과학 교육에서 인공지능의 활용 방안 제안 : 과학 탐구 활동을 중심으로

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 급변하는 과학 기술의 발전에 따른 교육 환경 변화를 인식하고, 과학 교육에서 인공지능 기술 활용 방안을 탐구하고자 하였다. 과학 교육에서 인공 지능 활용에 대한 특징과 한계를 분석한 결과, 과학 학 습 목표 달성을 위해 학생들이 새로운 기술을 통해 인 공지능을 직접 구현하거나 활용하는 것에 대한 연구 사례가 많았으나, 아직 인공지능의 활용이 보조적 차 원에 머물러 있고, 중등 과학 교육에서 인공지능의 활 용도가 상대적으로 낮으며, 인공지능의 결과를 과학적 개념이나 원리와 연계하기 어렵다는 점을 파악하였다. 이에 본 연구는 중등 과학 교육에서 인공지능 기술 활 용의 한계를 극복하기 위한 방안으로 설명 가능한 인 공지능(XAI)을 포함한 과학 탐구 활동을 제안하였다. 제안된 활동은 중등 과학 교실에서 학생들이 능동적으 로 인공지능을 활용하면서 과학적 문제해결력을 함양 할 수 있는 환경을 제공하고, 더불어 디지털 교육 환경 변화에 대한 적응력을 향상시킬 수 있다는 점에서 의 의가 있다. 이러한 시도가 과학 교육의 효과성을 제고 하기 위한 다양한 인공지능 기술 활용 방안이 개발되 는 계기가 될 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study explores the application of artificial intelligence (AI) technology in science education, recognizing the changing educational environment due to rapid technological advancement. Analysis of AI applications in science education revealed that while numerous studies focused on students directly implementing and utilizing AI technologies to achieve science learning objectives, several limitations were identified: AI usage remains largely supportive, its application in secondary science education is relatively limited, and there are difficulties in connecting AI outcomes with scientific concepts and principles. To address these limitations in secondary science education, this study proposes science inquiry activities incorporating explainable AI (XAI). The proposed activities provide an environment where secondary school students can actively utilize AI while developing scientific problem-solving skills and enhance their adaptability to digital educational environments. This research carries significance in offering a framework for active AI engagement in science classrooms. It is anticipated that this initiative will catalyze the development of diverse AI technology applications aimed at enhancing the effectiveness of science education.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 교육 분야에서의 인공지능 활용과 특징
• 1. 교육 분야에서의 인공지능 활용
• 2. 인공지능 활용에 나타난 특징 및 한계
• Ⅲ. 설명 가능한 인공지능
• 1. 설명 가능한 인공지능
• 2. 설명 가능한 인공지능 구현을 위한 방법
• Ⅳ. 설명 가능한 인공지능의 활용
• Ⅴ. 결론 및 제언
• 국문요약
• References