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5E 순환학습 기반의 인공지능 챗봇 활용 수업의 효과 분석 -초등학교 3학년 '물질의 상태' 단원을 중심으로-

Analysis of the Effects of a 5E Model-Based Artificial Intelligence Chatbot-Assisted Lesson:Focusing on the ‘States of Matter’ Unit for 3rd Grade Elementary Students

양성호|이지원
한국현장과학교육학회 (The Korean Society for School Science)|2024.10|현장과학교육 (School Science Journal)|제18권 제4호|pp. 411-425|DOI 10.15737/ssj.18.4.202410.411

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인공지능Artificial Intelligence챗봇Chatbot과학적 개념과학긍정경험물질의 상태Scientific conceptLearning Experiences in ScienceStates of Matter

초록

인공지능 기술의 발전은 교육 분야에 혁신적인 변화를 가져오고 있으며, 이에 맞춰 교육 내용과 방식의 근본적 변화가 요구되고 있다. 본 연구는 생성형 인공지능 챗봇과 5E 순환학습 모형을 결합한 ‘물질의 상태’ 단원 학습 프로그램을 개발하여 초등학교 3학년 학생들에게 적용하였다. 수업의 효과를 개념검사, 과학긍정경험 검사, 학습자 및 교수자 반응 설문, 그리고 학습자 초점집단면접을 통해 확인하였다. 개발된 프로그램은 대상 학생의 과학적 개념 형성 및 과학긍정경험을 향상시키는 데 효과가 있었다. 또한, 맞춤형 학습과 자기주도적 학습을 촉진하고 수업에 대한 흥미와 즐거움을 유발하는 데 도움이 되었다. 나아가, 다양한 과학수업 모형과 인공지능 챗봇을 결합한 프로그램 개발 및 효과에 관한 후속 연구의 필요성에 대해 제언하였다.

Abstract

The advancement of artificial intelligence technology is driving transformative changes in the educational sector, necessitating fundamental shifts in both content and instructional methods. This study developed a learning program for the "States of Matter" unit by integrating a generative AI chatbot with the 5E instructional model, applying it to 3rd-grade elementary students. The effectiveness of the lesson was assessed through concept tests, positive science experience surveys, learner and instructor feedback questionnaires, and learner-focused group interviews. Results indicated that the program effectively enhanced students’ scientific concept formation and positive experiences with science. Additionally, it fostered personalized learning, promoted self-directed learning, and increased students’ interest and enjoyment in the lessons. Furthermore, this study suggests the need for further research on the development and effectiveness of programs that integrate various science instructional models with AI chatbots.

참고문헌 (39)

  1. 김성완, "웹 기반 교수-학습 자료 평가도구 개발및 타당화", 교육정보미디어연구, 10(2), pp.45~67 (2004)
  2. 디지털 기반 교육 혁신 방안, "교육부", ~ (2023)
  3. 교육과학기술부, "과학과 교육과정", 교육과학기술부 고시, 제2011-361호, ~ (2011)
  4. 나지연, "실험을 포함한 소집단 논증활동에서 나타나는 초등학교 3학년 학생들의 추론 특징", 초등과학교육, 37(1), pp.12~26 (2018)
  5. 박종향, "인공지능기술과 인공지능교사에 대한 인식 분석 : 초・중・고등학생의 관점에서", 한국교원교육연구, 34(2), pp.169~192 (2017)
  6. 박채린, "국내 초・중등 교육에서 인공지능 활용의 효과에 대한 메타분석", 석사, pp.2024
  7. 백성혜, "초등학교 3학년"물질의 상태"단원에 제시된 예의 기능별 유형 분석 및 학생들의 이해", 한국과학교육학회지, 33(7), pp.1273~1284 (2013)
  8. 신동광, "인공지능 챗봇의 영어 교육적 활용 가능성과 한계", Brain, Digital, & Learning, 9(2), pp.29~40 (2019)
  9. 신영준, "과학긍정경험 지표 검사를 위한 도구 개발 연구", 한국과학교육학회지, 37(2), pp.335~346 (2017)
  10. 신원섭, "초등과학교육에서 인공지능의 적용방안 연구", 초등과학교육, 39(1), pp.117~132 (2020)
  11. 여한나, "인공지능 기술을 적용한 생명영역 수업이 초등학생의 과학긍정경험에 미치는 영향", 생물교육, 50(4), pp.543~556 (2023)
  12. 윤은정, "학습자 중심 수업 운영의 관점에서 초중등 교사와 학생이 본 현행 과학교과서의 문제점 분석", 과학교육연구지, 39(3), pp.404~417 (2015)
  13. 이서교, "AI 분류모델 과학 교육프로그램이 초등학생의 과학 흥미에 미치는 영향", 인공지능연구 논문지, 3(3), pp.35~45 (2022)
  14. 장진아, "인공지능 챗봇 관련 국내 연구 동향 및 챗봇 활용 현황 분석 : 과학 교육에서의 활용을 위한 시사점을 중심으로", 학습자중심교과교육연구, 21(13), pp.729~743 (2021)
  15. 정영란, "학습자 중심 수업이 중학생들의 과학성취도와 과학에 대한 태도에 미치는 영향", 과학교육연구지, 34(2), pp.193~202 (2010)
  16. 조정호, "2015 개정 과학과 3-2 교사용 지도서" (2022), 비상교육
  17. 최동열, "첨단기자재를활용한 연구방법론 수업이 고등학교 영재학생들의 과학 진로지향도, 과학 흥미도에 미치는 영향", 영재와 영재교육, 18(2), pp.5~23 (2019)
  18. 학교 교육에서 의 인공지능(AI)의 개념 및 활용, "홍선주", KICE, 1~38, pp.KICE 포지션페이퍼 12(3) (2020)
  19. 홍수민, "ChatGPT의 교육적 활용에 대한 초등교사 인식 및 교육 요구도 분석", 컴퓨터교육학회 논문지, 26(4), pp.51~63 (2023)
  20. Aljanabi M, "Exploring the impact of ChatGPT: Conversational AI in education", Frontiers in Artificial Intelligence (2023)
  21. Baha T A, "The impact of educational chatbots on student learning experience", Education and Information Technologies, 29, pp.10153~10176 (2024)
  22. Chang D H, "Educational design principles of using AI chatbot that supports self-regulated learning in education : Goal setting, feedback, and personalization", Sustainability, 15(17), pp.12921~ (2023)
  23. Clark J, "Promises and pitfalls : Using an AI chatbot as a tool in 5E lesson planning", Innovations in Science Teacher Education, 8(3), pp.54~65 (2023)
  24. Clark T M, "Investigating the Use of an Artificial Intelligence Chatbot with General Chemistry Exam Questions", Journal of Chemical Education, 100(5), pp.1905~1916 (2023)
  25. Deslauriers L, "Measuring actual learning versus feeling of learning in response to being actively engaged in the classroom", Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(39), pp.19251~19257 (2019)
  26. Fawaz M, "The impact of chatbots using concept maps on correction outcomes–a case study of programming courses", Education and Information Technologies (2020)
  27. Guerra-Reyes F, "Misconceptions in the Learning of Natural Sciences : A Systematic Review", Education Sciences, 14(5), pp.497~ (2024)
  28. Gürefe N, "Investigating the impact of the AI-supported 5E(AI-s5E)instructional model on spatial ability", Behavioral Sciences, 14(8), pp.682~ (2023)
  29. Jasin J, "The implementation of chatbot-mediated immediacy for synchronous communication in an online chemistry course", Education and Information Technologies, 28(8), pp.10665~10690 (2023)
  30. Köse S, "Diagnosing Student Misconceptions : Using Drawings as a Research Method", World Applied Sciences Journal, 3(2), pp.283~293 (2008)
  31. Kuhail M A, "Interacting with educational chatbots : A systematic review", Education and Information Technologies, 28(1), pp.973~1018 (2023)
  32. Labadze L, "Role of AI chatbots in education : Systematic literature review", International Journal of Educational Technology in Higher Education, 20(1), pp.56~ (2023)
  33. Lolinco A T, "Developing a curated chatbot as an exploratory communication tool for chemistry learning", Journal of Chemical Education, 100(6), pp.229~245 (2023)
  34. Mehmetlioğlu D, "Misconceptions of elementary school students about comparing decimal numbers", Procedia-Social and Behavioral Sciences, 152, pp.569~574 (2014)
  35. Ouch S, "The Role of Students'Misconceptions in Science Teaching and Learning", AIP Conference Proceedings, 2614(1), pp.1~8 (2023)
  36. Sallam M, "The utility of ChatGPT as an example of large language models in healthcare education, research and practice: systematic review on the future perspectives and potential limitations", Healthcare, pp.1~34 (2023)
  37. Shehzad U, "A literature review examining broadening participation in upper elementary CS education", Proceedings of the 54th ACM SIGCSE Technical Symposium on Computer Science Education, 1, pp.570~576 (2023)
  38. Topal A D, "Chatbot application in a 5th grade science course", Education and Information Technologies, 26, pp.6241~6265 (2021)
  39. Wollny S, "AI-powered chatbots for education: A learning companion that is there whenever needed", Frontiers in Artificial Intelligence, 4 (2021)

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