[논문]텍스트 마이닝을 이용한 초·중등 교사의 SW·AI 교육에 대한 인식 연구

정미현; 한옥영; 김갑수; 신승기; 김재현

doi:10.7472/jksii.2023.24.6.57

텍스트 마이닝을 이용한 초·중등 교사의 SW·AI 교육에 대한 인식 연구
A Study on the Perceptions of SW·AI Education for Elementary and Secondary School Teachers Using Text Mining 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.24 no.6, 2023년, pp.57 - 64

정미현 (College of Liberal Arts, CHA University) , 한옥영 (University College, Sungkyunkwan University) , 김갑수 (Department of Computer Education, Seoul National University of Education) , 신승기 (Department of Computer Education, Seoul National University of Education) , 김재현 (Department of Computer Education, Sungkyunkwan University)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 초·중등 학생들의 기본소양을 갖추기 위한 SW·AI 교육의 중요성과 담당 교과에서 SW·AI 융합 또는 활용 교육의 필요성에 대한 초·중등 교사들의 인식을 분석하기 위하여 판단표집 표본추출 방법으로 전국의 초·중등 교사 830명을 연구대상으로 선정하여 설문 자료를 수집, 분석하였다. 분석 결과, 초·중등 교사 모두 SW·AI 교육의 중요성과 필요성을 학교 특성, 지역, 교육 경력, SW·AI 교육 운영 경험 여부와 상관없이 매우 높게 인식하고 있었다. 그럼에도 불구하고 SW·AI 교육을 운영하지 못하는 사유로는 업무부담과 본인의 교육 역량 부족이 높게 나타났다. SW·AI 교육 운영을 위한 필요 여건에 대한 의견을 분석한 결과에서도 업무량 경감과 예산 지원, 교사 역량 강화를 위한 교사연수, 콘텐츠 보급, 교과 연계 수업 확대, 시수 확보 등이 중요한 영향 요인으로 제시되어 다각적 수업 지원과 교사 역량 강화 프로그램에 대한 높은 수요를 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed the perceptions of elementary and secondary school teachers regarding the importance of SW/AI education in fostering students' fundamental knowledge and the necessity of integrating SW/AI into education. A total of 830 elementary and secondary school teachers were selected as study subjects using the judgment sampling method. The analysis of survey data revealed that elementary and secondary teachers exhibited a strong awareness of the importance and necessity of SW/AI education, irrespective of school characteristics, region, educational experience, or prior involvement in SW and AI education. Nevertheless, the primary reasons for not implementing SW/AI education were identified as excessive workload and a lack of pedagogical expertise. An analysis of opinions on the essential conditions for implementing SW/AI education revealed that workload reduction, budget support, teacher training to enhance teacher competency, content distribution, expansion of subject-linked courses, and dedicated instructional time allocation were the major influencing factors. These findings indicate a significant demand for comprehensive instructional support and teacher capacity-building programs.

주제어

표/그림 (10)

표 (표 1) SW 교육과 AI 교육의 비교 (관계부처합동, 2020) (Table 1) Comparison of SW education and AI education (Interagency Report, 2020)
표 (표 2) 설문의 내용과 문항 구성 (Table 2) Survey content and question composition
표 (표 3) 인구통계학적 특성 (Table 3) Demographic characteristics
표 (표 4) SW·AI 교육 운영 경험 (Table 4) Experience of operating SW·AI education
표 (표 5) SW·AI 교육 운영 무경험 사유 (Table 5) Reasons for not operating SW·AI education
표 (표 6) 교급별 SW·AI 교육의 중요성과 필요성 (Table 6) The importance and necessity of SW·AI education by school levels
그림 (그림 1) 2-way 워드트리 - Top 3 (Figure 1) 2-way Word Tree - Top 3
표 (표 7) SW·AI 교육에서 교사가 인식하는 학업성취도와 학생 만족도 (Table 7) Academic achievement and student satisfaction perceived by teachers post-SW·AI education
표 (표 8) 텍스트 마이닝 분석 결과 (Top 20) (Table 8) Text mining analysis results (Top 20)
그림 (그림 2) N-gram 네트워크 그래프 (Figure 2) N-gram Network Graph

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 연구 대상으로 전국의 초·중등 교사 1,000명 선정을 목표로 하여 연구를 진행하였으며, 텍스트 마이닝 기법을 활용하여 초·중등 교사들의 인식을 좀 더 심도 깊게 분석하여 시사점을 제시하고자 한다.
이에 본 연구에서는 초·중등 교사들을 대상으로 학생들의 기본소양을 갖추기 위한 SW·AI 교육의 중요성과 담당 교과에서의 SW·AI 융합 또는 SW·AI 활용 교육의 필요성에 대한 인식 및 SW·AI 교육의 운영을 위해 필요한 지원에 대해 초·중등 교사들의 요구를 알아보고자 한다.

제안 방법

설문 문항은 선행 연구들을 바탕으로 자체 개발한 후 전문가 집단 6명의 검토를 받아 문항 구성 단계와 문항내용 등을 수정·보완하여 구성하였다
설문 문항은 선행 연구들을 바탕으로 자체 개발한 후 전문가 집단 6명의 검토를 받아 문항 구성 단계와 문항내용 등을 수정·보완하여 구성하였다. 최종 설문 문항은 표 2와 같이 선다형, Likert 5점 척도 등의 폐쇄형 문항과 응답 내용을 심층적으로 분석하기 위한 개방형 문항으로 구성하였다.
텍스트 마이닝은 영역별 의견에 대한 데이터 정제 및 형태소 분석(빈도수, 중요도, 연결중심성, N-gram 등), 네트워크 분석 및 네트워크 시각화의 절차로 진행하였다. 중요도(TF-IDF)는 TF(단어빈도)와 IDF(문서빈도의 역수)를 곱한 값으로 산출되었으며, 연결중심성은 네트워크 안에서 단어들이 중심에 있는지를 나타내는 지표로 연결정도 중심성의 값이 클수록 네트워크에서 영향력이 높다고 해석하였다.

대상 데이터

전국의 초·중등 교사 중 판단표집 표본추출 방법으로 선정된 연구 대상 946명을 대상으로 설문을 진행하였다. 그 중 결측치가 있는 응답 및 불성실한 응답 116명(초등학교 68명, 중학교 24명, 고등학교 24명)을 제외한 유효한 응답자 수는 초등학교 520명, 중학교 166명, 고등학교 144명으로 전체 830명의 응답 데이터를 사용하였다.
본 연구 자료의 수집은 한국정보교사연합회 소속 교사 및 컴퓨터교육을 전공한 교사를 대상으로 2022년 1월 중 온라인 설문으로 진행하였다. 폐쇄형 응답 자료의 처리는 통계 프로그램 SPSS 25.
전국의 초·중등 교사 중 판단표집 표본추출 방법으로 선정된 연구 대상 946명을 대상으로 설문을 진행하였다

데이터처리

교급에 따라 기본소양을 갖추기 위한 SW·AI 교육의 중요성과 담당 교과에서 SW·AI 융합 또는 활용 교육의 필요성에 대한 평균이 유의한 차이를 보이는지 검증하고자 일원배치 분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였다
빈도수가 높은 각 단어를 중심으로 연결되는 단어들에 대해서는 2-way 워드트리로 시각화하여 구체적인 맥락에서의 관계를 탐색하였다. 그 결과 교육 콘텐츠 및 태블릿 등 교육 기자재에 대한 높은 수요와 교사의 전문성 향상을 위한 전문 강사로부터의 실질적인 교사 연수에 대한 수요를 확인할 수 있었다.
본 연구 자료의 수집은 한국정보교사연합회 소속 교사 및 컴퓨터교육을 전공한 교사를 대상으로 2022년 1월 중 온라인 설문으로 진행하였다. 폐쇄형 응답 자료의 처리는 통계 프로그램 SPSS 25.0 프로그램을 활용하여 기술통계분석, 평균의 유의한 차이를 확인하기 위한 독립표본 t-검정과 일원배치 분산분석 등을 실시하였으며, 개방형 응답자료에 대해서는 질적 분석을 위해 TEXTOM 솔루션을 이용하여 텍스트 마이닝을 하였다.

이론/모형

중요도(TF-IDF)는 TF(단어빈도)와 IDF(문서빈도의 역수)를 곱한 값으로 산출되었으며, 연결중심성은 네트워크 안에서 단어들이 중심에 있는지를 나타내는 지표로 연결정도 중심성의 값이 클수록 네트워크에서 영향력이 높다고 해석하였다. N-gram은 문장 내 앞서 등장한 단어를 기반으로 이어서 등장할 적절한 단어를 예측하는 통계학 기반의 언어 모델(Statistical Language Model, SLM)로 동시출현한 빈도와 단어 위치에 따라 뱡향성을 부여하여 키워드 간 연결성을 나타낼 수 있어 네트워크 그래프 시각화를 위한 데이터로 활용하였다.

성능/효과

SW·AI 교육 운영 경험 여부에 대해 독립표본 t-검정을 실시한 결과 또한 SW·AI 교육의 중요성과 필요성 모두 유의한 차이를 보이지 않았으나 수업형태별로는 SW·AI 교육의 중요성에 대해서만 정규교과(실과, 정보)로의 운영경험이 있는 경우(M=4.57)가 없는 경우(M=4.22) 보다 통계적으로 유의하게 높았으며(t=4.696, p<.05), 외부특강(중장기)으로의 운영 경험이 있는 경우(M=4.66)가 없는 경우(M=4.30) 보다 통계적으로 유의하게 높았다(t=2.705, p<.05).
SW·AI 교육을 위한 필요 여건에 대한 의견을 분석한 결과에서도 업무량 경감과 예산 지원의 필요성, 교사 역량 강화를 위한 교사연수, 교구(학생 1인당 1교구 지급) 및 수업 자료 등의 콘텐츠 보급, 교과 연계 수업 확대, 시수 확보 등이 중요한 영향 요인으로 제시되었다.
빈도수가 높은 각 단어를 중심으로 연결되는 단어들에 대해서는 2-way 워드트리로 시각화하여 구체적인 맥락에서의 관계를 탐색하였다. 그 결과 교육 콘텐츠 및 태블릿 등 교육 기자재에 대한 높은 수요와 교사의 전문성 향상을 위한 전문 강사로부터의 실질적인 교사 연수에 대한 수요를 확인할 수 있었다. 빈도수가 100개 이상인 ‘교구’, ‘교육’, ‘교사연수’ 단어에 대한 2-way 워드트리는 그림 1과 같다.
그 결과, 표 6과 같이 SW·AI 교육의 중요성(F=10.571, p<.001)과 필요성(F=18.305, p<.001) 모두 교급에 따라 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다
다만, SW·AI 교육에서 학생들의 학업성취도와 학생만족도 간의 상관관계를 확인하기 위하여 Pearson의 상관관계 분석을 실시한 결과 SW·AI 교육에서 학생의 학업성취도와 학업만족도는 60.4% 정도의 유의한 정(+)적 상관관계(r=.604, p<0.01)가 나타났다
둘째, SW·AI 교육의 중요성과 필요성에 대한 인식을 교급별, 수업 형태별로 분석한 결과에서 통계적으로 유의미한 차이를 확인할 수 있었다
이처럼 선행연구에서는 SW와 AI 교육에 대한 인식과 효과성을 파악하고, 교육과정 개선을 위한 방안을 모색하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 교사들의 원활한 AI 교육을 위한 교육자 양성과 교육환경 개선 등 다양한 지원 및 사업들이 지속적으로 필요하다는 결과를 확인할 수 있었다. 하지만 대부분의 연구는 특정 지역이나 특정학교, 소그룹의 교사를 대상으로 하고 있거나 예비교사들을 대상으로 하고 있어 일반화의 한계점을 제시하고 있었다.
N-gram 값을 기준으로 묶은 단어쌍을 네트워크로 시각화한 N-gram 네트워크 그래프는 그림 2와 같다. 분석 결과 2-way 워드트리에서의 결과와 유사하게 스마트 교구의 보급 및 프로그램 개발, 전문 강사의 교사연수를 통한 역량 강화의 필요성, 교과 교육 시수 확보, 학교의 교육 환경 조성 등의 요구를 확인할 수 있었다.
셋째, SW·AI 교육의 중요성과 필요성을 높게 인식하고 있음에도 SW·AI 교육 운영 경험이 없는 주된 사유로는 업무 부담과 본인의 교육 역량 부족, 교육 콘텐츠의 부재가 제시되었다
이처럼 선행연구에서는 SW와 AI 교육에 대한 인식과 효과성을 파악하고, 교육과정 개선을 위한 방안을 모색하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 교사들의 원활한 AI 교육을 위한 교육자 양성과 교육환경 개선 등 다양한 지원 및 사업들이 지속적으로 필요하다는 결과를 확인할 수 있었다.
첫째, 초·중등 교사들은 학교 특성(AI교육선도학교 여부, 교육복지우선지원학교 여부), 지역, 교육 경력, SW·AI 교육 운영 경험 여부와 상관없이 초·중등 학생들의 기본 소양을 갖추기 위한 SW·AI 교육의 중요성과 SW·AI 융합 또는 활용 교육의 필요성을 매우 높게 인식하고 있었다.
초등교사보다 중등교사가 좀 더 높게 인식하고 있었는데, 이는 초등교사에 비해 중등교사가 정규교과(실과, 정보)와 중장기 외부특강과 같이 지속적인 교육형태의 운영 경험이 2배 이상 확연히 높고, 지속적인 교육형태의 운영 경험이 있는 교사의 경우 SW·AI 교육의 중요성과 필요성을 좀 더 높게 인식하고 있는 것에 기인한 것으로 판단된다.

참고문헌 (14)

Korea Foundation for the Advancement of Science and？Creativity, "A study on AI education policy for the whole？nation to provide quality AI education and learning？opportunities," Ministry of Science and ICT, Broadcasting？and Communication Policy Research Report, 2020-0-01365, 2020.
Ministry of Education, "Education Policy Direction and？Key Tasks in the Age of Artificial Intelligence,"？Interagency Report, 2020.
National Curriculum Information Center, "The 2022？Revised National Curriculum by school level of？elementary, middle, and high school," 2022.
A. Lee, "Domestic Research Trends Analysis of Software？Education," Journal of Korean Association for Educational？Information and Media, Vol.24, No.2, pp. 277-301, 2018.？http://doi.org/10.15833/KAFEIAM.24.2.277

상세보기
J. Park, J. Kim, S. kim, H. Lee, & S. Kim, "Development？of evaluation factors for SW education in elementary and？secondary schools," The Journal of Korean Association of Computer Education, Vol.20, No.6, pp. 47-59, 2017.？http://doi.org/10.32431/kace.2017.20.6.005
Wing, J. M., "Computational thinking benefits society.？40th Anniversary Blog of Social Issues in Computing,"？2014. Retrieved December. 30, 2022.？http://socialissues.cs.toronto.edu/index.html%3Fp279.html
I. Jeon, S. Kim & K. Song, "Analysis of Artificial？Intelligence Education Policy Trends and Educational？Institution's Operation Status in Korea," Proceedings of？the Korean Society of Computer Information Conference,？Vol.25, No.1, pp. 99-103, 2021.？https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeIdNODE10530798
Korea Foundation for the Advancement of Science and？Creativity, Research on Ways to Apply Artificial？Intelligence (AI) Education to Elementary and Middle？School Schools, 2022.
M. Ryu & S. Han, "The Educational Perception on？Artificial Intelligence by Elementary School Teachers,"？Journal of the Korean Association of information？Education, Vol.22, No.3, pp. 317-324, 2018.？https://doi.org/10.14352/jkaie.2018.22.3.317

원문보기 상세보기
H. Jung & C. Yang, "Effect of Activities of SSEMS on？Elementary School Teachers' SW Education Awareness,"？Journal of Studies on Schools and Teaching, Vol.6, No.1,？pp. 223-43, 2021.？http://doi.org/10.23041/jsst.2021.6.1.002
B. Ko & S. Han, "Achievements in Ai Education of？Elementary School Teachers and Awareness of AI？Education Training," Korean Association of Artificial？Intelligence Education Transaction, Vol.2, No.1, pp.？29-43, 2021.
I. Jeong, S. Shin, K. Hur, S. Park & J. Shin, "A Study？on Teachers' Recognition of the Need for for SW·AI？Education Training," Journal of The Korean Association？of Information Education, Vol.27, No.3, pp. 291-301,？2023.

원문보기 상세보기
S. Lee, "Convergence Education of Elementary School？Teachers and Pre-service Teachers," Journal of Korean？Practical Arts Education, Vol.34, No.1, pp. 1-17, 2021.
H. Kim & S. Jun, "Importance-Performance Analysis of？Tasks and Policies of Elementary School Teachers for？SW Education," The Journal of Educational Information？and Media, Vol.25, No.1, pp. 151-170, 2019.？http://dx.doi.org/10.15833/KAFEIAM.25.1.151

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증