기 관 명 이화여자대학교 :

AD21010008 분야 및 학교급 ③ 과학 인문예술 융합형 ‧ - 중학

년 융합인재교육

2020 (STEAM) 프로그램 개발 최종보고서

과 제 명 연구책임자

인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 김효정

2020. 01. 07

기 관 명 : 이화여자대학교

이 보고서는 년도 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 년 융합인재교육 프로그램 개발 의 최종보고서로 제출합니다

년 월 일

주관연구기관명 이화여자대학교 연 구 기 간

주관연구책임자 김효정 참여연구원

공 동 연 구 원 심효영

공 동 연 구 원 이현주

공 동 연 구 원 고연주

공 동 연 구 원 최경철

공 동 연 구 원 심성희

공 동 연 구 원 배다슬

공 동 연 구 원 김광래

공 동 연 구 원 박소연

공 동 연 구 원 이용하

공 동 연 구 원 이민수

공 동 연 구 원 김향미

공 동 연 구 원 서보경

공 동 연 구 원 서창득

공 동 연 구 원 반진주

공 동 연 구 원 이건호

공 동 연 구 원 김송찬

연 구 보 조 원 유진아

보고서 초록

과제번호 연구기간

연구사업명 년 융합인재교육 프로그램 개발

연구과제명

한글 인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 영문

연구책임자 연구기관명

김효정 이화여자대학교

참 여

연구원수 총 명 연 구

용역비 천원

요 약 문 보고서 면수

 인공지능을 활용한 미래 우주시대 주제 STEAM 프로그램 개발

 인공지능(Artificial Intelligence 이하 인공지능 서비스를 활용한 단계별 학습에 기초한 미래 우) 주시대 주제 스팀 교육을 통해 융합적사고와 창의적 문제해결능력을 배양할 수 있는 프로그램 개발

 미래사회를 창의적으로 리드할 수 있는 인재육성을 위해 인공지능 기술을 재미있게 학습하며 컴퓨팅 역량을 배양할 수 있는 STEAM 프로그램 구성

 우주시대에 발생될 수 있는 문제들을 해결하면서 미래의 이슈에 대해 창의적으로 대처할 수 있는 프로그램 설계

 미래 우주시대 주제 중학교 대상 STEAM 프로그램 종 총 차시 개발 및 적용5 27

 인공지능 서비스를 활용한 스팀 프로그램을 교육단계별로 적용하여 개발

 중학교 대상 차시대체 자유학기제, STEAM 프로그램 종 총5 27차시 개발 차시대체( 2 종 자유학기제 종, 3 )

인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 프로그램 구성 대상 중학교: (1-3 학년)

단계 1

인공지능 개척자

단계 2

인공지능 소비자

단계 3

인공지능 설계자 인공지능과 공존하는

우주생활 자유학기제

( )

개월간의 8

인공지능과의 동거 자유학기제

( )

인공지능과 우주쓰레기 수거 대작전

차시대체

( )

인공지능으로 우주대소변

문제해결 차시대체

( )

년 2060 인공지능으로

준비하는 화성테마여행

자유학기제

( )

색인어 각 개 이상

한글 융합인재교육 미래의 우주시대 인공지능 컴퓨터 역량 문제해결능력

영어

요 약 문

인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 .

Ⅰ

□ 인공지능을 활용한 미래 우주시대 주제 STEAM 프로그램 개발

 4차 산업혁명을 주도할 수 있는 핵심기술인 인공지능을 활용하여 융합적 사고력과 창의적 문제해결력을 갖춘 인재를 양성하기 위한 과학 기술 예술이 통합된, , STEAM 프로그램 개 발 필요

 인공지능을 활용한 단계별 학습 활동에 기초한 중학교 대상 STEAM 교육 필요



연구의 목적 및 필요성 .

Ⅱ

 4차 산업혁명시대의 핵심기술인 인공지능을 단계별로 학습할 수 있는 STEAM 프로그램에 대한 연구 필요성 증대

 인공지능을 활용하여 창의적인 미래사회를 리드할 수 있는 인재를 육성하기 위한 STEAM 교육에 대한 필요

 학생들의 창의적 문제해결력과 융합적사고력을 증진시키는 STEAM 프로그램 개발 필요

 교사들이 수업에서 인공지능을 쉽게 활용하며 학생들도 흥미 있고 재미있게 학습할 수 있, 는 STEAM 프로그램 개발에 대한 니즈증대

 학교 현장 적용 가능성을 높이기 위해 현행 교육과정의 차시를 대체하고 자유학기 년 제, ( ) 수업에 활용할 수 있는 프로그램 개발

연구의 내용 및 범위 .

Ⅲ

□ 인공지능을 활용한 미래 우주시대 주제에 대한 프로그램 개발 방향

 미래 우주시대 주제 선정 항공우주분야의 인재육성을 위한 미래 우주시대 주제 선정:

 인공지능 기술 활용 미래 우주시대를 중심으로 과학 정보 분야 등을 탐색하고 인공지능: , 프로그램을 활용할 수 있도록 수업을 설계

□ 현 우주개발 계획에 기반한 STEAM 프로그램 설계

 미항공우주국 NASA 및 SpaceX와 같은 항공우주분야의 기관 및 기업에서 제시한 미래 우 주개발 계획 예측을 중심으로 가지 프로그램 주제 선정 아래의 다이어그램 참조5 ( )

□ 인공지능 활용 프로그램 개발 방향 개요 과학 정보 미술 교과 중심의 융합수업 설계: , ,

 기술적으로 많은 변화가 이루어지는 차 산업혁명 시대의 핵심기술인 인공지능을 활용할4 수 있는 프로그램 개발

 프로그램 내용면에 있어서는 학생들이 미래의 우주사회의 변화에 대해서 간접적으로 경험 하며 우주사회에서 벌어질 수 있는 다양한 문제를 창의적으로 해결하여 긍정적 미래를 스 스로 리드해갈 수 있는 STEAM 프로그램 개발

□ 인공지능과 활용 STEAM 프로그램 구성

 학생들이 인공지능 기술을 경험하며 우주시대 주제 프로그램을 통해 과학적 사고력과 창의 융합적 문제해결력 컴퓨팅 역량을 증진시킬 수 있는, STEAM 프로그램 구성

□ 온 오프라인 수업에서 활용도 높은 인공지능 활용 학습방법 제시·

 온라인에서 제공되는 인공지능 서비스를 프로그램에 활용하여 온 오프라인 수업에서 효과· 적으로 활용할 수 있는 학습방법 제시

□ 인공지능의 단계별 학습에 기초한 STEAM 프로그램 체계 구체화

 중학교 대상 인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 STEAM 프로그램 종 총5 차시 프로그램의 인공지능 활용과 내용구성에 있어서의 체계적 개발

27

 인공지능의 단계별 학습을 위하여 단계는 인공지능 개척자 단계1 , 2단계는 인공지능 소비 자 단계 단계는 인공지능 설계자 단계로 구성하여 프로그램 체계 구체화, 3

인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 프로그램 구성 대상 중학교: (1-3 학년)

단계 1

인공지능 개척자 2단계

인공지능 소비자 3단계

인공지능 설계자

인공지능과 공존하는 우주생활 자유학기제

( )

개월간의 8

인공지능과의 동거 자유학기제

( )

인공지능과 우주쓰레기 수거 대작전

차시대체

( )

인공지능으로 우주대소변 문제해결

차시대체

( )

년 2060 인공지능으로

준비하는 화성테마여행

자유학기제

( )

연구 결과 .

Ⅳ

□ STEAM 프로그램 참여 연구대상

 본 연구진이 개발한 인공지능 기반 STEAM 교육프로그램에 참여한 학생 중 STEAM(융합인 재교육 태도 검사에 참여한 학생들은 중학교 학년) 3 217명이다 이 중 사전검사와 사후검. , 사에 모두 참여한 학생 179명을 분석대상으로 하였다 남학생은. 95 (53.1%),명 여학생은 84 명(46.9%)이며 프로그램 에 참여한 학생의 수는, 1 95 (53.1%),명 프로그램 에 참여한 학생 수2 는 84 (46.9%)명 이었다.

□

 본 연구진이 개발한 인공지능 기반 STEAM 교육프로그램이 STEAM(융합인재교육 태도에) 미치는 영향을 탐색하기 위해 한국과학창의재단에서 개발한 검사도구를 사용하였다 검사. 도구는 개 영역 흥미 배려 소통 유용성 가치인식 자아개념 자아효능감 이공계 진로선7 ( , , , / , , , 택 으로 구성되어 있다 각 영역은 수학 및 과학에 대한 문항을 교과목명만 바꾸어 동일 개) . 수 동일 문장으로 포함하고 있다 예, ( : 34번 나는 수학을 좋아한다 번 나는 과학을 좋아한, 8 다 일부 문항의 경우 같은 태도영역을 묻지만 교과의 맥락을 고려하여 다른 표현으로 서).

술되었다 예 문항( : 18과 문항11). 검사지는 전혀 동의하지 않음‘ (1)’, ‘동의하지 않음(2)’, ‘동의 함(3)’, ‘매우 동의함(4)’의 점4 Likert 척도 40문항으로 구성되어 있다 검사도구 각 영역의. 문항 수와 신뢰도(Cronbach’s )α는 모든 영역에서 최소수준인 .70 이상으로 만족할 만한 신뢰수준을 갖는 것으로 나타났다.

□ STEAM 프로그램 적용 평가결과

 본 연구진이 개발한 인공지능 기반 STEAM 교육프로그램이 STEAM(융합인재교육 태도의) 7 개 영역에 미친 효과에 대해 대응표본 t-검정을 실시한 결과는 STEAM(융합인재교육 태도) 전체뿐만 아니라 개 영역에서 교과에 상관없이 모두 통계적으로 유의미한 효과를 나타냈7 다 프로그램 적용 전에는 대체적으로 점대 중반 이하의 평균 동의하지 않음 과 동의함 의. 2 (‘ ’ ‘ ’ 사이 을 나타내었으나 프로그램 적용 후에는 거의 모든 영역에서 점대 초반의 평균 동의) , 3 (‘

함 과 매우 동의함 의 사이 을 나타내었다 교과별로 프로그램의 효과를 비교한 것으로 수’ ‘ ’ ) . , 학과 과학교과에 대한 문항에서 모두 유사한 응답경향을 나타냈다.

 각 프로그램별로 STEAM(융합인재교육 태도의 개 영역에 미친 효과를 탐색하기 위해 대) 7 응표본 검정을 실시하였으며 프로그램 모두t- , STEAM(융합인재교육 태도 전체뿐만 아니라)

개 영역에서 교과에 상관없이 통계적으로 유의미한 효과를 나타냈다

7 .

 성별에 따른 프로그램의 효과를 탐색하기 위해 공변량분석(ANCOVA)을 실시한 결과는 융합인재교육 태도의 개 영역 중 배려 영역에서 수학 및 과학교과 모두 성별에

STEAM( ) 7 ‘ ’

따른 차이가 통계적으로 유의미하였다 수학과 과학교과 모두 여학생의 태도 향상도가 더. 크게 나타났다 이외에도 이공계진로선택 영역 중 과학교과에서도 통계적으로 유의미한 차. 이가 나타났다 마찬가지로 여학생의 향상도가 남학생에 비해 컸다. .

연구 결과의 활용 계획 .

Ⅴ

□ 인공지능을 활용한 STEAM 프로그램 개발 및 확산

 인공지능 기술을 활용한 쉽고 재미있는 중학교 대상 STEAM 프로그램 개발 및 확산

□ 중학교 STEAM 수업과 융합수업에서 활용

 중학교 특정 교과 시간 및 자유학기 년 제 수업시간을 대체하는 방안( )

 2개 이상의 교과 간의 융합수업에서 활용

 STEAM 수업과 융합수업에서 활용 활성화

□ 현직 교사의 수업연구모임과 STEAM교사 연구회를 통한 활용

 과학 수학 기술 공학 예술의 융합 교육을 통한, , , , STEAM 프로그램을 현직교사 수업연구모 임과 STEAM교사 연구회를 통해 활용

□ 창의인성교육넷 크레존 을 통한( ) STEAM교육 프로그램 안내 및 보급

 개발한 STEAM 프로그램을 창의인성교육넷 크레존 을 통한 공유 및 다양한 채널을 통한 보( ) 급 활성화

□ 기타 교육 프로그램에 활용

 교대 및 사대의 STEAM 관련 교육 프로그램에 활용

 초 중등 교사· STEAM 연수에 활용

.

Ⅰ Future Space Age Opened by STEAM Education Using Artificial Intelligence

□ Development of STEAM program on the theme of the future space age using artificial intelligence

 It is necessary to develop a STEAM program that integrates science, technology, and art to cultivate talents with convergent thinking skills and creative problem-solving skills using artificial intelligence, a core technology that can lead the 4th industrial revolution.

 STEAM education for middle schools based on step-by-step learning activities using artificial intelligence is required

 Developing a STEAM program on the theme of the space age using artificial intelligence: Developing a program using artificial intelligence that allows you to learn as fun as playing a game

. Purpose and Necessity of Research

Ⅱ

 Increasing need for research on STEAM programs that can learn step by step artificial intelligence, the core technology of the 4th industrial revolution

 The need for STEAM education to cultivate talents who can lead the creative future society using artificial intelligence

 It is necessary to develop a STEAM program that promotes students' creative problem-solving skills and convergent thinking skills

 Increased needs for developing STEAM programs where teachers can easily use artificial intelligence in their classes and students can learn interesting and fun

 Development of programs that can be used for free semester (year) classes, replacing the current curriculum in order to increase the possibility of application in the school field

. Content and Scope of the Research

Ⅲ

□ Direction of program development on the theme of the future space age using artificial intelligence

 Future space age theme selection : Future space age theme selection for cultivation of human resources in the aerospace field

 Utilization of artificial intelligence technology : Designing classes to explore science and information fields centering on the future space age and to utilize artificial intelligence

programs

□ STEAM program design based on the current space development plan

 Five program topics are selected based on the prediction of future space development plans presented by organizations and companies in the aerospace sector such as NASA and SpaceX(see diagram below)

□ Outline of the direction of AI application program development: Design of convergence classes centered on science, information and art

 Development of a program that can utilize artificial intelligence, a core technology in the era of the 4th industrial revolution where many technological changes are taking place

 In terms of program content, the development of a STEAM program that enables students to indirectly experience changes in the future space society and creatively solve various problems that may arise in space society to lead a positive future by themselves

□ Composition of artificial intelligence and utilization STEAM program

 A STEAM program that allows students to experience artificial intelligence technology and improve scientific thinking, creative fusion problem solving, and computing capability through space age theme programs

□ Propose a learning method using artificial intelligence that is highly useful in online and offline classes

 Presenting learning methods that can be effectively utilized in online and offline classes by utilizing artificial intelligence services provided online in programs

□ Implementation of STEAM program system based on step-by-step learning of artificial intelligence

 Systematic development in the use of artificial intelligence and content composition of 5 kinds of future space age STEAM programs opened by steam education using artificial intelligence for middle schools

 For the step-by-step learning of artificial intelligence, the first stage is the artificial intelligence pioneer stage, the second stage is the artificial intelligence consumer stage, and the third stage is the artificial intelligence designer stage

Organization of Future Space Age Opened by STEAM Education Using Artificial Intelligence Grand Prize: Middle School (1st-3rd grade)

Step1

AI pioneer stage Step2

AI consumer stage 3단계

AI designer stage

Space life coexisting with AI

8 months of cohabitation with AI

AI and Space Garbage Collection

Operation

AI solves the problem of space

feces

Mars theme trip prepared with AI in

2060

. Results

Ⅳ

□ STEAM program participation research subject

 Among the students who participated in the artificial intelligence-based STEAM education program developed by this research team, 217 students in the third grade of middle school participated in the STEAM attitude test. Among them, 179 students who participated in both the pre-test and post-test were analyzed. There were 95 male students (53.1%) and 84 female students (46.9%). The number of students who participated in Program 1 was 95 (53.1%), and the number of students who participated in Program 2 was 84 (46.9%)

□ Educational effectiveness measurement tool

 To explore the effect of the artificial intelligence-based STEAM education program developed by this research team on the attitude of STEAM (Convergence Talent Education), a test tool developed by the Korea Science and Creativity Foundation was

used. The test tool consists of 7 areas (interest, consideration, communication, usefulness/value recognition, self-concept, self-efficacy, career choice in science and engineering). Each area contains the same number of questions about math and science, with the same number of sentences, changing only the subject name (eg 34 times I like math, 8 times I like science). In the case of some items, the same attitude area was asked, but they were described in different expressions in consideration of the context of the subject (eg, item 18 and item 11). The test paper is composed of 40 questions on the 4-point Likert scale of'No consent (1)','I disagree (2)','Agree (3)', and'Very agree (4)'. The number of items and reliability (Cronbach's ) in each area ofα the test tool were found to have a satisfactory confidence level, with a minimum level of .70 or higher in all areas

□ STEAM program application evaluation result

 The results of the t-test of the response sample for the effects of the artificial intelligence-based STEAM education program developed by this research team on seven areas of STEAM (Convergence Talent Education) attitudes were as follows:

Regardless of subject area, all showed statistically significant effects. Prior to application of the program, the average of less than the middle of 2 points (between'I disagree' and'agree') was shown, but after application of the program, the average of the early 3 points ('agree' and'very Agree'). As a result of comparing the effectiveness of the program for each subject, both mathematics and science subjects showed similar response trends

 A response sample t-test was conducted to explore the effects of each program on seven areas of STEAM (Convergence Talent Education) attitude, and all programs correlate with subjects in seven areas as well as the entire STEAM (Convergence Talent Education) attitude. Showed a statistically significant effect without

 The result of conducting covariate analysis (ANCOVA) to explore the effects of programs according to gender is statistically significant in terms of gender differences in both mathematics and science subjects in the'caring' area among the 7 areas of STEAM (Convergence Talent Education) attitude. I did. Both mathematics and science subjects showed greater improvement in female students' attitudes. In addition, there were statistically significant differences in science subjects among the science and engineering career selection areas. Likewise, the improvement of female students was greater than that of male students

. Plan to Use Research Results

Ⅴ

□ Development and spread of STEAM programs using artificial intelligence

 Developing and spreading STEAM programs for easy and fun middle schools using artificial intelligence technology

□ Use through the class research group of incumbent teachers and the STEAM teacher research group

 Substitute specific middle school curriculum hours and free semester (yearly) class hours

 Used in convergence classes between two or more subjects

 Active use in STEAM classes and convergence classes

□ Utilization through current teachers and STEAM teachers' research association

 Utilize the STEAM program through the convergence education of science, mathematics, technology, engineering, and art through in-service teacher class research groups and STEAM teacher research groups

□ Information and distribution of STEAM education programs through the Creative Character Education Net(Crezon).

 Sharing the developed STEAM program through the Creative Character Education Net (Crezon) and promoting dissemination through various channels

□ Used in other educational programs

 Used for training programs related to STEAM of shifts and stations

 Used for STEAM training for elementary and secondary teachers

Chapter.1 Research Outline · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17

Chapter.2 Need for Research 1. Importance and necessity of research · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17

2. Research trends at domestic and international · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17

Chapter.3 Research Goal 1. Qualitative goal · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20

2. Quantitative goal · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20

Chapter.4 Research Content and Method 1. Research content · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·21

2. Research and development details · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29

3. Research promotion status · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·33

4. Research promotion schedule · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·37

Chapter.5 Results of STEAM Program Development 1. Program development direction · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·38

2. Program structure · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·42

3. Program summary table · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·47

4. Program overview · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·48

Chapter.6 Results of Pilot School Operation 1. Overall table of operation of pilot schools · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·64

2. Pre and post attitude test results of pilot application · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·65

3. Satisfaction survey results of pilot applied teachers · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 78

4. Impact of STEAM program operation on the school site · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 85

Chapter.7 Research Significance and Expected Outcome 1. The significance of research · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·86

2. Expected performance · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·86

Chapter.8 References · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·88

[Appendix] Results of Operation of Pilot School · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·91

목 차

제 1 장 연구 개요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17

제 2 장 연구 필요성 가 연구의 중요성 및 필요성 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17

나 국내 외 연구동향 . ‧ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17

제 장 연구의 목표 3 가 정성적 목표 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20

나 정량적 목표 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20

제 4 장 연구 내용 및 방법 가 연구내용 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·21

나 연구개발 세부내용 . :

· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29

다 연구 추진현황 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·33

라 연구 추진일정 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·37

제 5 장 STEAM 프로그램 개발 결과 가 프로그램 개발 방향 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·38

나 프로그램 구성 틀 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·42

다 프로그램 총괄표 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·47

라 프로그램 개요 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·48

제 6 장 시범 적용 학교 운영 결과 가 시범 적용 학교 운영 총괄표 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·64

나 시범 적용 사전 사후 태도 검사 결과 . ‧ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·65

다 시범 적용 교원 대상 만족도 조사 결과 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·78

라 . STEAM 프로그램 운영이 학교 현장에 미친 영향 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·85

제 7 장 연구의 의의 및 기대성과 가 연구의 의의 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·86

나 기대성과 . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·86

제 8 장 참고문헌 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·88

별첨 시범 적용학교 운영 결과

[ ] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·91

제 1 장 연구 개요

인공지능을 활용한 미래 우주시대 주제 STEAM 프로그램 개발

□

 4차 산업혁명을 주도할 수 있는 핵심기술인 인공지능을 활용하여 융합적 사고력과 창 의적 문제해결력을 갖춘 인재를 양성하기 위한 과학 기술 예술이 통합된, , STEAM 프 로그램 개발 필요

 인공지능을 활용한 단계별 학습 활동에 기초한 중학교 대상 STEAM 교육 필요

 인공지능을 활용한 우주시대 주제의 STEAM 프로그램 개발 게임하듯 재미있게 학습: 할 수 있는 인공지능 활용 프로그램 개발

제 2 장 연구 필요성

가 연구의 중요성 및 필요성 .

 4차 산업혁명시대의 핵심기술인 인공지능을 단계별로 학습할 수 있는 STEAM 프로그 램에 대한 연구 필요성 증대

 인공지능을 활용하여 창의적인 미래사회를 리드할 수 있는 인재를 육성하기 위한 교육에 대한 필요

STEAM

 학생들의 창의적 문제해결력과 융합적사고력을 증진시키는 STEAM 프로그램 개발 필 요

 교사들이 수업에서 인공지능을 쉽게 활용하며 학생들도 흥미 있고 재미있게 학습할, 수 있는 STEAM 프로그램 개발에 대한 니즈증대

 학교 현장 적용 가능성을 높이기 위해 현행 교육과정의 차시를 대체하고 자유학기, 년 제 수업에 활용할 수 있는 프로그램 개발

( )

나 국내 외 연구동향 . · 국내

(1)

 서울교대_AI 교육캠프(2020)¹⁾ : 서울교대 인공지능교육연구센터가 개최한 초중학생 대상 교육 캠프로 기가지니 를 체험 초등 학년 초등 학년 중학 학년 등급

AI , KT AI . 3~4 , 5~6 , 1~3

1)etnews. https://www.etnews.com/. 2020

으로 나눠 각 수준에 맞게 수업을 진행,

 동산여자중학교 인공지능 관련 진로 직업 체험 학습_ ²⁾(2020) : 코로나 19 확산에 대비하 여 방문자 자동 방역기 IR센서 인공지능 체험을 실시하여 방문자를 인식하고 소독이 완 료되면 차단기가 자동으로 열려 방문자가 출입할 수 있도록 하는 장치를 직접 제작

 한백초등학교 소프트웨어 및_ AI 인공지능 체험 교육의 달(2020)³⁾: 학년별 발달 수준과 특 성을 고려하여 온 오프라인 소프트웨어와 인공지능 교육 등 다양한 활동을 체험‧

학년 숫자로 그림을 그려요 활동과 인공지능 교육 체험 진행

1 - 2 : ‘ ’

학년 뚜앙과 블록 코딩 첫걸음 점박이와 코딩을 등의 교육과 포즈 애니메이터를

3 - 4 : ‘ .‘ ’

활용한 교육 프로그램을 온라인으로 진행 학년 달려라 펭수 점박이와 코딩을 등의 교육 진행

5 - 6 : ‘ !,‘ ’

 한홀초등학교 드론 프로그래밍_ & 인공지능 코딩 교육 캠프⁴⁾(2020) : 인공지능 코딩 캠프 에서는 모니터에 내가 말한 음성이 출력되도록 하여 전등을 켜보는 방식으로 진행 프로, 그래밍을 따라하는 것에서 그치지 않고 스스로 해결방안을 찾는 컴퓨터 사고력을 함양할 수 있도록 다양한 인공지능 소프트웨어 체험활동 기회 마련

 KT키즈랜드 인공지능 맞춤학습 서비스_ ⁵⁾(2019) : KT는 2019년 제 44회 서울국제유아교육 전 키즈 페어에 참가해 키즈랜드 영어유치원& , TV 도서관 등 인공지능 맞춤학습 서비스 를 선보임

 제주대학교_STEAM 교육기부활동 미래 창의교육 선도 프로그램_ ⁶⁾(2017) : 소주제 인공지‘

2)top21times. http://www.top21times.com/. 2020 3)중부일보. http://www.joongboo.com/index.html. 2020 4)기호일보. http://www.kihoilbo.co.kr/. 2020

5)인공지능신문 http://www.aitimes.kr/. 2019

6)교육부 공식 블로그. https://if-blog.tistory.com/. 2017

능은 어떻게 학습할까 에서는 분류 보드게임을 이용하여 게임판의 꼭짓점에 타일을 붙여’ 나가며 게임판을 채워나가는 게이미피케이션 방식을 통해 기계가 데이터를 분석하고 활 용하는 여러 방법 중 회선 신경망 원리(CNN)를 간접적으로 체험해 볼 수 있도록 구성

국외 (2)

 중국 교육기업_ VIPKID(2018)⁷⁾ : 안면인식 인공지능 기술을 이용해 1:1 영어 온라인 화상 수업 시 인공지능 프로그램이 학생을 분석하여 수업내용을 바꾸고 인공지능으로 학생의 어휘 문법 악센트 등을 분석하여 교사에게 제공, ,

 카네기멜론대학 주관_AI 컴퓨터 사이언스 수업⁸⁾(2020) : 컴퓨터 교사는 카네기멜론대학의 학습팀과 공동으로 주간의5 AI 컴퓨터 사이언스를 7,8학년 학생들에게 카네기대학에서 만든 카네기 학습 플랫폼을 기반으로 프로젝트 기반 학습(PBL)을 통해 AI 교육 콘텐츠를 개발하여 학생들에게 AI 교육 실시

 몬투어 교육청,AMPER MUSIC_AI융합 미디어 아트 수업⁹⁾(2020) : 7,8학년생들을 대상으로 몬투어 교육청 교사와 AI 작곡 프로그램 AMPER MUSIC 회사가 협력하여 10일간의 몬투 어 AI 음악 프로젝트 실시 노래 분석과 음악 제작 방법을 배운 후 학생들은. AI가 만든 음악을 가지고 자신들만의 독창적인 음악을 만들어냄



7)이승환 김용성, (2018).학교에 등장한 인공지능 한국정보과학회. . Vol36. No.11 8)부산시교육청 한국정보화진흥원, . 2020년 인공지능 기반교육 국외연수 결과보고서. 2020 9)부산시교육청 한국정보화진흥원, . 2020년 인공지능 기반교육 국외연수 결과보고서. 2020 10)Samsung Newsroom. https://news.samsung.com/global/. 2019

제 3 장 연구의 목표

가 정성적 목표 .

□ 인공지능을 학습하며 창의적인 미래사회의 이끌 인재양성을 위한 STEAM 프로그램 개 발

 인공지능을 학습하며 창의적인 미래사회를 이끌어 갈 수 있도록 미래 과학기술 관련 지 식과 함께 컴퓨팅 역량을 배양할 수 있는 STEAM 프로그램 개발

 인공지능을 단계별로 학습할 수 있도록 설계하였으며 인공지능 서비스를 통해 쉽고 재, 미있게 학습할 수 있는 STEAM 프로그램 개발

 우주시대의 다양한 미래의 이슈를 통해 융합적 사고력과 창의적인 문제해결력을 키울 수 있는 STEAM 프로그램 개발

나 정량적 목표 .

□ 인공지능 활용 스팀교육으로 여는 미래의 우주시대 총: 27차시 STEAM 프로그램 개발

인공지능을 활용한 미래의 우주시대 주제 STEAM 프로그램 구성 대상 중학교: (1-3 학년)

단계 1

인공지능 개척자

단계 2

인공지능 소비자

단계 3

인공지능 설계자 인공지능과 공존하는

우주생활 자유학기제

( )

개월간의 8

인공지능과의 동거 자유학기제

( )

인공지능과 우주쓰레기 수거 대작전 차시대체

( )

인공지능으로 우주대소변

문제해결 차시대체

( )

년 인공지능으로 2060

준비하는 화성테마여행 자유학기제

( )

□ 시범 적용학교 학생 약 600명 수업 진행 후 학생 흥미 만족도 실시,

인공지능을 활용한 미래의 우주시대 주제 STEAM 수업 참여학생 중학교 (1-3 학년)

자유학기제형 15차시 차시대체형 12차시

예봉 중학교 수혜학생 약: 372명

예봉 중학교 수혜학생 약: 224명 총 596 (명 중복수혜)

□ 융합적 사고력과 창의적 문제해결력을 갖춘 인재양성을 위한 수업모델 개발

프로그램

STEAM Curriculum Resource Pack 미디어콘텐츠 또는

영상 콘텐츠

교사용 지도서 학생용 교안

교안

수업자료

파워포인트 학습교구

수업활동지 모둠활동지

( ,

개인활동지)

2 프로그램별 프로그램별 1 프로그램별

□ 시범적용학교 학생 약 600명 만족도 및 효과성 검증

제 4 장 연구 내용 및 방법

가 연구 내용 .

주제 선정 배경 인공지능 미래 우주시대 자유학기 년 제 연구

(1) : , , ( )

인공지능 활용 창의융합교육 콘텐츠 개발에 대한 사회적 요구 증대

➀

□ 인공지능 인력 부족현상을 대비한 전문적인 초 중등 대상 인공지능 교육 프로그램 필요‧

 2022년까지 대 미래 유망분야 인공지능 클라우드 빅데이터 증강 가상현실 에서 신규인력4 ( , , , / ) 부족이 예상되며 특히 초 중 학교급보다는 대학원 이상의 고급인력 부족현상이 인공지능에‧ 서만 7,268명으로 전망되어 인력수급의 질적 미스매칭이 심화될 것으로 예상¹¹⁾

 인공지능 고급인력을 단기간에 양성하는 것은 어려운 일이기에 기존의 컴퓨팅 사고력 기반 의 초 중 고등학교 정보교육에서 나아가 인공지능의 원리를 이해하고 인공지능을 활용하여‧ ‧ 문제를 해결할 수 있는 교육을 준비해야할 시점¹²⁾

 초 중등학교에서의 인공지능 교육 활용 뿐 아니라 인공지능 문해력 교육의 중요성에 관한‧ , 인식 및 정책적 지원에도 불구하고 관련 교육과정 구성 및 환경 조성은 아직 미흡한 실, 정¹³⁾

현황 또는 전망 초 중 고‧ ‧ 대학 대학원‧ 평생교육

커리큘럼 도입 - 인정교과서 개발 중 - AI 대학원 개설 우후죽순, 확산 중

교육부의 매치업 프로젝트 등 온라인 일부 수업 교육자 - 교육대학원 중심으로 AI

전공 교원 양성 계획

- 교수 숫자 절대적으로 부

족 교육자 숫자 절대 부족

문제점 어려움‧

- AI 교육 경험 전무

- SW코딩교육도 이제 갓 도 입 안내

- AI 전문가 수요가 높아 대, 학에서 연봉 수준을 맞춰 주기 힘듦

- 부익부 빈익빈 현상 가속 화

고등교육에서도 수요가 넘쳐 평생교육기관에서 AI 교육체 계 갖추기 힘듦

표 국내 인공지능 교육 현황 한국교육신문

[ 4-1] (2020, )

□ 인공지능 기반 교육과 함께 인공지능 컴퓨터 소프트웨어(SW) 활용교육 필요성

 인공지능 교육은 학생들의 소프트웨어 교육과 문제해결력을 키워줄 수 있는 다양하고 자율 적인 교육과정을 구성할 수 있게 장기적 과제로 접근해야 함¹⁴⁾

11)소프트웨어정책연구소 유망, SW분야의 미래일자리 전망, 2018

12)류혜인 고아라 조정원, , (2019).초중등에서의 인공지능 교육 방향 제언 한국정보과학회. . Vol.2019. No.12 13)이은경(2020).국내외 초 중등학교 인공지능 교육과정 분석 한국컴퓨터교육학회‧ . . Vol.23. No.1

14)한국교육신문 http://www.hangyo.com/, 2020

기반 교육

AI 구분 AI교육

- 학생들이 무엇을 알고 모르는지 어떤 과목과, 분야를 잘 하는지 학습 데이터를 AI가 분석해 진단해주고 학습방식을 설계해주는 프로그램

정의 - AI를 이해하고 AI를 개발하고 AI를 활용 분석할‧ 수 있도록 해주는 교육

- 맞춤형 교육을 위한 교사의 보조 도구 역할 - AI 시대에 AI를 주도할 인재 양성 - 학습분석을 위한 온라인 플랫폼에 적용

- 학습자 분석을 위한 충분한 데이터 필요

요구 사항

- 새로운 커리큘럼 필요

- 데이터 과학 코딩 수학 알고리즘에 대한 이해도‧ ‧ ‧ 와 깊이 요구

- 디지털 교육서비스를 제공하는 민간기업들이 지난해부터 서비스를 제공

- 공교육에서도 활용하기 위해 정부주도 개발

현황 - 2019년 월9 AI 대학원 개설 등 고등교육을 중 심으로 AI 인재양성 프로그램 개발

표 기반 교육과 교육 차이 한국교육신문

[ 4-2] AI AI (2020, )

□ 인공지능을 주제의 다양한 교육 프로그램과 교육용 콘텐츠 요구

 인공지능 교육에 있어서 단순히 프로그래밍 언어를 배우는 것이 아닌 쉽게 흥미를 가지고 인공지능의 핵심 개념을 이해하고 직접 구현해 볼 수 있는 다양한 교육용 도구들에 대한 개발이 뒷받침 되어야 교육의 효율성을 높일 수 있음¹⁵⁾

 인공지능 교육에 있어서 일반적인 학습법을 이용한 전문기술의 피학습자 교육은 학생들의 학습 내용에 대한 흥미도를 낮추고 집중력 저하 및 학습 분위기 형성에 어려움이 있는 등 큰 방해요소를 가지고 있음¹⁶⁾

 인공지능 빅 데이터 등 차 산업혁명 기술의 기초 학습을 위해 교육 변화가 이루어지고 있, 4 지만 대부분 비슷한 내용과 콘텐츠의 소프트웨어(SW)교육이 주를 이루는 현황이며 체험식, 의 일회성 활동으로 끝나는 경우가 많아 다양하고 새로운 교육프로그램의 연구가 필요한 실정¹⁷⁾

□ 현행 교육과정에 기초한 인공지능 소프트웨어(SW) 활용 인공지능 교육 프로그램 필요

 인공지능은 소프트웨어 교육에 속하며 향후 몇 년 뒤에는 문제해결을 위한 필수적 요소가 될 것이므로 인공지능 교육을 조속히 도입할 필요가 있음¹⁸⁾

 2015년 개정 교육과정에서 소프트웨어 교육을 실시하고 있기 때문에 학생에게 단순한 인공 지능 개념을 학습하게 하는 것보다 실제 컴퓨터 프로그램을 활용하여 해결하는 것이 중요 함¹⁹⁾

15)류혜인 고아라 조정원, , (2019).초중등에서의 인공지능 교육 방향 제언 한국정보과학회. . Vol.2019. No.12

16)김진수 박남제, (2019).초등과정 인공지능 학습원리 이해를 위한 보드게임 기반 게이미피케이션 교육 실증 정보교육학회. . Vol.23. No.3 17)김푸름(2019).제 차 산업혁명시대의 초등학생을 위한 창의교육 프로그램 개발 및 적용 인공지능과 드론을 중심으로 석사논문 제주대학교4 : . . 교육대학원

18)이승철 김태영, (2020).초등학생을 위한 인공지능 교육 내용 및 방법 제안 한국컴퓨터교육학회. . Vol.24. No.1 19)김갑수 박영기, (2017).초등학생의 인공지능 교육을 위한 교수 학습 모델 개발 및 적용 정보교육학회. . Vol.21. No.1

 인공지능 교육은 소프트웨어(SW) 교육과 더불어 21세기 학생들이 주도적인 삶을 살아가기 위해 필요함²⁰⁾

 인공지능 기술이 미래 산업 전반에 접목되어 현재 컴퓨터를 다루듯 학생들이 인공지능 기 술을 직접 다룰 수 있어야 경쟁력을 갖는 시대가 될 것임²¹⁾

□ 2020년 기점으로 국가주도 인공지능 인재양성을 위한 학교 교육체계 개편 예정

 인공지능은 인지 학습 추론 기능 등을 통해 산업의 생산성 향상과 부가가치 창출에 기여하· · 고 범죄 대응 노인 돌봄 맞춤형 서비스 제공 등을 가능케 함으로써 우리 사회의 당면과제, · · 해결에 유력한 방안으로 부상²²⁾

 2019년 12월에 열린 제 53회 국무회의를 통해 전 부처가 참여하여 마련한 인공지능 국가‘ 전력 을 발표하고’ , ‘AI 인재양성 및 전 국민 교육 을 목표로 초 중 고 학생을 비롯한 모든 국’ ‘ ‧ ‧ 민이 디지털 리터러시를 함양할 수 있도록 SW AI‧ 를 중심으로 학교 교육체계 개편²³⁾

기업 정부

 AI 산업 경쟁력 확보의 주체

 AI 新서비스 발굴 및 R&D 투자 등을 통한 기술력 확보 및 혁신 생태계 조성

 직원 재교육 강화 등 사회적 책임 수행

 기업 민간 역량 강화의 조력자/

 대형 프로젝트 등 진흥정책과 규제 법제도 혁신 등‧ 산업 사회 인프라 조성‧

 인재 양성 및 전 국민 미래소양 함양

국민 학계 등

 AI 시대를 이끌 당사자

 창의력과 SW AI‧ 기본 역량 제고

 역동적 시장을 위한 소비주체이자 사회적 논의의 참여 주체

 바람직한 AI시대를 준비하고 방향성을 제시하는 전, 문가

 AI 기술 개발 및 인재 양성 역할

 미래사회 연구에 주도적 참여 표 혁신 주체별 역할 인공지능 국가전략 관계부처 합동

[ 4-3] (2019, , )

 서울시교육청에서 2019년 발표한 특성화고 미래교육 발전방안 에 따르면‘ ’ 2024년까지 서울 특성화고 약 14%인 10곳이 인공지능‘ (AI)고등학교 나 빅데이터 고등학교 로 전환되며’ ‘ ’ , 2021 년부터 모든 서울 특성화고 신입생이 ‘AI 소양 수업 진행’ ²⁴⁾

 교육부는 2019년 교원 양성 과정에 AI 교과를 추가해 2022년부터 초 중 고 학생들에게‧ ‧ AI 기초 교육을 제공하기로 결정함을 발표²⁵⁾

20)이선진(2018).추천 시스템 기반 초등학생 인공지능 교육 프로그램의 개발 및 적용 석사논문 제주대학교 교육대학원. . 21)류혜인 고아라 조정원, , (2019).초중등에서의 인공지능 교육 방향 제언 한국정보과학회. . Vol.2019. No.12

22)대한민국 정책브리핑, 2019

23)관계부처합동 인공지능 국가전략, , 2019 24)한국경제 https://www.hankyung.com/, 2019 25)Metro https://www.metroseoul.co.kr/, 2019

□ 인공지능 산업시장에 더하여 인공지능을 활용한 교육시장의 긍정적인 고성장 전망

 인공지능을 활용한 교육시장은 연평균 45% 고성장을 지속하여, 2024년에는 60억 달러 규 모의 이를 것으로 전망(Global Market Insight(2018.6), Artificial Intelligence in Education「 Market )」

 인공지능 기술은 e-Learning Hype Cycle 상에서 기대의 정점 단계에 위치하고 있으며 이는 인공지능을 활용한 교육 서비스 분야에 초기 성공사례가 나타나 향후 시장이 확대될 것이 라는 기대감이 형성되어 있다는 것을 의미²⁶⁾

그림 이승환 김용성

[ 4-1] 2018 e-Learning Hype Cycle(2018, ‧ )

□ 국내 대 그룹을 포함 인공지능 사업 및 네트워크 확장4 ,

 글로벌 기업들의 인공지능 시장 경쟁이 본격화되면서 국내는 삼성 현대차, , SK, LG 등 대4 그룹을 중심으로 관련 투자와 사업 움직임이 활발하게 진행 인공지능 전담조직을 갖추고, 글로벌 AI 연구개발(R&D) 네트워크를 확장하고 있음²⁷⁾

26)이승환 김용성, (2018).학교에 등장한 인공지능 정보과학회. . Vol.36. No.11 27)파이낸셜 뉴스 https://www.fnnews.com/, 2019

그림 대 그룹 인공지능 사업 현황 및 전략

[ 4-2] 4 (The Financial News, 2019)

□ 해외 인공지능 교육 대비 국내 초 중등학교의 인공지능 교육 기초연구의 필요성 제기‧

 인공지능 교육을 전문적으로 다루고 있는 미국에 비하여 국내 교육은 세부내용과 수준에서 차이를 보이며 인공지능에서 중요 요소인 인공신경망의 경우 한국은 고등학교에서 처음 도, 입되나 미국에서는 중학교 단계부터 도입된다는 교육적 차별성이 있음²⁸⁾

 초 중등학교에서의‧ AI 교육의 방향을 설정하고 세부 내용 요소 선정 및 성취기준 설정 등 중요한 가이드라인으로 작용할 수 있는 기초 연구가 면밀히 이루어질 필요가 있음²⁹⁾

 2020년 한국정보과학교육연합회는 초중등‘ SW교육 표준모델 최종안을 공개, AI와 융합 영역 을 신설하여 데이터과학과, AI, 로보틱스 등을 다룰 수 있도록 제시³⁰⁾

그림 초 중등 교육 내용 구성 개편 안 한국정보과학교육연합회

[ 4-3] ‧ SW ( )( , 2019)

28)이은경(2020).국내외 초 중등학교 인공지능 교육과정 분석 한국컴퓨터교육학회‧ . . Vol.23. No.1 29)이은경(2020).국내외 초 중등학교 인공지능 교육과정 분석 한국컴퓨터교육학회‧ . . Vol.23. No.1 30)조선에듀 http://edu.chosun.com/, 2020

미래 우주시대 주제의 프로그램의 필요성

➁

□ 차 산업혁명으로 변화할 미래의 항공우주산업 시대를 대비한 교육적 경쟁력 강화 필요4

 항공우주산업은 차 산업을 가능하게 할 수 있는 혁신기술들의 최상단에 위치하는 범용기4 술의 대표적인 특징들을 잘 보유하고 있어 항공우주산업에 대한 적극적 투자가 필요하다고 보임³¹⁾

 우주항공 기술 산업은 스마트 맞춤형 기술개발 지향으로 신산업이 형성되는 등 새로운 패, 러다임의 전환기를 맞고 있으며 이에 따른 교육적 변화와 경쟁력이 필요

그림 우주항공 기술산업 패러다임의 변화 [ 4-4]

과학기술정책연구원 (STEPI INSIGHT_ (2018))

 한국 정부의 2018년 우주개발 투자규모는 6,042억원으로 제 차 우주개발중장기계획3 년 수립으로 우주정책의 일관성을 확보하고 지속적으로 개발을 진행할 예정

(2018~2022 ) ³²⁾

으로 다수의 일자리 창출이 예상 자유학기 년 제 연구( )

➂

□ 자유학기 개념

한 학기 또는 두 학기 동안 학생 참여형 수업과 연계하여 과정 중심의 평가를 실시하고 학생의 소, 질 및 적성을 키울 수 있는 다양한 체험 활동을 운영하는 교육과정(2018 자유학년 및 연계학기 운영 가이드 교육부 한국교육개발원, , , 2018)

31) 신상우 황진영, (2018). 4차 산업혁명과 항공우주산업 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집. . Vol.2018. No.1 32) 과학기술정책연구원(2018). STEPI INSIGHT

□ 자유학기제 및 자유학년제 특성

 자유학기제는 학교 수업운영을 토론 실습 등 학생 참여형으로 개선하고 진로탐색 활동 등, 다양한 체험 활동이 가능하도록 교육과정을 유연하게 운영하는 제도로써 꿈과 끼를 살려주‘ 는 행복 교육 을 기본 지표로 하여 과도한 경쟁과 입시위주의 교육에서 학생들이 중학교 한’ 학기 동안만이라도 중간 기말고사 등 시험부담에서 벗어나 자신의 꿈과 끼를 찾는 진로탐색· 기회를 가져야 한다는 취지에서 마련된 정책임³³⁾

 자유학년제는 중학교 과정 중 한 학기 또는 한 학년 동안 학생들이 시험의 부담에서 벗어 나 기존의 강의식 수업이 아닌 진로체험 토론 등과 같은 자기 주도적 체험 활동을 활용하, 여 학생들의 꿈과 재능을 찾는 것을 지원하는 교육제도임³⁴⁾

□ 교육부(2017)가 발표한 중학교 자유학년제 목적과 방향 교육부( , 2017/송은솔, 2019) 목적

▪

 첫째 학생들 자신이 적성과 미래에 대해 탐색하고 설계하는 경험을 통해 스스로의 꿈과 끼, 를 찾아 지속적인 자기성찰 및 발전 계기를 제공

 둘째 지식과 경쟁 중심의 교육을 자기주도 학습능력 인성 창의성 등과 같은 미래의 핵심, , , 역량 함양이 가능한 교육으로 전환

 셋째 학교 구성원 간의 신뢰 형성과 협력 성취 경험 및 적극적 참여를 통해 학생과 교원, , , 학부모 모두가 만족하는 행복교육을 실현

방향

▪

 학교 교육과정의 자율성을 높이고 학생 중심으로 된 교육과정 운영으로 자신의 꿈과 재능 을 탐색할 수 있는 교육과정 운영

 자유학년제를 중심으로 초등학교 진로인색 중학교 진로탐색 고등학교 진로 준비 및 설계 로( )- ( )- ( ) 연결되는 진로교육의 연계를 활성화

 주제선택 활동 예술체육활동 동아리 활동 진로탐색 활동 등 다양한 자유학기 활동 활성, , , ‘ ’ 화

□ 자유학년의 내실화를 위한 자유학기 활동 편성 운영 기본 방향

 미래핵심역량을 길러주고 능동적 자기주도적 학습 경험을 제공할 수 있는 프로그램 구성에· 중점

 학교 여건 및 학생의 흥미와 관심을 고려한 다양한 프로그램 편성

 프로그램 개설을 위해 사전 수요조사를 진행하여 학생 희망을 최대한 반영

 학교교육 목표 및 여건을 고려하여 자유학년제 운영학교는 연간 최소 221시간 이상 편성

 자유학기에는 수업 및 평과 혁신과 함께 네 가지 자유학기 활동인 주제선택활동 예술체육‘ , 활동 동아리활동 진로탐색 활동 영역을 균형 있게 운영, , ’ ³⁵⁾

33)홍지혜(2015).자유학기제의 효율적인 운영을 위한 청소년 진로탐색 미술교육 방안 석사논문 숙명여자대학교 교육대학원. . 34)송은솔(2018).중학교 자유학년제를 활용한 미술관 연계 교육프로그램 활용 방안 연구 석사논문 단국대학교 교육대학원. . 35)김아람 김아미, (2018).혁신학교인 중학교를 통해 본 자유학년제 운영 특징에 대한 사례 연구 교육문화연구K . . Vol.24. No.5

그림 자유학기 활동 운영 모형

[ 4-5] ‘ ’

□ 자유학기 활동 특성 주제선택 활동 모형

▪

 학생에 중심을 맞추어 흥미와 관심을 반영한 체계적 심층적 프로그램 운영으로 학습동기 유· 발과 전문적 학습기회를 제공하고 교과와 창의적 체험활동 중 자율 활동의 창의 주제 활동 인 주제탐구 소집단 공동연구 자유연구 프로젝트 학습과 관련된 활동을 개설부분을 활용, , , 하고 연계하여 운영 또한 범교과 학습 주제 활동은 교과 또는 직업 체험 활동 등과 연계하. 여 운영함

 주제선택 활동의 목표는 학생의 흥미와 관심사를 고려한 프로그램을 개발하고 운영함으로 써 학생들의 자율적인 학습동기 유발

예술 체육 중점 모형·

▪

 예술 체육 중점 모형은 다양한 문화 예술 체육 활동 기회를 제공하여 경쟁교육 대신 소질과· · · 잠재력을 끌어내는 인성 및 심미적 감각 함양을 위한 프로젝트형 교육 프로그램으로 지역 사회와 연계하여 교육지원청 단위의 학교예술교육협의체 및 전문 예술 강사 등 지역의 다 양한 인적 물적 자원 활동 지속을 활성화하는 방향으로 진행할 수 있음

 예술체육활동 영역은 예술 체육 관련 다양한 직업세계를 탐색하고 미래 사회에서 예술 체육· · 의 중요성을 인식할 수 있는 기회를 제공하며 자기 주도적인 활동을 할 수 있는 양질의 예 술교육 프로그램을 제공하도록 하는 것에 목적이 있음³⁶⁾

동아리활동 중점 모형

▪

 동아리활동 중점 모형은 학생들 간의 공통 관심사를 기반으로 운영하여 학생의 자율성을 최대한 보장하고 자치능력 및 문제해결력 함양을 지원해주는 활동으로 기존 교육과정인 교, 과 및 학교스포츠 클럽 활동 등과 연계 가능하며 다양한 자원을 활용할 수 있도록 메이커

36)우예빈(2017).자유학기제를 위한 미술 관련 직업 탐색 미술활동 프로그램 개발 연구 석사논문 경희대학교 교육대학원. .