본 연구는 로봇을 활용한 수학 융합 인공지능교육 프로그램을 개발하고 적용하여 인공지능 및 수학적 개념에 대한 학생의 이해 특성을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 초등 인공지능교육 내용 기준을 분석하여 인공지능의 개념 요소를 추출하고, 이를 효과적으로 융합할 수 있는 수학과 성취기준을 파악하였다. 특히 로봇의 움직임을 활용하기에 적합한 각도 단원과 사각형 단원을 선택하여 그 성취기준을 인공지능교육 내용 요소와 융합하기 위해 수업을 재구성함으로써 5회기(총 15차시) 분량의 프로그램을 개발하였다. 이를 초등학교 4학년 1개 학급 22명을 대상으로 5개월에 걸쳐 적용하고 적용시 드러난 학생들의 이해를 인공지능 내용 주제별로 분석한 결과, 로봇을 활용한 수학 융합 인공지능교육 프로그램은 인공지능 원리 및 수학적 개념 이해에 도움이 되는 것으로 나타났다. 또한 로봇의 활용은 실행 과정 및 결과 도출까지 일련의 절차를 시각적으로 확인하도록 함으로써 학생들의 인공지능과 수학적 이해뿐만 아니라 수업 참여도를 제고하는 것으로 확인되었다.
본 연구는 수학적 연결성 구현에 대한 초등 교사들의 인식과 실태를 살펴보고자 지역별 학교 수에 비례하여 층화 군집 표집을 실시하여 28개 학교, 567명의 교사들의 설문지를 분석하였다. 그 결과 수업에서 구현할 수학적 연결성으로 사회적 연결성에 비해 지적 연결성에 대한 인식이 높았으며, 지적 연결성 하위 내용 중에는 실생활과의 연결에 대한 인식이 높았고 실제 수업에서도 가장 많이 구현한다고 응답하였다. 연결의 방법으로는 다양한 연결을 사용하였으나 추론, 학생들의 활동 결과 반영 등의 방법에 활용도가 낮았고 지원을 필요로 하는 자원으로는 실제 수업 사례에 대한 요구가 많았다. 이러한 교사들의 인식을 바탕으로 수업에서 수학적 연결성을 구현하는 방안에 대한 시사점을 제공하고자 한다.
원격 교육에 관한 연구는 교육 공학의 일반적 관점에서 볼 때 비교적 활발히 이루어지고 있는 편이지만, 수학 교육과 관련해서는 관련 연구를 찾아보기 어렵다, 열린 교육과 관련하여 원격 교육은 기본적으로 ① 원거리 교실 모델, ② front-end 체제 설계의 두 가지 수업 유형을 고려할 수 있으며, 여기에 새로운 원격 교육 모델로서 ③ 지식 구축 모델, ④ 자료에 기초한 교육모델로 나누어 볼 수 있다. 원격 수학 학습 시스템의 구성 요소는 크게 나누어 S/W, C/W와 H/W로 구분할 수 있다. 원격 교육 시스템이 보다 높은 질의 수학 교수-학습의 효과를 거두게 하기 위하여서는 기본적인 강의를 보조하는 text는 물론 graphics, animation, video, audio 등의 복합적인 다중모드(multimode)의 정보 매체로 표현된 자료를 제공하는 multimedia를 활용하는 H/W와 S/W가 절대적으로 필요하다. 원격 교육 시스템에 멀티미디어를 적용한 실제 예를 들어보면 MIPOS, SDS의 원격 교육 시스템, 내촌 초등학교의 원격 교육 시스템, 두레 멀티미디어 응용 개발 플랫폼 등을 들 수 있다.
문제 만들기 단계와 다양한 문제 만들기 학습 자료를 사용한 문제 만들기 교수-학습 모형을 고안하여 4-가 단계 수학 수업에 적용함으로써, 이 교수-학습 모형이 학생들의 수학적 문제 해결력 및 수학적 태도에 긍정적인 효과를 주는지 알아보았다. 이를 위해 실험반은 문제 만들기 교수-학습 활동을, 비교반에는 일반적인 교수-학습 활동을 실시하는 실험 연구를 실시하였으며, 그 결과 첫째, 문제 만들기를 적용하여 교수-학습 활동을 실시한 실험반이 비교반보다 문제 해결력 향상에 있어서 유의미한 효과가 있었고, 둘째, 문제 만들기를 적용하여 교수-학습 활동을 실시한 실험반의 수학 학습 태도에 긍정적인 변화가 있었음을 알 수 있었다.
본 연구는 초등 교사교육의 현장 연계성을 강화하기 위한 방안으로서 예비교사와 현직교사의 협력을 시도하였다. 예비교사와 현직교사의 협력이 예비교사교육의 실질적인 대안으로 자리 잡기 위해서는 구체적인 사례와 효과가 제시될 필요가 있다. 이에 따라 본 연구는 현직교사와 예비교사가 협력하여 수학 수업 과제를 개발하는 사례를 구체적으로 제시하고, 그 과정에서 예비교사와 현직교사의 역할을 분석하여 협력의 가능성을 파악하였다. 연구 결과, 예비교사와 현직교사는 과제를 개발하는 과정에서 학생의 수준과 흥미를 고려하거나 수학적 내용을 고려하였다. 각 주체는 학생과 내용의 상호작용 측면을 직접적으로 고려하지는 않았지만, 각자의 역할이 서로에게 영향을 주면서 과제가 개선되는 모습을 확인할 수 있었다.
“초등학교 수학의 주된 목표는 수 감각 개발이 되어야 한다” 는 Everybody Counts (1989)의 진술에서 알 수 있듯 수 감각은 최근 그 중요성이 강조되고 있으며, 수학교육의 목표와 내용을 대표하는 용어가 되고 있다. 이는 지금까지 교실에서 이루어진 연산 중심수업에 대한 반성이고, 의미 부여 학습을 강조하는 현재 진행중인 교육과정 개혁 움직임에서 쉽게 찾아 볼 수 있다. 그러나 아직 수 감각이라는 용어에 대한 명확한 정의가 내려져 있지 않을뿐더러 그 하위 구성요소를 분류하는데도 문헌마다 서로 일치하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 문헌에 나타난 수 감각의 정의와 그 하위 구성요소들을 고찰해 보고, 아동들에게 수 감각을 길러주기 위한 수학 학습에 대해 알아본다.
디지털 기술의 발전과 함께 교육에서도 다양한 디지털 자료가 활용되고 있다. 교사가 디지털 자료를 적절히 사용하기 위해서는 먼저 해당 자료가 수업에 적합한지 판단하고 그 질을 평가할 수 있어야 한다. 본 연구는 예비교사들이 인공지능 기반 수학 수업 지원시스템인 똑똑! 수학탐험대를 어떻게 평가하는지 탐색하였다. 선행연구를 기반으로 개발된 평가틀을 바탕으로 똑똑! 수학탐험대에 대해서 콘텐츠의 질, 수학 교수, 기술 사용, 수학교육과정과의 부합성을 평가하였다. 연구결과, 예비교사들은 똑똑! 수학탐험대를 전반적으로 긍정적으로 평가하였다. 예비교사들의 평가 경향은 세 집단으로 분류되었으며, 준거별 구체적인 특징은 집단에 따라 다르게 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 수학교육에서 디지털 기술 및 인공지능 사용에 대한 예비교사의 평가 능력을 개선하기 위한 시사점을 제안하였다.
본 연구는 교사와 학생의 가치의 변화 양상을 분석하기 위해 수학학습 가치 설문지를 활용하여 15차시 수업이 진행되는 과정에서 학생들과 교사의 가치를 4차에 걸쳐 분석하였다. 그 결과 가치는 개인이 수많은 경험을 거쳐 내면화된 깊이 있는 판단 양식임에도 불구하고 수업이 진행됨에 따라 많은 변화가 나타났다. 교사는 자신이 중요하게 생각하는 가치를 무조건 강요하기 보다는 학생들이 무엇을 중요하게 생각하는지를 반영하여 자신의 목표를 수정해 나갔다. 수학적 가치의 경우, 합리주의, 객관주의, 미스터리는 교사와 학생이 서로 수렴하였고, 통제는 일관되게 유지되었으며, 개방의 경우 교사와 학생모두 상향 하였다. 수학 교육적 가치의 경우에는 이해, 즐거움, 용어, 적용의 경우 서로 수렴하였고, 성취는 일관되게 유지되었다. 또한 교사는 효과적인 수업으로 나아가기 위해 끊임없이 학생과의 가치에 대해 협상해 가면서 몇 가지 전략을 사용했다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 진정한 의미에서 학습자 중심수업으로 나아가기 위한 한 가지 방안으로 가치가 중요한 요인이 될 수 있다는 시사점을 제공하고자 하였다.
본 연구는 예비교사 교육과정 수업에 PBL을 적용하여 수업단계별로 초등예비교사들이 어떻게 문제를 해결하는지 그 과정을 탐색하고자 하였다. 이를 위하여 예비교사 3학년으로 구성된 6명의 학생들을 중심으로 교실수업을 참여관찰하고 자료를 수집하였다. 그 결과 PBL 1단계 문제 이해 단계에서는 문제 파악하기와 문제해결계획서를 작성하는 활동을 하였다. 기존 문제의 틀에서 벗어난 PBL문제를 만나고 혼란스러워 하는 모습을 보였으나 토론을 통해 문제해결계획서를 작성하면서 문제가 요구하는 것에 대한 깊은 이해를 갖게 되었다. PBL 2단계 교육과정탐색단계에서는 문제해결을 위한 탐색과정과 재탐색과정을 가졌다. 학생들은 폭넓은 지식을 접하였고 사회적 상호작용을 통해 의도하지 않았던 영역에까지 학습영역을 확대하면서 문제해결을 위해 스스로 계획하고 해결하는 자기주도적 학습능력이 향상되었다. PBL 3단계 문제해결단계에서는 최적의 해결책을 선정하고 발표, 공유하였다. 학생들은 많은 자료들 중에서 문제 해결에 가장 적절한 내용을 선별하였으며 PBL을 통해 기존의 학습방법에서는 느낄 수 없었던 학습의 특별한 즐거움을 알게 되었다.
기하학적 사고력 개발이라는 우리의 목표는 궁극적으로 보다 낮은 수준의 학생들에게 보다 높은 수준으로 나아가게 하는 경험을 주는 것이다. 학생들이 보다 높은 수준에서 추론할 수 있도록 하기 위하여 그들이 보다 낮은 수준에서 충분하고 효율적인 학습 경험을 가져야 한다는 것이다. 예를 들면 분수에서 이루어지는 것처럼 기계적인 암기식으로 사물을 학습함으로써 수준(단계)을 뛰어 넘으려고 노력하면은 그들이 학습한 것에 관한 많은 것을 기억할 수 없을 것이다. 조작에 관한 보다 풍부한 경험과 시각적으로 입체감을 주는 설명을 들은 어린이들이 보다 훌륭한 공간 추론을 할 수 있을 것이라 믿는다. 본 고에서는 기하학적인 사고의 개발에 관한 van Hiele 모델이 초등학교에서 기하 수업의 토론을 위한 기초로서 사용되어졌다. 그 모델의 수준들이 묘사되었고 일반적으로 초등학교 아동들의 사고는 0수준과 1수준이라 는 것이 밝혀졌다. 단지 극소수의 아동들이 2수준의 사고에 도달해 있을 것이다. 그러나 만약 초등학교에서의 수업이 기하학적인 개념을 구성하는데 주안점을 둔다면 보다 많은 어린이들이 2 수준의 사고를 보여줄 수 있을 것으로 생각된다. 0 수준의 어린이들은 도형의 형태에 초점이 맞추어져있고 1 수준의 어린이들은 도형의 성질을 이해하는데 에 있다. 2 수준의 사고자는 도형의 포함관계를 이해하고 비공식적으로 추론 할 수 있다. 처음 세 수준에서의 활동들에 대한 지침이 주어져 있으며 0 수준과 1수준에 연관되는 다수의 활동들을 묘사했다. 0수준의 어린이들을 위해 묘사된 활동들은 그들이 2차원 및 3차원의 도형 둘 다를 시각화하는데 도움을 주는 것이다. 1 수준에서 사고하는 학습자들을 위해 묘사된 활동들은 2차원 및 3차원 도형의 성질들을 강조했다. 아울러 본 고에서 언급한 활동들은 상호교수에의 접근을 반영했다. 그러한 접근방식은 학습자들로 하여금 그들의 활동과 의견으로부터 개념을 구성하게 해주며 그들의 활동 결과에 대해 다른 사람들과 의사소통 함으로서 개념을 명확하게 다듬어지게 해줄 수 있을 것이다. 아울러 평가 활동들이 본고의 마지막 부분에 주어져있다. 그러한 활동들은 교사들에게 어린이들의 기하학적인 사고수준을 결정하게 해주며 학습자들로 하여금 수업시간 이외에 보다 높은 사고수준으로 나아가게 해줄 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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