레고 활용 인공지능 로봇 교육 프로그램이 창의적 문제해결력에 미치는 효과

[jwspace]

The Effects of a LEGO-Based AI Robot Education Program on Creative Problem-Solving Skills

KCI_FI003284437.pdf

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키워드

LEGO, AI robot education, creative problem-solving ability, constructionism, elementary education

본 연구는 레고(LEGO)를 활용한 인공지능 로봇 교육 프로그램이 초등학생의 창의적 문제해결력에 미치는 효과를 분석하였다. 인공지능과 로봇 융합교육이 확대되는 현 시점에서, 학습자가 스스로 문제를 정의하고 창의적으로 해결하는 능력은 미래 사회의 핵심 역량으로 주목받고 있다. 초등학생을 대상으로 실험집단에는 레고를 활용하고, 비교집단에는 완성형 로봇 교구를 활용하여 인공지능 로봇 교육을 진행하였다. 창의적 문제해결력은 분석 결과, 두 집단 모두 향상되었으나 레고 활용 프로그램을 적용한 실험집단의 향상 폭이 더 컸으며, 특히 확산적 사고와 동기적 요소에서 두 집단간 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. 이는 레고의 비구조화된 조작 활동이 학습자의 아이디어 생성력과 내적 동기를 자극하여 창의적 문제해결력을 강화한 결과로 해석된다. 본 연구는 레고를 활용한 인공지능 로봇 교육이 학습자의 창의적 문제해결력 향상에 유의한 영향을 미친다는 실증적 근거를 제시함으로써, 초등 인공지능 로봇 교육의 교수·학습 설계를 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.

This study analyzed the effects of an AI robot education program utilizing LEGO bricks on elementary school students' creative problem solving skills. With the growing adoption of AI and robotics in education, learners' ability to define and creatively solve problems is emerging as a key competency for future society. An AI robot education program was conducted with elementary school students. The experimental group used LEGO bricks, while the control group used a pre-built robot kit. The analysis revealed that both groups improved their creative problem solving skills, but the experimental group using the LEGO program showed greater improvement. Statistically significant differences were observed between the two groups in terms of divergent thinking and motivational factors. This finding suggests that the unstructured manipulative activities of LEGO bricks stimulate learners' idea generation and intrinsic motivation, thereby enhancing their creative problem-solving skills. This study provides empirical evidence that AI robot education utilizing LEGO bricks significantly enhances learners' creative problem solving skills, and can serve as a foundation for designing instructional strategies for elementary school AI robot education.

본 연구는 레고를 활용한 인공지능 로봇 교육 프로그 램이  초등학생의  창의적  문제해결력에  미치는  효과를  검증하고, 완성형 로봇 교구를 활용한 인공지능 로봇 교 육과의 차이를 규명하고자 하였다. 연구 결과, 두 집단 모두 창의적 문제해결력이 향상되었으나 레고 기반 인 공지능 로봇 교육 프로그램을 적용한 실험집단에서 향 상 폭이 더 크게 나타났다. 특히 하위 요인 중 확산적 사고(Divergent Thinking)와 동기적 요소(Motivational Factors)에서 통계적으로 유의미한 차이가 확인되었다 (p<.05).
이러한 결과는 비구조화되어 조작 자유도가 높은 레 고 활용 활동이 학습자의 아이디어 생성력과 내적 동기 를 동시에 자극하여 창의적 문제해결력의 핵심 요소를 강화한 결과로 해석된다. 완성형 로봇 교구 또한 학생의 논리적 사고와 문제해결 과정 이해에 기여하지만, 교구 의 자체의 구조가 비교적 고정되어 있어 학습자가 문제 를 재구성하거나 새로운 해결안을 탐색하는 데에는 한 계가 있다. 반면, 레고 교구는 높은 조립 자유도와 피드 백 가능성을 제공하여 학습자가 문제의 정의, 아이디어 구상, 시제품 제작, 테스트의 순환적 과정을 자율적으로 경험할 수 있게 한다. 학습자는 레고 조작과 블록 코딩 을 반복하면서 즉각적 피드백을 통해 사고를 구체물로 시각화하고 수정·확장하는 순환적 학습을 경험하였으며, 이러한 과정이 창의적 문제해결력 하위 요인 중 확산적 사고와 동기적 요인인 자기조절 등을 동시에 강화시킨 것으로 보인다.
본 연구는 현재 초등학교 실과 정보영역과 로봇영역 에서 이루어지고 있는 융합 교육의 방향에도 시사점을 제공한다. 다양한 교구를 활용한 로봇 단원이 학생들의 프로그래밍 및 논리적 사고력 신장에 긍정적 효과를 보 이고 있으나, 창의적 문제해결력의 측면에서는 레고와 같이 비구조화된 조작활동이 가능한 교구의 활용이 더 효과적일 수 있음을 실증적으로 확인하였다. 이는 내년 부터 초등 5~6학년에 적용될 2022 개정 실과(기술·가 정)/정보과 교육과정에서 디지털 사회와 인공지능 영역 이 제시되고, 로봇 관련 성취기준에서 로봇을 만들어 코 딩과 프로그램을 적용하여 제어하는 융합 기술을 강조 하는 취지와도 부합하며, 향후 인공지능 교육이 학습자 의 구성적 탐구와 창의적 문제해결력을 촉진하는 방향 으로 설계되어야 함을 시사한다.
한편, 본 연구는 단일 학교 5학년 2개 학급(집단별 18 명, 총 36명)을 대상으로 한 소규모 표본 연구라는 점에 서 표본 구성에 일정한 제한이 있으며, 연구 결과의 일 반화에는 신중함이 요구된다. 따라서 후속 연구에서는 표본 규모와 연구 대상을 확대하여 레고 활용 인공지능 로봇 교육 프로그램의 효과를 보다 폭넓게 검증할 필요 가 있다.