교사교육에서 창의적 메타인지 촉진을 위한 LLM 기반 대화형 AI 에이전트 개발 연구

Development of an Conversational LLM-Based Conversational AI Agent to Promote Creative Metacognition in Teacher Education

본 연구는 교사교육 맥락에서 예비교사의 창의적 메타인지를 촉진하기 위한 교육적 개입 방안을 제시하고자, LLM 기반 교육용 대화형 AI 에이전트를 개발하고 그 적용 가능성을 탐색하는 데 목적이 있다. 창의적 메타인지는 창의적 문제해결 과정 전반에서 자신의 사고를 점검하고 조절하는 상위 인지 체계로, 본 연구에서는 이를 단계별로 지원하는 질문 중심 스캐폴딩에 주목하였다. 이에 따라 개발된 AI 에이전트는 창의적 문제해결 단계에 따라 메타인지적 사고를 유도하도록 설계되었다. 예비교사 25명을 대상으로 창의적 메타인지의 사전·사후 변화를 분석한 결과, 전체 창의적 메타인지 수준이 유의하게 향상되었으며, 특히 문제 이해와 아이디어 생성 단계에서 유의미한 효과가 나타났다. 또한 학습자–에이전트 상호작용 로그에 대한 순차패턴분석 결과, 메타인지적 점검과 조절 활동이 반복적으로 활성화되는 양상이 확인되었다. 이러한 결과는 질문 중심의 LLM 기반 대화형 AI 에이전트 스캐폴딩이 예비교사의 창의적 메타인지를 촉진하고 창의적 문제해결 과정을 구조적으로 지원할 수 있음을 시사한다. 나아가 본 연구는 교사교육에서 LLM 기반 대화형 AI 에이전트를 창의적 메타인지 스캐폴딩 도구로 설계하고 활용하기 위한 시사점을 제공한다.

This study aims to propose an educational intervention to promote pre-service teachers’ creative metacognition in the context of teacher education by developing an LLM-based educational conversational AI agent and exploring its applicability. Creative metacognition refers to a higher-order cognitive system through which individuals monitor and control their thinking throughout the creative problem-solving process. In this study, particular attention was given to question-centered scaffolding that supports such metacognitive processes across different stages. Accordingly, the developed AI agent was designed to elicit metacognitive thinking in alignment with the stages of creative problem solving. An analysis of pre- and post-changes in creative metacognition among 25 pre-service teachers showed that overall levels of creative metacognition significantly improved, with particularly meaningful effects found in the stages of problem understanding and idea generation. In addition, sequential pattern analysis of learner-agent interaction logs revealed recurring patterns of metacognitive monitoring and control. These findings suggest that question-centered scaffolding delivered through an LLM-based conversational AI agent can foster pre-service teachers’ creative metacognition and provide structural support for the creative problem-solving process. Furthermore, this study offers implications for designing and utilizing LLM-based conversational AI agents as scaffolding tools for creative metacognition in teacher education.