생성형 AI의 수업설계 원리

[도움Mi]

출처

이봉규, 김현진 (2025). 「초․중등교육에서의 생성형 AI 활용 수업 설계 원리 개발 연구」. Journal of Educational Technology, 41(2), 433-472. 

Ⅰ. 서론

1. 연구 배경 및 필요성

최근 ChatGPT와 같은 생성형 AI 기술이 빠르게 확산되면서, 사회 전반에 걸쳐 변화가 일어나고 있다. 특히 학문, 과학기술, 예술, 문화 등 다양한 분야에서 생성형 AI와 인간의 협업이 활발하게 이루어지고 있으며, 이는 단순한 도구 활용을 넘어 창의적 문제 해결과 아이디어 창출이라는 본질적 기능으로 확장되고 있다.

이와 같은 기술적 전환은 미래 사회가 요구하는 역량의 방향을 재정립하게 만들었으며, 특히 디지털 리터러시의 일환으로 생성형 AI와의 협업 능력이 중요하게 부각되고 있다. 이에 따라 공교육은 모든 학습자에게 생성형 AI 활용 경험을 공평하게 제공할 수 있어야 하며, 이는 교육 현장의 긴급한 과제로 인식되고 있다.

2. 선행연구 동향

생성형 AI의 교육적 활용 가능성에 대한 관심이 증가하면서 다음과 같은 연구들이 선행되었다:

담론적 연구: 교육에서 생성형 AI의 방향성과 가능성을 제시 (예: 노대원, 2023)

활용 방안 제시: 교육 프로그램과 연계한 활용법 탐색 (예: 변정호, 권용주, 2023)

교육 효과 분석: 창의성, 문제해결력, 자기주도학습 등의 향상 효과 검증 (예: 최진영 외, 2023)

하지만 동시에, 학습 동기 저하, 비판적 사고 결여, 표절 및 비윤리적 사용 가능성, 교사-학생 상호작용 약화 등의 부정적 효과도 보고되고 있다.

3. 연구의 필요성

이러한 긍정과 부정의 양면성을 고려할 때, 특히 초․중등 교육 맥락에서는 학습자의 미성숙함으로 인해 생성형 AI의 부정적 영향이 더 클 수 있으며, 따라서 체계적이고 정교한 수업 설계 원리가 필수적이다.

특히 생성형 AI가 제공하는 정보의 정확성, 사용 윤리, 프롬프트 입력 방식 등에 대한 실천적 안내가 필요하지만, 이를 뒷받침하는 연구는 부족한 실정이다.

4. 연구 목적 및 문제

본 연구는 생성형 AI의 긍정적 교육 효과를 극대화하고 부정적 영향을 최소화하기 위한 수업 설계 원리를 개발하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 다음 세 가지 연구문제를 설정하였다:

생성형 AI 활용 수업을 위한 설계 원리 및 지침은 무엇인가?

해당 설계 원리와 지침은 내용적 타당성과 사용성이 있는가?

개발된 설계 원리와 지침은 실제 교육 현장에서 효과가 있는가?

Ⅱ. 이론적 배경

1. 생성형 AI 활용 수업의 정의 및 가능성

생성형 AI는 텍스트, 이미지, 동영상 등 다양한 형태의 콘텐츠를 생성할 수 있으며, 이를 교육에 활용할 경우 다음과 같은 이점이 있다:

개별화 학습: 학습자의 수준에 맞는 맞춤형 학습 제공

즉각적 피드백: 프롬프트를 통해 실시간 질문과 응답 가능

창의적 표현 확대: 제한된 시간 안에 다양한 아이디어 시각화 가능

다문화 지원: 번역 기능 등을 통한 언어 장벽 해소

따라서 생성형 AI 활용 수업은 기존 수업의 한계를 보완하고 교수학습 활동의 폭을 넓힐 수 있는 혁신적 방법으로 자리매김하고 있다.

2. 생성형 AI 활용 수업의 부정적 영향

동시에 생성형 AI에는 다음과 같은 교육적 한계와 위험이 내포되어 있다:

정확하지 않은 정보로 인해 오개념 형성 우려

즉답 기능의 편리성이 학습자의 사고력 저하 유발 가능

표절, 부정행위 유도 가능성

생성형 AI에 대한 과도한 의존성으로 자율성과 학습 동기 감소

이러한 위험성을 해결하기 위해서는 비판적 사고력 강화, 윤리 교육, 적절한 프롬프트 사용법 등에 대한 교수설계가 필요하다.

3. 생성형 AI와의 상호작용 유형

생성형 AI는 수업에서 다음과 같은 다양한 교육적 역할을 수행할 수 있다:

튜터: 맞춤형 피드백 제공

코치: 학습 전략 제안

학습 파트너: 아이디어 확장 및 탐구 도우미

콘텐츠 창작 도우미: 텍스트, 이미지, 영상 등 결과물 생성

평가 보조자: 루브릭, 문항 생성 등 평가 지원

이러한 상호작용의 핵심은 정교한 프롬프트 엔지니어링이다. 예를 들어, 학생 수준에 맞는 질문 구성, 역할 기반 질문, 단계별 사고 유도 등은 교육적 효과를 높일 수 있는 핵심 전략이다.

4. 생성형 AI 활용 수업 설계를 위한 기존 제안

다수의 선행연구에서 다음과 같은 교수설계 원리가 제안되었다:

AI 도구 선택 시 학습 목표와 적합성 고려

학생에게 AI의 작동 원리와 윤리 문제 사전 교육

생성형 AI의 응답에 대한 비판적 사고 유도

응답 범위 제한을 통해 사고력 저하 방지

무선망, 디바이스, 계정 등 교육 환경의 사전 구축

이러한 제안들을 통해, 효과적이고 윤리적인 생성형 AI 수업 설계를 위한 통합적 접근이 필요함을 확인할 수 있다.

Ⅳ. 연구 결과

본 연구는 문헌 분석, 현장 교사 면담, 아카이브 분석을 통해 생성형 AI 활용 수업의 초기 설계 원리를 도출하고, 전문가 및 사용자 타당화, 현장 적용을 통해 이를 체계적으로 검증하였다. 연구 결과는 크게 ① 1차 설계 원리 도출, ② 타당화 과정 결과, ③ 현장 적용 효과의 세 부분으로 구성된다.

1. 1차 수업 설계 원리 개발

초기 개발된 설계 원리는 총 7가지 원리와 31개의 세부 설계 지침으로 구성되었다. 원리는 크게 ‘준비 영역’과 ‘활용 영역’으로 구분되며, 생성형 AI의 교육적 잠재력을 효과적으로 이끌어내고, 동시에 위험을 예방하기 위한 구조적 틀을 제공한다.

7가지 설계 원리는 다음과 같다:

구분	설계 원리명	핵심 내용
①	협력 목적 설정의 원리	학습자가 왜 생성형 AI를 사용해야 하는지를 명확히 인식하도록 안내
②	교육 환경 준비의 원리	AI 도구 선택, 네트워크 환경, 가입 절차 등 교육 인프라 마련
③	윤리 예방 교육의 원리	부정행위, 오정보, 편향 등에 대한 예방 차원의 AI 윤리 교육 강조
④	프롬프트 기반 학습의 원리	효과적인 질의 응답을 위한 프롬프트 작성법 및 전략 교육
⑤	교수 방법 혁신의 원리	기존 수업에서 불가능했던 창의적 표현, 시뮬레이션 등의 기회 제공
⑥	프롬프트 스캐폴딩의 원리	교사가 AI 상호작용을 유도하는 프롬프트 예시 및 틀 제공
⑦	학습 과정 점검의 원리	모의 평가 및 AI 채점 활용을 통한 자기 진단 기회 제공

3. 현장 적용 타당화 결과

충청북도 A 중학교의 6명 교사와 166명의 학생이 본 연구의 설계 원리를 적용한 수업에 참여하였다. 국어, 영어, 수학, 사회, 미술 등 다양한 교과에서 생성형 AI를 활용한 수업을 설계 및 실행하였다.

(1) 수업 실행 사례

교과	주요 활동	활용된 생성형 AI
국어	작품 요약 및 매체 재구성	ChatGPT, Wrtn
영어	챗봇 기반 영작 피드백	MIZOU
수학1	스토리 기반 도형 학습	ChatGPT
수학2	동영상 제작을 통한 형성평가	Suno, Capcut 등
사회	식단 주제 선정 및 설문, 포스터 제작	ChatGPT, Canva
미술	작가 비평 및 발표자료 제작	Bing AI, Canva

모든 수업은 사전 윤리 교육 및 프롬프트 교육을 포함하였다.

(2) 교사 반응

대부분의 교사들은 설계 원리가 실제 수업 설계에 매우 유용하며, AI 활용 수업을 구체적으로 도와주는 실천 지침의 역할을 한다고 평가하였다.

긍정적 효과: 프롬프트 작성법 교육을 통한 학습자 사고력 향상, AI의 피드백을 활용한 수업 설계 유연화

개선 요청: 일부 용어가 초보 교사에게 어려울 수 있으며, 교과 특성에 맞춘 적용 가이드 필요

(3) 학습자 반응 및 성과

학업성취도 변화 (t-test)

국어: t = -9.452, p <.001

영어: t = -13.504, p <.001

수학: t = -4.497, p <.001
⇒ 생성형 AI 수업은 모든 과목에서 통계적으로 유의미한 성취도 향상 효과를 보임.

프롬프트 엔지니어링 능력 변화

국어: t = -12.583, p <.001

영어: t = -5.450, p <.001

수학: t = -4.837, p <.001
⇒ 학습자의 프롬프트 구성력, 전략 활용 능력, 목적 지향성 등이 유의미하게 향상됨.

학생 반응 요약

생성형 AI를 통해 1:1 피드백이 가능하고, 자기 주도 학습이 강화되었으며, 표현의 폭이 넓어졌다는 의견

반면, 엉뚱한 답변이나 반복 학습의 지루함, 기술적 오류 등에 대한 피드백도 존재

Ⅴ. 결론 및 제언

1. 교육적 시사점

생성형 AI는 교육의 파트너가 될 수 있음
AI는 단순한 도구가 아닌, 튜터, 피드백 제공자, 창의적 협업자로 기능할 수 있으며, 이를 수업 구조에 반영하면 학습자 중심 수업이 가능해진다.

설계 기반 교육이 기술 의존을 방지함
무분별한 AI 사용은 오히려 학습자 사고력을 저하시킬 수 있으므로, 설계 기반의 교육적 통제가 필요하다.

프롬프트 교육의 중요성
단순한 사용법을 넘어서, 교육 목적에 부합하는 프롬프트 작성법을 훈련함으로써 학습자의 문제 해결력과 표현력을 함께 길러줄 수 있다.

2 실천적 제언

교사 연수 확대: 생성형 AI를 활용한 수업 설계 및 실행을 위한 교사 대상 연수 프로그램 개발이 필요하다.

교과별 적용 가이드: 수학, 영어, 예술 등 교과 특성에 맞는 프롬프트 사례와 적용 전략을 체계적으로 정리한 가이드북 제공이 요구된다.

윤리 교육 체계화: AI 과의존 예방, 부정행위 방지 등을 위한 학교 기반 AI 윤리교육 커리큘럼 개발이 필요하다.