인공지능을 융합한 과학 수업이 중학생들의 인공지능에 대한 태도 및 데이터 리터러시 역량에 미치는 효과

Abstract

인공지능은 4차 산업혁명 시대의 주요 기술 중 하나로써 사회의 각 분야에 활용되고 있다. 학생들은 미래에 이러한 인공지능을 삶 속에서 다양하게 활용하게 될 것이다. 따라서 학생들에게는 인공지능을 다양하게 접해보고 활용해보는 경험이 필요하다. 이러한 경험은 인공지능과 타 교과를 융합하여 학습하는 과정에서 충분히 제공될 수 있다. 이에 본 연구에서는 인공지능 융합 과학 수업을 설계하여 중학생들에게 적용한 후, 학생들의 인공지능에 대한 태도와 데이터 리터러시 역량에 미치는 효과를 탐색하고자 하였다. 본 연구에는 서울에 위치한 S중학교 3학년 학생 58명이 참여하였으며 정규 과학 수업시간 10차시에 걸쳐 진행되었다. 수업은 중학교 3학년 과학 “별과 우주” 단원과 관련하여 ACTUA가 제시한 인공지능에 대한 빅 아이디어 6가지(자료, 인식, 표현 및 추론, 학습, 자연스러운 상호작용, 사회적 영향)를 고려하여 설계되었다. 참여 학생들은 수업 전과 후에 인공지능에 대한 태도와 데이터 리터러시 역량을 측정하는 검사지에 응답하였다. 또한, 연구에 참여한 학생들 중 7명의 학생들을 선정하여 인공지능 융합 과학 수업을 통해 인공지능에 대한 태도와 데이터를 처리하는 능력이 어떻게 변화하였는지 면담을 통해 알아보았다. 연구 결과, 인공지능 융합 과학 수업을 수강한 학생들의 인공지능 기술에 대한 태도가 통계적으로 유의미하게 향상되었다(p<.001). 인공지능 기술에 대한 태도를 구성하는 다섯 가지 영역(인공지능 기술 관련 직업 포부, 인공지능 기술에 대한 흥미, 인공지능 기술의 지루함, 인공지능 기술의 결과) 중 인공지능 기술의 결과 영역에서 통계적으로 유의한 향상을 확인할 수 있었으며(p<.050), 효과 크기는 작았다(d=0.282). 데이터 리터러시 역량 또한 통계적으로 유의한 향상을 확인할 수 있었고(p<.001), 효과 크기는 컸다(d>0.8). 데이터 리터러시 역량을 구성하는 다섯 가지의 영역(데이터 이해, 데이터 수집, 데이터 해석 및 평가, 데이터 관리, 데이터 활용)에서 데이터 활용을 제외한 모든 영역에서 통계적으로 유의미한 변화가 관찰되었고(p<.001) 효과 크기는 보통 이상이었다(d>0.5). 데이터 활용 또한 다른 영역보다는 뚜렷하지 않지만 통계적으로 유의한 향상을 확인할 수 있었다(p<.050).;Artificial intelligence is one of the main technologies in the era of the Fourth Industrial Revolution and is being used in various fields of society. As artificial intelligence can be used in a variety of ways in a modern society full of data, students who will use artificial intelligence in their lives need experience in accessing and using artificial intelligence in various ways. This experience can be sufficiently provided in the process of learning by combining artificial intelligence and other subjects. Therefore, this study attempted to explore the effect of students' attitudes toward artificial intelligence technology and data literacy capabilities after designing and applying artificial intelligence convergence science classes to middle school students. fifty eight 9th graders in S middle school located in Seoul participated in this study, and it was conducted over 10 regular science classes. Classes are designed to include six big ideas(i.e. data, perception, representation and reasoning, learning, natural interaction, and social impact) for artificial intelligence presented by ACTUA in relation to the third-year middle school science "Star and Space" unit. Students responded to test papers measuring attitudes toward artificial intelligence and data literacy capabilities before and after class. In addition, 7 students who participated in the study were selected to find out how their attitudes toward artificial intelligence and their ability to process data changed through artificial intelligence convergence science classes. As a result of the study, students' attitudes toward artificial intelligence technology in artificial intelligence convergence science classes improved statistically significantly (p<.001). Among the five areas that make up the attitude toward artificial intelligence technology(i.e. technological career aspirations, interest in technology, technology is tedious, consequences of technology, technology is difficult), statistically significant improvement was confirmed(p<.050), and Cohen’s effect size was small(d=0.282). Data literacy capabilities were also statistically significant improvements(p<.001), and Cohen’s effect size was large(d>0.8). Statistically significant changes were observed in all areas except using data in five total areas(i.e. understanding data, finding and/or obtaining data, reading, interpreting and evaluating data, managing data, using data) that make up data literacy capabilities(p<.001). Cohen’s effect size was greater than medium(d>0.5). Using data was shown not quite pronounced as other areas, but statistically significant improvements were confirmed(p<.050).