AI를 활용한 PBL 기반의 영어교수학습 모형 개발
초록/요약
본 연구의 목적은 학생들이 영어를 배우는 교육에서 영어를 사용하고 문제를 해결하는 영어교육으로 전환할 수 있도록 AI를 활용한 PBL 기반 영어 교수학습 모형을 개발하고 학교 영어 수업 시간에 적용하여 학습자들의 영어능력과 정의적 영역에 어떠한 영향을 미치는지를 확인하기 위함이었다. 이를 위하여 웹 활용 영어교육, PBL, AI 등에 관한 선행연구를 바탕으로 교수 설계원리를 추출하고 초기 모형을 개발하였다. 개발된 초기 모형을 1차 전문가 타당화 검사를 통해 모형을 수정하고 보완하여 2차 전문가 타당화 검사 후 최종 모형을 개발하였다. 개발된 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형에서는 웹 활용 교과서 중심 영어학습 - 핵심개념 확인 및 피드백 제공 - AI 활용 PBL 영어 교실 수업 - AI 적용의 단계를 제시하였다. AI 활용 PBL 영어 교실 수업 단계에서 AI를 활용하여 PBL 수업을 학교 영어 수업에서 진행할 수 있도록 세부모형을 개발하고 교수자가 교육 프로그램을 실행할 때 포함되어야 할 내용을 10단계로 나누어 구체화하였다. 그런 다음 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형을 적용하여 그 효과성을 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, AI 활용 PBL 기반 교수학습 모형이 영어 수업에 효과적으로 적용되어 영어학습자의 영어능력에 어떤 변화가 있는지 살펴보았을 때 1학년 학습자 점수는 69.96에서 75.34로 5.38점, 2학년 학습자 점수는 68.38에서 73.50으로 5.12점, 3학년 학습자 점수는 75.13에서 81.50으로 6.37점 향상되어 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형이 학습자의 영어능력에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 AI를 활용한 PBL 기반 교수학습 모형은 영어 수업에 효과적으로 적용 가능한 것으로 결론 내릴 수 있다. 둘째, AI를 활용한 PBL 기반 교수학습 모형이 영어학습자 이해기능을 향상시킬 수 있는지 살펴보았을 때 학습자의 성적향상은 이루어졌으나 통계적으로는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 그러나 성찰일지나 면담 과정의 답변에서 AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습 모형이 학습자의 이해능력을 향상시키는 데 효과적으로 작용하고 있는 것으로 나타나 추후에 AI 활용 PBL 영어 교수학습의 기간을 늘려 실험이 진행된다면 유의미한 향상이 있을 것으로 보인다. 또한, AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습 모형이 영어학습자의 표현기능을 향상시킬 수 있는지 살펴보았을 때, 1학년 학습자 점수는 75.38에서 82.30으로 6.92점, 2학년 학습자 점수는 72.00에서 79.50으로 7.50점, 3학년 학습자 점수는 84.00에서 92.00으로 8.00점 성적향상이 이루어졌고 통계적으로도 유의미한 차이를 보였다. 면담과 성찰일지에 나타난 학습자의 표현기능에 대한 답변에서도 긍정적 변화를 읽을 수 있었다. 특히, 3학년 학습자의 표현능력 향상이 높게 나타났는데 이는 AI 활용 PBL 영어 교수학습은 수동적인 학습 태도보다는 학습 전략과 인지 전략이 뛰어난 고학년 학생에게 더 효과적일 수 있음을 시사한 것으로 AI 활용 PBL 영어 교수학습은 학습자의 학습 수준에 따라 학습이 이루어질 수 있음을 나타내고 있다. 따라서 웹 활용 교과서 중심 영어학습 단계에서 적절한 학습 자료를 제공하고 문제해결과 발표과정에서 영어 사용기회를 충분히 부여한다면 영어학습자의 표현기능뿐만 아니라 이해기능 향상에 긍정적인 효과가 있을 것으로 판단되며, AI를 활용한 PBL 기반 영어 교수학습 모형이 영어학습자의 이해기능과 표현기능을 향상시킬 수 있는 것으로 결론 내릴 수 있다. 셋째, AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형을 적용한 수업의 실험학습 후와 강의식 수업을 진행한 실험학습 전 학습자들이 정의적 영역에서 실험학습 전 리커트 척도 평균 3.62점에서 실험학습 후 4.32점으로 AI 활용 PBL 영어 교수학습이 영어학습자들의 정의적 영역에 미치는 영향이 더 큰 것으로 나타났다. AI 활용 PBL 영어 교수학습이 영어학습자의 정의적 영역에 미치는 영향을 흥미도, 참여도, 학습동기, 자신감으로 구분하여 살펴보았을 때도 실험학습 후 모두 높게 나타나 AI 활용 PBL 기반 교수학습 모형이 영어 수업에 효과적으로 적용되는 것으로 나타났다. 넷째, 학습자의 성찰일지와 면담의 반응에서도 AI를 활용한 PBL 기반 영어 교수학습은 정의적 각 영역에 긍정적 영향을 주는 것으로 나타났다. 흥미도 관련 답변에서 학습자들은 AI 활용 PBL 영어 교수학습의 학습 과정과 학습 내용, 그리고 실생활과 연계된 문제에서 흥미를 보인다고 답변하였다. 참여도와 관련해서는 긍정적인 반응과 부정적인 반응이 혼재하여 AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습에서 조별 구성 등 세심한 수업 계획과 운영이 필요해 보인다. AI 활용 PBL 영어 교수학습에서 학습동기는 학습자가 학습 목표를 인지하고 실행하는 데 유용하게 작용하고 문제해결과 발표과정에서 영어사용에 대한 자신감을 상승시키는 것으로 나타났다. 따라서 AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습 모형이 학습자의 흥미도, 참여도, 학습동기, 자신감을 향상시킬 수 있는 것으로 결론 내릴 수 있다. AI 활용 PBL 영어 교수학습에서 제공되는 정보들이 단순한 형태의 텍스트로만 제공되는 것이 아니라 다양한 형태의 학습 자료가 제공되고 AI 학습 도구를 활용할 수 있기 때문에 학습자는 학습에 대한 흥미를 느끼고 수업에 적극적인 태도로 임하면서 학습자의 정의적 능력을 높이는 것으로 나타났다. 그 결과 학습자가 문제해결 과정에서 자연스럽게 영어를 사용하면서 정의적 영역과 영어능력이 상호긍정적 전이를 형성하여 학습 효과를 높이는 것으로 보인다. 이는 AI 활용 PBL 영어 교수학습에서 AI 활용으로 영어사용에 자신감을 갖게 된 학습자가 영어 PBL 학습 과정에서 인지적 활동을 더 많이 하게 되고 학습 동기도 높아져 영어능력에 긍정적 영향을 주는 것으로 볼 수 있다. 따라서 AI 활용 PBL 기반 교수학습 모형이 영어 수업에 효과적으로 적용되어 학습자의 영어능력과 정의적 능력을 향상시키는 것으로 결론 내릴 수 있다. 그동안의 PBL 기반 영어교육에서의 연구는 대부분 대학생 학습자를 대상으로 하는 연구였으나 본 연구는 PBL 기반 수업을 AI를 활용하여 중등학교 교육 현장에 적용할 수 있는지에 대한 가능성을 확인하기 위해 중학교 영어학습자를 대상으로 연구를 진행하고 그 효과성을 검증하였다. 이를 바탕으로 학교 현장에 적용할 수 있는 AI를 활용한 PBL 기반 영어 교수학습 모형을 제시함으로써 다가오는 미래사회에서는 학교가 강의 전달 중심의 플랫폼에서 벗어나 활동 중심의 새로운 교육환경으로 거듭날 것이며 학습자는 4차 산업혁명 시대를 살아갈 미래역량을 기를 수 있을 것이다.
more초록/요약
The purpose of this study is to develop an English Teaching and Learning Model based on PBL using AI(AEPBL) and find out its effect by applying this model to English classes. To do this, the design principle was extracted from previous research on English education related to web-based instruction, PBL(Problem Based Learning), and AI (Artificial Intelligence) and the initial model was developed. The initial model was modified through the first expert validation test, and the final model was developed after the second expert validation test. In AEPBL, there are 4 stages consisting of English learning based on web-based textbooks, checking core concepts and providing feedback, PBL English classes using AI, and applying AI. For the stage of the PBL English classroom using AI, a detailed model was developed so that AEPBL can be implemented in the classroom. There are 10 steps of AEPBL that must be included when the instructor executes AEPBL in English class. The effect of the model was also investigated and the main findings were as follows. First, in the average scores of English ability tests 7th grade students increased by 5.38 points from 69.96 to 75.34, 8th grade students increased by 5.12 points from 68.38 to 73.50, and 9th grade students increased by 6.37 points from 75.13 to 81.50. These scores all showed statistically significant differences and indicated that AEPBL had a positive effect on improving students’ English ability. Second, the AEPBL model did not enhanced learners’ receptive skills but it improved learners’ productive skills significantly. The qualitative results (data from the reflection diary and interview) showed that the learners' receptive skills had improved a lot by using AEPBL. So, if the experiment is carried out by extending the duration of AEPBL, students' receptive skills might be significantly improved. Whereas positive changes were seen in data from the reflection diaries and interviews of the learners' productive skills. In particular, the improvement of productive skills of 9th grade students was high, suggesting that AEPBL can be more effective for senior students with superior learning strategies and cognitive strategies than for students with passive learning attitudes. It was shown that AEPBL can work effectively depending on the learner's English level. If appropriate learning materials are provided at the stage of learning English in the web-based textbooks and sufficient opportunities to use English are given during the processes of problem solving and presentation, there will be a positive effect on improving not only the productive skills but also the receptive skills of English learners. So, it can be concluded that AEPBL is an effective teaching model to enhance learners receptive and productive skills. Third, there was a positive effect on the affective domain of the English learners. The post-test scores on the affective factors(interest, participation, learning motivation, and confidence) were statistically higher than those of pre-test. In the response of learners' reflection diaries and interviews, AEPBL was found to have a positive effect on interest, participation, learning motivation, and confidence. Related to the degree of interest, learners mentioned that they had interest in the learning process and content of AEPBL. They also mentioned that the topics of PBL were related to their real life and they thought it triggered their interest. Regarding participation, positive and negative reactions were found so it seems necessary to plan and operate lessons carefully, using appropriate methods and making group formations. In AEPBL, learning motivation was found to be increased and confidence in using English while solving problems and giving presentations. Therefore, it can be concluded that AEPBL is an effective model as it enhanced a learners’ interest, participation, learning motivation, and confidence. Overall, AEPBL is an effective model to improve learners' English abilities. Thus, AEPBL can offer a great opportunity to practice using English interactively with AI based on students’ individual levels. It also allow learners to improve their problem solving competence, collaborative competence, technological competence, and critical thinking skills. In this type of innovative environment, students will be able to develop future capabilities to live in the era of the 4th industrial revolution.
more목차
Ⅰ. 서론 1
1.1 연구 목적과 필요성 1
1.2 연구 문제 6
Ⅱ. 이론적 배경 7
2.1 4차 산업혁명과 교육의 방향 7
2.2 웹 활용 영어교육 9
2.2.1 웹 활용 영어교육의 효과 11
2.3 AI와 빅데이터를 활용한 영어교육 13
2.3.1 AI의 이해 13
2.3.2 AI 기반 교육 15
2.3.3 AI와 영어교육 19
2.3.3.1 AI 번역기 수업 활용 22
2.3.3.2 AI 챗봇 수업 활용 26
2.3.4 빅데이터와 영어교육 27
2.3.4.1 언어자료로서의 빅데이터 28
2.3.4.2 코퍼스의 영어교육 활용 31
2.4 문제중심학습(PBL) 34
2.4.1 문제중심학습 문제 개발 및 전개 과정 36
2.4.2 문제중심학습 교육적 효과 37
2.5 웹 활용 문제중심학습 39
2.5.1 웹 활용 문제중심학습 교수학습 모형 42
2.5.1.1 웹 활용 교수학습 모형 42
2.5.1.2 문제중심학습 교수학습 모형 46
2.5.1.3 웹 활용 문제중심학습 교수학습 모형 51
Ⅲ. 연구 방법 54
3.1 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형 개발 절차 54
3.2 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형 타당화 검토 56
3.3 AI 활용 PBL 영어 교수학습 효과성 검증 58
3.3.1 연구 대상 및 수업 절차 58
3.3.2 연구 도구 및 분석 방법 60
Ⅳ. 연구 결과 및 논의 64
4.1 AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습 모형 64
4.1.1 AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습 모형 개발 원리 64
4.1.2 AI 활용 PBL 기반 영어 교수학습 모형 개발 66
4.1.3 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형 전문가 1차 타당성 검증 73
4.1.4 AI 활용 PBL 영어 교수학습 수정 모형 76
4.1.5 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형 전문가 2차 타당성 검증 80
4.2 AI 활용 PBL 영어 교수학습 자료 개발 및 활용 80
4.3 AI 활용 PBL 영어 교수학습 절차 90
4.4 AI 활용 PBL 영어 교수학습 모형 적용 수업의 효과 분석 101
4.4.1 영어능력 결과 분석 101
4.4.2 정의적 영역 결과 분석 105
Ⅴ. 결론 및 제언 114
참고문헌 119
부록 138
Abstract 147
