과학 교과 중심의 피지컬 컴퓨팅 및 인공지능 활용 융합 수업에 대한 초등교사의 인식 및 요구 분석

Analyzing Elementary School Teachers’ Perceptions and Needs for Convergence Education Using Physical Computing and Artificial Intelligence with a Focus on Science and Technology

본 연구는 초등학교 과학 교과에서 피지컬 컴퓨팅 및 인공지능(AI)을 활용한 융합 수업에 대한 초등교사들의 인식과 요구를 심층적으로 분석하여 효과적 교육 방안을 모색하고자 하였다. 이를 위해 디지털 새싹 캠프에 참여한 36명의 전문가 교사 집단과 무작위로 선정된 36명의 일반 교사 집단, 총 72명의 초등교사를 대상으로 설문조사 및 면담을 수행하고 결과를 비교 분석하였다. 그 결과 첫째, 응답한 교사 모두 융합 수업의 필요성과 효과를 긍정적으로 인식하고 있었다. 특히 전문가 집단은 융합 수업의 유익성을 높게 평가하고 실행 비율이 높았다. 그러나 비교군인 일반 교사집단은 실제 수업 적용 과정에서는 전문성과 경험 부족, 연수 부족, 환경 및 교구 미비, 준비 시간 부족 등의 제약으로 실행 빈도가 낮음을 확인하였다. 둘째, 교사들은 피지컬 컴퓨팅과 인공지능 융합 수업이 학생들의 과학적 탐구 능력, 창의력, 문제 해결 능력, 학습 주도성을 높이는 데 유의미한 기여를 하고, 과학 개념 습득과 흥미 유발에도 효과적이라 인식하고 있었다. 그러나 교사들은 초기 도입 비용, 유지 보수 문제, 교구 접근성 부족 등을 주요 걸림돌로 지적하였다. 이에 더해 체계적이고 실질적인 융합 수업 연수 제공, 초등학교에 적합한 교구 및 자료 개발, 즉시 활용 가능한 수업 자료 보급이 필요하다고 응답했다. 또한, 융합 수업이 과학 교과 목표와 연계될 수 있도록 교육과정의 체계적 개선과 이를 반영한 평가 방식(포트폴리오 등)의 도입이 필요함을 강조하였다. 이러한 교사들의 응답은 피지컬 컴퓨팅 및 인공지능 기반 융합 수업의 실제 적용 현황과 한계를 조명하였다. 피지컬 컴퓨팅이나 인공지능을 활용한 융합 수업이 주목받고 있으나 체계적인 실태 연구가 부족한 상황에서, 이 연구는 정책 결정자들에게 유용한 연구가 될 것이다.

This study aims to formulate an effective educational plan by conducting an in-depth analysis of elementary school teachers’ perceptions and demands for convergence education using physical computing and artificial intelligence (AI) in elementary science education. Toward this end, it conducted a survey and interviews on with a group of 36 expert teachers who participated in Digital Sprout Camp, a group of 36 randomly selected general teachers, and a total of 72 elementary school teachers. The results demonstrated that all teachers were positively aware of the necessity and effectiveness of convergence education. In particular, the expert group provided high evaluations on the benefit of convergence education, and the execution rate was high. However, the study confirmed a low frequency of execution for the general teacher group, which was a comparative group, due to limitations such as lack of expertise, experience, training, environment/teaching aids, and preparation time in the actual class application process. The teachers also recognized that convergence education in physical computing and AI significantly enhanced students’ scientific inquiry ability, creativity, problem solving ability, and learning initiative, effectively improved the acquisition of scientific concepts, and induced interest. However, the teachers pointed out the high initial cost of introduction, issues in maintenance, and lack of access to teaching aids as major obstacles. In addition, they mentioned the necessity of providing systematic and practical training in convergence education, developing teaching aids and materials suitable for elementary schools, and distributing class materials that can be used immediately. In addition, they emphasized the need to systematically improve the curriculum and introduce an evaluation method (e.g., portfolio) that reflect this to foster the connection between convergence education and the objectives of science education. The study deems their responses meaningful in establishing the basis of the future development of policies and programs for convergence education in elementary schools, as they shed light on the actual application status and limitations of physical computing and AI-based convergence education.