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현직 교사, 인공지능 핵심 고급인재로 육성

교육의 새로운 패러다임 교과간 연계, 융합 방법 모색

새로운 시도는 항상 긍정적인 기대 못지않은 염려와 우려를 동반한다. 특히 첨단 기술을 인간 중심의 교육환경에 적용하고자 할 때 더 그러하다. 어떤 기술이 발달하든 그 기술은 결국 인간을 풍요롭게, 이롭게 하는 도구로 잘 활용될 때 비로소 그 가치를 갖는다. 인공지능 또한 예외가 아니며 그 인공지능도 결국 인간이 탄생시킨 기술이므로 그 기술이 인간을 위해 기능하고 제 역할을 할 수 있도록 인간 주도의 컨트롤 기제가 작동될 수 있도록 해야 할 것이다. 이러한 변화의 상황에 우리 과학교사들은 어떤 준비와 역할을 해야 할까? 이에 인공지능 융합교육전공 교육대학원의 교육과정 소개와 함께 인공지능을 기반으로 과학수업의 적용 사례를 제시해 보고자 한다.

 인공지능에 대한 관심이 뜨겁다. 디지털 대전환(Digital Transformation)에핵심이 되는 지능정보기술, 예컨대 IoT, Big Data, Cloud Computing, Mobile Technology, Block Chain 등의 중심에 인공지능이 있을 뿐 아니라 인공지능으로 우리 삶이 획기적으로 변화하고 있기 때문이다. 이러한 인공 지능에 대한 관심은 교육환경에서 다양한 학습자를 대상으로 적용하고자 하는 움직임으로 연결되고 있다. 이때에도 모든 학습자를 대상으로 인공지능 자체를 가르쳐야 할 지, 아니면 이미 성숙된 인공지능을 활용하는 방법에 초점을 두어 학습 프로그램을 확장해 나가야 하는 것인지 그적용방법에 대한 다양한 견해가 있고 이해관계자들간에 이견이 존재하는것 또한 사실이다. 다만 인공지능의 태생이 교육을 위한 목적은 아니므로 이를 교육환경에 접목하고자 할 때 유념해야 할 사항도 있을 것이다.

인공지능 융합교육을 시작하며

 인공지능이 교육에 적용되면 어떤 변화가 일어나게 될까? 우리는 그동안 새로운 기술이 교육현장에 도입될 때마다 새로운 아이디어, 즉 혁신이 확산되는 전 과정을 거치며 교육의 이기로 자리매김한 기술이 있는가하면 큰 변화 없이 사라져가는, 한 때의 유행처럼 사라져간 시도도 상당히 있었음을 기억한다. 따라서 인공지능이 교육의 맥락에서 유용한 기능을 하기 위해서는 교육적 목적에 따른 인공지능의 조작적 개념화, 인공지능이 교육에 필요한 이유, 인공지능에 대한 교육과 인공지능을 활용하는 교육의 차이에 따른 적용 방법의 차별화, 인공지능 기반 다양한 콘텐츠의 양과 질, 교수자들의 준비등에 대한 깊이있는 논의와 정책적 지원이 동시에 고려될 필요가 있다.

 융합교육은 미국이 교육의 새로운 접근으로 2000년대 초반 과학, 기술, 공학, 수학의 네 과목을 토대로 한 STEM(Science, Tech nology, Engineering, Mathema tics)을 강조하면서 관심을 갖게 되었고 우리나라는 이에 예술의 영역을 포함하여 STEAM으로 자리매김해 나가고 있다. 미국은 학문간 융합의 중요성을 강조하면서 2007년 ‘미국경 쟁력 강화법(America Competes Act)’, 2015년의‘STEM 교육 법안(STEM Edu cation Act of 2015)’등을 제정하며 융합교육을 위한 다양한 준비를 정책적으로 지원하고 있고, 유럽, 일본, 중국 등도 디지털 역량 기반 교과별 융합적 접근을 강조하며 미래 사회를 준비하는 지원을 강화해 나가고 있다.

 기존의 교육과정에서 지향해 왔던 다양한 교육의 목표와 내용, 방법, 평가 등을 혁 신하는 접근인 융합교육이 교육의 새로운 트렌드를 형성해 나가면서 인공지능 융합 교육도 기존의 개별 교과 중심의 교육을 뛰어 넘어 교과간 연계, 융합의 방법을 모색하고 이 과정에 인공지능을 어떻게 접목할 수 있을지를 찾아나가야 할 것이다.

 인공지능 융합교육에 대한 정의는 매우 다양할 수 있겠으나 인공지능 기술의 발달과 교육에의 적용 가능성을 확대해 나감에 따라 통상 기존의 융합교육에 인공지능을 활용하거나, 인공지능을 교육 내용이나 방법에 결합함으로써 각 교과 교육의 목표를 달성하고, 인공지능 리터러시를 향상할 수 있는 교육을 의미한다1). 현재 교육환경에서 고려할 수 있는 인공지능 융합교육은 초기 단계에서는 범 교과적으로 기존의 교과에 인공지능을 적용할 수 있는 방안을 모색해 나가는 것이 합리적일 수 있으므로 교수자 들의 인공지능에 대한 기본 지식과 이해, 활용 방안 및 교수법 등에 대한 연수가 전제되어야 할 것이다.

 해외 주요국에서도 미국의 AI4K12(http://webzine-ssei.kr: //ai4k12.org)를 시작으로 인공지능융합교육과 관련하여 다양한 시도들이 진행되고있다. 인공지능 기반에 다양한 테크놀로지를 적용하는 시도는 AI 교사, 챗봇(Chatbot), VR(Virtual Reality)/AR (Augmented Reality)/MR(Mixed Reality), 플랫폼 기반 의 디지털 교과서 등으로 구체화되고 있고 이를 학습자들이 경험할 수 있는 다양한 장비들이 구글의 익스페디션 시스템, 영국의 VR 교육 플랫폼, 중국의 인공지능 기반 평가시스템 등으로 개발되고 있다.

 우리 정부도‘인공지능 국가전략(2019. 12)’‘, 정보교육종합계획(2020.5.)’, 현재 준비중인 인공지능 교육 종합방안(또는 기본 계획), 과학·수학·정보·융합 교육 종합 계획(2020~2024) 등을 발표하며지능형 과학실 구축 등 인공지능 이니시어티브를 구체화해 나가고 있으며 전 국민이 인공지능 시대에 필요한 소양을 기르고 기초 역량을 습득할 수 있는 교육체계를 구축하여 인공지능시대를 주도해 나갈 인재를 양성하고자 노력하고 있다. 이 인재양성에 가장 핵심이 교사이므로 교사 지원을 위한 다각적인 방안을 적극 강구해 나가야 할 것이다.

인공지능 융합교육 대학원 교육과정과 그 의미

 새로운 교육적 시도는 반드시 준비된 교수자를 필요로 한다. 우리 정부도 이에 대한 중요성을 인식하고 인공지능 융합교육 전문교사 5,000명 양성을 목표로 2025년까 지 5년간 매년 현직 교사 1,000명을 선발 해, 인공지능 융합교육 전문 교사로 기본 역량을 갖출 기회를 제공하고 있다. 4차 산업 혁명 시대에 대비 교사들의 인공지능 활용 능력을 높이고 실제 수업에서도 인공지능이나 빅데이터, 소프트웨어를 이용한 수업이 이뤄질 수 있도록하며 이 과정을 통해 양성된 교사들은 인공지능을 활용한 교실 수업의 혁신에 주도적인 역할을 수행해 나갈 것을 기대하고 있다.

 시도교육청 선발과 추천을 거쳐 지원한 교사 중 1,046명이 선발되었고 2020년 2학기부터 38개 교육대학원의 수업이 시작되었다. 1,046명 중 60%는 초등교사, 40%가 중등교사이다. 신설된 인공지능 융합교육 전공은 계절제나 야간제로 운영되며, 교육 대상자는 4~6학기내에 추가 학점을 취득하거나 현장 연구 보고서를 작성해 논문을 대체하는 비논문 과정이나 논문 과정을 통해 석사 학위를 취득할 수 있다2). 

 38개 교육대학원이 제시하는 교육과정은 대학마다 특성이 있으나 큰 틀에서는 인공지능에 대한 기본 이해를 돕는 프로그래밍 과목들과 인공지능교육의 방법론과 관련 교육에 대한 이해, 데이터 과학과 기계학습, 관련 소프트웨어 교육으로 구성되어 있으며 비교적 공통적으로 제공되는 교과목들은 <표 1>과 같다. 교과명은 다소 상이하나 내용적으로 유 사한 과목들이 입문 수준에서 제공되고 있고 현장 교사의 재교육 중심 프로그램인 만큼 실제 교육현장에서 활용 가능한 데이터나 현장의 문제해결을 중심으로 한 실천적 관점의 교과들이 다수 제공되어 있는 특징 이 있다. 다만 프로그램 개설 대학의 특성이나 교수진의 구성에 따라 기술기반 교과 중심 운영을 하는 대학이 있는가하면 인공지능이 교육에의 적용과정에서 인간에 대한 관심과 교육학적 관점이 강조된 교육과정을 제공하고 있는 대학이 있는 등 대학별로 개설 교육과정에 상당한 차이가 있으므로 이를 고려한 선택이 필요해 보인다 3). 전반적으로 인공지능 융합교육 전공임에도 ‘융합’에 대한 관심이나 차별화된 교육 과정이 다소 부족해 보이므로 프로그램이 운영되면서 학습자의 기대나 요구가 반영되는 등의 방법으로 이 부분이 보완되어 나가야 되겠다.

<표 1> 인공지능 융합교육 전공 교육대학원 교육과정 예시

대영역	과목 리스트
프로그래밍	인공지능 융합교육 프로그래밍 기초 / 프로그래밍 심화(파이썬) 기계학습을 위한 프로그래밍 / 프로그래밍과 인공지능교육 교육용 프로그래밍의 이해
소프트웨어 기초	컴퓨터 개론 / 시스템 기초 / 데이터베이스 / 자료구조 인공지능 학습 알고리즘 기초 / 자연어 처리
인공지능과 교육	인공지능과 학습 / 인공지능 윤리 인공지능 기반 교수학습 설계 / 고급 인공지능 교수설계 인공지능 기반 융합교육 / 피지컬 컴퓨팅을 이용한 인공지능 교육 인공지능시대 미래교육의 이해 / 디지털 리터러시교육의 이해와 실제 인공지능 활용 융복합 교육과정 및 교수설계
인공지능 교육 방법론	인공지능융합 교육 방법론 / 4차 산업과 융합교육 인공지능 활용 교육방법 및 교육공학 / 문제기반학습과 융합교육 컴퓨팅교육평가 / 인공지능 활용 학습 실제 / 인공지능의 교육적 활용 인공지능기반 소통교육의 이해와 실제 / 에듀텍 활용 수업의 실제 교과간 연계 융합 교육 프로젝트 / 초중등 연계 융합 교육 프로젝트
데이터과학과 머신러닝	데이터과학 개론 / 데이터 과학과 문제해결 / 고급 데이터과학 인공지능의 이해와 데이터과학 기초 / 빅데이터 분석 및 시각화 기계학습 입문 / 자연어처리 / 컴퓨터 비전과 딥러닝 데이터과학과 기계학습 / 데이터 구조와 알고리즘 로봇과 기계학습 / 인공지능과 빅데이터 / 머신러닝과 딥러닝 머신러닝 개발 및 활용 / 인공지능 적용 학습지도 개발 딥러닝 기반 컴퓨터비전 / 딥러닝 기반 가상현실 / 데이터마이닝 머신러닝의 교육적 활용 / 교육데이터로 이해하는 데이터과학 빅데이터 분석 원리와 응용 / 수학과 과학 교육데이터 활용
통계 및 기타	인공지능과 확률 통계 / 데이터 통계 기법 기초 통계와 빅 데이터 / 데이터 분석을 위한 통계 방법론 이산구조와 선형대수 / 인공지능 기반 문제해결 인공지능 융합 프로젝트 / 인공지능 기술 세미나 인공지능 활용 캡스톤 디자인 수업 설계 및 현장 연구 프로젝트 디지털 시민성과 미래시민교육 / 정서기반 창의성 교육과 인공지능 인공지능 도구 활용 메이커 교육 / 과학교과 내용과 인공지능 로봇교육과 인공지능 / 드론교육과 인공지능

인공지능을 적용한 과학수업의 사례

 인공지능 활용 과학수업의 사례로 인공지능 스피커 제작·활용을 통한 MAKER 프로젝트로 과학수업 배움의 공동체 만들기를 추천할 만하다(http://webzine-ssei.krs://url.kr/UIe9LQ, 최지헌 외). 과학교과를 중심으로 실과, 국어, 미술 등과 연계하여 초등 6학년 104명의 학생들과 인공지능 스피커제작·활용프로젝트를 총 15차시로 진행하는 전 과정이 매우 상세하게 제시되어 있다. 프로그램의 내용은 인공지능 메이커스키트를 활용하여 우리 몸의 구조와 기능 및 질병 등에 대해 알려주는 인공 지능 의사선생님을 만들며 정보를 수집, 가공, 산출하는 활동을 중심으로 진행된다.

 IoT 환경 교육 프로그램의 인공지능 지도 방안 결합 수업도 인공지능 융합교육 수업의 좋은 사례로 파악된다(http://webzine-ssei.krs://url. kr/4Jug6d, 박신기 외). 초등학교 5~6학년 실과수업을 중심으로 하나 수학, 사회, 미술, 과학과 연계하여 융합수업을 전개하고 있다. 2018년에 수행한 아두이노로 함께 하는 IOT STEAM 환경 교육 프로그램을 적용, 발전시켜 2019년에는 인공지능 지도 방안과의 결합으로 확장하여 2년간 융합수 업을 수행하였기에 그 적용의 일반화 가능성이 커지고 수업의 내용도 더욱 확대, 적용 될 수 있을 것으로 기대된다. 아트센터 나비미술관(2019)은 데이터과학과 인공지능을 활용한 미디어아트 관련 교재를 다수 개발하여 제공함으로써(http://webzine-ssei.krs ://url.kr/vw5yB3) 초중등학생들이 실제로 인공지능을 활용하는 수업을 경험해 볼 수 있도록 관련 교사용, 학생용 자료를 폭넓게 개발, 제공하고 있다. 예컨대 인공지능 로봇팔과 함께 춤을(인공지능×로보틱아 트), 인공지능을 넘어 가상의 세계로(인공 지능×혼합현실아트), 데이터 술래잡기(데 이터×인터랙티브아트), 데이터 쌓기 놀이 (데이터×제너러티브아트), 인공지능 도레 미(인공지능×사운드아트) 등의 주제로 수업을 진행하면 과학을 비롯 기술 가정, 미술, 수학, 정보, 음악 등 다양한 교과간의 연계, 융합수업을 경험하며 인공지능에 대한 이해의 폭을 확장시켜 나갈 수 있다(http://webzine-ssei.krs: //url.kr/KXTfV6).

 앞에서 소개한 툴 중에 머신러닝포키즈는 쉽게 인공지능을 경험할 수 있도록 여러 관련 콘텐츠를 개발, 제공하고 있기에 이 사이트의 내용을 잘 활용하면 기초적인 인공 지능 활용 융합교육의 아이디어를 충분히 얻을 수 있다. 충남교육청 충남소트프웨어 ICT 교육연구회를 중심으로 이 내용을 한글화하는 작업이 진행되어 교육용 교재로 제작되었고 이 내용은 공부하자.com( http://webzine-ssei.krs://sites.google.com/ssem.re.kr/csit ) 사이트와 유투브를 통해 제공되고 있기도 하다.

인공지능 융합교육에의 기대

인공지능 융합교육전공이 신설되며 새로운 교육과정이 기획, 제공되고 있기는 하나 현재 제시된 대다수의 교육과정은 정보, 컴퓨터 및 소프트웨어 교육의 연장선상에서 인공지능을 접목한 경향이 있고 타 교과들과의 융합 교육과정 개발에는 다소 관심이 적어 보인다. 또한 인공지능 융합교육이 인공지능 자체에 대한 융합교육에 관심이 있는지, 인공지능을 활용한 융합교육에 관심이 있는지에 따라서도 교육과정 개발에 상당한 차이가 있을 수 있다. 인공지능 융합교육이 ‘왜’ 필요한지, 이 교육을 통해 학습자들이 과정적으로나 결과적으로 ‘무엇을’ 배우며 ‘어떤’ 변화를 경험하고 역량을 갖도록 도울 것인지에 대한 고민이 선행되어야 한다. 인공지능 시대에 융합교육이 필요한것은 이제 세상이 복잡해져서 한 가지만을 알아서는 세상을 이해할 수 없기 때문이다. 컴퓨터가 교육환경에 처음 도입되었을때에도 컴퓨터라는 매체의 특성상 3T(Tutor, Tutee, Tool)의 기능을 다 할 수 있음에도 초기에는 리터러시 기반의 소양 및 활용 중심의 접근을 했고 그 활용으로 리터러시가 어느 정도 준비가 되자 컴퓨터 자체에 대한 학습을 강화하는 방향으로 정보 컴퓨터 교과의 교육과정이 개편된 바 있다. 인공지능 융합교육의 경우에도 이와 유사한 접근이 될 수 있겠다. 인공지능 융합교육을 위한 준비들이 점진적으로 진행되고 있다고 인정하더라도 아직까지는 이 교육을 위한 총체적인 생태계가 조성되고 있다고 보기 어렵기에 무엇 을 어떻게 가장 우선적으로 추진해야 하는지에 대한 고민이 이해관계자들 각자의 관점에서 종합적으로 진행되고 공론화될 필요도 있겠다.

 현 상황에서는 아무리 속도전이 중요하다고 하더라도 인공지능을 활용한 융합교육을 시작으로 기본 리터러시를 확보해 나 갈 필요가 있고 이러한 교육을 위해 필요한 다양한 학습용 데이터의 확보, 데이터를 저장, 관리할 수 있는 클라우드, 교육용 플랫폼 구축, 5G 및 WiFi 등의 인프라 조성, 실제 수업에 활용 가능한 범 교과 콘텐츠 개발, 체험 및 실습 중심의 교수법 적용, 교사 연수 및 지원 등의 준비가 체계적으로 추진 되어야 할 것이다. 더불어 제대로 된 융합교육을 위해 범 교과 및 타 교과들과의 연계, 적용을 위한 방법론을 고민하고 학습주제 및 이슈들을 일상 생활에서 발굴하여 학습 또는 해결해 나가는 실제형 활동 중심의 접근도 고려되어야 한다.

 특히 전문개발자들을 위한 인공지능 클라우드 서비스를 제공하고 있는 IBM, 마이크로소프트, 구글 같은 기업들이 이를 초중고생 코딩 도구에 연결하여 사용할 수 있도록 하는 플랫폼 환경을 지원하고 있음은 우리에게 시사하는 바가 크다. 새로운 시도는 항상 긍정적인 기대 못지 않은 염려와 우려를 동반한다. 특히 첨단 기술을 인간 중심의 교육환경에 적용하고자 할 때 더 그러하다. 어떤 기술이 발달하든 그 기술은 결국 인간을 풍요롭게, 이롭게 하는 도구로 잘 활용될 때 비로소 그 가치를 갖는다. 인공지능 또한 예외가 아니며 그 인공지능도 결국 인간이 탄생시킨 기술이므로 그 기술이 인간을 위해 기능하고 제 역할을 할 수 있도록 인간 주도의 컨트롤 기제가 작동될 수 있도록 해야 할 것이다. 이러한 변화의 상황에 교사는 어떤 준비와 역할을 해야 할까? 인공지능이 인간의 일자리와 역할을 다 대체해 나가게 될까? 심지어 인공지능 교사가 등장하여 인간 교사의 자리를 위협하게 될까? 우리는 결코 그렇지 않음을 또 그래서도 되지 않음을 우리의 경험으로도 충분히 인식하고 있다. 그럼에도 인공지능이 가진 기능을 충분히 활 용하고 이 기술을 인간의 의도에 적합한 방향으로 잘 설계, 개발해 나갈 수 있도록 인간 중심, 인간 존중의 관점에서 기술의 활용을 고려해야 한다.

 특히 교육환경에서는 더 중요한 관점이 다. 모든 시대의 교육은 다가올 사회를 준비 할 수 있도록 하는 교육이어야 한다. 이를 돕는 교사만의 준비가 필요한 것 또한 사실이다. 교육현장에서 다양한 인공지능 기술이 보조적으로 활용되어 새로운 기회를 열어가는, 그래서 결국은 우리의 미래인 학생 들이 보다 행복한 삶을 살아가는데 유용한 환경을 제공할 수 있기를 기대해 본다.

김미량 교수님은 성균관대학교 컴퓨터 교육과 교수로 재직 중이다. 공공데이 터전략위원회, 4차산업혁명위원회, 정부혁신추진협의회, 전자정부추진위원 회 등의 정부위원회에서 정부정책 관련 자문활동을 하고 있으며 교육부, 행정 안전부, 통일부 등 중앙부처의 정책 평가 활동을 하고 있다. 온라인 환경에서 활용되는 양질의 콘텐츠 기획, 설계, 개발, 평가에 주 연구 관심이 있으며 최신 지능 정보기술이 어떻게 교육현장과 우리 교육의 미래에 긍정적인 변화를 가져올 수 있을지에 대해서도 관심을 갖고 연구하고 있다.