표제지 1
요약 4
목차 9
I. 서론 20
1. 연구의 필요성 및 목적 20
2. 연구의 내용 22
3. 연구의 방법 23
II. 5~6학년 수학 콘텐츠 개발 방안 25
1. 학습 데이터 분석 25
가. 연구 방법 25
나. 연구 결과 27
2. 학습 콘텐츠 개발 방향 82
가. 1~4학년 학습 콘텐츠 분석 82
나. 1~4학년과 5~6학년 학습 콘텐츠의 연계 및 차별화 방안 89
3. 평가 문항 개발 방안 115
가. 차시평가 개발 방안 및 문항 예시 115
나. 단원평가 개발 방안 및 문항 예시 117
다. 맞춤형평가(수시평가) 개발 방안 및 문항 예시 119
4. 요약 및 정리 123
III. 5~6학년 수학 인공지능 알고리즘 개발 126
1. AI 알고리즘의 성능 비교 126
가. 기능별 보완점 126
나. 데이터 및 문제 정의 127
다. 실험 결과 128
2. 예측 및 문제 풀이 분석 AI 알고리즘 모델 개발 131
가. 구조 131
나. 예측 134
다. 문제 풀이 분석 136
3. 추천 AI 알고리즘 모델 개발 139
가. 구조 139
나. 데이터 및 문제 정의 141
다. 실험 결과 141
4. 수학 표현 손글씨 인식 AI 알고리즘 모델 개발 150
가. 구조 150
나. 데이터 및 문제 정의 151
다. 실험 결과 153
5. 요약 및 정리 156
IV. 인공지능(AI) 활용 초등수학수업 지원시스템 개선 방안 159
1. 요구 분석 개요 159
가. 설문 응답자 현황 159
나. 설문 분석 방법 160
2. 이용 현황 및 만족도 161
가. '똑똑! 수학탐험대' 활용 경험 161
나. '똑똑! 수학탐험대'의 만족도 165
다. 수학 교육에 미치는 영향 170
라. '똑똑! 수학탐험대'의 유용성 176
3. 개선 사항 및 활용 방안 180
가. 개선 사항의 적용 시기 181
나. 기타 의견 183
4. 시사점 184
V. 결론 및 제언 187
참고 문헌 190
부록 191
부록 1 : 인공지능(AI) 활용 초등수학수업 지원시스템 개선을 위한 설문 조사 192
부록 2 : 인공지능(AI) 활용 초등 수학 수업 지원시스템 개선을 위한 설문 결과 199
부록 3 : 5~6학년 단원평가 문항별 정답률 및 표본표준편차 분석 결과 223
부록 4 : 5~6학년 단원평가 수준별 정답률 분석 결과 227
부록 5 : 인공지능 알고리즘 실험 환경 233
부록 6 : 5~6학년군 수학 평가 문항(별책)[내용없음] 10
연구에 도움을 주신 분 234
판권기 235
뒷표지 236
〈표 I-1〉 인공지능 시대 교육정책방향과 핵심과제 20
〈표 II-1〉 6학년 1학기 5단원 '더 알아보기' 2, 4번 문항의 정답률 62
〈표 II-2〉 6학년 1학기 6단원 '얼마나 알고 있나요' 7번 문항의 정답률 67
〈표 II-3〉 6학년 2학기 2단원 '얼마나 알고 있나요' 2번 문항,... 77
〈표 II-4〉 6학년 2학기 2단원 '다시 알아보기' 5번 문항, '더... 78
〈표 II-5〉 '똑똑! 수학탐험대' 자유활동 개발 현황 83
〈표 II-6〉 [5학년 1학기] 주요 오류 유형 90
〈표 II-7〉 [5학년 2학기] 주요 오류 유형 91
〈표 II-8〉 [6학년 1학기] 주요 오류 유형 92
〈표 II-9〉 [6학년 2학기] 주요 오류 유형 94
〈표 III-1〉 1~4학년 기능별 보완점 127
〈표 III-2〉 실험에 사용된 데이터 128
〈표 III-3〉 1-1-1-2 성능 비교 129
〈표 III-4〉 2-1-2-2 성능 비교 130
〈표 IV-1〉 설문 내용 159
〈표 IV-2〉 설문 응답자 현황 160
〈표 IV-3〉 수학 교육 활동 경험 161
〈표 IV-4〉 '똑똑! 수학탐험대' 활용 경험 162
〈표 IV-5〉 '똑똑! 수학탐험대' 미활용 이유 162
〈표 IV-6〉 '똑똑! 수학탐험대' 활용 빈도 163
〈표 IV-7〉 '똑똑! 수학탐험대' 활용 빈도(배경 변인별) 163
〈표 IV-8〉 '똑똑! 수학탐험대' 활용 시간 164
〈표 IV-9〉 '똑똑! 수학탐험대' 활용 시간(배경 변인별) 164
〈표 IV-10〉 학교 일과 중 '똑똑! 수학탐험대' 활용 시간대 165
〈표 IV-11〉 '똑똑! 수학탐험대' 활용 목적 165
〈표 IV-12〉 기능별 만족도 평균(배경 변인별) 166
〈표 IV-13〉 교과활동 만족도 166
〈표 IV-14〉 교과활동 만족도 평균(배경 변인별) 167
〈표 IV-15〉 교구 만족도 167
〈표 IV-16〉 교구 만족도 평균(배경 변인별) 167
〈표 IV-17〉 자유활동 만족도 168
〈표 IV-18〉 자유활동 만족도 평균(배경 변인별) 168
〈표 IV-19〉 AI추천활동 만족도 169
〈표 IV-20〉 AI추천활동 만족도 평균(배경 변인별) 169
〈표 IV-21〉 평가 만족도 169
〈표 IV-22〉 탐험활동 만족도 170
〈표 IV-23〉 활동 현황 만족도 170
〈표 IV-24〉 교과활동이 수학 교과 영역에 미치는 영향 171
〈표 IV-25〉 교과활동이 수학 교과 영역에 미치는 영향(배경 변인별) 171
〈표 IV-26〉 교과활동이 '수와 연산' 영역에 미치는 영향 171
〈표 IV-27〉 교과활동이 '수와 연산' 영역에 미치는 영항(배경 변인별) 172
〈표 IV-28〉 교과활동이 '도형' 영역에 미치는 영향 172
〈표 IV-29〉 교과활동이 '도형' 영역에 미치는 영항(배경 변인별) 173
〈표 IV-30〉 교과활동이 '측정' 영역에 미치는 영향 173
〈표 IV-31〉 교과활동이 '측정' 영역에 미치는 영향(배경 변인별) 174
〈표 IV-32〉 교과활동이 '규칙성' 영역에 미치는 영향 174
〈표 IV-33〉 교과활동이 '규칙성' 영역에 미치는 영항(배경 변인별) 174
〈표 IV-34〉 교과활동이 '자료와 가능성' 영역에 미치는 영향 175
〈표 IV-35〉 교과활동이 '자료와 가능성' 영역에 미치는 영향(배경 변인별) 175
〈표 IV-36〉 수업에 가장 유용하게 활용한 교구 176
〈표 IV-37〉 영역별 기능의 적절성(배경 변인별) 177
〈표 IV-38〉 학습 활동의 적절성(배경 변인별) 178
〈표 IV-39〉 평가 활동의 적절성(배경 변인별) 179
〈표 IV-40〉 수학탐험대의 활용이 가장 도움이 되는 성취도 집단 179
〈표 IV-41〉 첫 번째 피드백에 대한 학년군별 적용 시기 181
〈표 IV-42〉 두 번째 피드백에 대한 학년군별 적용 시기 182
〈표 IV-43〉 세 번째 피드백에 대한 학년군별 적용 시기 182
〈표 IV-44〉 네 번째 피드백에 대한 학년군별 적용 시기 183
[그림 II-1] 5학년 1학기 1단원 '얼마나 알고 있나요'의 4번 문항 28
[그림 II-2] 5학년 1학기 1단원 '다시 알아보기'의 5번 문항 28
[그림 II-3] 5학년 1학기 1단원 '더 알아보기'의 4번 문항 28
[그림 II-4] 5학년 1학기 1단원 '더 알아보기'의 5번 문항 29
[그림 II-5] 5학년 2학기 1단원 '더 알아보기'의 3번 문항 31
[그림 II-6] 5학년 1학기 2단원 '더 알아보기'의 5번 문항 31
[그림 II-7] 5학년 1학기 3단원 '더 알아보기'의 1번 문항 32
[그림 II-8] 5학년 1학기 3단원 '더 알아보기'의 5번 문항 32
[그림 II-9] 5학년 1학기 3단원 '얼마나 알고... 33
[그림 II-10] 5학년 1학기 3단원 '얼마나 알고... 33
[그림 II-11] 5학년 1학기 3단원 '얼마나 알고... 33
[그림 II-12] 5학년 1학기 4단원 '다시 알아보기'의 4번 문항 34
[그림 II-13] 5학년 1학기 4단원 '더 알아보기'의 2번 문항 34
[그림 II-14] 5학년 1학기 4단원 '더 알아보기'의 5번 문항 35
[그림 II-15] 5학년 1학기 5단원 '더 알아보기'의 5번 문항 36
[그림 II-16] 5학년 1학기 5단원 '얼마나 알고... 37
[그림 II-17] 5학년 1학기 5단원 '다시 알아보기'의 3번 문항 38
[그림 II-18] 5학년 1학기 5단원 '더 알아보기'의 2번 문항 38
[그림 II-19] 5학년 1학기 6단원 '얼마나 알고 있나요'의 5번 문항 39
[그림 II-20] 5학년 1학기 6단원 '다시 알아보기'의 4번... 40
[그림 II-21] 5학년 1학기 6단원 '얼마나 알고... 41
[그림 II-22] 5학년 1학기 6단원 '얼마나 알고... 41
[그림 II-23] 5학년 1학기 6단원 '더 알아보기'의 1번 문항 42
[그림 II-24] 5학년 2학기 1단원 '얼마나 알고 있나요'의 6번 문항 44
[그림 II-25] 5학년 2학기 1단원 '더 알아보기'의 5번 문항 44
[그림 II-26] 5학년 2학기 1단원 '다시 알아보기'의 2번 문항 45
[그림 II-27] 5학년 2학기 2단원 '얼마나 알고 있나요'의... 46
[그림 II-28] 5학년 2학기 1단원 '더 알아보기'의 2번 문항 46
[그림 II-29] 5학년 2학기 2단원 '더 알아보기'의 3번 문항 47
[그림 II-30] 5학년 2학기 2단원 '더 알아보기'의 4번 문항 47
[그림 II-31] 5학년 2학기 3단원 '얼마나 알고 있나요'의 5, 6번 문항 49
[그림 II-32] 5학년 2학기 3단원 '더 알아보기'의 2번 문항 49
[그림 II-33] 5학년 2학기 3단원 '얼마나 알고 있나요'의 4번 문항 50
[그림 II-34] 5학년 2학기 3단원 '얼마나 알고 있나요'의... 51
[그림 II-35] 5학년 2학기 3단원 '더 알아보기'의 4번 문항 51
[그림 II-36] 6학년 1학기 1단원 '더 알아보기'의 2번 문항 52
[그림 II-37] 6학년 1학기 1단원 '더 알아보기'의 5번 문항 52
[그림 II-38] 6학년 1학기 1단원 '얼마나 알고 있나요'의... 53
[그림 II-39] 6학년 1학기 1단원 '더 알아보기'의... 54
[그림 II-40] 6학년 1학기 2단원 '다시 알아보기'의... 55
[그림 II-41] 6학년 1학기 2단원 '더 알아보기'의 2번 문항 56
[그림 II-42] 6학년 1학기 2단원 '얼마나 알고 있나요'의 5번 문항 56
[그림 II-43] 6학년 1학기 3단원 '더 알아보기'의 3번 문항 57
[그림 II-44] 6학년 1학기 3단원 '얼마나 알고... 58
[그림 II-45] 6학년 1학기 3단원 '얼마나 알고 있나요'의... 58
[그림 II-46] 6학년 1학기 3단원 '더 알아보기'의... 59
[그림 II-47] 6학년 1학기 4단원 '얼마나 알고 있나요'의 5번... 60
[그림 II-48] 6학년 1학기 4단원 '더 알아보기'의 6번 문항 60
[그림 II-49] 6학년 1학기 4단원 '더 알아보기'의 4번 문항 61
[그림 II-50] 6학년 1학기 4단원 '더 알아보기'의 1번 문항 62
[그림 II-51] 6학년 1학기 5단원 '더 알아보기'의 2번 문항 63
[그림 II-52] 6학년 1학기 5단원 '더 알아보기'의 4번 문항 64
[그림 II-53] 6학년 1학기 6단원 '다시 알아보기'의 3번... 65
[그림 II-54] 6학년 1학기 6단원 '다시 알아보기'의 4번... 65
[그림 II-55] 6학년 1학기 6단원 '얼마나 알고 있나요'의... 66
[그림 II-56] 6학년 1학기 6단원 '얼마나 알고 있나요'의 2번... 68
[그림 II-57] 6학년 1학기 6단원 '얼마나 알고 있나요'의 6번... 69
[그림 II-58] 6학년 1학기 6단원 '얼마나 알고 있나요'의 4-1,... 70
[그림 II-59] 6학년 1학기 6단원 '더 알아보기'의 1번 문항 71
[그림 II-60] 6학년 1학기 6단원 '더 알아보기'의 4번 문항 71
[그림 II-61] 6학년 2학기 1단원 '더 알아보기'의 3번 문항 72
[그림 II-62] 6학년 2학기 1단원 '얼마나 알고 있나요'의 4번... 73
[그림 II-63] 6학년 2학기 1단원 '얼마나 알고 있나요'의 2번 문항 74
[그림 II-64] 6학년 2학기 2단원 '얼마나 알고 있나요'의 6번 문항 75
[그림 II-65] 6학년 2학기 2단원 '얼마나 알고... 76
[그림 II-66] 6학년 2학기 2단원 '다시... 76
[그림 II-67] 6학년 2학기 2단원 '더... 76
[그림 II-68] 6학년 2학기 2단원 '다시 알아보기'의... 77
[그림 II-69] 6학년 2학기 2단원 '더 알아보기'의... 78
[그림 II-70] 6학년 2학기 3단원 '다시 알아보기'의... 79
[그림 II-71] 6학년 2학기 3단원 '얼마나 알고... 80
[그림 II-72] 6학년 2학기 3단원 '더 알아보기'의 3번 문항 80
[그림 II-73] 6학년 2학기 3단원 '더 알아보기'의 2번 문항 81
[그림 II-74] 1~4학년용 '똑똑! 수학탐험대'의 구성 82
[그림 II-75] '똑똑! 수학탐험대'의 교과활동 83
[그림 II-76] '똑똑! 수학탐험대'의 자유활동 84
[그림 II-77] '똑똑! 수학탐험대'의 구출탐험, 해양탐험 84
[그림 II-78] '똑똑! 수학탐험대'의 인공지능 추천활동 85
[그림 II-79] '똑똑! 수학탐험대'의 활동현황 85
[그림 II-80] '똑똑! 수학탐험대'의 평가 86
[그림 II-81] '똑똑! 수학탐험대'의 교구 87
[그림 II-82] 분수 나라 피자 가게 장면 88
[그림 II-83] 핀셋 지원형 콘텐츠 구성에 대한 기술 자문 결과 97
[그림 II-84] 문제풀이 절차 일괄 제시형 구성 예시 98
[그림 II-85] 문제풀이 절차 일괄 제시형 구성에 대한 기술 자문 결과 99
[그림 II-86] 문제풀이 절차 순차 제시형 구성 예시 99
[그림 II-87] 문제풀이 절차 순차 제시형 구성에 대한 기술 자문 결과 100
[그림 II-88] 문제풀이 절차 연습장 저장형 구성 예시 100
[그림 II-89] 문제풀이 절차 연습장 저장형 구성에 대한 기술 자문...[원문불량;p.82] 101
[그림 II-90] 학생 선택권 확대 구성에 대한 기술 자문 결과 101
[그림 II-91] 협력적 문제해결 콘텐츠 구성에 대한 기술 자문 결과 102
[그림 II-92] 쌓기나무 교구 아이디어 예시 109
[그림 II-93] 전개도 교구 아이디어 예시 111
[그림 II-94] 대칭 교구 아이디어 예시 112
[그림 II-95] 비율그래프 교구 아이디어 예시 113
[그림 II-96] 기존 분수 막대 교구 개선 방안 예시 114
[그림 II-97] 기존 모눈종이 교구 개선 방안 예시[원문불량;p.95] 114
[그림 II-98] 차시평가 예시 117
[그림 II-99] 맞춤형평가 초안과 현장 적용 후 수정안 예시 121
[그림 II-100] 맞춤형평가 초안과 현장 적용 후 수정안 예시 122
[그림 III-1] Inception-Transformer 개념도 132
[그림 III-2] Inception Block 개념도 133
[그림 III-3] Inception Transformer 1학년 1학기 이력으로 2학기 예측 134
[그림 III-4] Inception Transformer 2학년 1학기 이력으로 2학기 예측 135
[그림 III-5] XGBoost 1학년 1학기 이력으로 2학기 예측 135
[그림 III-6] XGBoost 2학년 1학기 이력으로 2학기 예측 136
[그림 III-7] Self-Attention Map 137
[그림 III-8] Attention Map 138
[그림 III-9] 학습 경로 추천 모델 140
[그림 III-10] Decision Transformer 구조도 141
[그림 III-11] Decision-Transformer Reward 142
[그림 III-12] DQN Reward 143
[그림 III-13] Estimation Table(init [0, 0, 0, 0]) 144
[그림 III-14] R, S, A Attention Map(init [0, 0, 0, 0]) 145
[그림 III-15] Estimation Table(init [0, 0, 0, 1]) 146
[그림 III-16] R, S, A Attention Map(init [0, 0, 0, 1])[그림없음] 18
[그림 III-17] Inference Service 147
[그림 III-18] State 예측 148
[그림 III-19] 학습 과정에서 상태의 예측 오차 148
[그림 III-20] 보상(Return-To-Go) 예측 149
[그림 III-21] 학습 과정에서 보상(Return-To-Go)의 예측 오차 149
[그림 III-22] Image to Text 구조도 151
[그림 III-23] AI-Hub의 공개 데이터 세트 151
[그림 III-24] 데이터 세트의 원천 데이터(이미지) 152
[그림 III-25] 데이터 세트의 라벨링 데이터(Json) 152
[그림 III-26] 입력 이미지 내의 손글씨 153
[그림 III-27] 모델의 인식 결과 153
[그림 III-28] 입력 이미지 내의 손글씨 154
[그림 III-29] 모델의 인식 결과 154
[그림 III-30] 입력 이미지 내의 손글씨 154
[그림 III-31] 모델의 인식 결과 155
[그림 III-32] 입력 이미지 내의 손글씨 155
[그림 III-33] 모델의 인식 결과 155
[그림 III-34] 입력 이미지 내의 손글씨 156
[그림 III-35] 모델의 인식 결과 156
[그림 III-36] 학습 과정에서 Reward의 예측 오차 158
[그림 IV-1] 기능별 만족도 166
[그림 IV-2] 영역별 기능의 적절성 177
[그림 IV-3] 학습 활동의 적절성 178
[그림 IV-4] 평가 활동의 적절성 179
[그림 IV-5] 수학수업지원시스템의 개선 사항 180