초등학생 대상 생성형 인공지능 활용 교육프로그램의 개발과 적용 = Development and Application of Generative AI Education Programs for Elementary School Students

국문 초록 (Abstract)

초거대 AI 혁신으로 국가적, 사회적으로 디지털 소양 및 인공지능 시대 대비가 시급해졌다. 이에 2022개정 교육과정에서 인공지능 및 디지털 소양을 강조하고 전국의 교육청에서 생성형 인공지능 활용 교육 지침을 제시하는 등 교육계에서도 생성형 인공지능 도입을 적극 지원하고 있다. 국내외 학술적 논의와 연구 결과를 통해 생성형 인공지능이 학습자에게 긍정적 영향을 미칠 수 있다는 측면이 강조되고 있지만, 부정적인 측면에 대한 우려도 적지 않다. 이에 본 연구는 생성형 인공지능 활용 교육프로그램을 개발하고 적용하여 학습 도구로서 생성형 인공지능의 역할과 영향을 확인하고, 초등학교에서 생성형 인공지능 활용 교육프로그램 설계에 대한 시사점을 제공하고자 하였다.
본 연구는 생성형 인공지능 ‘뤼튼(https://wrtn.ai/)’을 활용한 교육프로그램을 개발하고 적용하여 학생들의 경험을 실증적으로 분석한 것이다. 교육프로그램은 5학년 1개 학급 22명을 대상으로 3주 동안 총 12차시로 적용되었으며, 프로그램 적용 전·후 면담 및 수업 일지, 학생 산출물, 수업 만족도 설문 결과를 종합적으로 분석하여 결론을 도출하였다.
연구를 통해 확인된 주요 사항은 다음과 같다.
첫째, 생성형 인공지능 활용 교육프로그램에서 학생들의 질문 양상은 수업 주제 및 학생 특성에 따라 달랐다. 수업 주제에 따라 질문 유형의 분포가 달라진다는 점에서, 다양한 질문 활용을 위한 수업 설계의 중요성이 나타났다. 더불어, 학생의 수업 적극성과 학업 성취도에 따라 생성형 인공지능 활용 양상이 다르게 나타났다. 수업 적극성이 높은 학생이 생성형 인공지능에 대한 질문 구성 등 활동을 주도하였으며, 학업 성취도가 높은 학생이 부가 질문을 통해 생성형 인공지능을 효율적으로 활용하는 경향이 있었다. 이를 통해 생성형 인공지능 활용 수업에서 학생들의 적극적인 참여 독려 및 질문 전략 지도의 중요성이 확인되었다.
둘째, 생성형 인공지능 활용 교육프로그램은 학생들의 수업 만족도에 긍정적인 영향을 주었다. 수업 만족도 설문 및 면담을 통해 학생들이 생성형 인공지능 활용 수업에 대해 흥미롭고 효과적이라고 인식하고 있음을 확인하였다. 학업 성취도, 수업 참여도, 컴퓨터 활용 능력이 높은 학생의 수업 흥미도가 높게 나타났는데, 학업 성취도가 ‘하’ 수준인 학생들의 수업 흥미도가 특히 낮아 수업 주제 및 활동의 난이도 설정의 중요성을 알 수 있었다. 수업의 효과에 대해 높게 평가한 학생들은 수업 참여도가 높거나 학업 성취도가 ‘하’ 또는 ‘상’인 학생들이었다. 이는 생성형 인공지능 활용의 주도성 및 활용 전략의 차이에서 비롯된 것으로, 생성형 인공지능 활용 수업 설계의 시사점을 제시한다.
셋째, 생성형 인공지능 활용 교육프로그램은 학생들의 생성형 인공지능에 대한 긍정적이고 올바른 인식 형성에 도움을 주었다. 학생 활동지 분석 결과, 생성형 인공지능 활용 의향이 높게 나타나(95%) 학생들이 생성형 인공지능을 학습 도구로써 긍정적으로 인식하고 있음을 확인하였다. 또한, 수업 과정에서 학생들이 생성형 인공지능 활용 경험을 바탕으로 올바른 지침의 필요성을 스스로 인식하고 ‘생성형 인공지능의 올바른 사용 방법’에 대해 토의하는 양상이 관찰되었다. 사전-사후 면담 비교 결과 생성형 인공지능의 장단점 및 올바른 사용 방법에 대한 학생 응답이 구체화되었다는 점 역시 같은 결과를 보여준다.
넷째, 본 연구에서 적용한 교육프로그램은 생성형 인공지능 사용을 전제로 할 때 학생들의 학업적 자기효능감에 긍정적인 영향을 주었다. 수업 후 설문에서 ‘자신감’과 ‘과제난이도 선호’에 대한 문항의 평균이 각각 4.19와 2.81로 나타났다. 과제난이도 선호 측면의 설문 결과는 다소 낮게 측정되었으나 면담을 통해 구체걱인 응답을 분석한 결과, 생성형 인공지능 활용이 전제될 때 더 어려운 과제를 선택하겠다는 학생이 1명(4.5%)에서 13명(59.1%)으로 대폭 증가했다. 이와 같은 결과를 통해 생성형 인공지능이 학생들이 겪는 학업적 어려움을 극복하고 도전적인 과제로 나아가는 데에 도움을 주어, 학업적 자기효능감 향상으로 이어질 수 있음을 알 수 있다.
생성형 인공지능의 교육적 활용방안이 활발히 논의되고 있는 가운데, 본 연구는 초등학생 대상 생성형 인공지능 활용 교육의 경험적, 실증적 연구로서 의의가 있다. 앞으로 생성형 인공지능의 교육적 활용에 대한 다양한 논의가 이루어지기를 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Due to the revolutionary innovation of super-sized AI, there is an urgent need for digital literacy and preparation for the AI era at the national and societal levels. As a response to this imperative, the revised 2022 education curriculum places a significant emphasis on artificial intelligence (AI) and digital literacy. Recognizing the importance of staying ahead in the digital landscape, educational authorities across the nation are actively supporting the integration of generative AI into the educational system, providing guidelines for its effective use.
While both domestic and international academic discussions and research results underscore the positive impact of generative AI on learners, concerns about its potential negative aspects cannot be overlooked. In light of these considerations, this study aims to address the gap by developing and implementing an educational program that leverages generative AI. The goal is to verify the role and impact of generative AI as a learning tool and, in doing so, contribute insights into the design of generative AI education programs, particularly in the context of elementary schools.
The specific focus of this research lies in the development and application of an educational program utilizing a generative AI named 'Lutton.' Targeting a 5th-grade class comprising 22 students, the program spans three weeks with a total of 12 sessions. The study concludes by comprehensively analyzing pre- and post-program interviews, class journals, student outputs, and satisfaction survey results.
Key findings from the research reveal that patterns of students' questions in the generative AI education program varied based on the class topic and student characteristics. This underscores the importance of diverse question usage in lesson design. Additionally, students with higher class engagement tended to actively formulate questions, while those with higher academic achievement demonstrated more efficient use of generative AI through additional questions.
Moreover, the generative AI education program had a positive impact on students' satisfaction, as evidenced by surveys and interviews. Students perceived the classes as interesting and effective, with higher interest observed among those with elevated academic achievement, class participation, and computer proficiency.
Furthermore, the study highlighted that the generative AI education program facilitated the formation of positive and correct perceptions of generative AI among students. Their expressed intention to use generative AI in future classes and their understanding of the proper use of generative AI, as demonstrated in class discussions, reflect this positive impact.
Lastly, the applied education program positively influenced students' academic self-efficacy when assuming generative AI use. Post-program surveys indicated increased confidence, and interviews revealed a greater willingness among students to tackle challenging tasks when generative AI was assumed.
In conclusion, this study, through its experiential and empirical approach to generative AI education for elementary students, holds significance amid the ongoing discussions about the educational applications of generative AI. Anticipations are high for further diverse discussions on the educational use of generative AI in the future.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 · 1
• 2. 연구 문제 · 4
• 3. 연구의 제한점 5
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• 1. 생성형 인공지능의 구분 6
• 2. 생성형 인공지능 교육 10
• 3. 학업적 자기효능감 19
• 4. 학습자의 질문 유형 · 22
• Ⅲ. 연구 방법 · 27
• 1. 연구 절차 · 27
• 2. 연구 대상 · 29
• 3. 자료 수집 및 분석 방법 30
• 4. 본 연구에서 생성형 인공지능 사용 시 반영한 준수 사항 38
• Ⅳ. 생성형 인공지능 활용 교육프로그램의 개발 39
• Ⅴ. 연구 결과 48
• 1. 생성형 인공지능 활용 교육프로그램의 구성과 학생 활동 양상 · 48
• 2. 생성형 인공지능 활용 교육프로그램이 학생들에게 미치는 영향 61
• Ⅵ. 결론 및 제언 · 91
• 1. 결론 91
• 2. 제언 94
• 참고문헌 97
• ABSTRACT 105
• 부록 · 109