(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(1)

2019 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 결과보고서

2019. 9.

대구경동초등학교

(2)

과 제 개 요

과제명

2019년 융합인재교육(STEAM) 교사연구회 운영

STEAM 프로그램

구분

유형

(유형1) STEAM 프로그램 개선 및 보완을 통한 확산 모델 개발 ( ) - 선행 프로그램명:

(유형2) 다양한 교과 간 협동 연구를 통한 STEAM 프로그램 신규 개발 ( √ )

프로그램명 인공지능 스피커 제작ㆍ활용을 통한

M.A.K.E.R프로젝트로

과학수업 배움의 공동체 만들기

학교급

초

대상 학년(군) ^5~6학년

중심과목

과학

중심과목

성취기준 영역 [초등학교5~6학년]너. 우리 몸의 구조와 기능

연계과목

실과 국어 음악

연계과목 성취기준 영역

[초등학교5~6학년] 라. 기술 시스템 [초등학교5~6학년] 가. 듣기⋅말하기 [초등학교5~6학년] 나. 표현

연구기간

2019.5.16. ~ 2019.11.30.

연 구 비

일금사백만원(￦4,000,000)

참여연구원

6명 (연구책임자: 1명, 공동연구원: 5명)

연구 수행자에 관한 사항

구분 소속 학교명 담당과목 직위 성명

연구책임자 대구경동초등학교 정보 교사 최지현

공동연구원 대구경동초등학교 미술 교사 박주욱

공동연구원 대구신당초등학교 정보 교사 박건민

공동연구원 대구남산초등학교 과학 교사 임승창

공동연구원 대구사수초등학교 국어 교사 박은성

공동연구원 대구남동초등학교 수학 교사 조재황

2019년도 정부의 R&D 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아

융합인재교육 (STEAM) 교사연구회를 운영한 중간 결과로써 본 보고서를 제출합니다.

2019년 11월 13일

연구책임자 : 최지현 (인)

(3)

“이 보고서는 2019년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

(4)

목 차

1. 요약문 ……… 1

2. 서론 ……… 1

3. 연구 수행 내용 ……… 1

4. 연구 수행 내용 ……… 2

5. 결론 및 제언 ……… 3

[부록] 부록1. STEAM프로그램 개발 내용 및 결과물) ………5

1. STEAM 프로그램 개발⦁적용 교육과정 ……… 5

2. STEAM 프로그램 총괄표 ………

5

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안 ………

6

4. 학생활동지 / 학생참고자료 ………

18

5. 교사참고자료 ………

30

6. 차시별 학생 평가기준 및 방법 ………

37

7. 학교생활기록부 기재 예시 ………

39

부록2. 학생산출물, 활동 사진 ……… 41

(5)

1. 요약문

「인공지능 스피커 제작ㆍ활용을 통한 M.A.K.E.R프로젝트로 과학수업 배움의 공동체 만들기」를 6학년 학생 104명에게 투입하였다. 총 15차시로 이루어진 프로그램은 과 학 중심으로 실과, 미술, 국어 교과와 연계하였다. 프로그램의 내용은 AI메이커스 키 트를 활용하여 우리 몸의 구조와 기능 및 질병 등에 대해 알려주는 AI의사선생님을 만들며 정보를 수집, 가공, 산출하는 디지털 리터러시 활동이 주를 이루고 있다. 본 프로그램은 학생들의 만족도와 과학태도에 유의미한 결과를 내였다.

2. 서론

◦ 차세대 SW 교육과정 표준모듈에서 새롭게 신설된 ‘인공지능과 융합’ 영역에 따 른 인공지능 중심 STEAM 실행을 위하여 2015 개정 교육과정과의 연계성 및 실 제 수업 활용이 높은 인공지능 중심 STEAM프로그램을 연구 및 적용한다.

◦ 개발한 STEAM 적용 시 학생의 만족도 제고 및 학생을 평가할 수 있는 방법을 구안한다.

◦ 인공지능 기반 STEAM프로그램 개발 및 적용으로 인문․예술․과학기술 등의 기초 소양을 균형 있게 함양하고 융합인재교육의 보급 및 확산에 기여한다.

3. 연구 수행 내용

연구과제 1. STEAM 프로그램 연구 및 적용

○

인공지능 스피커 활용 M.A.K.E.R협력학습 전략으로 배움의 공동체 만들기 - 해당교과 : 실과, 과학, 미술, 국어

- AI메이커스 스피커 활용하여 창의적 산출물 제시

- 학습비서인 AI스피커를 만들고 원하는 학습 데이터를 입출력하는 과정을 통해 과학개념을 학습하는 메이커 활동

- 학습 과정

① Meet ② Arrange ③ Key ④ Exhibit ⑤ Relation ㆍ인공지능스피

커 원리 탐구 및 제작 (개인 및 모둠)

ㆍ 우리 몸과 관련된 주제

조사하기

ㆍ 조사 자료

→ AI 데이터로 변화

ㆍ인공지능스피 커 Learning 산출물 만들기

ㆍ배움결과

공유 및

소감나누기

(학습 및 공유)

(6)

4. 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 인공지능 스피커 제작ㆍ활용을 통한 M.A.K.E.R프로젝트로 과학수업 배움의 공동체 만들기

학교급 초 대상 학년 (군) 5~6학년

중심과목 과학 성취기준

영역 [초등학교5~6학년] 너. 우리 몸의 구조와 기능

연계과목

실과 국어 미술

연계과목 성취기준

영역

[초등학교5~6학년] 라. 기술 시스템 [초등학교5~6학년] 가.

[초등학교5~6학년] 나. 표현

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계 (안)

1 3 실과(2) 국어(1)

2 4 과학(4)

3 3 과학(1), 실과(2)

4 3 미술(3)

5 2 국어(2)

연구과제 2. STEAM 수업 평가 방법 개발 및 적용 성과 조사

효과 검증

① 과학태도 검사

② 과학 만족도 조사

사전, 사후 검사 결과 실험반과 비교반 간의 T-검정 실시

학생평가 방법구안

① STEAM 프로그램 적용시 사용가능한 (수행,관찰) 평가기준표

② 과정중심평가지 및 평가 기록지 예시

③ 학생생활기록부 기재 예시자료 개발

연구과제 3. STEAM 협력연구 강화 및 확산 실천

◦교사연구회 STEAM 워크숍 개최: 11월 14일

◦교사연구회 SNS(밴드, 유튜브) 활동 및 공유

◦교사연구회 자료집 개발 및 일반화 공유

(7)

◦연구 수행 결과

구분 수행 계획

교수학습지도안 개발 차시 총 15차시

수업 적용 일정 2019. 8. 26. ~ 2019. 10. 20.

(STEAM 수업)수혜학생 수 경동초 78명, 사수초 26명 약 104명 학생 태도검사 사전검사 5월 30일, 3개 학급(104명) 실시 완료

사후검사 10월 29일, 3개 학급(104명) 실시 완료

학생 및 교사 만족도조사 10월 29일 실시완료

교사연구회 STEAM 행사 개최 2019.11.14. ‘STEAM 교사 연구회 워크숍’ 개최

논문 또는 학술대회 해당 없음

특허출원 (국외, 국내) 해당 없음

5. 결론 및 제언

※ 교사연구회 참여를 통한 STEAM프로그램 개발, 적용 관련 좋았던 점과 어려웠던 점 - 인공지능 기술을 접할 기회를 얻었으며 교실환경에 적용하는 과정이 흥미로웠다.

- 인공지능 기초 소양인 데이터를 수집, 분석, 변환하는 과정을 학생이 직접 학습할 수 있 는 교과 융합 인공지능 모듈을 개발함으로써 창의적인 작품을 산출할 수 있다.

- 인공지능 활용한 교수학습 자료가 부족하여 STEAM프로그램을 개발하는데 어려움을 겪 었으며 교사 연구회에서 개발한 STEAM프로그램 적용 시 각 모둠마다 모니커, 키보드, 마우스 등 관련기자재 준비하는데 시간과 노력이 많이 들었다.

- 교육청 무선망으로 AI메이커스 키트를 사용할 수 없기 때문에 WIFI에그를 구입하였다.

구입하는 과정이 까다로웠으며 비용도 많이 들었다.

※ 교사연구회의 전체 회원 사이의 협력적 활동 내용

- 직접 데이터를 입력하고 출력할 수 있는 인공지능 스피커인 AI메이커스 키트 사용법을 전문가 연수를 통해 함께 익혔다. 블록 코딩, 텍스트 코딩 과정에서 어려운 부분을 협력 하여 해결하였다.

- 인공지능 기반 STEAM프로그램을 설계할 때 브레인스토밍이 잘 되어 프로그램 개발이 수월하였으며 인공지능 스피커에 적절한 학습 주제를 찾는데 도움이 되었다.

- 3명의 교사가 수업을 실천하였으며 나머지 교사는 수업 설계, 활동지 제작, 수업 기자재 준비, 수업 피드백을 담당하였다.

- 수업 실천교사들은 원격 및 교실 방문을 통해 2교사 1수업을 실시하였다. 각 차시에 대

한 전문성을 갖고 수업을 실천하였다.

(8)

※ 교사연구회를 통해 참여 교사들의 STEAM 수업 역량 증가 내용 및 설명 제시

- 과목을 융합하여 프로젝트로 하는 경험을 통해 학생들의 만족도를 피부로 느끼며 보람을 느낀다고 한다.

- 프로젝트를 다함께 고민하면서 프로젝트 전반적인 지식을 쌓아서 더 원활하게 수업을 만 들 수 있었다고 한다.

- 교육과정 성취기준에 따른 인공지능 기반 STEAM프로젝트 개발 방법을 익힐 수 있었다.

- 전문가 초빙 연수를 통해 인공지능스피커인 AI메이커스 스피커를 다루는 방법을 알게 되 었으며 인공지능 원리를 터득하였다.

- 인공지능, 인공지능 스피커를 수업에 적용하려는 의지를 가지게 되었다.

- 정보를 수집, 가공, 처리하는 디지털리터러시 역량 증가, 학생들이 디지털리터러시 역량 을 기를 수 있는 지도역량이 증가하였다.

※ STEAM 수업 수혜 학생들의 반응(인터뷰)

- AI스피커를 만들고 사용까지 해 보니 미래에 의사를 많이 도와줄 것 같다. 하지만 이용 하는 사람이 사투리를 쓰거나 발음이 정확하지 않을 때는 난감할 것 같으니 그런 점을 보완하면 좋겠다. 나중에는 의학 백과사전처럼 몸의 구조, 기능, 병원 종류 등이 들어있 는 AI스피커를 만들어 보고 싶다. 의학이 아니더라도 과학, 사회 등도 있으면 재미있을 것 같다. AI스피커가 빨리 우리 사회에 사용되면 좋겠다.

- 우리가 정한 주제로 인공지능 스피커에 들어갈 빅데이터를 작성하였다. 선생님과 함께 AI스피커를 작동하게 만드는 코딩을 하였다. ai 스피커에 이런 종류의 코딩이 들어가서 되게 놀라웠고 예전에는 스피커를 사용하기만 하였지만 이제 직접 스피커를 코딩 할 수 있어서 좋은 경험이었다. 또 우리가 코딩을 한 대로 스피커가 작동해서 나중에는 인공지 능이 우리보다 더 많은 지식을 갖지 않을까 새삼 놀라웠다.

- 우리가 만든 의학 지식을 인공지능에 넣기 전에 인공지능스피커가 들어갈 ai의사선생님 을 만들었다. 우리의 주제인 혈액과 혈액형에 대해 조사하고 AI스피커 뒤 배경을 만들었 다 . 우선 많은 정보와 자료 또 빅데이터의 질문 내용도 넣어서 정말 체계적으로 이루어 지도록 만들었다.

※ STEAM 교사 연구회와 해당 STEAM수업 프로그램 발전을 위한 개선 방안 - 교실 내 WIFI망 설치, 인공지능스피커 포함 기자재 보급이 시급하다

- 인공지능 스피커 활용 연수를 통해 인공지능 기반 STEAM수업 개발이 활성화되고 우리 수업에 적용하려는 노력이 필요하다.

- 프로그램 필수 차시(15차시)가 너무 긴거 같다. 총 차시를 제시하고 2개~3개 프로그램을

만들어서 활용하는 방안도 개방적으로 열어 두는 것도 좋을거 같다.

(9)

[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

인공지능 스피커 제작ㆍ활용을 통한

M.A.K.E.R프로젝트로

과학수업 배움의 공동체 만들기

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역

1 1~3/15

[6

실

05-06]

생활 속에서 로봇 활용 사례를 통해 작동 원리와 활용 분야 를 이해한다

.

(국어)

[초등학교5~6학년]

(4) 듣기말하기

2 4~7/15

[6과16-01] 뼈와 근육의 생김새와 기능을 이해하여 몸이 움직이는 원 리를 설명할 수 있다.

[6과16-02] 소화, 순환, 호흡, 배설 기관의 종류, 위치, 생김새, 기능을 설명할 수 있다.

•

3 8~10/15 [6실04-09] 프로그래밍 도구를 사용하여 기초적인 프로그래밍 과정을 체험한다.

(과학)

[초등학교5~6학년]

너. 우리 몸의 구조와 기능 4 11~13/15 [6미02-03] 다양한 자료를 활용하여 아이디어와 관련된 표현 내용을

구체화할 수 있다. ^•

5 14~15/15

[6

국

01-05]

매체 자료를 활용하여 내용을 효과적으로 발표한다

.

^•

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 15차시)

차시 주요내용

1~3 /15

주제(단원)명

[Meet]

학습비서 AI메이커스 스피커 만나기

Co 생활 속 AI 스피커 관심가지기

CD ‘학습비서 AI 메이커스 스피커’ 만들기

ET AI 스피커 수업시작 환경 조성하기

4~7 /15

[Arrange]

우리 몸과 관련된 자료 조사하기

Co 우리 몸의 구조, 생리현상 등에 관심가지기

CD 주제 선정 및 과학개념 조사하기

ET 주제 공유

8~10 /15

[Key]

조사 자료 → AI 데이터로 변화

Co AI 메이커스 스피커 데이터 입력방법 익히기

CD 조사한 자료(우리 몸)를 AI 데이터로 변환하기

ET 문제 해결 방법 공유 및 보완하기

11~13 /15

[Exhibit]

AI 스피커 Learning 산출물 만들기

Co 어떻게 하면 우리 주제에 대해 관심가질 수 있을까?

CD 주제에 맞는 LAP 산출물 만들기

ET 중간 발표하기(수정, 보완) 14~15

/15

[Relation]

배움의 공동체 실현하기

CD 각 모둠별 최종산출물로 과학 학습하기

ET 프로젝트 소감나누기

(10)

3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/6 학년

중심과목 성취기준

영역

[초등학교 5~6학년] 마. 기술 활용 중심과목 성취기준

[6

실

05-06]

생활 속에서 로봇 활용 사례 를 통해 작동 원리와 활용 분야를 이해 한다

.

주제(단원)명 학습비서 AI메이커스 스피커 만나기 차시 1~3/15

학습목표 생활 속 AI 스피커 사용사례를 알고 학습비서 AI 메이커스 스피커 만들기

연계과목 • 연계과목

성취기준 영역 •

STEAM 요소

S ∘과학과 생활 – 생활 속 AI 스피커 사용사례 알아보기 T

∘AI 메이커스 스피커 만들기 및 시작환경 조성하기 E

A ∘제품의 디자인 고려하기

M •

개발 의도

『40 조원 키즈 시장 트렌드는 AI 스피커 “교육도 맡겨라” 경쟁 치열』의 기사에서 알 수 있 듯이 AI 스피커가 키즈 시장에서 새로운 트렌드로 떠올랐다. 어린이, 저학년의 학생들의 말 동무가 돼 주는 것은 물론이고 음악·어학·백과사전 등 콘텐츠도 다양해 놀이부터 교육까지 만능 해결사로 자리 잡았기 때문이다. ‘AI 스피커가 초등학교 고학년 학생들의 융합 수업에 어떻게 적용될 수 있을까’ 라는 고민으로 이 주제에 대한 연구를 시작하게 되었다.

AI메이커스 스피커는 조립형 인공지능스피커로 인공지능의 원리를 터득할 수 있다. 뿐만 아니라 블록코딩을 이용하여 수집한 자료를 AI데이터로 변경시키는 과정에서 정보의 수 집, 가공, 처리 능력인 디지털리터러시역량과 컴퓨팅사고력을 증진시킬 수 있다.

∘생활 속 AI 스피커 관심가지기

∘‘학습비서 AI 메이커스 스피커’ 만들기

∘‘AI 스피커 수업시작 환경 조성하기

STEAM 학습준거

상황 제시

상 황 제 시

생활 속 AI 스피커 사용량 증가 및 사 용사례 확인한다.

AI 스피커가 학습 에 이용된다면 어 떤 모습인지 예상 한다.

창 의 적 설 계

창의적 설계

AI 메이커스 스피 커 수업 환경을 조 성하며 AI 스피커 로 학습이 가능함 을 인식하게 한다.

감 성 적 체 험 AI 스피커가 학습에 사용되는

모습을 공휴하고 데이터 입력가능한 AI 메이커스 스피커를 만든다.

감성적 체험

(11)

학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (25 분)

Co 생활 속에서 AI 스피커는 어떻게 사용될까?

◦AI 스피커 경험담 이야기나누기 - AI 스피커를 사용해본 경험 발표하기 ◦AI 스피커 사용 영상 확인하기()

저출산·고령화가 심화됨에 따라, 지난해 우리나라는 노인이 전체 인구의 14%를 웃도는 고령사회에 진입한 것으로 나타났다. 고령사회에 됨에 따라 노인 관련 사회 문제가 많이 발생하고 있다.

<인공지능 AI 홀로 사는 노인의 벗이 되다> <생활 속 AI스피커 사례 조사>

이런 문제를 방지하도록 인공지능 스피커를 이용해 어르신들의 외로움도 달래 고 일상 생활도 돕는 방안이 추진중이다. 이 외에도 일반 가정에서 쇼핑, 음악 등에 사용되며 IOT 와 결합하여 우리 생활을 편리하게 해준다. 그렇다면 학습 에는 어떻게 사용될까?

◦학습문제 알아보기

♣ 학습비서 ‘AI메이커스 스피커’ 만들기

◦학습순서 알아보기

<활동1> AI메이커스 스피커 만드는 방법 익히기 <활동2> AI메이커스 스피커 만들기

<활동3> AI스피커 수업 시작환경 조성하기

생활속 AI 스피커 사례

https:// w

ww.youtu be.com/w atch?v=_

D 1 L 1 v o _ M0o

※AI 스피커 의 교육적 활 용 가 치 가 있음을 이 해한다

전개 (90 분)

활동1 AI 메이커스 스피커 만드는 방법 익히기 ∘AI 메이커스 스피커 특징 알아보기

- KT 에서 출시한 AI 메이커스 스피커 특징 조사한다.

(블럭 및 텍스트 명령어를 사용하여 코딩 가능, AI 스피커 만들기 가능, AI 스 피커의 원리 이해)

∘AI 메이커스 스피커 만드는 방법 확인하기()

- 제작 영상을 보며 만드는 방법 활동지()를 작성한다.

활동2 CD 나만의 AI 메이커스 스피커 만들기 ∘나만의 AI 메이커스 스피커 제작하기()

- 작성한 활동지와 영상을 보며 AI 스피커를 제작한다.

제작영상

활동지

AI 메이커 스 스피커 부품

(12)

Tip! 1 모둠 1 개의 AI 스피커를 만들도록 하며 협력하여 만들도록 지도한다.

AI스피커 조립 조립결과

활동3 ET AI 스피커 수업 시작환경 조성하기() ∘제작한 AI 스피커 수업을 위한 환경 조성하기

AI 스피커 모니터&마우스&키보드 스마트패드 무선망 모둠학습실

10대 10대 18대 AP 1대 1곳(멀티탭 부착 책상) ∘AI 스피커 OS 구동

- API 키, WIFI, 스피커 확인한다.

Tip! AI 메이커스 스피커 전용 OS 가 포함된 마이크로 SD 를 구입하면 OS 를 설치 할 필요없다.

AI스피커 OS 구동: 코딩을 위 한 AI 운영체제 구동

API키 확인: 사용자 인증정보확인 WIFI설정: 네크워크 연결 확인 스피커 설정: 내 목소리 감지

및 음성 출력 확인 학생 활동지

※AI 스피커 조립이 협 력 적 으 로 잘 이 루 어 지 는지 관찰 한다.

 멀 티 탭 , 모니터, 뮤 선 마 우 스 키 보드, 5 핀충 전기, SD 카 드, HDMI 연결선

정리 (5 분)

∘학습 내용 정리하기

- 생활 속 AI 스피커의 사례 이야기나눈다.

- AI 스피커를 이용하여 학습하고 싶은 내용 발표한다.

(13)

중심과목 과학 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

영역

[초등학교 5~6 학년] 너. 우리 몸의 구조와 기능

[6 과 16-01] 뼈와 근육의 생김새와 기 능을 이해하여 몸이 움직이는 원리를 설명할 수 있다.

[6 과 16-02] 소화, 순환, 호흡, 배설 기 관의 종류, 위치, 생김새, 기능을 설명 할 수 있다.

주제(단원)명 우리 몸과 관련된 자료 조사하기 차시 4~7/15

학습목표 우리 몸과 과련하여 알고 싶은 주제 선정 및 우리 몸의 구조와 기능, 질병, 건강 등 조사하기

연계과목 • 연계과목

성취기준 영역 •

STEAM 요소

S ∘우리 몸의 구조와 기능, 질병, 건강 등에 관한 자료 학습하기

T •

E ∘정보기기활용하여 필요한 정보 찾기

A •

M •

개발 의도

시중에 나온 AI스피커의 단점은 다음과 같다.

Q: 유관순은 누구?

A: 위키백과에서 나온 내용입니다. 유관순 열사는 일제 강점기의 독립운동가이다.

구글 어시스턴트, 클로바, 누구 등의 AI스피커는 학습자에게 필요한 정보가 부족한 경우 가 많다. 이런 단점을 보완하여 우리가 필요한 정보가 AI스피커에서 나오도록 개념 데이 터를 수집하였다.

∘ AI 스피커 체험하기

∘ 과학 주제 선정하기

∘ 과학 개념 조사하기

상황 제시

상 황 제 시

구글 어시스턴트를 사용하여 문제를 해 결하는 상황에서 학 생들은 불편함을 느 낀다. (정보부족)

창 의 적 설 계

조사한 내용이 타당 한지 검토한다.

감 성 적 체 험 구글 어시스턴트의 문제점을

보완하는 AI 메이커스 키트 사용을 위해 과학 주제를 선정하고 과학개념을 조사한다.

감성적 체험

(14)

학습

및 유의점

도입 (25 분)

Co AI 스피커는 학습에 어떻게 이용될까?

◦학습에 적용되는 AI 스피커 사례 발표하기

- 영어, 음악 등 다양한 분야의 학습에 사용되는 AI 스피커 사례 조사 및 이야기 나눈다.

◦AI 스피커사용하기()

AI스피커 체험 AI스피커 체험 활동지

◦AI 스피커의 불편함 토의하기

- AI 스피커가 교과학습에 적용될 때 불편한 점 이야기나눈다

♣ 과학 개념 빅데이터 조사하기

◦학습순서 알아보기 <활동1> 주제정하기

<활동2> 과학 개념 조사하기

구글어시스 턴트(태블릿 PC)

활동지

전개 (130 분)

활동1 CD 과학 주제 선정하기() ∘알고 싶은 주제 정하기

- 브레인라이팅기법을 이용하여 주제 토의하고 선택한다.

주제정하기 브레인라이팅 결과

활동2 ET 과학 개념 조사하기 ∘모둠별 과학 개념 조사하기()

- 조사한 과학 개념 활동지에 작성한다.

과학 자료 찾기 과학 빅데이터 수집 활동지

태블릿 PC, 스 케 치 북 , 포 스 트 잇 , 디지털 교과 서, 네임펜

※모둠별 협 력하여 주 를 정한다

 활 동 지 , 디 지 털 교 과 서

정리 (5 분)

∘학습 내용 정리하기 - 선정한 주제 공유한다.

- 다른 모둠 주제에 대해 소감 나눈다.

(15)

중심과목 실과 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

영역

[초등학교5~6학년] 라. 기술 시스템 중심과목 성취기준

[6실04-10] 자료를 입력하고 필요한 처 리를 수행한 후 결과를 출력하는 단순 한 프로그램을 설계한다.

[6실04-11] 문제를 해결하는 프로그램 을 만드는 과정에서 순차, 선택, 반복 구조를 이해한다.

주제(단원)명 과학 개념 AI데이터로 변환 차시 8~10/15

학습목표 조사한 과학 개념을 AI 데이터로 변환해보자

연계과목 과학 연계과목

성취기준 영역

STEAM 요소

S ∘우리 몸의 구조와 기능 학습하기 T ∘과학개념을 AI 데이터로 변환하기 E ∘AI 메이커스키트 코딩익히기

A •

M •

개발 의도

현재 인공지능 스피커와의 대화는 한계가 있다. 일상적인 대화는 가능하나 학술적인 측 면에서 인공지능스피커는 제기능을 하지 못하고 있다. 따라서 우리는 인공지능스피커가 학술적인 측면에서 제 기능을 다하도록 학습자료를 AI데이터로 변경하는 과정을 배우고 블록코딩을 통해 학습자료를 AI데이터로 변경하고자한다.

AI메이커스 스피커를 사용하여 과학개념을 AI데이터로 변경하는 과정에서 알고리즘, 코 딩을 익히고 컴퓨팅사고력을 증진시킬 수 있다.

∘인공지능의사 ‘왓슨’ 사례 알아보기

∘AI 메이커스 스피커 데이터 입력방법 익히기

∘조사한 자료(우리 몸)를 AI 데이터로 변환하기

∘문제 해결 방법 공유 및 보완하기

상황 제시

상 황 제 시

인공지능 의사인 왓 슨의 사례를 통해 건강한 생활방식과 질병 예방법 안내하 는 AI 의사선생님이 필요함을 알고 주제 에 흥미를 가진다.

창 의 적 설 계

직접 AI 데이터로 변 환하고 코딩이 잘이 루어졌는지 확인하 며 다음과제에 대한 의지를 가진다.

감 성 적 체 험 이전 시간에 조사한 우리

몸의 구조와 기능, 질병, 건강 등의 개념을

AI 데이터로 변환하는 과정을 협력하여 익힌다.

감성적 체험

(16)

학습

및 유의점

도입 (20 분)

Co AI 의사 만들기 의지다지기

◦인공지능 의사 ‘왓슨’ 사례 조사해봅시다.

- 인공지능 의사 ‘왓슨’ 사례 알고 발표한다.

- 어떤 의사가 되고 싶은지 설문조사한다.

AI 의사 사례 알아보기 학생이 되고 싶은 의사선생님

◦AI 의사 만들기에 필요한 과정 발표하기 - 조사한 자료를 AI 스피커에 넣습니다.

♣ 조사한 자료를 AI데이터로 변환해보자

<활동1> AI데이터로 변환하는 방법 익히기 <활동2> AI데이터로 변환하기

태블릿PC

위두랑 설문지

전개 (90 분)

활동1 CD AI 데이터로 변환하는 방법 익히기()

∘조사한 자료를 AI 데이터로 변환하는 방법 알려주기 - 플립러닝영상, 선생님의 지도하에 블록코딩방법 익힌다.

플립러닝: 질문만들기 코딩 코딩과정안내

1) 기가지니 호출 기다림 2) “기가지니”라고 말하면 3) 5초 뒤 안녕하세요라고 말하기

TTS: Text To Sound (AI스피커에 내장된 문자를 소리로 변경하여 알려줌)

SST: Sound To Text (외부의 소리를 문자로 변경 하여 이해함)

1) “서울”이라고 말하면

2) AI스피커가 서울이라는 음성을 문자로 변경하여 인식 3) 맞으면 “우와 정답이에요”라

고 말함

코딩 기초 익히기 / 코딩 웹 URL:

http://aimakers.kt.co.kr/

주요 명령어 익히기

 플 립 영 상 (AI 데이터 변환방법)

※ 빅 데 이 터 입 력 ( 코 딩 ) 을 외우는 게 아니라 빅 데 이 터 입력 방법 을 이해하 고 직접 데 이터를 입 력 하 도 록 한다.

(17)

활동2 CD AI 데이터로 변환하기

∘모둠별 조사한 자료를 직접 AI 데이터로 변환하기()

- 앞서 익힌 블록코딩방법을 이용하여 AI 데이터로 변환한다.

데이터 입력하기

우리 몸의 구조와 기능을 알려주는 의사선생님 질병 및 건강 관리를 알려주는 의사선생님

혈액형을 알려주는 의사선생님 몸의 신비를 알려주는 의사선생님

AI 메이커 스키트. 모 니터, 마우 스, 키보드

※평가: 빅 데이터 입력 하는 모습을 관찰한다.

정리 (10 분)

∘ ^ET AI 데이터 입출력 확인

- AI 스피커가 출력이 잘되는지 확인한다.

- 출력이 잘 되는 않는 모둠은 협력하여 코딩이 잘 되는 않는 이유를 토의한다.

- 출력이 잘 되는 친구들의 도움을 구하여 출력이 잘되도록 보완한다.

(18)

중심과목 미술 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

영역

[초등학교5~6학년] 나. 표현 중심과목 성취기준

[6미02-03] 다양한 자료를 활용하여 아 이디어와 관련된 표현 내용을 구체화할 수 있다.

주제(단원)명 AI스피커 learning 산출물 만들기 차시 11~13/15

학습목표 AI 의사선생님 꾸미기

STEAM 요소

S ∘우리 몸의 구조와 기능, 질병 및 건강에 대해 학습하기

T •

E •

A ∘주제에 어울리는 AI 의사선생님 꾸미기

M •

개발 의도

우리가 만든 AI메이커스키트로 우리 몸의 구조와 기능, 질병과 건강에 대해 학습하려는 동기를 부여하고 흥미를 일으키고자 AI메이커스키트를 보관할 수 있는 AI의사선생님을 꾸며보았다. 각 모둠의 주제에 어울리는 AI의사선생님의 구상도를 그리고, 다양한 재료를 이용하여 AI의사선생님을 제작하도록 지도하였다. 뿐만아니라 학습자들이 질문할 내용을 입력하여 학습하는데 용이하도록 만들었다.

∘다양한 의사들의 모습 안내하기

∘각 모둠별 주제에 어울리는 AI 의사선생님 모습 구상하기

∘재료 활용하여 AI 의사선생님 꾸미기

∘AI 메이커스키트 부착하기

상황 제시

상 황 제 시

의사선생님들의 다 양한 모습을 보며 각 모둠별 주제에 어울리는 AI 의사선 생님 모습을 구상한 다.

창 의 적 설 계

빅데이터를 입력한 A I 메 이 커 스 키 트 를 AI 의사선생님 배경 판에 부착하고 모둠 별 AI 의사선생님과 학습하고자하는 의 지를 다진다.

감 성 적 체 험 다양한 재료를 이용하여

구상한 AI 선생님을 꾸민다.

서로 협력하여 제작하며 AI 의사선생님을 수정보완한다.

감성적 체험

(19)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

◦의사선생님들의 모습 사례 안내하기

- 다양한 의사선생님들의 모습을 확인한다.

◦AI 의사선생님 만들기에 필요한 과정 발표하기

- 주제에 맞는 의사선생님을 구상하고 알맞게 제작합니다.

♣ AI의사선생님을 만들어보자

<활동1> AI의사선생님 구상하기 <활동2> AI의사선생님 만들기

 영상 및 사진 자료

전개 (100 분)

활동1 CD AI 의사선생님 구상하기() ∘AI 의사선생님 구상 안내하기

- 주제에 어울리는 AI 의사선생님 모습 및 내용을 구상한다 - 태블릿 PC 를 이용하여 구상활동을 실시한다.

활동2 CD AI 의사선생님 만들기

∘AI 의사선생님 제작 방법 안내하기()

- 다양한 재료를 활용하여 구상도에 따라 AI 의사선생님을 제작한다.

외벽 자료 조사하기 외벽 꾸미기 외벽 세우기 AI스피커 부착 AI 의사선생님

자료 조사

주제에 알맞도록 외벽 꾸미기

꾸민 외벽을 글루건으로 세우기

미리 제작한 AI 스피커 붙이기 - 제작 결과

정신질환 AI의사 선생님 우리 뼈의 구조와 기능 질병과 건강관리 우리 몸이 신비

활동지(구 상), 태블 릿 PC

 모 둠 별 준비한 재료, 글루건, 우 드락, 폼보 드 등

※ 학생들이 원하는 재 료를 이용 하도록 지 도한다.

※ 글루건, 칼 등 위험 한 도구를 사용할 때 안 전 지 도 를 받는다.

정리 (10 분)

∘ ^ET ‘AI 의사선생님과의 학습’ 의지다지기 - 산출물 공유하기

- 산출물 수정보완하기

(20)

중심과목 국어 학교급/학년(군) 초등학교/5~6 학년

영역

[초등학교5~6학년] 가. 듣기⋅말하기 중심과목 성취기준

[6국01-05] 매체 자료를 활용하여 내용을 효과적으로 발표한다.

주제(단원)명 배움의 공동체 실현하기 차시 14~15/15

학습목표 ∘ AI 의사선생님과 우리 몸의 구조와 기능 알아보기

STEAM 요소

S ∘우리 몸의 구조와 기능, 질병 및 건강에 대해 학습하기 T ∘AI 스피커를 이용하여 과학 개념 학습하기

E ∘데이터 입출력이 가능한 AI 스피커 사용하기

A •

M •

개발 의도

모둠에서 정한 주제에 대한 빅데이터를 조사, 가공하여 만든 AI의사선생님을 활용하여 우리 몸의 기능과 구조를 학습하도록 수업을 구성하였다. 모둠에서 만든 자료를 통해 함 께 공부함으로써 배움의 공동체를 실현하고 효율적으로 학습목표에 도달하도록 한다.

우리 반 외에도 교내 학생들에게도 안내하여 수준 및 관심도에 따라 인공지능스피커를 이용하여 과학개념을 이해하고 인공지능이 적용된 학습을 선체험하는 경험을 갖는다.

∘알고싶은 분야의 AI 의사선생님 선별하기

∘AI 의사선생님과 공부하기

∘소감 작성하기

∘다른 반 학생 안내하기

상황 제시

상 황 제 시

우리가 만든 AI 의사 선생님과 학습하고 자하는 의지를 다지 고 학습하길 원하는 AI 의사선생님을 모 둠별로 3~4 개 선별 한다.

창 의 적 설 계

교내 다른 반학생들 이 AI 의사선생님과 함께 학습할 기회를 제공하며 학습방법 을 안내하며 프로젝 트를 마친다.

감 성 적 체 험 모둠별로 AI 의사선생님 부스를

설치한 후 선별한 3~4 개의 주제 부스를 돌아다니며 학습한다.

감성적 체험

(21)

학습

및 유의점

도입 (10 분)

◦AI 의사선생님 산출물 확인하기

- 학생들이 직접 만든 AI 의사선생님의 모습을 보며 학습 의지를 다진다.

◦모둠별 주제 선정하기

- 알고싶은 주제 3~4 가지를 정한다.

♣ AI의사선생님과 함께 우리 몸의 구조와 기능을 알아보자

<활동1> AI의사선생님과 학습하기 <활동2> AI의사선생님 공유하기

 영상 및 사진 자료

전개 (100 분)

활동1 CD AI 의사선생님과 학습하기() ∘선별한 AI 의사선생님과 학습하기

- 모둠에서 선정한 AI 의사선생님과 대화하며 학습지에 배운 내용을 적는다 - 모둠별로 3~4 개의 주제를 적는다.

AI스피커로 학습 결과

활동2 ET AI 의사선생님 공유하기 ∘AI 의사선생님 부스 설치()

- 중간놀이 시간, 점심시간, 방과후 시간을 이용 하여 AI 부스에 참여하고 싶은 학생들을 모은다.

- AI 의사선생님으로 학습하는 방법을 안내하고 수준 및 흥미에 맞는 AI 의사선생님과 학습하 도록 이끌어준다.

AI의사선생님 부스 운영

활동지(구 상), AI 의 사선생님

AI 의사선 생님(AI 스 피커를 포 함한 구조 물)

※ 정확한 발음을 하 여 질문하 도록 안내 한다.

정리 (10 분)

∘인공지능 스피커 학습 프로젝트 결과 소감 나누기 - 위두랑에 접속하여 프로젝트 소감을 작성한다.

- 서로의 소감을 발표하며 프로젝트를 마무리한다.

(22)

4. 학생활동지 / 학생참고자료

(※ 필요 시 추가 가능)

차시 1~3/15

학생활동지 1

AI스피커 구성요소 및 만들기(1)

활동 자료

▶ 구성요소 ◀ ◀ ◀

① ⑨

② ⑩

③ ⑪

④ ⑫

⑤ ⑬

⑥ ⑭

⑦ ⑮

⑧ ⑯

자료출처 ⋅

(23)

차시 1~3/15

AI스피커 구성요소 및 만들기(2)

▶ 만드는 방법 ◀ ◀ ◀

▶ 기초 설정 ◀ ◀ ◀

1) WIFI 확인 2) 마이크 확인

3) API 키 확인 및 입력

4) 블록코딩 들어가기 주소: http://aimakers.kt.co.kr/

자료출처 ⋅

(24)

차시 4~6/15

AI스피커 체험

활동 자료

▶ 역사편 ◀ ◀ ◀

질문 대답

대동여지도란?

정약용은 누구야?

흥선대원군이 누구야?

강화도 조약이란

▶ AI스피커와의 대화 장단점은? ◀ ◀ ◀

장점 단점

자료출처 ^⋅

(25)

차시 7~10/15

과학 개념 빅데이터 조사

활동 자료

번호 질문 답변

자료출처 ^⋅

(26)

차시 11~13/15

AI의사선생님 만들기

활동 자료

AI의사선생님 구상도

질문 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

자료출처 ^⋅

(27)

차시 14~15/15

AI의사선생님과 학습하기

활동 자료

알고싶은 주제:

번호 질문 답변

자료출처 ^⋅

(28)

학생참고자료 1

AI메이커스 스피커란?

참고 자료

KT "AI 스피커 직접 만들어보세요"

-하드웨어와 모듈로 구성한 '키트' 출시-

권상희 기자, 2018/07/29 09:00

KT가 일반적인 코딩 능력이 있으면 인공지능(AI) 음성인식 단말을 만들 수 있는 하드웨어와 AI 소프트 웨어 모듈을 공개했다.

KT(대표 황창규)는 이용자가 직접 AI 스피커를 만들 수 있는 ‘AI 메이커스 키트’를 출시했다고 29일 밝혔다. 이 키트는 초소형 저가 컴퓨터 라즈베리파이와 보이스키트, 부속품 등으로 구성됐다.

AI 메이커스 키트는 쉽게 활용할 수 있도록 과학잡지 ‘메이커스’와 세트로 발매됐다.

‘메이커스: 어른의 과학 Vol.03 내맘대로 AI 스피커’ 특집호는 AI 음성인식 기술 작동원리, AI 메이커 스 키트 제작 방법, 응용 사례 등을 수록했다.

이 세트는 대형 서점과 인터넷서점, KT샵과 메이커스 홈페이지에서 구입할 수 있다. AI 메이커스 키트 의 작동에 필요한 ‘라즈베리파이3B’와 SD카드 등이 포함된 A버전(11만8천원)과 라즈베리파이3B 컴퓨 터를 보유한 이용자를 위한 B버전(4만8천원) 2가지로 판매한다.

KT는 AI 메이커스 키트 출시에 이어 AI 전문인력 육성을 위한 교육에도 힘을 보탤 예정이다.

자료출처 지디넷코리아

(29)

인공지능스피커란?

참고 자료

2011년, 애플이 아이폰4S를 통해 음성제어 기술 ‘시리(Siri)’를 공개했을 때 사람들은 감탄을 금치 못했습니다. 휴대전화 속 인공지능이 부르면 대답을 하기도 하고, 명령도 수행했기 때문이죠. 시리는 음성인식 인공지능 중 하나인데요. 이 음성인식 인공지능은 전 세계적으로 꾸준히 연구되었고, 그 덕분 에 오늘날 ‘인공지능(AI) 스피커’라는 제품이 탄생하게 되었습니다. 오늘은 이 인공지능(AI) 스피커에 대해 알아보도록 하겠습니다.

1. 인공지능(AI) 스피커란?

음성인식 기능과 클라우드, 인공지능 기술 등을 활용해 만들어진 스피커를 인공지능(AI) 스피커라고 합니다. 사용자의 음성 명령을 스피커가 서버로 보내고, 인공지능 플랫폼이 이 의미를 분석하여 명령에 해당하는 기능을 수행하는 방식입니다. 음악을 듣거나 라디오를 듣는 등의 용도로만 사용하던 스피커에 초연결과 초지능을 특징으로 하는 4차 산업혁명의 바람이 분 것인데요. 이젠 스피커에 대고 말만 하면 음악 재생은 물론 집안 전체를 제어할 수도 있고, 심지어 쇼핑까지 할 수 있는 세상이 되었습니다.

2. 인공지능(AI) 스피커의 탄생배경

그렇다면 이 같은 스피커가 개발 된 배경은 무엇일까요? 컴퓨터가 선점하던 시절엔 마우스와 그래픽 중심의 플 랫폼이, 스마트폰 보급화 이후엔 터치 기반 플랫폼이 등장했듯이 차세대 플랫폼으로 ‘음성’이 떠올랐기 때문입니다.

특히 사물인터넷(IoT)으로 간편하게 온 집안을 제어할 수 있는 스마트홈과, 목소리 기반의 전자상거래 서비스인 음성쇼핑이 미래 먹거리로 각광받고 있는데요. 이들 서비스는 예컨대 인공지능 스피커에 대고 “가스 안전기 잠가 줘” 라고 말 하면 가스 안전기가 잠가지고, ‘햄버거 주문해줘’ 하면 햄버거가 배달되는 기술 등을 일컫습니다.

이 같은 흐름 속에 음성인식 인공지능 플랫폼 기기인 인공지능(AI) 스피커는 4차 산업혁명 시대의 경쟁력이 나 다름없는 것이지요. 그렇기에 많은 기업들이 인공지능(AI) 스피커 개발에 박차를 가하는 것이 아닐까요?

3. 국내 출시 된 인공지능(AI) 스피커 현황

아마존, 구글, 애플 등 글로벌 IT 기업에 이어 국내 기업들 역시 인공지능(AI) 스피커에 활발한 움직임 을 보이고 있습니다. 현재 국내 인공지능(AI) 스피커 시장의 규모는 약 100만 대 정도라고 하는데요. 인터 넷 기업 네이버와 카카오, 통신사 SK텔레콤과 KT 등이 인공지능(AI) 스피커 시장을 주도하고 있습니다.

카카오는 스피커를 통해 카카오톡 메시지 전송과 택시 호출, 음식 주문, 다양한 정보 제공 등이 가능한 카 카오미니를, 네이버는 음악, 학습, 생활 정보, 일정 관리, 어린이 콘텐츠, 스마트홈 등의 기능이 탑재된 ‘클로 바 프렌즈’를 선보이며 사람들의 관심을 끌었습니다. SK텔레콤의 누구, KT의 기가지니 역시 내비게이션, 스 마트홈 등과 연계된 다양한 음성인식 서비스를 제공하며 이목을 집중 시켰는데요. 지금까지 출시 된 제품들의 기능만으로도 충분히 놀라운데, 차세대 인공지능(AI) 스피커에는 어떤 신기능이 담길지 무척 기대가 되네요!

(30)

인공지능스피커란?

4. 인공지능(AI) 스피커의 한계점

하지만 음성인식 인공지능 기술은 상용화된 지 아직 얼마 안 된 탓에 다양한 한계점을 안고 있습니 다. 첫 번째로 음성 인식 미숙인데요. 한국소비자원이 발표한 인공지능(AI) 스피커 이용자 실태조사에 따르면 구매자의 56.7%가 일상사용 환경에서 음성인식이 미흡해 불편함을 느꼈다고 대답했습니다. 말 만 하면 다 될 줄 알았지만, 인공지능(AI) 스피커가 생각보다 말을 잘 알아듣지 못 했던 것이죠. 두 번 째는 개인정보 유출 문제입니다. 인공지능(AI) 스피커를 통해 나도 모르게 차곡차곡 쌓인 개인정보와 사생활이 불특정 다수에게 노출 되거나 해킹을 통해 범죄로 이어질 가능성도 있는 것이지요. 또한 기 기를 해킹할 경우, 집 안에서 발생하는 모든 소리를 다 녹음할 수 있다고도 합니다.

5. 인공지능(AI) 스피커의 미래

그렇다면 인공지능(AI) 스피커의 미래는 어떨까요? 음성인식 인공지능의 활약은 ‘이제부터 시작됐다’

라고 말 해도 과언이 아닙니다. 미국의 리서치 기업 가트너는 2015년 3억6,000만달러(3,904억 9,200 만 원) 수준인 음성인식 인공지능(AI) 스피커 시장이 연평균 42.3% 성장해 오는 2020년에는 21억 달 러(2조 2,782억 9,000만 원) 수준으로 커질 것이라고 전망했는데요.

음성인식 인공지능(AI) 스피커는 추후 스마트홈 스피커를 넘어 금융, 헬스케어, 자동차 등 광범위한 산 업분야에서 향상된 업무 질과 높은 생산성을 창출할 기술이기 때문입니다. 실제로 아마존의 인공지능 스피 커 알렉사는 2017년 3월 미국 최대 의료 포털 사이트인 웹닥터의 데이터베이스와 연계하여 사람들에게 의학 질문에 대한 답변을 제공 중이며, 벤츠는 구글홈을 통해 차량을 제어하는 기능을 제공 중에 있지요.

자료출처

https://blog.hyundai-mnsoft.com/1360, 현대엠엔소프트 공식 기업 블로그

(31)

AI 스피커의 원리

참고 자료

아마존 AI 알렉사는 어떻게 인간의 언어를 이해할까?

1. AI 스피커가 음성을 인식하는 과정

인간의 목소리(이하, 명령)가 AI 스피커의 마이크를 통해 입력 되면 ‘스피치 프로세서(SPEECH PROCESSOR)’(110)는 음성 신 호를 음성 신호 벡터로 변화시킨다. 음성 신호 벡터는 ‘스피치 인식기(SPEECH RECOGNIZER)’(120)와 ‘언어 특징 추출기 (LINGUISTIC FEATURE EXTRACTOR)’(121)를 통해 ‘언어 표 현 정보(LINGUISTIC REPRESENTATION)’로 추출된다. 여기서 언어 표현 정보는 기존의 단어 관련 정보를 고려하여 추출된다.

예를 들어 AI 스피커에 [Alexa, post a tweet saying Hello(알 렉사, ‘안녕’이라는 트윗을 게시해줘)]라는 명령을 내린다 가정해보 자. 먼저 음성 신호 ‘Alexa post a tweet saying Hello’가 전체 음성 신호 벡터로 표현된 후, 전체 음성 신호 벡터는 단어 DB를 기반으로 분할된다. 이 분할된 음성 신호 벡터는 단어마다 고정된 길이의 하위 음성 신호 벡터(예를 들어 ‘post'에 해당하는 고정된 길이의 하위 음성 신호 벡터)인 언어 표현 정보로 추출된다.

이렇게 추출된 언어 표현 정보는 ‘스킬 분류기(SKILL CLASSIFIER)(130)’, ‘의도 분류기(INTENT CLASSIFIER)(141)’

및 ‘슬롯 인지기(SLOT RECOGNIZER)(150)’로 입력된다.

먼저 스킬 분류기(130)는 언어 표현 정보를 통해 입력된 명령에 알 맞은 스킬을 결정할 수 있다. [Alexa, post a tweet saying Hello]라 는 명령에서 스킬은 ‘트위터(tweeter)’일 것이며, 이는 ‘트윗(tweet)'이 라는 명령의 상위 개념이다. 즉 스킬은 음악, 쇼핑 등 해당 명령과 관

련된 가장 상위 카테고리일 수 있으며, 때로는 명령에 따라 복수의 스킬과 관련성을 가질 수도 있다.

의도 분류기(141)는 언어 표현 정보를 통해 입력된 명령의 의도를 결정할 수 있다. [Alexa post a tweet saying Hello]라는 명령에서 의도는 “post a tweet saying Hello”다. 앞서 스킬 분류기에 의해 결정된 스킬 각 각은 수천, 수만 가지의 의도와 연결될 수 있다. 예를 들어 스킬이 ‘트위터’인 경우, ‘post’ a tweet(게시),

‘reply’ to a tweet(대답), ‘search’ for a tweet(검색) 등 ‘트위터’란 스킬과 연결되는 다양한 의도가 존재한다.

슬롯 인지기(150)는 언어 표현 정보에서 의미 있는 정보를 인지한다. 예를 들어, [play mother’s little helper by rolling stones(롤링 스톤즈의 mother's little helper 틀어줘)]라는 명령을 입력받은 경우, 분류 된 스킬은 ‘음악(music)’이고, 의도는 ‘재생(play)’이고, 슬롯은 ‘mother’s little helper by rolling stones

‘다. 슬롯 인지기는 문장의 문법적 구조를 고려하여 의도/명령의 핵심 정보를 슬롯으로서 찾아 인지한다.

이렇게 분류 및 인지를 마친 스킬, 의도, 슬롯은 ‘스킬 프로세서(SKILL PROCESSOR)’(160)를 거쳐 명령 수행을 위한 관련 기기를 동작시킨다.

(32)

AI 스피커의 원리

2. 정확한 언어 이해를 위한 학습모델

알렉사가 입력된 언어를 제대로 이해하기 위해서는 스킬, 의도, 슬롯에 대한 정확한 분석이 선행돼야 한다. 때문에 알렉사의 의도 분류기는 입력된 데이터를 기반으로 학습이 가능하다. ‘인공 뉴럴 네트워크(Artificial Neural Network)’와 ‘딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network)’를 사용할 수 있는 의도 분류기는 축적되는 데 이터에 따라 뉴럴 네트워크의 변화하는 가중치를 감지하고, 이를 학습해 보다 정확하게 명령의 의도를 판단할 수 있게 된다.

예를 들어보자. 우선 언어 표현 정보 입력에 따른 의도 분류기 의 출력값은 복수가 될 수 있다. [Alexa post a tweet saying Hello]라는 명령이 언어 표현 정보(125)로서 입력되는 경우, 의도 분류기는 ①‘post’ a tweet, ②‘reply’ to a tweet, ③‘search’ for a tweet과 같은 서로 다른 출력값(245)을 생성할 수 있다. 그 가운 데 각각의 출력값은 서로 다른 확률값을 가진다. 학습정보에 따라 각각 ①60%, ②30%, ③10%와 같이 분류될 수 있으며, 의도 분류

기는 가장 높은 확률값을 가지는 ①‘post’ a tweet(60%)이 명령의 의도라고 판단하게 된다.

의도 분류기의 학습을 위해 사전에 언어 표현 정보와 연결되는 의도, 또는 연결되지 않는 의도를 구분하여 세트를 구성한 후 입력할 수도 있다. 예를 들어 언어 정보 표현 [Alexa post a tweet saying Hello]에 연결되는 의도로 ‘post a tweet’을 구성하고, 연결되지 않는 의도로 ‘reply to a tweet’을 구성해 학습시킬 수 있는 것이다. 이 같은 학습을 통해서도 뉴럴 네트워크의 가중치는 변화하며, 이후 의도 분류기의 출력값과 확률값 산출에 영향을 줄 수 있다.

3. 결국 AI 스피커는 의도된 학습을 거친다

위에서 살펴본 AI 스피커의 동작 원리 중 주목해야할 부분은 AI의 학습 과정에서 제작사의 의도가 들어갈 수 있다는 점이다. 물론 명령에 대한 알렉사의 응답은 사용자의 특성이 반영된다고 하나, 이는 객관적이지 않다. 사전 입력되는 데이터 및 학습 방법과 결과에 대해 제조사인 아마존의 판단이 들어 갈 수 있기 때문이다. 즉 다양한 제품군의 AI 스피커는 각 제조사의 의도에 따라 서로 다르게 학습하 는 것이다.

예를 들면 아마존 에코닷을 통해 상품을 주문 시 아마존 관련 플랫폼을 통해 특정 상품을 주문하도 록 유도할 수도 있다. 이는 음악이나 영화 등 스트리밍 플랫폼을 이용할 때, 그 외에 각종 정보를 파악 하고 소비할 때도 마찬가지다. 다양한 기업들이 AI 스피커 시장, 인공지능 플랫폼 시장을 선점하려는 것도 이러한 이유에서라 판단된다. 새로운 플랫폼을 선점함으로써 이후 따라오게 될 시장점유 효과를 노리는 것이다.

향후 국가 간 언어 장벽이 무너지고, 배송 장벽이 무너진다면 어떻게 될까. 승자는 다수의 사용자를 보유한, 가장 편리하면서도 정확한 인공지능 플랫폼을 가진 기업이 될 것이다. 많은 사람들이 언어 및 배송 문제로 해외 쇼핑을 꺼려하는 지금, AI 스피커를 통해 한국어로 해외 쇼핑을 자유롭게 할 수 있 다면. 그리고 배송 부담 또한 점차 적어진다면, 인공지능 기술을 보유한 기업과 그렇지 못한 기업의 시 장점유율의 차이는 갈수록 벌어질 것이다.

자료출처 클로 캐스트, 김시우, http://clomag.co.kr/article/3103

(33)

AI스피커 활용 사례

참고 자료

뉴스 및 날씨 검색 자동차와 연동-자동차 점검 및 네비게이션 연동

스마트홈 구축 심리 상담

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동물들과의 의사소통 교사를 대체하는 1인 1AI스피커

자료출처 위키백과-인공지능 스피커

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5. 교사참고자료

주제 1

인공지능스피커 종류

1) 해외 인공지능 스피커

- 아마존 「에코」 스피커: 자사의 인공지능 플랫폼인 알렉사 기반의 AI스피커로 전화, 음악, 난방, 조명 조절, 피자 주문 등 쇼핑까지 지원한다. 360도 사운드와 7개의 장거리 마이크로 음성인식률을 높였다.

- 구글 「구글홈」 스피커: 구글 어시스턴트가 탑재된 구글홈은 구글 검색으로 축적된 빅데이 터 때문에 음성인식률이 매우 높다. 원거리 음성인식이 뛰어나며 터치 컨트롤과 HI-FI스피커 기술을 갖추고 있다. 또한 모든 구글 캐스트 장치와 연동이 가능하다.

- 애플 「홈팟」 스피커: 시리의 기술과 노이즈 캔슬링 기능이 들어간 멀티 마이크를 통해서 고객의 정확한 음성을 인식할 수 있다. 고품질의 음악 재생에는 강점을 가지고 있다.

2) 국내 인공지능 스피커

- 네이버 「프렌즈」 스피커: 네이버의 인공지능 플랫폼 클로바(Clova)가 탑재된 스피커. 전 세계적으로 사랑받는 라인 프렌즈 태릭터인 브라운과 샐리를 모티프로 만들었다. 378g으로 매우 가벼우며, 2850mAh의 내장 배터리 용량을 제공하고, 스피커 출력도 10W Class D Amp를 적용해서 야외에서 사용하기에 적합해 보인다. 또한, 양방향 블루투스 연결기능을 지 원해서 다른 기기와의 호환성을 높였다.

- SK텔레콤 「누구/누구미니」 스피커: ‘누구’만의 차별요소는 클라우드 환경에서 빅데이터를 이 용하는 것이다. 즉, 딥러닝 기술을 기반으로 하기 때문에 데이터가 늘어날수록 사용자의 음성인식 률이 높아지는 구조이다. 지원되는 기능은 다음과 같다. 음악 검색과 추천, 교통정보, 배달주문, 스 마트홈 연동, 개인 비서 등 매우 다양한 기능들이 지원되며 확장되고 있다. ‘누구 미니’는 무게가 219g으로 유선이 아닌 배터리 내장 형태를 선택했다. 기존의 성능과 기능을 유지하며 추가로 금융 검색, 영화 검색, 한영사전, 오디오북 서비스까지 추가되었다.

- KT 「기가지니」 스피커: 세계 최초의 인공지능 TV스피커로 시청각 기반의 인공지능 스피 커이다. 음성 인식률을 높이기 위해서 원거리 음장 기술, 자연어 처리기술, 딥러닝 기술 등을 도입해서 음성 인식과 대화기술을 진화시켰다. 특히 사물인터넷과의 확장으로 도어락, 홈캠, 에어닥터, 가스밸브 등 여러 가전제품들의 제어까지도 가능하다.

- LG 「씽크 허브」 스피커: ‘씽크 허브’에 네이버의 인공지능 플랫폼인 ‘클로바’를 탑재시켰 다. 집안 가전제품들의 상태를 확인 및 제어, 음악감상, 교통정보, 번역, 영어대화 등 다양한 서비스 기능이 추가되었다.

- 카카오 「카카오 미니」 스피커: 카카오에서 개발한 인공지능 플랫폼 ‘카카오 I’의 음성형 엔진, 대화형 엔진, 추천형 엔진이 탑재됐다. 무게는 390g이며 아담한 크기로 휴대성이 높다.

카카오의 다양한 서비스와 연계성이 높기 때문에 큰 경쟁력을 지닌다.

3) AI메이커 키트

국내 최초로 이용자가 코딩을 바탕으로 AI스피커를 만들 수 있는 있는 기기이다. 학교에서 배 운 코딩을 AI메이커스 키트를 통해 실습하며 AI음성인식 원리와 기술을 이해할 수 있다.

자료출처

블로그 바른 생활(2018). 국내 인공지능스피커 비교. https://bit.ly/2YI4Tjx

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주제 2

4 차 산업혁명과 인공지능이란?

우리는 현재 4차 산업혁명 시대에 살고 있다. 4차 산업혁명이란? 인공지능, 사물인터넷, 빅데이 터, 모바일 등 첨단 정보통신기술(ICT, Information and Communication Technology)이 경제, 사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대 산업혁명이다. 4차 산업혁명의 핵심 기술 으로는 인공지능, 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 드론, 자율주행, 가상현실, 핀테크 등이 있다.

4차 산업혁명을 이야기할 때 인공지능을 빼놓고 이야기할 수 없다. 인공지능이란? 인간의 학습 능력과 추론능력, 지각능력, 자연언어의 이해능력 등을 컴퓨터 프로그램으로 실현한 기술을 말한 다. 쉽게 말해 컴퓨터를 사람처럼 생각하게 만드는 기술이다. 인공지능을 공부하고 구현하기 위해 서는 값비싼 고성능 컴퓨터와 무수히 많은 데이터가 필요하다. 그렇기 때문에 많은 비용과 시간이 필요하며 인공지능 분야의 전문가가 되기 위한 저렴한 플랫폼이 부족한 현실이다.

자료출처

DIY 메카솔루션 오픈랩. https://blog.naver.com/roboholic84

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주제 3

AMK 이란?

KT에서 출시한 AMK는 어렵게 느껴지던 인공지능이라는 분야를 라즈베리파이(Raspberry Pi)라 는 저렴한 소형 컴퓨터와 KT의 인공지능 개발 인프라를 기반으로 “누구나 쉽게”, 보다 “저렴하 게”, 그리고 다양한 콘텐츠 공유를 통해 보다 많은 사람들이 “재미있게” 즐길 수 있도록 개발되었 다. AMK는 “인공지능 교육”을 위한 요소와 “메이커스 교육”을 위한 요소가 모두 담겨 있다. 인공 지능 교육을 위해서 음성 인식, 음성 합성, 대화와 같은 요소를 직접 학습하고 개발할 수 있으며 카메라 비전을 활용한 사람과 사물을 인식하는 기능도 가능하다. 또한, 전기전자 기초 소자 및 센 서 그리고 모터를 사용하여 창의적인 프로젝트를 만들 수 있는 ICT 기반의 메이커스 교육도 가능 하며 인공지능 요소가 가미되어 더욱 재미있고 창의적인 활동도 해볼 수 있다.

AMK 음성인식 원리

라즈베리파이는 보이스 키트에 장착된 마이크와 버튼으로 사용자의 입력을 받아서 가공한 데이 터를 API를 통해서 서버에 전송한 후 처리된 데이터는 다시 라즈베리파이의 스피커를 통해서 출력 되어 사용자에게 들려준다. 서버에서는 사용자가 보내준 데이터를 받아서 각각의 기능별로 처리하 여 반환해준다.

STT 음성 인식 : 음성 패턴을 분석하여 어떤 단어 또는 문장을 말하는지 인식해준다.

TTS 음성합성 : 텍스트를 말소리로 합성시켜준다.

대화 해석 : 인식된 텍스트에 대해서 답변을 만들어준다.

자료출처

DIY 메카솔루션 오픈랩. https://blog.naver.com/roboholic84

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주제 4

AMK 만들기(1)

AMK의 음성인식 기능들을 사용하기 위해선 Python과 Node.js와 같은 스크립트 언어를 이용해 코딩할 수 있다. AMK를 사용하는 방법 중 지니블록을 이용하면 AMK의 인공지능 기능들과 코딩을 블록을 끌어다 조립하는 블록 코딩 방식을 채택해 직관적이고, 단순하게 AMK를 다룰 수 있다.

AMK를 사용하지 않을 때도 일반 컴퓨터에서 지니블록을 사용해 코딩하고 지니블록의 기능들을 사용해볼 수 있다. 웹 브라우저에서 https://genieblock.kt.co.kr로 이동하여 지니블록을 이용하 여 다양한 인공지능 코딩을 할 수 있다. AMK를 이용하여 지니블록을 사용한다면 음성을 이용하여 다양한 인공지능을 사용해볼 수 있다.

자료출처

DIY 메카솔루션 오픈랩. https://blog.naver.com/roboholic84

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주제 4

AMK 만들기(2)

자료출처