Development and Application of the ‘Advanced Science Research’ Section Class Program in the Science Inquiry Experiment on the Subject of Artificial Intelligence

Abstract

목적 본 연구는 고등학교 과학탐구실험 교과의 ‘첨단과학탐구’ 단원에 적용 가능한 인공지능을 주제로 한 수업프로그램을 개발하고 적용하여 과학과 핵심역량 설문과 면담을 통해 프로그램의 효과성을 확인하는 것을 목적으로 한다. 방법 최근 3년간의 뉴스분석을 통해 첨단과학탐구 단원에 적용 가능한 주제로 인공지능을 선정하였고, 총 5차시의 교수-학습 지도안을 개발하였다. 개발된 프로그램의 효과성을 확인하기 위해 단일군 사전, 사후 과학과 핵심역량 평가설문을 실시하였고, SPSS 28.0을 이용하여 기술통계, 대응표본 t-검정, 독립표본 t-검정, 공분산분석을 실시하였다. 또, 수업만족도는 5점 리커드 척도로 설문조사를 실시하였으며 면담을 통해 정량적인 분석을 보완하였다. 결과 개발된 프로그램을 고등학교 1학년 학생들 160명에게 적용한 후 사전, 사후 설문지에 모두 참여한 학생 103명을 대상으로 수업의 효과성 분석을 하였다. 과학과 핵심역량을 대응표본 t-검정 한 결과 과학과 핵심역량 전체와 하위 영역 모두에서 사전, 사후 검사 간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 또, 공통교과로서의 효과성 분석을 위해 사전에 코딩 관련 프로그래밍을 접해 본 학생들과 접해 보지 못했던 학생들 간 독립표본 t-검정을 시행한 결과 과학과 핵심역량은 유의미한 차이를 보였으나 사전검사를 공변량으로 처리하고 공분산분석을 실시한 사후검사의 결과에서 프로그램이 두 집단의 과학과 핵심역량에 미치는 효과는 통계적으로 차이가 없었다. 즉, 개발된 프로그램은 코딩 관련 사전 지식이 있는 학생들에게만 유의미한 효과를 나타낸 것이 아니라 사전 지식이 없는 학생들에게도 유의미한 효과를 나타내었다. 따라서 본 프로그램은 선택 교육과정 진입 전 형평성을 제공해주는 공통교과의 기능을 해 주었다는 데에 의의가 있다. 또, 개발된 프로그램의 수업만족도는 4.39점으로 높게 나타났다. 결론 개발된 인공지능을 주제로 한 수업 프로그램은 과학과 핵심역량 및 수업 만족도 향상에 효과적이었다. 실생활에서 문제 상황을 찾고 인공지능을 활용하여 해결하기 위한 방안을 모색하는 활동을 통해 학생들의 과학과 핵심역량이 유의미하게 상승되었다. 따라서 본 수업은 고등학교 과학탐구실험 교과 중 ‘첨단과학탐구’ 단원의 수업 프로그램으로 활용될 수 있으며 해당 단원에서의 탐구활동이 다른 단원에 비해 부족했다고 평가되었던 선행연구 결과를 보완할 수 있을 것이다. 앞으로도 과학과 핵심역량을 향상시킬 수 있으면서 동시에 미래 지향적인 교육을 가능하게 하는 첨단 과학 탐구 단원에서의 과학탐구실험 프로그램 개발이 꾸준히 이어지길 기대한다.