2020-10-16 13:30  |  미래·창의·글로벌

[심층진단③] 인공지능, 학생 맞춤형 학습 투입되나

[글로벌A 김태운 기자] 신기술을 교육에 적용하는 에듀테크의 발전은 교사의 노력을 덜 들이면서도 학생 맞춤형 지도를 용이하게 해줄 수 있다.

앞서 교사의 시간과 수고가 많이 요구되었던 개별 학생에 대한 피드백 기능을 컴퓨터가 도와줄 수 있는 것이다.

예를 들어 인도 델리에서 저소득층 중학생들에게 방과 후에 컴퓨터 지원 방식의 개별 맞춤형 학습(computer-aided learning: CAL) 기회를 제공한 결과, 비교집단에 비해 현저한 학업성취도 향상효과가 나타났던 실험 결과가 한 가지 사례이다.

이 실험에서는 학생들과 학부모들에게 CAL 프로그램을 체험해보게 한 후에 추첨을 통해 절반 정도에 해당하는 314명의 학생에게 수업료를 면제하고 CAL 수업을 4.5개월 동안 받을수 있게 했다. CAL 프로그램은 수학과 국어(힌디어) 과목에 대해 주 6일, 하루 90분학습을 제공했다. 프로그램 전반 45분은 소프트웨어를 이용한 자기주도학습이었고, 후반 45분은 12~15명씩 모둠을 만들어 조교가 학습을 도와주었다.
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인도 델리에서 저소득층 중학생들에게 방과 후에 컴퓨터 지원 방식의 개별 맞춤형 학습(computer-aided learning: CAL) 기회를 제공한 결과, 비교집단에 비해 현저한 학업성취도 향상효과가 나타났다.
그 결과, 추첨에서 당첨되어 CAL 프로그램에 참여한 학생들은 당첨되지 않았던 학생들보다 두 과목 모두 매우 높은 성적을 거두었다. 새로운 기술을 교육적 목적에 맞게 도입하여 잘 설계된 학습 프로그램은 취약계층 학생들의 학업성취도 향상에 큰 도움이 될 수 있다는 것이다.

또한 미국 애리조나 주립대학교에서는 획일적・일방적 강의수업 대신에 개별 학생의 수준과 선지식에 맞춰주는 인공지능(AI)을 이용하여 학생 스스로 진도를 조절하는 주체적 학습을 하도록 한 결과, 목표성취수준에 이르는 학생의 비율이 전보다 증가하는 성과를 거두고 있다.

애리조나주립대는 지난 2016년 가을부터 맥그로우 힐이 개발한 인공지능 시스템인 ALEKS(Assessment and Learning in Knowledge Spaces)를 도입하여 대수학 수업을 진행했다.

그 결과, 학생들의 목표성취수준 도달 비율이 2015년 62%에서 2018년 79%로 상승했다. 대수학 수업의 평균 이수율도 20.6% 증가했다. 기초학력이 미달 수준인 학생들의 경우 그 상승 효과는 28.5%로 나타났다.

전통적인 방식으로 대수학을 배운 학생보다 맞춤형 지도를 받은 학생이 다음에 심화 단계의 수학 과목을 선택하는 경향도 높았다. 이것은 인공지능이 기초학력이 높고 수학에 소질이 있는 학생에게는 어려운 문제를 풀어보도록 학습 과정을 유도하고, 다소 이해가 더딘 학생은 문제의 난이도를 조절해 가면서흥미를 잃지 않도록 배려한 덕분이라고 볼 수 있다.

또한 생물학 입문 과목(바이오100) 에서도 예전의 강의 중심 수업에서는 수강 취소율이 10% 내외이고 C학점 이상 비율이 77%였다. 반면, 인공지능을 활용한 개인 맞춤형 수업에서는 수강 취소율이 5% 로 줄고 C학점 이상 비율은 91%로 늘었다.

이처럼 인공지능 기반의 맞춤형 학습을 통해 ‘포용적 혁신 교육’을 지향하는 애리조나 주립대의 경험은 KDI국제정책대학원에도 이식되었다.

ALEKS를 도입하여 통계학등 계량분석방법을 가르친 결과, 3시간 테스트만으로도 3년 이상 가르친 것처럼 학생의 선지식과 실력을 파악할 수 있었다. 통계학 최하위권이었던 학생 2명이 최상위권으로 도약했다. 인간 교수자라면 포기했었을 학생도 본인이 원하기만 하면 인공지능 교수자는 지치지 않고 끝까지 가르칠 수 있기 때문이다.

한편 인공지능을 이용한 영어 말하기 연습 프로그램(앱)을 통해 영어 격차를 완화할수 있는 가능성을 보여주는 국내 사례도 있다.
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AI펭톡은 학생들이 스마트폰에 앱을 설치 하여 인공지능과 영어 대화를 나눌 수 있게 한 프로그램이다.
EBS가 교육부・교육청의 사업비 지원과 전자통신연구원(ETRI)과 NHN의 기술 지원을 받아 개발 중인 초등학생 영어 말하기 앱인 ‘AI펭톡’의 파일럿 버전을 2020년 1학기에 54개 시범학교의 초등 4학년에 적용 해본 결과가 상당히 고무적이었다.

AI펭톡은 학생들이 스마트폰에 앱을 설치 하여 인공지능과 영어 대화를 나눌 수 있게 한 프로그램이다.

AI펭톡 사용 아이디 제공 여부에 따라 교내 4학년 2개 학급을 실험군 반과 대조군 반으로 정하고 4주간의 사용 효과를 분석했다. 그 결과, 실험군은 대조군보다 평가 점수, 영어 말하기 능력 및 지난 한달 동안의 향상도에 대한 자기 평가, 영어에 대한 자신감, 유용성 인식, 흥미도, 실력 향상 의욕, 지난 한 달 동안의 영어 학습량 등에서 개선된 것으로 나타났다.

특히 실험 시작 때의 설문조사 결과, 실험군 학생들의 통산 원어민 교습 경험이 대조군보다 부족 했고 영어 학습량도 적었던 것으로 드러났다. 인공지능 기반의 비대면 쌍방향 교육이 계층 간, 지역 간, 학교 간 교육 격차를 줄이는 데 도움이 될 수 있다는 점을 시사했다.

원격교육에 인공지능을 적용하여 학생 맞춤형 학습을 하면, 학생의 수준에 맞는 속도와 내용으로 학습 효과를 높일 수 있는 가능성이 있다.

스마트 교육은 학습 부진 학생이 부끄럽지 않은 비대면 방식으로 기본기를 익히도록 하는 데 도움을 줄 수 있다. 즉각적인 피드백을 받을 수 있다는 점에서 게임을 하는 것과 같은 몰입감과 동기를 가질 수 있다. 또한 기본기 익힘에 필요한 콘텐츠의 개발은 상대적으로 용이하다.

인공지능 기반의 학생 맞춤형 교육은 특히 성적 하위권 학생들 에게 큰 도움을 줄 수 있다. 학교 현장에서 이와 같은 시스템을 도입할 수 있도록 하기 위한 공적 지원이 필요하다. 인공지능 기반의 학생맞춤형 교육에는 하드웨어와 소프트웨어 제공뿐 아니라 교사의 ICT 교육도 포함되어야 한다.

참고자료:김희삼・오형나・최다인・엄한숙(2020). 초등 4학년 AI펭톡 시범학교 실험 결과. 미발 표초고.
임우선・김수연・이소정(2020. 9. 5). 포스텍 온라인 강의망 5년전 구축, 한양대 ‘홀로 그램 교수’가 원격수업.
Lee, J. H. and Steer, L.(2019. 1. 8). Combining High-Tech and High-Touch to Personalize Learning for Every Child. The Education World Forum.
Muralidharan, K., Singh, A. and Ganimian, A. J.(2019). Disrupting Education?
Experimental Evidence on Technology-Aided Instruction in India. American Economic Review. 109(4).

김태운 기자 kimty@globala.co.kr

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