디지털 시대의 협력적 문제 해결 역량과 인공지능 리터러시 향상을 위한 기술 교과에서의 인공지능 활용 교육 프로그램 개발 및 적용

Development and Implementation of an Artificial Intelligence Utilization Education Program in Technology Subject Matter to Enhance Collaborative Problem-Solving Competency in the Digital Age and Artificial Intelligence Literacy

이 연구의 목적은 디지털 시대의 협력적 문제 해결 역량과 인공지능 리터러시를 동시에 향상할 수 있는 중학교 기술 교과에서의 인공지능 활용 교육 프로그램을 개발하고 그 효과를 검증하는 데 있다. 연구의 목적을 달성하기 위해 PDIE 교수 설계 모형을 활용하여 준비, 개발, 실행, 평가 단계에 따라 연구를 진행하였다. 이 중 개발 단계에서는 피지컬 컴퓨팅을 활용한 인공지능 기반 메이커 교육 모형을 적용하여 총 12차시의 교육 프로그램을 개발하였다. 이후 중학교 3학년 157명을 편의 표집 후 단일집단으로 구성하여 사전-사후 검사를 실시하였다. 수집한 자료는 대응 표본 t-검정을 통해 분석하였다. 본 연구의 인공지능 활용 교육 프로그램을 적용한 결과, 협력적 문제 해결 역량은 사전 평균 3.827점에서 사후 4.402점으로 유의하게 향상되었으며(t=-9.921, p<.001), 인공지능 리터러시는 사전 평균 3.317점에서 사후 4.255점으로 유의한 향상을 보였다(t=-13.619, p<.001). 이러한 결과는 본 연구에서 개발한 기술 교과에서의 인공지능 활용 교육 프로그램이 중학생의 협력적 문제 해결 역량과 인공지능 리터러시를 효과적으로 향상시켰음을 나타낸다. 본 연구는 기술교과의 교과 역량인 ‘기술적 문제 해결 능력’을 디지털 시대의 협력적 문제 해결 역량 및 인공지능 리터러시와 연계하여, 역량 중심 교육과정과 기초 소양 교육을 위한 실천적 방향을 제시했다는 점에서 의의가 있다.

The purpose of this study is to develop and validate an Artificial Intelligence Utilization Education Program for middle school technology courses that simultaneously enhances collaborative problem-solving competency in the digital age and AI literacy. To achieve the research objective, the study was conducted by following the PDIE instructional design model, and progressing through the stages of preparation, development, implementation, and evaluation. During the development stage, an AI-based maker education model utilizing physical computing was applied to develop a 12-session educational program. In this study, 157 third-year middle school students were convenience sampled and formed into a single group to undergo pre-tests and post-tests. The collected data were analyzed using a paired t-test. The results of applying the utilization AI education program showed a significant improvement in collaborative problem-solving competency, with the mean score increasing from 3.827 pre-test to 4.402 post-test (t=-9.921, p<.001). AI literacy showed a significant improvement from a pre-test mean of 3.317 to a post-test mean of 4.255 (t=-13.619, p<.001). These results indicate that the AI utilization education program developed in technology subject matters effectively enhanced middle school students’ collaborative problem-solving competency and AI literacy. This study is significant in that it connects the subject competency of ‘Technological Problem-Solving Ability’ in technology education to collaborative problem-solving competency in the digital age and AI literacy, thereby proposing practical directions for competency-based curricula and foundational literacy education.