본 연구는 초등학교 수준에 적합한 노벨엔지니어링 기반의 인공지능 교육프로그램을 개발하기 위하여 수행하였다.
인공지능 시대에 대비한 인재를 양성하기 위하여 교육 분야에서 관련 논의가 활발하게 일어나고 있으나 구체적인 가이드라인이 불분명하고 교육 현장에서 시도된 연구 사례가 아직 많지 않다. 이에 따라 초등학교 수준에 적합하고 아동의 흥미와 관심을 반영한 초등 인공지능 교육프로그램을 개발하고자 하였다. 연구는 프로그램의 개발을 위하여 교수체제설계 모형 중 하나인 ADDIE 모형을 도입하여 연구를 수행하였다. ADDIE 모형에 근거하여 분석, 설계, 개발, 결과 분석 및 논의의 절차로 진행되었다. 분석 단계에서는 학습자 및 요구 분석, 교수·학습 내용 분석을 통해 초등 인공지능 교육프로그램의 내용 요소와 방법을 선정하였다. 설계에서는 분석 결과를 바탕으로 목표와 평가 방안을 설정, 노벨엔지니어링 교수·학습 모형 선정, 노벨엔지니어링 도서 선정 등의 작업이 이루어졌다. 개발에서는 선행 작업을 토대로 총 7회기 14차시의 프로그램에 대한 과정안, 활동지, 평가 자료를 제작하였다. 연구 결과 분석 및 논의 단계에서 개발된 프로그램을 분석하고 후속 과제를 제언하였다.
본 연구의 결과는 다음과 같다.
첫 번째, 서울 G초등학교 4학년 학생들을 대상으로 학습자 및 요구 분석을 통해 인공지능 수업에 대한 학습자의 인식과 수요를 조사하였다. 설문 분석 결과, 학습자들은 대부분 인공지능에 대해 잘 알고 있고 접해본 경험이 있으나 관심과 흥미는 높지 않은 것으로 나타났다. 그러나 인공지능에 대한 인식은 우호적인 편으로, 인공지능은 사회에 변화를 주는 것, 신나고 재밌는 것이라고 인식하였다. 인공지능 수업을 통해 배우고 싶은 것으로는 인공지능의 학습 원리와 프로그래밍 방법이 가장 많았고, 선호하는 방법은 놀이와 활동(게임, 스토리텔링) 그리고 컴퓨터 실습이었다.
둘째, 학습자 및 요구 분석과 교육과정 분석을 토대로 초등 인공지능 교육프로그램의 내용 체계와 내용 요소를 제안하였다. 이를 위해 2015 개정 실과 교육과정 내 소프트웨어 관련 내용을 분석하였다. 분석한 결과, 소프트웨어와 로봇의 개념을 이해하고 생활 속에 미친 영향을 다양한 사례를 통해 이해하려는 성취기준 요소가 많았다. 또한 프로그래밍 자체보다는 프로그래밍의 기본이 되는 절차적 사고와 문제해결력을 기르는 데에 중점을 두었다. 인공지능 수업도 이러한 소프트웨어 교육의 구성 방향을 참고하여 인공지능의 기본 개념과 사회적 영향력을 배우고, 인공지능 설계의 바탕이 되는 기본 알고리즘을 배우는 것을 내용 요소로 선정하였다. 수업 방법은 학습자의 요구와 수업 내용의 특성을 반영하여 노벨엔지니어링 수업모델을 도입하였다.
셋째, 분석한 내용을 토대로 7회기 14차시의 노벨엔지니어링 활용 초등 인공지능 교육프로그램을 설계·개발하였다. 수업 내용은 인공지능의 개념 알아보기, 학습 원리 익히기, 적용하기로 구분하였으며, 노벨엔지니어링은 수업의 핵심이 되는 인공지능의 학습 원리를 익히는 단계에서 도입하였다. 수업에서 선정한 인공지능의 학습모델은 지도학습, 비지도학습, 강화학습 3가지로, 각 학습모델별로 적합한 노벨엔지니어링 도서를 선정하여 책을 읽고 주인공의 문제에 이입하여 문제를 해결하는 과정에서 인공지능의 학습 원리를 이해하도록 구성하였다.
본 연구는 학교 현장에서 적용하고 검증하는 단계를 거치지 못하였다. 이후 추가적인 연구를 통해 프로그램의 효과성이 검증되면, 실제 초등학교의 인공지능 교육 현장에서 교육 자료로 제공할 수 있을 것이며, 차후 인공지능 교육과 관련된 후속 연구의 기초자료로 활용될 수 있다.