챗GPT를 활용한 교수·학습자료 개발 연구

Abstract

본 연구는 인공지능 알고리즘에 필수로 적용되는 수학적 원리에 대한 이해를 높이고, 학습자들이 실생활에서 수학의 가치와 필요성을 인식하기 위하여 파이썬과 챗GPT를 활용한 교수·학습자료를 개발하고, 개발한 자료를 수업에 적용하는 데 그 목적이 있다. 연구목적의 달성을 위해 다음 두 가지 연구 내용을 설정하였다. _x000D_ <br>_x000D_ <br>1. 챗GPT와 파이썬을 활용한 수학과 교수·학습자료를 개발한다. _x000D_ <br>2. 챗GPT와 파이썬을 활용한 수학과 교수·학습자료를 적용하여 분석한다. _x000D_ <br>_x000D_ <br> 첫 번째 연구 내용 해결을 위해 인공지능과 코딩을 활용하여 수학 자료를 개발한 선행연구를 조사하였고, 선행연구들과 2015 개정 수학과 교 육과정을 바탕으로 학습자료의 개발 방향을 설정하였다. 인공지능의 핵심 내용 중 하나인 평균제곱오차와 경사하강법을 구체적인 교육내용으로 선정하여 실생활에서 수학의 필요성과 중요성을 알 수 있는 다양한 소재를 활용하여 학습자료를 구성하였다. 개발된 학습자료는 전문가들의 피드백을 거쳐 수정되었으며, 총 5차시에 걸친 학습으로 계획하였다. 1차시는 학생들에게 앞으로 진행될 수업의 내용 및 방향에 대한 설명과 챗GPT, 파이썬, 인공지능의 개념에 대한 간략한 소개 및 프로그램들의 기본적인 사용 방법을 익히는 활동으로 구성하였으며 2, 3차시는 챗GPT와 파이썬을 통해 평균제곱오차를 구하는 프로그램을 만드는 것, 4, 5차시는 챗GPT와 파이썬 을 이용하여 경사하강법으로 최솟값을 구하는 프로그램을 만드는 활동으로 구성하였다._x000D_ <br>_x000D_ <br> 두 번째 연구 내용 해결을 위해 총 5차시의 수업을 직접 진행하였다. 본 연구에서 개발한 교수·학습자료는 연구자가 재직하고 있는 고등학교 수학 동아리 학생들 총 10명(2학년 7명, 3학년 3명)에게 적용하였다. 수업은 총 5 차시로 진행되었고 학생 활동지, 파이썬 코드 및 실행 결과물, 설문지들을 바탕으로 학생들의 이해도와 수학 학습 정의적 태도 변화를 확인하였다. 본 연구의 자료 개발과 적용을 바탕으로 다음과 같은 결론 및 제언을 할 수 있다. 첫째, 파이썬을 활용한 수학 교수 학습을 통해 긍정적 문제 해결 태도 지향, 실생활에서 수학의 중요성 인식, 수학의 흥미도를 높이는 데 효과가 있다는 선행연구와 같이 챗GPT와 파이썬을 활용한 수업을 통해 학생 들이 수학에 대한 흥미도와 유용성에 대한 인식을 높일 수 있음을 확인하 였다. 둘째, 인공지능을 활용한 파이썬 코딩 및 수학 교육은 기존의 파이썬 활용 수학 교수 학습의 한계인 ‘코딩하는 방법만 학습’을 벗어나 학생에게 개별 피드백 제공이 가능하게 하여 학생 맞춤형 수업을 실현한다. 또한, 챗 GPT를 통해 파이썬 코드에 대한 상세한 설명, 코드 오류 수정, 헷갈리는 수학 용어 및 개념을 질문하고 학생 스스로 해결하는 과정에 맞춤형 피드백을 제공함으로써 개별화 학습의 가능성을 확인했다고 볼 수 있다. 마지막으로, 인공지능의 활용 역량 함양을 학습할 주제를 선정할 때는 수학 교육과정 중에서 인공지능과 관련된 핵심 내용을 추출해야 하고, 인공지능의 원리나 기능에 따른 주요 수학 내용을 수학과 성취기준에 비추어 결정해야 한다._x000D_ <br>_x000D_ <br> 결론에서는 새로 개발된 인공지능 수학 교과서를 중심으로 인공지능의 알고리즘을 학습할 수 있는 교육내용을 선정하여 교수·학습자료를 개발하는 후속 연구의 필요성과 인공지능 관련 학습 내용 및 학습자료의 개발, 개발된 자료의 적용 가능성 모색 그리고 효과의 질적 분석을 위해 더 많은 학생을 대상으로 한 장기적인 후속 연구, 학교급에 따른 학습 코딩과 수학 교육의 연계와 관련된 연구를 제언하는 바이다.