생성형 인공지능을 활용한 과학적 논증활동에서의 기회와 도전 = Opportunities and Challenges in Scientific Argumentation Using Generative Artificial Intelligence

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 GenAI에 기반한 논증 챗봇을 활용하는 과학적 논증활동의 기회와 도전을 탐색하였다. 그 결과 논증 챗봇은 개인화된 피드백을 통해 학생들이 논증의 증거를 구체화하고 추론을 개선하도록 돕는데 효과적이라는 것을 확인하였다. 동시에 논증 챗봇의 정확성 문제와 학습자의 특성을 고려하지 못하는 피드백의 한계 또한 확인할 수있었다. 상기 연구 결과를 바탕으로 본 연구에서 제안한 사항은GenAI를 활용하는 과학 수업을 실행하고 개선하는 데 기여할 수 있을것으로 기대한다. 다만 본 연구 맥락은 영역-일반적 특성을 탐색하는것을 목표로 하였기에 교육과정 내 특정 과학 탐구 수업을 수행하는과정에서 나타나는 영역-특이적(domain-specific) 특성을 파악하기에는 한계가 있다. 또한 제시된 논증 과제가 증거를 다루는 네 가지방식 중 증거의 해석과 통합에만 초점을 맞추었기에 증거 분석과 평가 맥락에서 나타나는 인지적⋅행동적 특성을 이해하기에 제한적이다. 따라서 향후 다양한 맥락 속에서 GenAI를 활용한 과학적 논증활동이 어떻게 수행되는지에 대한 심층적인 연구가 필요하다. 이를 통해 GenAI 기반 과학 수업의 효과를 극대화할 수 있는 구체적인 수업전략과 설계 방안을 도출할 수 있을 것으로 기대한다. 과학적 논증활동은 학생들에게 과학적 실천에 참여할 기회를 제공하는 중요한 활동이며, 최근 생성형 인공지능(GenAI)의 발전은 이를지원할 잠재적 도구로 주목받고 있다. 이에 본 연구는 GenAI를 활용한 과학적 논증활동에서 학생들이 경험하는 학습 기회와 직면하는도전을 탐색하고자 하였다. 이를 위해, GenAI 기반 교수 보조 플랫폼인 MagicSchool AI의 맞춤형 챗봇 도구를 활용하여 논증 챗봇을 개발하였고, 서울 소재 초등학교 6학년 학생 18명이 이 챗봇을 사용해공룡 멸종 원인에 대한 논증활동을 수행하였다. 연구 결과 GenAI 논증 챗봇은 개인화된 피드백을 통해 학생들이 논증의 증거를 구체화하고 추론을 개선하도록 돕는데 효과적이라는 것을 확인하였다. 동시에 논증 챗봇의 정확성 문제와 학습자의 특성을 고려하지 못하는 피드백의 한계 또한 확인할 수 있었다. 이를 바탕으로 GenAI를 활용한과학적 논증활동 수업을 운영할 때 고려해야 할 실용적인 전략을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Scientific argumentation is crucial as it provides students with opportunities to engage in scientific practices. Recently, advancements in Generative Artificial Intelligence (GenAI) have attracted attention as a potential tool to support these activities. This study aims to explore the learning opportunities and challenges that students encounter in GenAI-supported scientific argumentation. To this end, a customized argumentation chatbot was developed using MagicSchool AI, a GenAI-based instructional support platform. Eighteen sixth-grade students from an elementary school in Seoul used this chatbot to engage in argumentation regarding the causes of dinosaur extinction. The findings indicate that the GenAI argumentation chatbot effectively assisted students in refining their argumentation by providing personalized feedback that helped clarify evidence and improve reasoning. However, the study also identified limitations, including issues with the chatbot’s accuracy and its inability to consider individual student characteristics in its feedback. Based on these findings, practical strategies for implementing GenAI-supported scientific argumentation activities in the classroom are proposed.