, 절차적 문제해결, 프로그래밍 요소와 구조를 다음의 기능과 연결하여 기를 수 있도록 구성되어 있습니다. 기술 활용 영역은 로봇과 정보 윤리가 주를 이루는 영역으로 소프트웨어 교육 17차시에는 포함되어 있지 않으나, 부족한 시수를 확보하거나 좀 더 넓은 의미에서의 소프트웨어 교육과 연계하여 지도할 수도 있습니다.
4) 중등의 2015개정 정보교육과정에서 추구하고자 하는 교과 역량은 앞서 살펴본 바와 같이
‘정보문화소양’, ‘컴퓨팅 사고력’, ‘협력적 문제해결력’에 있습니다. 먼저 ‘정보문화소양’은 정보사회의 가치를 이해하고 정보사회 구성원으로서 윤리의식과 시민의식을 갖추고 정보기술을 활용하여 문제를 해결할 수 있는 능력으로 ‘정보윤리의식’, ‘정보보호능력’, ‘정보기술활용능력’의 하위 능력을 포함합니다.
교육과정에서는 ‘컴퓨팅 사고력’은 소프트웨어 교육의 가장 핵심 역량으로 컴퓨터과학의 기본 개념과 원 리 및 컴퓨팅 시스템을 활용하여 실생활과 다양한 학문 분야의 문제를 이해하고 창의적으로 해법을 구 현하여 적용할 수 있는 능력을 뜻합니다. 하위 요소로는 ‘추상화 능력’, ‘자동화 능력’, ‘창의ㆍ융합능력’이 있습니다. 그중에서 ‘추상화 능력’은 문제의 본질을 깨닫고 컴퓨팅 도구를 이용할 수 있도록 문제의 해결 과정을 설계하는 단계로 문제의 복잡성을 제거하기 위해 핵심요소 추출, 문제 분해, 모델링, 분류, 일반 화 등의 방법을 사용합니다. ‘자동화 능력’은 추상화 과정을 통해 설계된 문제 해결 모델을 프로그래밍하 고 작성된 결과를 분석하고 오류를 확인하는 수정하는 것입니다. ‘창의ㆍ융합능력’은 추상화와 자동화 능 력을 바탕으로 실생활과 다양한 학문 분야의 문제를 해결할 수 있는 것을 의미하며 타 교과들과 융합을 위한 하위 능력입니다.
세 번째 정보교과 핵심역량인 ‘협력적 문제해결력’은 클라우드나 협업 도구 등의 네트워크 컴퓨팅 환경에 기반한 다양한 지식ㆍ학습 공동체에서 공유와 효율적인 의사소통, 협업을 통해 문제를
창의적으로 해결할 수 있는 능력을 뜻합니다. 또한 이것은 협력적 컴퓨팅 사고력, 디지털 의사소통 능력, 공유와 협업 능력을 포함합니다.
정리하기
1) 정보에 대한 접근이 중요한 앞으로 우리가 맞이하게 될 4차 산업혁명 시대는 정보 통신 기술과 인터넷 기반의 네트워크가 서로 다른 분야의 연결과 융합을 통한 새로운 부가가치들을 만들어내기 시작하는 시대가 될 것입니다.
2) Wing 교수는 컴퓨팅 사고력에 대해 “컴퓨팅 사고력은 문제를 수립하고 해결책을 만들어 컴퓨팅 시스템을 통해 효과적으로 수행되도록 표현하게 하는 사고 과정을 말한다.”라고 정의하였으며, 그 과정을 추상화(abstraction)와 자동화(automation)로 설명하였습니다.
3) 알고리즘은 알고리듬이라고도 표현하며 “문제를 해결하기 위해 정해진 일련의 절차. 프로그램을 작성하는 기초가 되는 것이며, 컴퓨터를 동작시키기 위해서는 어떻게 입력하고 입력된 정보를 어떻게 처리하며, 얻어진 데이터를 어떠한 형으로 출력, 표시하는가 등의 알고리듬을 프로그램으로 완전히 기술해야 한다”라는 의미가 있습니다.
4) 2015 개정 교육과정이 시행되면서 초・중등학교에서 소프트웨어 교육이 전면 시행되었습니다.
교육과정에는 초등학교 실과 교과에서 17시간 이상을 다루도록 하고, 중학교는 정보 교과를 소프트웨어 중심으로 개편함과 동시에 정보 교과를 34시간 이상 필수로 운영하도록 하였습니다.
그리고 고등학교의 경우 정보 교과가 심화 선택 교과이었으나 일반선택 교과로 변경하여 많은 학생들이 소프트웨어 교육을 받을 수 있도록 개편하였습니다.
2 교실 속 소프트웨어교육의 모습
1. 예술을 배우지 않은 예술가
1) 디지털 아트는 예술과 컴퓨팅이 만난 이후로 디지털 매체를 기반으로 이루어지는 예술 작품이나 작 업 전반을 통칭하는 용어입니다. 다양한 미디어들과 결합되기도 하며 컴퓨팅을 활용하여 각종 예술작품 이 만들어지고 있으며 디지털 아트는 예술, 컴퓨팅, 기술, 디자인 등 각 분야의 경계를 무너뜨리고 있으 며 전통적인 예술의 개념도 변화시키고 있습니다. 특히 최근에는 인공지능이 작가의 영역으로 들어와 직접 창작활동을 함으로써 새로운 산출을 하기도 합니다. 이와 같은 디지털 아트의 특징은 다음과 같습 니다. 예술의 재료가 디지털 매체로 확장 된다. 동영상 음악 등을 포함한 예술 작품을 만들 수 있다. 그 래픽 프로그램을 활용하여 다양한 변형과 조합을 통해 예술 작품을 만들 수 있다. 관객이 예술 작품과 상호작용할 수 있다. 관객과 예술가가 함께 작품을 만들 수 있습니다.
2) 다양한 컴퓨팅을 활용한 예술 활동으로 먼저 ‘키네틱 아트’를 예로 들 수 있습니다. 키네틱 아트란 작 품 속에 움직임을 표현하거나 작품 자체가 움직이는 예술 작품을 뜻합니다. 빛, 소리, 움직임, 색채 등을 종합적으로 다루는 예술 작품으로 모빌에서 시작되었으며 최근에 컴퓨팅의 발달로 모터나 센서를 이용 하여 작품이 저절로 움직이도록 하는 방향으로 발전되고 있습니다. 키네틱 아트에서는 관객이 직접 참 여하여 작품을 움직이는 것과 동력을 사용하여 작품 자체가 움직이도록 하는 것 두 가지로 구분할 수 있습니다. ‘웨어러블 아트’는 아트웨어 또는 착용 예술이라고도 하며, 패브릭뿐 아니라 다양한 재료를 사 용하여 독특한 의상이나 보석류 등의 작품을 제작하는 것을 의미합니다. 웨어러블 아트는 공예적 감각 과 컴퓨팅 기술, 색상 이론 등이 어우러진 예술 분야입니다. 마지막으로 ‘인공지능 아트’는 인공지능이 직접 특정 화가의 작품들을 학습한 후 그 화풍으로 그림을 그려 내는 것으로 많은 작품을 만들어 내고 있으며 실제로 경매에서 매매 되기도 합니다.
3) 이러한 디지털아트를 수업에서 만나 볼 수 있습니다. 먼저 프로그래밍으로 구현한 디지털 아트의 사 례입니다. 스크래치라는 블록형 교육용 프로그래밍 언어를 통해 만들어졌으며 학생들이 간단한 블록을 조작하는 과정으로 완성할 수 있습니다. 또한, 피지컬 컴퓨팅 도구를 이용해서 예술 활동을 할 수 있습 니다. 피지컬 컴퓨팅 도구는 실제 물리적인 도구들을 활용하게 되며 다양한 전기회로를 구성하여 단순 기계 부품처럼 보이는 것들로 예술 작품으로 만들 수 있습니다.
2. 아무도 몰랐던 데이터의 비밀
1) 지능정보사회의 가장 큰 이슈인 인공지능 분야에서 데이터는 매우 중요합니다. 인공지능이 직접 차를 운전하고 우리에게 적합한 콘텐츠를 추천해주는 것은 모두 해당 분야에서 엄청난 데이터를 축적했기 때 문입니다. 이러한 데이터는 기업의 경쟁력을 좌우하고 경제 흐름에 영향을 미칠 정도로 산업의 중심으 로 부각되었습니다. 그리고 부가가치 창출의 원천이 데이터 기반 소프트웨어로 이동하면서 기존 산업의 비즈니스 방식과 구조가 계속해서 변화하고 있습니다.
2) 데이터에 기반한 다양한 서비스들을 맞춤복과 같이 개개인에게 맞춤형 서비스로 제공할 수 있는 시 대가 되어가고 있습니다. 데이터의 양, 처리 속도, 다양성을 고루 활용할 수 있기 때문에 가능한 것입니 다. 개인 맞춤형 교육뿐만 아니라 복지 및 콘텐츠까지도 개인의 다양한 정보를 기반으로 가장 적합한 형태로 제공할 수 있게 되는 것입니다. 그리고 일반인이 데이터를 처리할 수 있는 환경이 비약적으로
발전 되었습니다. 개인 노트북이 10년전 슈퍼 컴퓨터의 수준과 동일해져, 인류 한 사람이 할 수 있는 역 량이 획기적으로 늘어났습니다. 이는 빅데이터 시대와 연결돼 많은 변화를 가져올 수 있고 컴퓨터의 성 능이 빨라지면서 지적 빅뱅의 시대가 올 가능성이 크다고 할 수 있습니다.
3) 빅데이터란 새로운 처리·분석 방법을 활용해 저비용으로 가치를 창출할 수 있는 대규모 데이터를 뜻 합니다. 빅데이터는 빅(big)이라는 수식어로 인해 양적 측면이 부각되는 경향이 있지만, 실제로는 질적 의미가 빅데이터의 본질에 더욱더 가깝다고 할 수 있습니다. 이러한 경향으로 단순한 데이터의 양적 증 가가 빅데이터 1.0이라면 초고속망 인프라와 데이터 분석력에 기반해 정밀하게 여과되어 최적화된 양질 의 데이터는 ‘빅데이터 2.0’이라고 부르기도 합니다. 실시간에 가깝게 생산되는 빅데이터는 속도, 대용량, 다양성, 복잡성의 특징을 가지고 있습니다.
4) 데이터가 증가하고, 데이터의 활용이 증가하고 있는 시대에 우리 모두에게 필요한 역량은 데이터를 해석하는 능력이라고 할 수 있습니다. 또한 데이터를 기술적으로 다루는 것에서부터 데이터에 숨겨져 있는 의미 있는 정보를 도출해 내는 등 데이터 활용 전반에 필요로 하는 능력이 앞으로는 필수 역량이 될 것입니다. 학생들은 공공 데이터를 직접 탐색해보고 데이터 분석 결과를 제공하는 서비스들을 직접 활용하며 문제를 해결해볼 수 있습니다. 특히 낮게 구조화된 다양한 데이터를 시각화하기도 하고 웹사 이트에서 정보를 모아 결과를 도출해보는 활동을 할 수 있습니다.
그림 서울시 강수량 및 강수일수 통계.xls 공공 데이터 탐색 결과
웹크롤링 결과
3. 컴퓨터가 사람처럼 생각한다면
1) 교실 수업 환경에서 인공지능은 다양하게 활용될 수 있습니다. 우선 교실 수업을 지원하는 형태로 교 사에게 폭넓은 지식을 제공하고 학습자 개인에게 정교한 학습관리를 해줄 수 있습니다. 인공지능이 학 교에서 지원하는 형태로 활용될 경우 학교는 국가 수준의 교육과정이 아니라 개인의 관심과 흥미에 맞 는 개별화된 교육과정을 운영할 수 있게 될 것입니다. 교사는 학생들에게 단편적인 지식을 전달하는 역 할이 아닌 창의성, 감성, 집단지성처럼 미래 사회에서 필요한 능력을 학생들에게 전수하고 창의성과 도 전정신을 길러주는 교육에 집중하게 될 것입니다.
2) 이러한 인공지능의 정의는 무엇일까요? 컴퓨터 과학에서 인공지능은 인간지능과 구별하여 기계가 판 단하는 지능을 의미합니다. 과학기술정보통신부 4차산업혁명위원회(2018)는 인공지능을 인지, 학습 등 인간의 지적능력(지능)의 일부 또는 전체를 ‘컴퓨터를 이용해 구현하는 지능’을 의미한다고 정의하였습니 다. 명확히 합의된 정의는 아직 없지만, 간단히 지능을 가진 컴퓨터라고 정리할 수 있습니다. 인공지능은
강한 혹은 약한 인공지능으로 분류할 수 있습니다. 약한 인공지능(Weak Intelligence)은 컴퓨터가 인간이 가지고 있는 능력의 일부를 가진 것처럼 흉내 낼 수 있는 수준의 인공지능입니다. 실제로 지성을 가진 것은 아니지만 제한된 영역에서 지능적인 행동을 보일 수 있습니다. 게임 인공지능, 바둑 인공지능(알파 고)을 포함해 지금까지 나온 대부분의 인공지능이 약한 인공지능에 속한다고 볼 수 있습니다. 스스로 무 엇을 할지 판단하지 않고 인간이 의도한 틀 안에서 작동하기 때문에 관리가 쉽다는 특징이 있습니다.
그에 반해 강한 인공지능(Strong Intelligence)은 사람처럼 자유로운 사고가 가능한 인공지능을 의미합니 다. 즉, 인간처럼 지각력이 있고 스스로 인식할 수 있음을 의미합니다. 인간이 할 수 있는 일은 대부분 해낼 수 있습니다. 하지만 강한 인공지능은 아직까지 완전한 형태로 개발되지 않았다고 볼 수 있습니다.
인공지능은 기계 학습으로 데이터를 학습하여 결과를 도출합니다. 이러한 학습하는 방법의 발전과 데이 터의 양의 폭발적 증가, 마지막으로 하드웨어의 발달이 인공지능의 발전에 영향을 미치고 있습니다.
3) 이러한 인공지능을 활용한 교실 속 수업의 모습은 어떤 모습일까요? 해외에서는 인공지능을 애플리 케이션으로 활용만 하는 수업을 하는 것이 아닌 인공지능의 원리를 활용한 수업을 학생들에게 제공하기 위해 많은 노력을 하고 있습니다. 그러한 노력의 일환으로 블록 언어와 같은 인공지능 교육 패키지를 활용한 수업 콘텐츠들이 개발되고 있습니다. 스크래치와 연계되어 있는 머신러닝포 키즈는 학생들이 컴 퓨터를 직접 학습시키고 스크래치 프로그래밍으로 스마트 교실, 가위바위보 틱택토와 프로젝트를 만들 고 인공지능의 원리를 활용해 볼 수 있습니다. 또한 중고등 학생을 위해 파이선의 인공지능 관련 라이 브러리를 활용해서 다양한 정보들을 입력하고, 인공지능의 모델을 통해 분석한 후 예상되는 결과를 도 출하는 활동해 볼 수 있습니다.
4. 미래의 교통, 자동차와 소프트웨어
1) 자동차는 과거부터 제조업 기술의 상징으로 여겨졌습니다. 제조업의 상징임에는 변화가 없지만, 자동 차 내부의 기술들은 대부분 소프트웨어적으로 변화하고 있습니다. 이는 제조업 중심의 자동차에 반도체 를 탑재하면서 다양한 인포메이션 시스템을 갖추게 되었고 나아가 차량을 제어하는 핵심 영역까지 전자 기술이 필요해지면서 소프트웨어의 중요성이 더욱 커진 것을 의미합니다. 과거에는 자동차를 고를 때 주행성능, 연비 등 하드웨어 관련 내용들이 중심이었으나, 현대에는 차선 이탈 경고, 정속 주행, 자동 제 동 등의 첨단운전자지원시스템(ADAS), 엔터테인먼트와 스마트폰 연동 등의 지능형 인포테인먼트시스템 (IVI) 소프트웨어 기반의 기능들이 더욱 중요한 요소로 선택되는 것도 단적인 예로 볼 수 있습니다. 최근 고급 자동차에는 100~150개가량의 전자제어 시스템(ECU)가 포함되고 이를 프로그래밍하기 위한 코드가 1억 줄 이상이 탑재되고 있습니다. 더군다나 자율주행차에서는 실시간으로 주변을 인식하고, 빠른 통신 으로 빅데이터와 인공지능의 분석을 통해 차를 제어해야 하므로 더 많은 전자제어 시스템(ECU)와 소프 트웨어가 필요하게 될 것입니다.
2) 자율주행자동차(Autonomous Vehicle)란 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차(자동차관리법 제2조)를 의미합니다. 이를 통해 운전자의 운전 부담을 줄여 차내에서의 생산이나 여가 시간을 확대시키며, 자율주행에 따른 교통사고 감소, 교통 흐름의 효율화, 장애인 및 노약자 등 교 통 약자의 능력 보완 등 사람의 질을 개선할 것으로 예상하고 있습니다. 특히 자율주행은 아래와 같이 사람의 개입 혹은 상황 대처 능력에 따라 6가지 레벨로 나누고 있습니다.
전 세계 다양한 자동차 제조 업체에서 자율주행을 위해 기술을 개발하고 있으며 대표적인 IT 업체에서 도 앞다퉈 자율주행 기술을 개발하고 있습니다. 자율주행 기술은 더 이상 자동차에 국한된 것이 아니라
플랫폼으로서 기술 자체로도 의미가 있게 되었습니다.
3) 센서가 달린 피지컬 컴퓨팅 도구로 간단한 자율주행을 구현하는 수업을 할 수 있습니다. 센서를 활용 해서 선을 따라가게 하거나 장애물을 피하게 하는 것이 그 예가 될 수 있을 것입니다. 좀 더 심화된 내 용으로는 거리 센서를 활용하여 앞차와의 거리에 따라서 속도를 조절하는 기능을 구현하거나 단순히 차 선을 따라가는 것이 아닌 차선의 유지하면서 가도록 프로그래밍해볼 수 있을 것입니다. 자율주행과 관 련된 수업에서도 문제 해결의 일련의 과정을 거친다면 더 효과적일 수 있습니다.
5. 인공지능 시대 미래 역량을 길러주는 소프트웨어교육
1) 인공지능 시대, 알파고 대국 이후로 알파고 포비아 현상이라는 단어까지 등장하게 되었습니다. 인공 지능이 앞으로 만들어갈 시대가 두렵다는 것이죠. 하지만 인공지능도 결국에는 사람이 만들어 낸 것입 니다. 인공지능을 비롯한 소프트웨어가 중심이 되는 미래 시대에 학생들에게는 어떤 역량을 길러주어야 할지 어떤 교육의 모습으로 나아가야 할지에 대한 고민이 필요합니다. 그 중심에 컴퓨팅사고력이 있습 니다. 컴퓨팅 사고력은 기존의 기본적인 학습 능력을 대신하는 것이 아닙니다. 미래를 살아갈 학생들이 지녀야 할 가장 기본적인 필수적인 역량입니다.
다른 기초 역량과 함께 미래를 대비할 수 있는 컴퓨팅 사고력을 잘 갖추고 있다면 컴퓨팅 파워를 사용 하는 것이 필수가 되는 변화하는 시대의 흐름에 쉽게 대응할 수 있을 것입니다. 컴퓨팅 사고력은 더 이 상 정보 영재나 프로그래머와 같이 소수를 위한 것이 아닙니다. 이러한 컴퓨팅사고력을 기르는데 가장 효율적인 교육으로 소프트웨어교육이 있습니다. 학생들과 함께 다양하고 즐거운 컴퓨팅사고력을 기반으 로 한 소프트웨어 수업을 함께 해보는 것은 어떨까요?
정리하기
1) 디지털 아트는 예술과 컴퓨팅이 만난 이후로 디지털 매체를 기반으로 이루어지는 예술 작품이나 작 업 전반을 통칭하는 용어입니다. 다양한 미디어들과 결합되기도 하며 컴퓨팅 활용한 디지털 아트는 각 분야의 경계를 무너뜨리고 있으며 전통적인 예술의 개념도 변화시키고 있습니다. 디지털 아트 수업은 블록 언어나 피지컬 컴퓨팅을 활용해서 할 수 있습니다.
2) 빅데이터는 ‘새로운 처리·분석 방법을 활용해 저비용으로 가치를 창출할 수 있는 대규모 데이터’
를 뜻하며 실시간에 가깝게 생산되는 속도, 대용량, 다양성, 복잡성의 특징을 가지고 있습니다. 빅데이터 를 활용하면 공공데이터를 탐색하고 분석하거나 인터넷 웹페이지에 존재하는 정보를 모아서 결과를 도 출하는 활동 등을 할 수 있습니다.
3) 인공지능을 인지, 학습 등 인간의 지적능력(지능)의 일부 또는 전체를 ‘컴퓨터를 이용해 구현하는 지능’을 의미하는 인공지능은 교실 수업의 지원하기도 하며 그 자체가 수업에 활용되기도 합니다. 특 히 인공지능의 학습 원리를 간단한 블록형 교육언어 패키지로 수업을 할 수 있으며 파이썬과 같은 텍스 트 언어를 활용 할 수도 있습니다.
4) 자율 주행 자동차(Autonomous Vehicle)란 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능 한 자동차(자동차관리법 제2조)를 의미합니다. 운전자의 개입과 상황 대처 능력에 따라 6가지의 레벨로 나누고 있습니다. 다양한 센서가 달린 피지컬 컴퓨팅 도구를 활용한다면 자율주행의 기본원리를 간단하 게 구현하는 수업을 할 수 있습니다.
