AI 음성인식을 활용한 과학영재교육프로그램 개발 및 적용: 빛의 합성과 삼원색
저자
발행사항
청주 : 한국교원대학교 대학원, 2022
학위논문사항
학위논문(석사) -- 한국교원대학교 대학원 , 협동과정 과학영재교육전공 , 2022. 2
발행연도
2022
작성언어
한국어
주제어
DDC
371.9535 판사항(22)
발행국(도시)
충청북도
기타서명
Development and application of science gifted education programs using AI voice recognition : Synthesis of light and three primary colors
형태사항
viii, 182 p : 삽도 ; 26 cm
일반주기명
한국교원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수 : 강성주
참고문헌 : p. 143-148
UCI식별코드
I804:43012-000000039811
소장기관
본 연구는 4차 산업혁명의 핵심 기술인 인공지능(Artificial Intelligence)을 과학영재교육에서 활용하기 위한 방안으로 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)을 기반으로 한 AI 연계 메이커 교육프로그램을 개발하였다. 이를 초·중등 과학영재학생을 대상으로 적용하고 프로그램의 특징과 효과를 검증하여 AI 연계 메이커 교육의 현장 적용가능성을 판단하였다.
문헌 연구와 교육과정 분석을 통해 빛의 합성과 삼원색 탐구활동을 수행할 수 있도록 AI 음성인식 빛의 합성 장치를 개발하였으며, 구성주의 학습이론과 uTEC 메이커 교육 모형을 적용하여 프로그램을 개발하였다. 초·중등 과학영재학생을 대상으로 수준과 내용을 달리하여 프로그램을 투입하였으며, AI 연계 메이커 교육의 특징과 효과를 분석하기 위하여 연구자의 관찰일지, 학생 활동지, 녹음·녹화 전사자료, 산출물, 인터뷰 자료를 수집하였다.
프로그램 단계별 특징, 메이커 역량 분석, 프로그램 인식조사의 다양한 관점에서 본 프로그램의 특징과 효과성을 분석하였다. 프로그램 단계별 특징 분석을 통하여 AI 연계 메이커 교육을 위해 새로이 도입한 라즈베리파이와 파이썬 프로그래밍 언어 사용에 대하여 과학영재학생들의 긍정적인 인식을 확인할 수 있었다. 과학영재학생들은 AI 음성인식 빛의 합성 장치를 사용하여 인공지능 음성인식 기술의 편리성을 과학 탐구활동 활용할 수 있음을 알게 되었다. 인공지능 기술에 대한 흥미와 이를 조작할 수 있다는 자신감은 과학개념학습에 긍정적인 영향을 주어 AI 음성인식 메이킹 산출물을 제작할 수 있었다. 이와 같은 AI 연계 메이킹 활동 과정에서 학생 간의 언어적 상호작용을 메이커 역량 모델을 분석틀로 하여 메이커 역량 발현 경향을 살펴본 결과 메이커 역량 발현에 영향을 끼치는 사전경험, 메이커 역량(능력), 주도성 요인을 추출하였다. 프로그램 인식조사 결과 과학개념학습의 성취, AI 연계 메이킹 활동의 난이도, 인공지능 기술 활용의 효과성에서 초·중등 과학영재학생들의 긍정적인 인식과 새로운 학습문화 프레임 Knowing, Making, Playing 요소가 발현되었음을 관찰할 수 있었다.
결론적으로, 본 연구에서 개발한 AI 음성인식을 활용한 과학영재교육프로그램을 통해서 과학 교과에서 인공지능 기술을 활용할 방안으로 AI 연계 메이커 교육을 제안하였다. 본 프로그램을 적용한 결과 초·중등 과학영재학생들은 인공지능 기술 활용과 과학 개념학습에 대하여 긍정적인 인식과 유의미한 성취를 나타내었다. 미래핵심역량을 갖춘 과학자를 양성하기 위하여 과학영재교육에 인공지능 기술을 활용하여야 할 필요를 재차 확인할 수 있었다. 또한 메이커 역량 발현에 영향을 끼치는 요인을 추출하여 향후 메이커 교육 프로그램 개발에 반영하도록 제안하는 바이며, AI 연계 메이커 교육 프로그램은 새로운 학습문화를 고취하며, 미래 과학기술 개발의 핵심 인력이 될 과학영재학생들에게 과학 교과에서 인공지능 기술을 활용하는 방법으로 큰 가치가 있을 것으로 기대된다.
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