인공지능 윤리를 통합한 인공지능 교육 프로그램 개발

Abstract

컴퓨터 비전, 자연어 처리, 음성 처리, 자율주행 자동차, 지능형 로봇 등의 인공지능 기술은 더욱 지능화·고도화·융합화되고 있으며, 사회, 경제, 문화, 교육 전반으로 확산하고 있다. 급속한 인공지능 기술의 발전은 이전에는 해결하기 어려웠던 복잡한 문제를 지능적으로 해결할 수 있다는 기대를 주기도 하지만 새로운 기술로 인한 사회적 부작용 등의 역기능을 미리 살피고 대비하기 위한 노력도 국내·외에서 강조되고 있다. 이러한 인공지능으로 인한 역기능 문제를 최소화하기 위해서는 적극적이고 선제적인 대응이 필요할 것이며, 가장 근본적이고 효과적인 해결 방안으로 교육적 접근이 주목받고 있다. 기존의 정보윤리 교육은 개념·지식 중심 교육의 한계로 윤리적 지식이 실천으로 꼭 이어지지는 않는 문제를 가지고 있었다. 이에 본 논문에서는 인공지능으로 인한 역기능을 미리 대비하고 최소화하는 방안으로 인공지능 교육과 인공지능 윤리교육이 함께 이루어지는 인공지능 통합 교육 프로그램을 제안하고자 한다. 인공지능 통합 교육 프로그램의 목표는 첫째, 인공지능을 이용한 문제해결 과정에서 윤리적 문제를 고려하고, 올바른 판단과 윤리적 행동을 경험하는 교육을 통해 학습자의 인공지능 윤리 실천 능력을 함양할 수 있어야 한다. 둘째, 인공지능을 이용한 실생활의 문제를 해결하는 과정에서 컴퓨팅 사고력 구성 요소와 인공지능 윤리 요소를 통합적으로 고려하여 인공지능 교육의 궁극적 목적인 컴퓨팅 사고력 함양과 함께 인공지능 윤리 실천력을 강화할 수 있어야 한다. 셋째, 메타버스를 통한 온라인 학습과 오프라인 프로젝트 학습을 혼합한 블렌디드 러닝으로 시공간의 제약을 최소화하는 교육 환경 제공과 함께 높은 자유도와 능동적인 학습 참여 유도로 교육의 효과를 극대화할 수 있도록 해야 한다. 마지막으로 인공지능 윤리교육과 인공지능 교육을 통합함으로써 인공지능 기술 교육에 대한 거부감을 줄이고 인공지능에 대한 긍정적인 동기유발에 도움이 되도록 하는 것이다. 본 논문에서 제안하는 인공지능 통합 교육 모델은 ADDIE 모형을 적용하여 개발하였다. 분석(A) 단계에서는 학습 환경 및 학습자 분석, 문헌 고찰 및 사례를 분석하였다. 설계(D) 단계에서는 교육목적 · 교육내용 · 교육전략을 수립, 교육매체 선정 및 개발, 평가도구를 선정하였다. 개발(D) 단계에서는 설계 단계에서 제시된 교육의 목적, 내용, 전략, 매체, 평가도구를 개발하고, 메타버스 기반의 온라인 교육 프로그램과 프로젝트 기반 오프라인 교육 프로그램을 개발하였다. 실행(I) 단계에서는 개발된 프로그램의 적용을 통해 프로그램을 보완하고, 평가(E) 단계에서는 프로그램의 효과성 및 결과 분석을 통해 전체 교육 프로그램을 검증하였다. 본 논문에서 개발한 인공지능 통합 교육 프로그램은 6단계의 인공지능 문제해결 과정에서 인공지능 교육과 인공지능 윤리교육이 함께 이루어지는 인공지능 윤리교육 모델을 바탕으로 하고 있다. 인공지능 윤리교육 모델은 인공지능을 이용한 문제해결 프로세스의 단계마다 인공지능 윤리 요소와 컴퓨팅 사고력 요소를 확인하고 실천할 수 있도록 구성하였다. 또한 사전·사후 자기평가, 관찰 평가 등의 과정중심 평가를 통해 인공지능 윤리역량과 컴퓨팅 사고력을 평가하였다. 인공지능 통합 교육 프로그램은 사전·사후 학습을 위한 메타버스에 기반한 온라인 교육 프로그램과 컴퓨팅 사고력과 인공지능 윤리 실천력 향상을 위한 오프라인 프로젝트 프로그램으로 구성하였다. 메타버스 기반의 온라인 교육 프로그램에서는 인공지능의 개념 및 원리와 인공지능 윤리의 필요성에 대해 학습하고 인공지능을 이용한 문제해결 사례를 살필 수 있도록 하였다. 오프라인에서 진행되는 프로젝트 프로그램에서는 메타버스 기반 온라인 교육 프로그램을 통해 사전에 학습한 인공지능 및 인공지능 윤리에 대한 지식을 바탕으로 실생활에서 접할 수 있는 문제를 인공지능을 이용하여 직접 해결할 수 있는 문제해결의 경험을 제공할 수 있도록 개발하였다. 이 프로그램을 통해 학습자는 인공지능 윤리 역량을 문제해결 과정에서 직접 적용 및 실천함으로써 인공지능 윤리의 실천력을 키우고 궁극적으로 컴퓨팅 사고력을 함양할 수 있음을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 인공지능 통합 교육 프로그램의 의의는 다음과 같다. 첫째, 기존의 지식 전달 중심의 인공지능 윤리 교육을 인공지능 교육과 통합하여 인공지능 윤리에 대한 실천적 역량을 향상시킬 수 있는 교육 프로그램을 제시하였다. 둘째, 인공지능으로 문제를 해결하는 과정에서 우리 주변의 사회적 문제를 살피고, 윤리적 요소를 함께 고려하는 과정을 통해 학습자는 인공지능에 대한 막연한 두려움을 해소하고 인공지능에 대한 긍정적 인식을 갖는데 도움을 줄 수 있다. 셋째, 인공지능 윤리를 충분히 고려한 문제해결 방안은 인공지능 윤리를 고려하지 않은 해결 방안보다 사회적 비용 측면에서 효과적이고 효율적임을 확인하였다. 이는 인공지능 등의 컴퓨팅을 이용하여 우리 모두를 위해 문제를 효과적으로 효율적으로 해결하는데 필요한 컴퓨팅 사고력 측면과도 부합한다고도 볼 수 있다. 넷째, 메타버스 기반의 온라인 교육 프로그램과 오프라인 프로젝트 프로그램을 혼합한 블렌디드 러닝은 COVID-19로 인한 교육 환경의 변화에 적극적으로 대처하는 대표적인 사례로 의미를 부여할 수 있을 것이다. 본 논문에서 제안하는 인공지능 통합 교육 프로그램을 통해 학습자들은 인공지능을 이용한 문제해결의 과정에서 인공지능 윤리적 요소를 직접 고민하고 적용 해 봄으로써 윤리적 실천력을 강화함과 동시에, 결과적으로는 윤리 문제로 인한 사회적 비용을 최소화할 수 있는 우리 모두를 위한 문제해결 방안을 탐색해나가는 과정에서 컴퓨팅 사고력을 함양할 수 있을 것이다.|Artificial intelligence technologies such as computer vision, natural language processing, voice processing, autonomous vehicles, and intelligent robots are becoming more intelligent, advanced, and converged, and are spreading to society, economy, culture, and education. The rapid development of artificial intelligence technology gives the expectation that complicated problems that were difficult to solve before can be intelligently solved, but efforts to examine and prepare for adverse effects such as social side effects caused by new technologies are also being emphasized at home and abroad. In order to minimize the adverse effects caused by artificial intelligence, an active and preemptive response will be required, and as the most fundamental and effective solution, an educational approach is attracting attention. Existing information ethics education has limitations of concept and knowledge-centered education, and has a problem that ethical knowledge does not necessarily lead to practice. Accordingly, in this thesis, as a way to prepare for and minimize adverse effects caused by artificial intelligence in advance, an artificial intelligence integrated education program in which artificial intelligence education and artificial intelligence ethics education are combined will be proposed. The goal of the artificial intelligence-integrated education program is, first, to consider ethical issues in the process of problem solving using artificial intelligence, and to cultivate learners' ability to practice artificial intelligence ethics through education to experience correct judgment and ethical behavior. Second, in the process of solving real-life problems using artificial intelligence, by considering the components of computational thinking and the elements of artificial intelligence ethics, it should be possible to strengthen the ability to practice artificial intelligence ethics along with the cultivation of computational thinking, which is the ultimate goal of artificial intelligence education. Third, through blended learning that combines online learning and offline project learning through the metaverse, it is necessary to provide an educational environment that minimizes time and space constraints, and to maximize the effect of education by inducing a high degree of freedom and active participation in learning. Finally, by integrating artificial intelligence ethics education and artificial intelligence education, it is to reduce resistance to artificial intelligence technology education and to help induce positive motivation for artificial intelligence. The artificial intelligence integrated education model proposed in this thesis was developed by applying the ADDIE model. In the Analyze (A) stage, learning environment and learner analysis, literature review, and case studies were analyzed. In the Design (D) stage, educational objectives, educational content, and educational strategies were established, educational media were selected and developed, and evaluation tools were selected. In the Develop (D) stage, the purpose, content, strategy, media, and evaluation tools of education presented in the design stage were developed, and a metaverse-based online education program and a project-based offline education program were developed. In the Implement (I) stage, the program was supplemented through the application of the developed program, and in the Evaluate (E) stage, the entire educational program was verified through the analysis of the program's effectiveness and results. The artificial intelligence integrated education program developed in this thesis is based on the artificial intelligence ethics education model in which artificial intelligence education and artificial intelligence ethics education are combined in the six-step artificial intelligence problem solving process. The artificial intelligence ethics education model is configured to identify and practice artificial intelligence ethics and computational thinking at each stage of the problem-solving process using artificial intelligence. In addition, AI ethics competency and computational thinking were evaluated through process-oriented evaluations such as pre- and post-self-assessment and observational evaluation. The artificial intelligence integrated education program consists of an online education program based on the metaverse for pre- and post-learning and an offline project program to improve computational thinking and AI ethical practice. In the metaverse-based online education program, it was possible to learn about the concept and principles of artificial intelligence and the necessity of artificial intelligence ethics, and to examine problem solving cases using artificial intelligence. In the offline project program, through the metaverse-based online education program, based on the knowledge of artificial intelligence and artificial intelligence ethics learned in advance, it was developed to provide problem-solving experiences that can directly solve problems that can be encountered in real life using artificial intelligence. Through this program, it was confirmed that learners can directly apply and practice artificial intelligence ethics competency in the process of problem-solving, thereby developing the practical ability of artificial intelligence ethics and ultimately cultivating computational thinking. The significance of the artificial intelligence integrated education program proposed in this thesis is as follows. First, by integrating the existing knowledge delivery-oriented artificial intelligence ethics education with artificial intelligence education, an educational program that can improve practical capabilities for artificial intelligence ethics was proposed. Second, in the process of solving problems with artificial intelligence, through the process of examining social problems around us and considering ethical factors together, it helps learners to relieve vague fear of artificial intelligence and can give a positive perception of artificial intelligence. Third, it was confirmed that the problem solving method fully considering artificial intelligence ethics is more effective and efficient in terms of social cost than the solution method not considering artificial intelligence ethics. This can also be seen as consistent with the aspect of computational thinking required to effectively and efficiently solve problems for all of us using computing such as artificial intelligence. Fourth, blended learning, which mixes metaverse-based online education programs and offline project programs, can be meaningful as a representative example of actively coping with changes in the educational environment caused by COVID-19. Through the artificial intelligence integrated education program proposed in this thesis, learners can strengthen their ethical practice by directly thinking about and applying artificial intelligence ethical factors in the process of solving problems using artificial intelligence. At the same time, as a result, in the process of exploring ways to solve problems for all of us that can minimize social costs due to ethical issues, computational thinking skills can be developed.