현장 인사이트

인공지능, 역량중심 과학교육에 들어오다

인공지능, 역량중심 과학교육에 들어오다

역량중심 영재교육 프로그램을 통해 보는 인공지능 시대의 과학교육

인공지능은 지금도 변화와 혁신을 통해 발전을 거듭하고 있다. 거듭되는 발전으로 어제의 신기술도 며칠 뒤엔 구석기 시대의 유물이 되기도 한다. 인공지능의 다변화적이고 혁신적인 발전 양상을 정확히 인식하고 가르치는 과학교육이 필요한 때다. 이러한 흐름에 맞추어 대한민국 영재교육에서는 역량중심 프로그램을 개발하고 추진하고 있다. 2015 개정 교육과정은 이에 “핵심역량”과 “과학과 역량”을 다음과 같이 정의한다. 핵심역량은 ‘학습을 통해서 기르고자 하는 미래사회에 요구되는 능력’이며, 과학과 역량은 ‘과학적 의사소통 능력, 과학적 사고력, 과학적 참여와 평생 학습 능력, 과학적 탐구 능력, 과학적 문제 해결력’, 총 5가지다.

글. 문주호 SNS-View 편집위원

강원도교육청 수석교사

과학적 사고력

과학적 의사소통 능력

과학적 참여와 평생 학습 능력

과학적 탐구 능력

과학적 문제 해결력

이 중 인공지능과 연계된 과학역량은 무엇일까? 기본 개념의 통합적 이해와 탐구 경험을 통해 위의 5가지 과학과 핵심 역량을 두루 갖추는 것이 필요하다. 즉, 인공지능에 역량중심 과학교육을 접목해서 지도하는 것이 가장 확실하고 빠른 방법이다. 이러한 과정에서 역량중심 영재교육은 실제로 많은 역할을 수행한다.

[역량중심 영재교육 프로그램의 특징] 실제적인 세계에 대한 탐구 ➋ 대주제를 통한 인식론적 문제탐색 ➊ 전문가의 사고와 활동 경험 ➍ 삶과 지식의 의미 통찰 ➌

위 특징을 중심으로 역량중심 영재교육 프로그램을 정의하면 “탐구하고 탐색하며 이를 통해 경험 하고 통찰하는 일련의 과정”이라 할 수 있다. 이에, 영재교육의 역량중심 프로그램을 통해, 인공 지능으로 대표되는 미래 기술을 다뤄야 하는 과학교육에 필요한 것이 무엇인지 짚어보고자 한다.

지식이 아닌 ‘역량’을 키우는 교육

학교에서 아이들을 가르칠 때 지식체계를 전달하는 것 못지않게, 새로운 가치를 창조하도록 방향성을 제시해주는 것이 중요하다. 생각하는 힘, 질문하는 힘을 키워 줄 수 있어야 한다는 것이다. 가까운 미래의 교육 현장에 어떤 형태의 인공지능 시스템이 들어올지 모르지만, 어떤 문제에 대한 정답을 찾는 기존의 교육 방식이 아닌, 다양한 질문을 통해 여러 개의 답을 얻는 것이 더욱 중요시 될 것이다. 인공지능은 딥러닝 기술을 기반으로 다양한 속성들을 찾아 반복 검증하여 분류하는 것이 가능하다. 따라서 주어진 속성에 값을 정하는 것이 아니라 새로운 속성을 찾아내는 방법이 나, 경우의 수를 많이 만들어내는 창의적인 생각을 많이 하도록 학생들을 가르쳐야 한다. 특히 학교 과학교육에서 인공지능 자체를 탐구의 대상으로 다루는 경험이 필요하다. 인공지능 시스템이 건네는 시그널들을 의심해 보고, “왜”라는 질문을 던지고 고민해야 한다. 일례로, 알파고와 인간의 바둑 승부의 전적을 보고 인공지능의 위대함을 찬양하기보단 인공지능이 어떻게 인간을 이길 수 있었는지를 파악하고, 이를 다른 분야에 적용할 수 있는 사례를 찾는 확산적이고 창의적인 사고를 핵심역량으로 길러야 할 것이다. 결과적으로, 위의 5가지의 과학과 역량을 함양할 수 있는 가장 확실한 키워드는 ‘역량중심’ 이라고 할 수 있을 것이다.

학교에서 아이들을 가르칠 때 지식 체계를 전달하는 것 못지않게, 새로운

역량중심 영재교육 프로그램 속 인공지능은 … ?

교육부는 4차 산업혁명 시대에 맞는 ‘복잡한 문제를 해결할 수 있는 지식, 기술, 태도, 가치의 종합적인 역량을 지닌 인재’를 양성하고자 「제4차 영재교육 진흥종합계획(2018-2022)」은 교과 중심의 프로그램을 핵심역량 중심 프로그램으로 개편하였다(교육부, 2018). 역량중심 영재교육 프로그램도 같은 해인 2018년 개발되어 지금까지 활발히 활용되고 있다. 관련 정보는 영재교육 종합데이터베이스(GED)를 통해 수집·관리되고 있다.

가치를 창조하도록 방향성을 제시해 주는 것이 중요하다. 생각하는 힘, 질문 하는 힘을 키워 줄 수 있어야 한다는 것이다.

[역량중심 영재교육 프로그램의 목적] · 4차 산업혁명 시대의 복잡한 문제를 해결할 수 있는 지식, 기술, 태도, 가치의 종합적인 역량을 갖춘 인재 요구 · 영재교육 프로그램의 목표와 내용을 교과중심 프로그램에서 핵심역량 중심으로 재구조화 · 영재의 특성을 고려한 핵심역량 육성

2020년 역량중심 영재교육 프로그램은 물리, 화학, 생명과학, 수학(대수·기하·조합), 사회의 5개 영역, 6주제로 구성되었으며, 내용 체계 는 다음과 같다.

규모와 구조

변화의 패턴

문제 해결과 삶의 향상

사회 변화와 사회 공존

1)

대주제영역학교급 1주제

2주제

3주제

4주제 인체탐험 눈으로 보는 세상의 소리에 우리는 어떻게 신비의 세계 X선

초

세상 자외선 개인의 안녕 : 안전한 등하굣길

중

규모와 구조에 대한 논의

가정의 안녕 : 층간소음

물리 초

규모와 구조 그리고 안녕( 安寧 )한 삶 학교 앞 초 제한속력은 왜 30km/h일까

개인의 안녕 : 전자기파

중

초콜릿을 강력한 자석을 지켜라

찾아서

물리

독수리가 바람같이 사냥할 때의 잡아내는 비행궤적 미세먼지

똑똑똑 떨어지는 물소리의 패턴

중

‘신물질의 발견’ 초 우리는 과학사 큐레이터 어떻게 중 원하는 색을 표현했을까? 변화하는 기후, 초 생물의 적응과 위기

온도 따라 오르락 내리락

화학

차를 녹슬게 한 그들의 관계를 데이터는 답을 범인은?

밝혀라!

균 배양 및 패턴 분석을 활요한 탐구학습 슈퍼 박테리아의 산불의 과거, 진화에 대체하는 현재, 그리고 자세 대한민국 알리기 바이러스에 프로젝트- 대처하기 위한 수학자의 여행 모델 활용 플래너

자연의 패턴을 미세먼지와 닮은 건축물 우리의 건강

생명 과학

생명의 패턴을 세상을 바꾸는 읽는 언어, DNA 바이러스

중

최적의 수리적 초 해법과 변형 게임이론

수학보고서

What can tell me that who 공정한

대수

수학의 기하, 초 I am?(내가 통계자료 활용 이름으로 조합

누구인지 무엇이 생활 감정을 말하다 말해줄 수 있는가) 공동체 삶을 위한 게임이론 : 수학, 공정한 합리적 선택, 중 우리생활의 의사결정의 수학자가 문제를 수리적 문제해결 파트너 해결하는 방법

다향한 문화와 문화다양성과 문화변동 다문화사회

초

세계와 평화

다향한 문화와 문화다양성과 문화변동 다문화사회

중

세계와 평화

1)　자료출처: 영재교육종합데이터베이스(https://ged.kedi.re.kr/intro/course/cenPro1.do )

5주제

6주제

피부의 세계

귀 기울이기 움직일까? 가시광선

적외선 사회의 안녕 : 미세먼지와 우리 생활 가정의 안녕 : 가정의 안녕 : 소움으로부터 소움으로부터 우리 집을 지켜라 우리 집을 지켜라

전파

지구의 안녕 : 안녕한 삶을 쓰레기 섬 위하여

안녕( 安寧 )한 스마트도시 리빙랩

사회의 안녕 : 안녕한 빛 사용

CHEMI 결정 디자이너 MUSIC 퍼포먼서

알고 있다.

미래

지구촌의 미래와 지속가능한 삶 지구촌의 미래와 지속가능한 삶

우인구변동과 자원문제

인구변동과 자원문제

기존 영재교육 프로그램이 이같이 핵심 역량별로 재구조화되었지만, 실제로 물리, 화학, 생명 과학을 다루는 과학 관계자들에게는 또 다른 어려움이 생겼다. 인공지능 관련 내용 학습이 본 프로그램이 목표로 하는 핵심 역량을 키우는 가장 효과적인 도구임에도 불구하고, 교재의 인공 지능 관련 내용이 불과 몇 년 사이에 뒤처진 기술이 되었기 때문이다. 즉 오래된 유물을 가르치고 있다는 것이다. 현장 교사들은 교재 내용의 수정이 불가피해졌다. 더 큰 문제는 2018년 이후 지속 개선 되던 영재교육의 교재 개발이나 프로그램 체계가 2020년 이후 더 이상의 정부 주도로 이루어 지 고 있지 않다는 것이다.

인공지능 기술보다 과학 자질과 태도가 선행되는 역량교육으로

인공지능은 소프트 하고 영재교육은 하드 하다. 인공지능은 교육의 다양한 것들을 신속하고 정확하게 전달할 수 있는 연결체이자 배터리다. 이러한 배터리가 영재교육이라는 전자키에 장착 되어 거대한 차량에 시동을 걸게 된다. 다시 말해, 인공지능이란 기술과 그에 대한 역량은 영재교육 에서 나아가 일반 과학교육에도 의미 있는 시동을 걸 수 있어야 한다. 앞서 소개한 ‘역량중심’ 과학교육의 교육 현장 정착이 지속해서 이루어질 필요가 있는 것이다. 이를 위해서는 ‘과학적 자질 및 태도’를 과학교육의 목표로 삼아야 한다. 지금까지의 과학 영재 교육을 살펴보면, 연구 및 교육 방향이 창의성 계발에 집중되어 있었다. 과학 교과 내용을 기반으로 사고력 계발 중심의 인지적 영역 측면에서 주로 교육이 이루어졌었다. 이는 결국에 인공지능 이라는 처방전을 통해 방향의 전환을 맞이했는데, 현재는 다양한 문제를 효과적으로 해결해 나가는 과정에서 요구되는 협업 능력이나 타인에 대한 배려 등과 같은 실천적 역량에 대한 교육 으로 선회하게 되었다. 과학의 본질적 특성에 비추어 과학자들이 갖추어야 할 속성, 감정, 사고 및 행동 영역을 명확히 인지 하고, 이를 갖추는 것 또한 매우 중요하다는 것을 학교 현장에서 매 순간 느낀다. 인공지능을 역량 중심 과학교육에 적용할 때, 인공지능을 삶 깊숙이 활용하게 될 학생들이 갖추어야 할 필요 역량이 무엇인지 다시 한번 고민해볼 필요가 있다. 또한, 영재교육에 있어서는 역량중심 프로그램 운영을 위한 지속적인 지원이 필요하다. 2020년을 마지막으로 정부 주도의 역량중심 영재교육을 위한 교재 개발이 멈추었는데, 이는 실제로 영재교육에 마이너스로 작용하고 있다. 학교에서는 영재교육에 대한 예산 부족으로 하나, 둘 포기하거나 축소하고 있다. 영재교육은 끝이 없는 물주기가 되어야 한다. 설혹 그것이 당장에는 결 과 가 나타나지 않더라도 포기해서는 안 된다. 한 명의 스티브 잡스가 전화기를 스마트폰으로 새롭게 태어나게 했고, 그로 인해 수만 명의 일자리와 지금의 혁신적인 IOT 기술을 앞당겼듯, 향후 더 다양해질 과학 분야의 영재 육성을 위해 관련 교육 프로그램 개발연구가 지속될 수 있길 바란다.

과학의 본질적 특성에 비추어 과학자 들이 갖추어야 할 속성, 감정, 사고 및 행동 영역을 명확히 인지하고, 이를 갖추는 것 또한 매우 중요하다는 것을 학교 현장에서 매 순간 느낀다. 인공지능을 역량중심 과학교육에 적용할 때, 인공지능을 삶 깊숙이 활용 하게 될 학생들이 갖추어야 할 필요 역량이 무엇인지 다시 한번 고민해볼 필요가 있다.

soft

hard