한 중등 수학교사의 AI 통합 논증 수업 설계 지원 사례 분석:도구 통합 이론과 노티싱의 이론적 네트워킹

A Case Study on Supporting a Secondary Mathematics Teacher’s AI-Integrated Lesson Design for Fostering Students’ Argumentation: Theoretical Networking of Instrumental Orchestration and Noticing

인공지능(Artificial Intelligence, AI)이 교육에 통합되면서 수학적 역량 교육은 새로운 국면을 맞이하고 있다. 교사는 학생들의 수학적 역량 함양을 촉진하기 위해 기존의 교수법에 AI를 적절히 통합해야 하지만, 이때 교사에게 어떤 전문성이 필요한지에 대해서는 알려진 바가 적다. 본 연구에서는 교사의 AI 통합 논증 수업 설계 전문성을 특성화하고, 교사의 AI 통합 논증 수업 설계를 지원하기 위해 도구통합 이론(Instrumental Orchestration, IO)과 노티싱의 네트워킹을 시도하였다. 이 접근에서 교사는 AI 통합 논증 수업 설계에 앞서 IO의 주요 구성개념을 학습하고, 노티싱 기반 과제 분석 활동에 참여한다. 본 연구에서는 한 중등 수학교사가 이상의 활동들과 더불어 AI 통합 논증 수업 설계에 참여할 때, 어떤 개별 및 학급 오케스트레이션을 개발하는지, 그리고 학생의 수학적 논증에 어떻게 노티싱하는지 분석하였다. 연구 결과, 교사는 세 가지 유형의 개별 오케스트레이션과 여섯 가지 유형의 학급 오케스트레이션을 구성하였다. 그 중 재탐구-안내(Guide-to-reinvestigate)와 발견-공유(Spot-and-share)는 AI 통합에 특화된 새로운 유형의 오케스트레이션에 해당한다. 또한, 교사의 개별 및 학급 오케스트레이션 설계 과정에서 학생의 수학적 논증에 대한 다양한 노티싱의 초점이 확인되었다. 본 연구 결과는 IO와 노티싱을 네트워킹하는 접근이 수학교사의 AI 통합 논증 수업 설계 전문성 개발을 효과적으로 지원할 수 있음을 시사한다.

With the integration of artificial intelligence (AI) into education, mathematical competency education has entered a new phase. Teachers are required to appropriately integrate AI into their conventional teaching practices to foster students’ mathematical competencies. However, little is known about what professional expertise is needed in doing so. This study attempts a networking of theories, instrumental orchestration (IO) and noticing, to characterize teachers’ professional expertise in designing AI-integrated argumentation lessons and to support teachers in developing such lesson design. In this approach, teachers learn the key constructs of IO and engage in a noticing-based task analysis activity prior to designing an AI-integrated argumentation lesson. This study analyzed what kinds of individual and whole-class orchestrations were developed by a secondary mathematics teacher, and how she noticed students’ mathematical argumentation while engaging in the AI-integrated argumentation lesson design following the above activities. Our findings revealed that the teacher constructed three types of individual orchestrations and six types of whole-class orchestrations. Among them, Guide-to-reinvestigate and Spot-and-share are new types of orchestration specialized in AI-integration. Furthermore, various foci of noticing of students’ mathematical argumentation were identified during the teacher’s orchestration design process. These results suggest that networking IO and noticing can serve as a productive approach to supporting professional development of mathematics teachers in AI-integrated argumentation lesson design.