• 중학교 수학 교과를 기반으로 한 AI융합교육의 필요성과 효과에 대한 연구는 최근 교육 분야에서 큰 관심을 받고 있음. 인공지능(AI)의 빠른 발전과 이에 따른 사회적 변화는 교육 현장에서도 혁신적인 접근을 요구하고 있음. 이러한 상황은 중학생들의 AI와 수학을 연계하여 학습할 수 있는 AI융합교육에 주목하게 만듦
• AI융합교육 프로그램은 학생들이 단순히 수학의 이론적 지식을 습득하는 것을 넘어 실생활 문제를 해결하는 데 필요한 능력을 습득하고, 더 나아가 미래 사회에 필요 역량인 창의성과 협업 능력을 함양하는 데 중점을 둠
• 본 연구는 중학교 수학 교과에 AI융합교육을 접목하여 개발한 프로그램의 효과를 분석하여, 향후 교육 적용 방안에 대한 시사점을 제시하고자 함

연구의 필요성과 배경

• AI융합교육은 AI에 대한 개념적 학습과 교과 학습에서의 AI 활용을 통합한 교육으로, 학생들에게 AI의 개념과 원리를 익히게 할 뿐만 아니라, AI를 활용하여 습득한 지식을 실생활 문제 해결에 적용할 수 있는 능력을 길러줌
• 수학은 AI의 기초가 되는 학문으로, AI의 원리와 알고리즘의 이해, 설계, 분석, 평가하는데 중요한 역할을 함. 또한 수학은 AI의 적용 대상이 되는 학문으로, AI를 활용하여 수학의 다양한 주제와 문제를 탐구하고 해결할 수 있음
• 2022년 개정 교육과정에서는 디지털화가 진행되는 사회의 변화, 전염병의 확산, 기후 변화와 같은 다양한 위기 상황에 대처하고 이를 극복할 수 있는 능력을 학생들이 함양할 수 있도록 하는 교육 체제의 변화를 목표로 AI 교육의 필요성을 강조하고 있음

AI융합교육 프로그램의 개발과 적용

• ADDIE 모델을 기반으로 중학교 수학 교과에 AI와 환경 문제를 융합한 8차시 교육 프로그램을 개발함. 학생들은 기후 변화 데이터를 통해 산점도 그래프와 상관관계 분석 작업을 수행하고, AI 예측 모델을 활용해 미래 기온을 예측하는 활동을 진행함. 프로그램 후반부에서는 팀 프로젝트로 탄소 중립을 돕는 AI프로그램을 설계해 보는 활동으로 문제 해결 능력과 협업 능력을 기를 수 있도록 함
• 이 프로그램은 경기도 A 중학교 3학년 98명의 중학생을 대상으로 진행되었으며, 사전-사후검사를 통해 교육의 효과를 확인함. 수학 교과에 대한 정의적 특성, 컴퓨팅 사고력, 환경에 대한 태도, AI에 대한 역량과 관심을 측정함

연구 결과 및 효과 분석

• 프로그램 효과의 정량적 분석 결과, 수학 교과에 대한 정의적 특성 영역에서 가치와 흥미가 사후 점수가 사전보다 높았으며, 그 차이가 유의한 것으로 나타남(p <.05)
• 컴퓨팅 사고력에서는 창의성, 알고리즘적 사고, 협력, 비판적 사고력, 문제 해결 요소에서 사후 점수가 사전보다 높고, 그 차이가 유의한 것으로 나타남(p <.05)
• 환경에 대하나 태도 영역에서 또한 사후 점수가 사전 점수보다 높으며 유의한 것으로 나타났으며(p <.05), AI에 대한 역량과 관심 또한 동일 결과를 보임. 이를 통해 AI융합수업의 긍정적 효과를 확인함
• 프로그램 효과의 정성적 분석을 위해 교육이 종료된 후 소감을 분석함. 워드클라우드 기법으로 테스트마이닝을 한 결과 인공지능, 재미, 수학, 환경, 프로젝트, 시간, 흥미, 신기, 활동, 유익 등의 주요어들이 자주 언급됨. 이로 학생들이 프로그램 내용을 잘 이해하고 있음을 알 수 있으며 학생들이 본 프로그램 참여 경험에 대해 긍정적임을 알 수 있음

연구의 시사점과 향후 방향

• 이 연구는 중학교 수학에서의 AI융합교육이 학생들의 수학적 지식, AI 이해도 및 컴퓨팅 사고력에 미치는 긍정적 영향을 확인함으로 AI융합교육의 가능성을 높이 평가함
• AI와 수학의 융합이 수학 교육에 새로운 가치를 부여하고, 학생들이 교과 지식을 실생활 문제 해결에 적용할 수 있는 능력을 함양할 수 있도록 한다는 점에서 AI융합교육의 중요성을 재확인함
• 그러므로 융합적 접근은 향후 교육 현장에서 더욱 강조될 필요가 있으며, AI융합교육을 학교 현장에 더욱 폭넓게 적용하기 위해서는 다양한 교과와 AI융합교육의 실증적 사례들이 지속적으로 있어야 함
• 또한, 학생들의 학습 배경과 개별적 학습 능력에 따라 AI 교육의 난이도를 조정하고 맞춤형 교육 프로그램을 제공할 수 있는 방안을 모색해야 함. 학생들이 AI융합교육을 통해 실생활 문제를 창의적으로 해결할 수 있도록 돕는 데에는 적절한 교육 도구와 맞춤형 콘텐츠는 필수적이며, 이를 위한 기초 연구가 더 많이 필요함을 언급함