설명 가능한 인공지능을 활용한 고등학생 창의성 주요 예측변인 탐색: 랜덤 포레스트와 SHAP 적용

Exploring the Major Predictors Affecting Creativity of High School Students Using Explainable Artificial Intelligence: Application of Random Forest and SHAP

본 연구는 창의성의 중요성이 강조됨에 따라 고등학생의 창의성을 예측하는 주요 예측변인을 탐색하고자 수행되었다. 이를 위해 한국아동·청소년패널조사 2018의 중1 패널 5차년도(고2) 자료를 활용하였으며, 학생 설문에 포함된 다양한 변인을 분석에 활용하고자 랜덤 포레스트 기법을 적용하였다. 창의성 예측에 상대적으로 높은 기여를 하는 주요 예측변인을 도출하기 위해 설명 가능한 인공지능인 SHAP(SHapley Addictive exPlanations)를 추가 적용하여 창의성을 예측하는 주요 10개 변인을 도출하고 창의성과 예측변인의 관계를 파악하기 위해 SHAP 도표와 의존성 도표를 확인하였다. 주요 연구결과는 다음과 같다. 먼저 고등학생 창의성을 예측하는 변인은 개인 요인뿐만 아니라 가정과 학교 및 학업 관련 변인이 다양하게 도출되었다. 개인 요인 중에서는 ‘자아존중감’이 가장 높은 예측력을 보였으며, ‘학업무기력’, ‘학업열의’도 주요 변수로 도출되었다. 가정 관련 변인 중에서는 ‘양육태도’가 주요 변수로 도출되었다. 학교 및 학업관련 변인 중에서는, ‘청소년 활동 참여’, ‘동아리 활동 참여’, ‘스스로 공부하는 시간’, ‘학원 및 과외시간’이 주요 변수로 도출되었다. 이와 같은 연구결과를 바탕으로 고등학생의 창의성 발달을 위한 방안과 후속연구를 위한 제언을 제시하였다.

This study was designed to explore major predictors related to creativity of high school students to discuss the implication for creativity development. To do this, random forest was applied to 5th wave data(11th graders) of the Korean Children & Youth Panel Survey(KCYPS) 2018, and explainable artificial intelligence SHAP(Shapley addictive explanations) analysis was conducted to explore the importance of major predictors and the relationship between creativity and the predictors. The main result are as follows. First of all, not only individual-related factors but also family-, school-related and academic factors were derived as main predictors for creativity. Among the individual-related factors, ‘self esteem’ was derived as the most important factor. Additionally. ‘academic enthusiasm’, ‘academic engagement’ were found as important factors. Among family-related factors, ‘parental attitude’ was derived as important predictors., Among school-related and academic factors, ‘youth activities participation’, ‘club activities participation’, ‘self study time’, ‘academy and tutoring time’ were derived as important predictors. Based of these findings, implication for developing creativity and suggestions for future research are discussed.