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AI 프로젝트 수업에서 프로그래밍 언어 활용 수준 및 프로젝트 흥미에 따른 AI에 대한 태도 및 효능감 변화
Changes in attitudes and efficacy of AI learners according to the level of programming skill and project interest in AI project 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.24 no.4, 2020년, pp.391 - 400  

한정윤 (KAIST 과학영재교육연구원)

초록
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인공지능4차 산업혁명 시대의 핵심 기술로 주목받는 가운데, 인공지능에 대한 기본적인 소양을 길러주기 위한 교육의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 초·중등학생을 위한 프로젝트 기반의 AI 교육 프로그램을 개발하여 적용하고 그 효과를 분석하였다. 본 연구에 참여한 학생들은 3인 1조로 편성되어 2박 3일 일정의 프로젝트 학습을 수행하였으며, 이 과정에서 자신이 원하는 문제를 선택하고 인공지능 기술을 활용해 이를 해결하는 구체적인 산출물을 제작하였다. AI 프로젝트 수업의 효과를 알아보기 위해 활동 전후 학습자의 인공지능에 대한 태도와 효능감의 변화를 분석하였다. 분석 결과, AI 프로젝트 수업 이후 인공지능에 대한 태도와 효능감 모두에서 통계적으로 유의미한 수준의 긍정적인 변화가 확인되었다. 이러한 변화는 인지된 프로그래밍 언어 활용 수준이 높을수록, 프로젝트 학습에 대한 흥미 수준이 높을수록 더욱 뚜렷하게 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

While artificial intelligence (AI) is attracting attention as a core technology in the era of the 4th industrial revolution, needs for artificial intelligence education to cultivate AI literacy is emerging. In this regard, we developed and applied a project-based AI education program for elementary ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 연구문제 2와 관련하여, 학습자들이 인식한 프로그래밍 언어 활용 수준에 따라 인공지능에 대한 태도 변화가 어떠한지 살펴보았다. 먼저, 자신의 프로그래밍 언어 활용 수준이 높다고 인식한 학습자 집단에서는 인공지능에 대한 태도의 모든 영역인 흥미(t=2.
  • 연구문제 3과 관련하여, 학습자가 AI 프로젝트 학습에 대해 느낀 흥미 정도에 따라 프로젝트 학습 사전 · 사후에 측정된 학습자의 인공지능에 대한 태도 변화가 어떠한지 살펴보았다.
  • 이러한 노력의 일환으로 본 연구에서는 2박 3일 일정의 프로젝트 학습 기반 AI 교육 프로그램을 개발하여 55명의 초 · 중학생을 대상으로 적용하였으며, 적용한 교육 프로그램의 효과를 인공지능에 대한 태도와 효능감 측면에서 분석하였다.
  • 이를 위해 본 연구에서는 2박 3일간의 AI 프로젝트 수업에 자발적으로 참여한 55명의 초·중학생을 대상으로 자신이 관심이 있는 생활 주변의 문제를 선택하고 AI 기술을 이용해 이를 해결하는 최종 결과물을 산출하도록 하였다.
  • 이처럼 세계적으로 K-12 학생들을 위한 보편적인 인공지능 교육의 필요성이 강조되는 가운데, 본 연구에서는 초·중등 학생을 위한 프로젝트 학습을 개발·적용하고, 이후 교육적 효과를 파악하고자 하였다.

가설 설정

  • 2) 학습자의 인식된 프로그래밍 언어 활용 수준에 따라 인공지능에 대한 태도 및 효능감 변화에 차이가 있는가?
  • 3) 학습자의 인공지능 프로젝트 흥미 수준에 따라 인공지능에 대한 태도 및 효능감 변화에 차이가 있는가?
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
프로젝트 학습이란 무엇인가? 프로젝트 학습(project-based learning)은 학습자가 실제적 문제해결 과정을 경험하도록 그들 스스로 문제를 정의하고 이를 해결하기 위한 계획을 수립하며 이를 직접 실행해가도록 하는 방식의 교수ㆍ학습 방법이다[23]. 프로젝트 학습에서 학습자들은 학습의 주도권을 갖고 학습의 구체적인 내용과 방향, 깊이를 능동적으로 선택하며[4], 최종적으로 그들이 선택한 문제를 해결하는 구체적이고 가시적인 산출물을 만들어낸다는 특징이 있다[2]
인공지능이란 용어는 언제 처음 사용되었는가? 인공지능이란 용어는 1956년 열린 다트머스 회의 (Dartmouth conference)에서 존 매카시(John McCarthy)에 처음 사용되었다. 이후 인공지능 기술은 두 차례의 암흑기를 겪으며 발전과 침체를 거듭하다, 최근 향상된 컴퓨터 계산 능력, 사물인터넷(IoT) 기술 등에 의한 데이터 크기의 기하급수적 증가, 합성곱 신경망(CNN)이나 적대적 생성 신경망(GAN)과 같은 새로운 기계 학습(machine learning) 알고리즘 개발 등의 요인에 의해 급속도로 성장하였다.
프로젝트 학습 과정의 각 단계는 어떻게 이루어지는가? 프로젝트 학습 과정은 문제해결을 위한 최종 산출물을 정해진 기간 내에 완성하는 것을 중심으로 구성되며, 크게 1) 프로젝트 수행에 필요한 제반 사항을 갖추기 위한 준비 단계, 2) 주제를 정하고 문제해결 과정을 실행하는 전개 단계, 그리고 3) 최종 결과물을 작성하고 발표 및 평가를 하는 마무리 단계로 구분해볼 수 있다[9]. 먼저 준비 단계는 프로젝트 수행을 위한 제반 사항을 갖추는 단계로, 이 단계에서 학생들은 프로젝트를 함께 수행할 팀을 구성하고 학습 주제와 관련된 내용을 이해하며 필요한 자료를 탐색한다. 다음으로 전개 단계에서 학생들은 해결하고자 하는 문제를 구체적으로 정의하고 이를 해결하는데 필요한 자료를 탐색하며 문제해결을 위한 아이디어를 공유한다. 이때 학생들은 지속적인 협력과 상호작용을 통해 서로의 아이디어를 직접 구현하고 보완하며 최종적인 결과물을 만들어가게 된다. 마지막 마무리 단계에서는 최종 결과물을 요약·발표하며 각 팀의 결과물을 공유한다. 이때 학생들은 서로의 결과물을 평가하고 자신의 결과물을 성찰하는 시간을 가진다. 이러한 프로젝트 학습의 전체 과정은 학습 주제와 맥락의 특성에 따라 짧게는 며칠에서 길게는 몇 달까지 지속될 수 있다.
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참고문헌 (23)

  1. Bell, S. (2010). Project-based Learning for the 21st Century: Skills for the Future. Journal of Educational Strategies, 83(2), 39-43. 

  2. Blumenfeld, P. C., Soloway, E., Marx, R. W., Krajcik, J. S., Guzdial, M., & Palincsar, A. (1991). Motivating Project-based Learning: Sustaining the Doing, Supporting the Learning. Educational Psychologist, 26(3), 369?398. 

  3. Cha, H., & Kim, M. (2020). Effectiveness Analysis of Prototyping-Fidelity Levels on Creative Problem-Solving Projects in Software Education: Focused on perceived academic self-efficacy and problem-solving skills. Journal of Learner-Centered Curriculum and Instruction, 20(3), 689-711. 

  4. Helle, L., Tynjala, P., & Olkinuora, E. (2006). Project-Based Learning in Post-Secondary Education Theory, Practice and Rubber Sling Shots. Higher education, 51(2), 287-314. 

  5. Kim, J. S., & Kwon G. Y. (2019, February 15). China Publishes AI Textbook for Elementary School after Middle and High School. Retrived From https://www.yeosijae.org/posts/575 

  6. Kim, K. (2014). Measuring and applying the self-efficacy in computer programming education. Journal of The Korean Association of Information Education, 18(1), 111-120. 

  7. Kim, S. H., Kim, S. H., Lee, M. J., & Kim, H. C. (2020). Review on Artificial Intelligence Education for K-12 Students and Teachers. The Korean Association of Computer Education, 23(4), 1-11. 

  8. Kim, S. I., Kim, J. S., Kang, S. J., Kim, T. Y., & Yoon, J. H. (2019) Development and Application of Middle School Students Maker Education Program using Arduino based on Design Thinking, The Journal of Korean Industrial Education Association, 44(1), 162-189. 

  9. Kim, S. L., Park, S. H., Kang, & M. S. (2010). Study in Project Instruction of UCC in Elementary Social Education: in History Unit of 6th Grade. Journal of Education Innovation Research, 20(2), 19-46. 

  10. Kim, Y. M. (2019). Artificial Intelligence (AI) Manpower Training Policies and Implications in Major Countries. Health Industry Brief, 276, 1-20. 

  11. Kim, Y. S. (2019). Global Trends of AI Talent Development Policy in Major Countries. Monthly Software Oriented Society, 143, 29-36. 

  12. Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity (2019). 2019 AI Convergence Education Policy Book. Seoul: Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity. 

  13. Kroper, M., Fay, D., Lindberg, T., & Meinel, C. (2010). Interrelations between Motivation, Creativity and Emotions in Design Thinking Processes - An Empirical Study Based on Regulatory Focus Theory. Proceedings of the 1st International Conference on Design Creativity ICDC 2010 (pp. 97-104). 

  14. Lee, C. S. (2013). Korean Students's Attitude Scale Towards Robot. Journal of Korean Practical Arts Education, 19(2), 151-168. 

  15. Lee, H., Lee, H., Sung, J., Jung, S. W., Kim, S., & Kim, S. (2016). A study on surveying the actual conditions and evaluating the effectiveness of SW education in elementary and secondary schools. Seoul: Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity. Retrieved on August, 26, 2017. 

  16. Lee, S. H. (2020). Analyzing the Effects of Artificial Intelligence (AI) Education Program based on Design Thinking Process. The Korean Association of Computer Education, 23(4), 49-59. 

  17. Lee, Y. (2019). An Analysis of the Influence of Block-type Programming Language-Based Artificial Intelligence Education on the Learner's Attitude in Artificial Intelligence. Journal of The Korean Association of Information Education, 23(2), 189-196. 

  18. Ministry of Science and Technology Information and Communication (2019, December 17). Artificial Intelligence (AI) National Strategy Presentation. Retrived From http://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId156366736 

  19. Ryu, M., & Han, S. (2019). AI Education Programs for Deep-Learning Concepts. Journal of The Korean Association of Information Education, 23(6), 583-590. 

  20. Touretzky, D., Gardner-McCune, C., Martin, F., & Seehorn, D. (2019). Envisioning AI for K-12: What Should Every Child Know about AI? Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence, 33, 9795-9799. 

  21. Vazhayil, A., Shetty, R., Bhavani, R. R., & Akshay, N. (2019). Focusing on Teacher Education to Introduce AI in Schools: Perspectives and Illustrative Findings. Proceedings - IEEE 10th International Conference on Technology for Education, T4E 2019, 71-77. https://doi.org/10.1109/T4E.2019.00021 

  22. Wong, G., Ma, X., Dillenbourg, p., & Huan, J. (2020). Broadening Artificial Intelligence Education in K-12: Where to Start? ACM Inroads, 11(1), 20-29. 

  23. Wurdinger, S. D., Haar, J., Hugg, B., & Bezon, J. (2007). A Qualitative Study using Project based Learning in a Mainstream Middle School. Improving Schools, 10(2), 150-61. 

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