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표제지

국문초록

목차

Ⅰ. 서론 12

1. 연구의 필요성 및 목적 12

2. 연구 문제 14

3. 연구의 제한점 14

4. 용어의 정의 15

가. 소프트웨어 교육 15

나. 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 15

다. 이미지 인식 기술 16

라. 융합인재소양 16

Ⅱ. 이론적 배경 17

1. 소프트웨어 교육 17

가. 소프트웨어 교육의 개념과 목표 17

나. 소프트웨어 교육의 내용 요소, 성취기준 19

다. 컴퓨팅사고력 20

2. 인공지능 교육 23

가. 인공지능의 발달 23

나. 인공지능 교육의 필요성과 목표 25

다. 인공지능 교육 내용 및 유형 30

라. 소프트웨어, 인공지능 연계 수업 35

3. 이미지 인식 기술 37

가. 이미지 인식 기술의 발전 37

나. 이미지 인식 기술이 적용된 체험 프로그램 39

4. 선행연구 41

Ⅲ. 연구 방법 46

1. 연구 절차 46

2. 연구 대상 47

3. 연구 설계 48

가. 연구 가설 48

나. 실험 처치 48

4. 검사 도구 50

가. 컴퓨팅사고력 50

나. 융합인재소양 51

다. 소프트웨어 교육 만족도 52

Ⅳ. 프로그램 개발 및 적용 53

1. 분석 53

가. 학습자 및 요구 분석 53

나. 교수·학습 환경 분석 57

다. 교수·학습 내용 분석 58

2. 설계 64

가. 교수·학습 목표 설정 64

나. 교수·학습 내용 설정 65

다. 교수·학습 방법 설정 66

라. 교수·학습 도구 설정 67

3. 개발 69

가. 프로그램 차시별 계획 69

나. 교수·학습 과정안 개발 71

다. 교수·학습 자료 개발 73

4. 개선 74

가. 전문가 타당도 검사 74

나. 프로그램 개선 75

5. 적용 78

가. 프로그램 적용 일정 78

나. 프로그램 적용 사례 79

Ⅴ. 연구 결과 84

1. 컴퓨팅사고력에 미치는 영향 84

가. 사전 검사 결과 84

나. 사후 검사 결과 85

2. 융합인재소양에 미치는 영향 86

가. 사전 검사 결과 86

나. 사후 검사 결과 87

3. 소프트웨어 교육 만족도에 미치는 영향 90

4. 학습자 면담을 통한 분석 92

Ⅵ. 결론 및 제언 95

1. 결론 95

2. 제언 97

참고문헌 99

부록 103

부록 1. 교수·학습 과정안 103

부록 2. 교수·학습 활동지 116

부록 3. 타당도 검사지 136

ABSTRACT 137

표목차

〈표 Ⅱ-1〉 소프트웨어 교육의 내용 요소, 성취기준 19

〈표 Ⅱ-2〉 컴퓨팅사고력의 구성요소 21

〈표 Ⅱ-3〉 컴퓨팅사고력의 핵심 요소 5가지 22

〈표 Ⅱ-4〉 해외 정보교육 동향 26

〈표 Ⅱ-5〉 초·중등 학교 급별 인공지능 교육목표 30

〈표 Ⅱ-6〉 인공지능 학습요소 31

〈표 Ⅱ-7〉 인공지능 교육의 유형 33

〈표 Ⅱ-8〉 인공지능 교육의 유형 34

〈표 Ⅱ-9〉 인공지능 교육 프로그램의 수업 차시, 활용 교과 43

〈표 Ⅲ-1〉 연구 대상 47

〈표 Ⅲ-2〉 실험 처치 내용 49

〈표 Ⅲ-3〉 컴퓨팅사고력 측정 도구 문항 구성 50

〈표 Ⅲ-4〉 융합인재소양 검사 도구 문항 구성 51

〈표 Ⅲ-5〉 소프트웨어 교육 만족도 검사 도구 문항 구성 52

〈표 Ⅳ-1〉 소프트웨어 교육 경험 유무 54

〈표 Ⅳ-2〉 소프트웨어 수업에 대한 인식 54

〈표 Ⅳ-3〉 인공지능에 대한 관심 54

〈표 Ⅳ-4〉 인공지능 의미와 사례 관련 학생들의 응답 55

〈표 Ⅳ-5〉 소프트웨어, 인공지능 교육에서 배우고 싶은 내용(중복응답) 56

〈표 Ⅳ-6〉 선호하는 수업방식(중복응답) 56

〈표 Ⅳ-7〉 교수·학습 환경 분석 57

〈표 Ⅳ-8〉 2015 개정 실과 교육과정 목표 58

〈표 Ⅳ-9〉 2015 개정 실과 교육과정 교과 역량 59

〈표 Ⅳ-10〉 2015 개정 실과 교육과정의 내용 요소와 성취기준 60

〈표 Ⅳ-11〉 인공지능 교육목표 60

〈표 Ⅳ-12〉 실과 6 지도서 소프트웨어 단원 지도 계획 62

〈표 Ⅳ-13〉 이미지 인식 기술 교육 선행연구 교수·학습 내용 63

〈표 Ⅳ-14〉 프로그램의 총괄 목표와 세부 목표 64

〈표 Ⅳ-15〉 소프트웨어 교육 내용 65

〈표 Ⅳ-16〉 인공지능 이미지 인식 기술 교육 내용 65

〈표 Ⅳ-17〉 프로그램 차시별 계획 69

〈표 Ⅳ-18〉 교수·학습 과정안 72

〈표 Ⅳ-19〉 전문가 집단 구성 74

〈표 Ⅳ-20〉 전문가 타당도 검사 결과 75

〈표 Ⅳ-21〉 개선된 프로그램 차시별 계획 76

〈표 Ⅳ-22〉 실험집단 프로그램 적용 일정 78

〈표 Ⅳ-23〉 통제집단 프로그램 적용 일정 78

〈표 Ⅴ-1〉 컴퓨팅사고력 사전 검사 결과 84

〈표 Ⅴ-2〉 컴퓨팅사고력 사후 검사 결과 85

〈표 Ⅴ-3〉 융합인재소양 사전 검사 결과 86

〈표 Ⅴ-4〉 융합인재소양 사후 검사 결과 87

〈표 Ⅴ-5〉 소프트웨어 교육 만족도 사후 검사 결과 90

〈표 Ⅴ-6〉 학습자 면담 결과 92

그림목차

[그림 Ⅱ-1] 소프트웨어 교육이 추구하는 인재상 18

[그림 Ⅱ-2] 인공지능 사고력과 컴퓨팅사고력 23

[그림 Ⅱ-3] 인공지능 사회를 대비한 국가전략 25

[그림 Ⅱ-4] 인공지능 사고의 프로세스 27

[그림 Ⅱ-5] 미래 사회를 위한 AI 리터리시 28

[그림 Ⅱ-6] 인간다움과 미래다움이 공존하는 AI 교육 29

[그림 Ⅱ-7] 인공지능 교육 영역 및 내용 요소 32

[그림 Ⅱ-8] SW·AI 연계 방법 4가지 35

[그림 Ⅱ-9] 소프트웨어, 인공지능 연계 수업 단계 36

[그림 Ⅱ-10] 합성곱 신경망(MathWorks) 38

[그림 Ⅱ-11] 이미지 인식 기술을 활용한 무인 매장 amazon go(amazon) 38

[그림 Ⅱ-12] 이미지 인식의 연구영역 39

[그림 Ⅱ-13] 구글렌즈의 기능 40

[그림 Ⅱ-14] 퀵드로우, 오토드로우 시작화면 40

[그림 Ⅱ-15] 엔트리 인공지능 블록, 인공지능 모델학습 기능(엔트리) 41

[그림 Ⅲ-1] 연구 절차 46

[그림 Ⅳ-1] 초등학교 5-6학년 인공지능 교육 내용 61

[그림 Ⅳ-2] 이미지 인식 기술 기반 소프트웨어, 인공지능 연계 수업 구조 67

[그림 Ⅳ-3] 교수·학습 활동지 73

[그림 Ⅳ-4] 생활 속 사물에 인공지능 기술 적용하기(2차시) 79

[그림 Ⅳ-5] 구글렌즈 프로그램의 실행 과정 알아보기(3차시) 80

[그림 Ⅳ-6] 디지털 이미지의 표현방식 알아보기(4차시) 81

[그림 Ⅳ-7] 전자 잠금장치와 안면 인식 잠금장치 만들기(10~11차시) 81

[그림 Ⅳ-8] 인공지능의 이미지 인식 원리 이해하기(12·13차시) 82

[그림 Ⅳ-9] 도움을 주는 이미지 인식 프로그램 만들기(16·17차시) 82

[그림 Ⅳ-9] 국기 사진을 인식하여 여행 정보를 제공하는 프로그램 83

초록보기

 인공지능(AI, artificial intelligence) 소프트웨어 기술은 인간 사회를 변화시키고 미래산업을 이끌어갈 핵심기술이다. 이에 따라 정부에서는 인공지능 교육 활성화를 위한 다양한 정책을 개발하고 있지만 현재 초등학교 교육과정에서 인공지능 교육은 교과나 단원으로 편성되어있지 않아 학습이 어려운 상황이다. 초등학교 교육과정에 적용이 가능한 인공지능 수업을 만들기 위해 이 연구에서는 실과 소프트웨어 단원과 연계한 인공지능 이미지 인식 기술 교육 프로그램을 개발하고 프로그램의 효과를 확인하였다.

연구를 위해 초등학교 6학년 2개 반 50명의 학생을 연구 대상으로 실험집단과 통제집단으로 나누었다. 실험집단은 20차시의 소프트웨어 교육과 연계한 인공지능 이미지 인식 기술 교육 프로그램, 통제집단은 20차시의 실과 교과서 단원 지도 내용을 배우는 소프트웨어 교육을 적용하여 컴퓨팅사고력, 융합인재소양의 향상 정도, 소프트웨어 교육 만족도를 분석하였다. 연구 결과 실험집단이 통제집단에 비해 컴퓨팅사고력과 융합인재소양 중 융합 역량에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였고 소프트웨어 교육 만족도 검사 결과도 더 높은 것으로 나타났다. 결론적으로 본 프로그램의 개발 및 적용을 통해 인공지능 교육을 초등학교 교육과정에 적용하는 것이 가능하고 학생들의 학습 역량 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 확인하였다.

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