초등 인공지능 융합 수업이 컴퓨팅 사고력과 생태시민성에 미치는 영향

Abstract

전 세계적으로 디지털 대전환과 기후 위기 시대에 대응하여 미래 사회에 필요한 역량을 함양할 수 있는 교육에 대한 필요성이 강조되고 있다. 우리나라에서도 이를 위한 국가전략 및 교육과정을 수립하고, 일선의 학교 현장에서도 인공지능 교육과 생태전환교육을 위한 여러 노력을 하고 있다. 이에 본 연구에서는 인공지능·생태 융합 수업 프로그램을 개발 및 적용하여 인공지능 교육과 생태전환교육을 융합하여 학생들이 미래 사회에 대응할 수 있는 기본 역량을 키워주고자 한다. 본 연구는 마이크로비트를 활용한 인공지능·생태 융합 수업을 개발, 적용하여 초등학생의 컴퓨팅 사고력과 생태시민성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는 것을 목적으로 한다. 본 연구를 수행하기 위한 연구 문제는 다음과 같다. 첫째, 마이크로비트를 활용한 인공지능·생태 융합 수업이 초등학생의 컴퓨팅 사고력에 유의미한 영향을 미치는가? 둘째, 마이크로비트를 활용한 인공지능·생태 융합 수업이 초등학생의 생태시민성에 유의미한 영향을 미치는가? 본 연구의 교수·학습 과정은 총 16차시로 개발되었으며 초등학교 6학년 학생 20명을 대상으로 적용하였다. 수업은 활동 내용에 따라 연 차시로 운영하여 수업은 총 6회기로 6주 동안 운영하였다. 동일한 설문지로 컴퓨팅 사고력과 생태시민성을 사전과 사후에 측정하였다. 수집한 자료는 SPSS 28.0을 활용하여 기술통계와 대응 표본 t검정을 실시하여 분석하였다. 본 연구에서 나타난 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 마이크로비트를 활용한 인공지능·생태 융합 수업이 초등학생의 컴퓨팅 사고력에 유의미한 영향을 미친다. 컴퓨팅 사고력의 구성 요인인 분석 능력, 모델링 능력, 구현 능력, 일반화 능력 네 가지 모두에 걸쳐 발전이 있었다. 둘째, 마이크로비트를 활용한 인공지능·생태 융합 수업이 초등학생의 생태시민성에 유의미한 영향을 미친다. 생태시민성을 구성하는 책임, 정의, 지속가능성, 참여 요인 모두 전반적으로 성장하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 도출한 시사점은 다음과 같다. 첫째, 학교 교육과정에서 인공지능·생태 융합 수업의 확대가 필요하다. 교육과정에 인공지능 교육과 생태전환교육에 대한 명시적 언급이 필요하다. 더불어 두 영역의 교육이 모두 시대와 환경의 변화에 발맞추어 미래 사회에 필요한 역량을 기르는 분야이므로 인공지능 교육과 생태전환교육을 융합하여 진행할 수 있는 교육과정 내용의 확대가 필요하다. 둘째, 인공지능·생태 융합 교육을 위한 교육 전문가의 양성이 필요하다. 현재 인공지능 융합 교육 관련 전문 교원을 양성하기 위해 교육부를 비롯하여 시·도 교육청에서는 다방면으로 노력하고 있다. 생태전환교육을 위해서도 또한 마찬가지이다. 그러나 이 두 영역 모두에 전문성을 가진 교육 전문가 양성을 위한 지원이 부족하므로, 인공지능 융합의 영역을 세분화하여 인공지능·생태 교육 전문가를 위한 제도적 지원이 필요하다. 셋째, 인공지능·생태 융합 수업을 위한 다양한 교육 자료 개발이 필요하다. 교육부와 시·도 교육청 차원에서 표준화된 인공지능·생태 융합 수업 교과서와 워크북 등의 자료를 제공하여 보급한다면 현장에서 교사들이 교과 및 창의적 체험활동 시간을 활용하여 적극적으로 할 수 있을 것이다. 이와 같은 다방면의 인적·물적 지원을 통하여 학생들을 컴퓨팅 사고력과 생태시민성을 갖춘 미래 사회에 대응할 수 있는 역량을 지닌 인재로 교육할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 연구 대상의 표본 수가 적다는 점과 단일 집단으로만 연구가 진행되었다는 점, 종속변인을 측정하는 측정 도구에 따라 연구 결과가 달라질 수 있다는 점에서 일반화에 한계가 있다. 추후 좀 더 다양한 집단을 대상으로 표본 수를 확대하여 연구를 진행하고, 표준화된 측정 도구를 개발하여 종속변인을 측정할 수 있다면 인공지능·생태 융합 수업이 초등학생의 컴퓨팅 사고력과 생태시민성에 미치는 영향에 대한 더욱 유의미한 결론이 도출될 것이다.;Around the world, the need for education that can develop the capabilities necessary for future society is being emphasized in response to the era of digital transformation and climate crisis. In Korea, a national strategy and curriculum have been established for this purpose, and various efforts are being made to provide artificial intelligence education and ecological transition education at schools. Accordingly, this study develops and applies an artificial intelligence·ecology convergence class program to integrate artificial intelligence education and ecological transition education to develop students' basic capabilities to respond to the future society. The purpose of this study is to develop and apply an artificial intelligence·ecology convergence class using the micro:bit to find out how it affects elementary school students' computational thinking skills and ecological citizenship. The research questions to carry out this study are as follows. First, does artificial intelligence·ecology convergence class using the micro:bit have a significant impact on elementary school students' computational thinking skills? Second, does artificial intelligence·ecology convergence class using the micro:bit have a significant impact on the ecological citizenship of elementary school students? The teaching and learning process in this study was developed over a total of 16 sessions and was applied to 20 6th grade elementary school students. Classes were run annually depending on the content of the activity, and the classes were held for a total of 6 sessions for 6 weeks. Computational thinking ability and ecological citizenship were measured before and after using the same questionnaire. The collected data were analyzed using descriptive statistics and paired-sample t-tests using SPSS 28.0. The main results from this study are as follows. First, artificial intelligence·ecology convergence classes using the micro:bit have a significant impact on elementary school students' computational thinking skills. There has been progress across all four components of computational thinking: analytical ability, modeling ability, implementation ability, and generalization ability. Second, artificial intelligence·ecology convergence classes using the micro:bit have a significant impact on the ecological citizenship of elementary school students. Responsibility, justice, sustainability, and participation factors that constitute ecological citizenship have all grown overall. The implications derived based on the results of this study are as follows. First, there is a need to expand artificial intelligence and ecology convergence classes in the school curriculum. Artificial intelligence education and ecological transition education need to be explicitly mentioned in the curriculum. In addition, since both areas of education are fields that cultivate capabilities necessary for future society in line with changes in the times and environment, it is necessary to expand the content of the curriculum that can be conducted by combining artificial intelligence education and ecological transition education. Second, it is necessary to train educational experts for artificial intelligence and ecology convergence education. Currently, the Ministry of Education and city and provincial offices of education are making efforts in various fields to train professional teachers related to artificial intelligence convergence education. The same goes for ecological transition education. However, because there is a lack of support for training educational experts with expertise in both of these areas, institutional support for artificial intelligence and ecology education experts is needed by subdividing the area of artificial intelligence convergence. Third, it is necessary to develop various educational materials for artificial intelligence and ecology convergence classes. If the Ministry of Education and city/provincial offices of education provide and distribute materials such as standardized artificial intelligence·ecology convergence class textbooks and workbooks, teachers in the field will be able to actively utilize their time in subjects and creative experiential activities. Through such diverse human and material support, it is expected that we will be able to educate students as talented individuals with the ability to respond to a future society equipped with computational thinking skills and ecological citizenship. This study has limitations in generalization in that the sample size of the study subjects is small, the study was conducted with only a single group, and the research results may vary depending on the measurement tool used to measure the dependent variable. If the study can be conducted by expanding the sample size targeting more diverse groups in the future and measuring dependent variables by developing standardized measurement tools, the impact of artificial intelligence·ecology convergence classes on elementary school students' computational thinking skills and ecological citizenship can be investigated. More meaningful conclusions will be drawn.