인공지능을 주제로 한 과학탐구실험 교과 내 ‘첨단과학탐구’ 단원 수업 프로그램의 개발 및 적용

• 영문명: Development and Application of the ‘Advanced Science Research’ Section Class Program in the Science Inquiry Experiment on the Subject of Artificial Intelligence
• 발행기관: 학습자중심교과교육학회
• 저자명: 허희정(Heo, Heejung) 천재순(Chun, Jaesun)
• 간행물 정보: 『학습자중심교과교육연구』제22권 8호, 173~190쪽, 전체 18쪽
• 주제분류: 사회과학 > 교육학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2022.04.30

국문 초록

목적 본 연구는 고등학교 과학탐구실험 교과의 ‘첨단과학탐구’ 단원에 적용 가능한 인공지능을 주제로 한 수업프로그램을 개발하고 적용하여 과학과 핵심역량 설문과 면담을 통해 프로그램의 효과성을 확인하는 것을 목적으로 한다. 방법 최근 3년간의 뉴스분석을 통해 첨단과학탐구 단원에 적용 가능한 주제로 인공지능을 선정하였고, 총 5차시의 교수-학습 지도안을 개발하였다. 개발된 프로그램의 효과성을 확인하기 위해 단일군 사전, 사후 과학과 핵심역량 평가설문을 실시하였고, SPSS 28.0을 이용하여 기술통계, 대응표본 t-검정, 독립표본 t-검정, 공분산분석을 실시하였다. 또, 수업만족도는 5점 리커드 척도로 설문조사를 실시하였으며 면담을 통해 정량적인 분석을 보완하였다. 결과 개발된 프로그램을 고등학교 1학년 학생들 160명에게 적용한 후 사전, 사후 설문지에 모두 참여한 학생 103명을 대상으로 수업의 효과성 분석을 하였다. 과학과 핵심역량을 대응표본 t-검정 한 결과 과학과 핵심역량 전체와 하위 영역 모두에서 사전, 사후 검사 간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 또, 공통교과로서의 효과성 분석을 위해 사전에 코딩 관련 프로그래밍을 접해 본 학생들과 접해 보지 못했던 학생들 간 독립표본 t-검정을 시행한 결과 과학과 핵심역량은 유의미한 차이를 보였으나 사전검사를 공변량으로 처리하고 공분산분석을 실시한 사후검사의 결과에서 프로그램이 두 집단의 과학과 핵심역량에 미치는 효과는 통계적으로 차이가 없었다. 즉, 개발된 프로그램은 코딩 관련 사전 지식이 있는 학생들에게만 유의미한 효과를 나타낸 것이 아니라 사전 지식이 없는 학생들에게도 유의미한 효과를 나타내었다. 따라서 본 프로그램은 선택 교육과정 진입 전 형평성을 제공해주는 공통교과의 기능을 해 주었다는 데에 의의가 있다. 또, 개발된 프로그램의 수업만족도는 4.39점으로 높게 나타났다. 결론 개발된 인공지능을 주제로 한 수업 프로그램은 과학과 핵심역량 및 수업 만족도 향상에 효과적이었다. 실생활에서 문제 상황을 찾고 인공지능을 활용하여 해결하기 위한 방안을 모색하는 활동을 통해 학생들의 과학과 핵심역량이 유의미하게 상승되었다. 따라서 본 수업은 고등학교 과학탐구실험 교과 중 ‘첨단과학탐구’ 단원의 수업 프로그램으로 활용될 수 있으며 해당 단원에서의 탐구활동이 다른 단원에 비해 부족했다고 평가되었던 선행연구 결과를 보완할 수 있을 것이다. 앞으로도 과학과 핵심역량을 향상시킬 수 있으면서 동시에 미래 지향적인 교육을 가능하게 하는 첨단 과학 탐구 단원에서의 과학탐구실험 프로그램 개발이 꾸준히 이어지길 기대한다.

영문 초록

Objectives The purpose of this study is to develop and apply a class program on the subject of artificial intelligence(AI) that can be applied to the ‘Advanced Science Research’ section of the high school science laboratory experiment course, and to confirm the effectiveness of the program through the questionnaire of the science core competencies and interview. Methods Through news analysis of the last three years, AI was selected as a topic applicable to the ‘Advanced Science Research’ section, and a total of five-period teaching-learning plan was developed. To confirm the effectiveness of the developed program, the evaluation questionnaire of the science core competencies was conducted before and after the application of the program, and the paired sample t-test was conducted, and descriptive statistics, paired-sample t-test, independent sample t-test, and covariance analysis were performed using SPSS 28.0. In addition, a survey was conducted with a 5-point Likeard scale for class satisfaction, and quantitative analysis was supplemented through interviews. Results After applying the developed program to 160 first-year high school students, the effectiveness of classes was analyzed for 103 students who participated in both the pre-test and the post-test in the questionnaires. As a result of the paired sample t-test for science core competencies, there was a statistically significant difference between the pre-test and the post-test in both total science core competencies and their sub-domains. In addition, in order to analyze the effectiveness as a common subject, an independent sample t-test was conducted between students who had previously encountered coding-related programming and those who had not encountered it. There was no statistical difference in the effect of the program on the science core competencies of the two groups in the results of the post-test using covariance analysis. That is, the developed program showed a significant effect not only on students with prior knowledge of coding, but also on students without prior knowledge. Therefore, this program is meaningful in that it served as a common subject that provides equity before entering the optional curriculum. In addition, the class satisfaction of the developed program was high at 4.39 points. Conclusions The developed AI-theme class program was effective in improving science core competencies and class satisfaction. Through the activities of finding problem situations in real life and finding ways to solve them using AI, the students science core competencies were significantly increased. Therefore, this class can be used as a class program for the ‘Advanced Science Research’ section among high school science laboratory experiment course, and it will be able to supplement the results of previous research, which was evaluated as lacking in inquiry activities in that unit compared to other units. It is hoped that the development of science research and experiment programs in the ‘Advanced Science Research’ section will be continued to improve science core competencies while at the same time enabling future-oriented education.

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 연구 방법

Ⅲ. 결과 및 논의

Ⅳ. 결론 및 제언

참고문헌

키워드

인공지능 과학탐구실험 첨단과학탐구 과학과 핵심역량 고등학교 1학년 artificial intelligence science laboratory experiment course advanced science inquiry section science core competencies first year high school students