AI 디지털 교과서 도입 이슈

개요

AI 기술이 발전함에 따라 우리 사회에 많은 영향을 주고 있다. 교육부에서도 이러한 변화에 발맞춰 2022년 디지털 신기술을 개발·활용·운용하는데 필요한 지식과 역량을 갖춘 인재인 ‘디지털 인재’를 양성하기 위해 AI 기반 디지털 교육 정책 및 기반을 마련하는 방안을 제시했다. 대표적인 방안의 예로는 2015교육과정 개정으로 2020년부터 초·중 SW교육 필수화 및 고교 AI과목을 신설, 정보(SW)교육 평균 시수 초 62.1시간, 중 52.8시간으로 학생들이 정보교육을 이수하게끔 했다.

이어서 2023년에 디지털기반 교육혁신방안으로 개별 맞춤 교육으로 모든 학생의 역량 및 선호·학습 속도에 최적화된 맞춤 교육 체제를 실현하고자 AI학습 튜터링 시스템(AI 보조교사)을 개발 계획을 발표했다. 이를 통해 맞춤형 학습 지원이 가능하게 되며 학습격차가 해소되는 효과를 기대하고 있다. AI 디지털 교과서는 2025년부터 초등학교 3·4학년, 중학교 1학년, 고등학교 1학년을 대상으로 영어, 수학, 정보, 국어(특수교육 대상자)과목부터 단계적으로 학교 현장에 도입될 예정이다.

도입 배경 및 발단

이미 디지털교과서는 2010년부터 개발 및 상용화되고 있었다. 서책형과 비교하여 사용률이 낮고, 대부분의 학교에서 서책형을 주교재로 사용하면서 보조적인 역할을 주로 했었다. 이에 따라 사람들은 디지털교과서 활용을 크게 체감할 수 없었다. 우리나라 디지털 교과서의 개발 계획은 2007년 3월 발표한 ‘디지털 교과서 상용화 추진 방안’ 이후 구체적으로 실행되고 있다. 사교육비 경감을 위해서 공교육을 활성화하는 방안 중의 하나로 교과서를 선진화하는 개선 방안이 모색되었다. 교과서의 내용과 구성의 질적 수준을 높여 학생들의 학습 효과를 사교육보다 높게 나타내려는 의도였다. 학생들이 학습에 흥미를 가지고 수행할 수 있도록 관심을 유도할 수 있는 이미지, 애니메이션 등의 멀티미디어 자료 등을 활용하여 다양한 학습자료를 제공하는 디지털교과서를 개발하는 정책이 마련되게 되었다.

2007년 디지털교과서 상용화 추진 방안에 따라 원형 개발과 연구 개발이 시작되었으며, 제도 정비와 연구학교 중심의 시범 적용을 거쳐 2015 개정 교육과정 적용과 함께 2018년부터 일반 학교에 보급되고 있다. 현재 초3~중3 사회·과학·영어/고등 영어 디지털교과서 및 실감형 콘텐츠 등이 보급되고 있다. 디지털 교과서는 “기존 교과 내용에 용어사전, 멀티미디어 자료, 실감형 콘텐츠, 평가 문항, 보충·심화학습 등 풍부한 학습자료와 학습지원 및 관리 기능이 추가된 교과서”다. AI 디지털 교과서는 디지털 교과서에 AI를 활용한 기능이 포함된 교과서다.

2022년 윤석열 정부가 출범하면서 6개의 국정목표 중 ‘자율과 창의로 만드는 담대한 미래’ 목표의 세부 목표로 ‘창의적 교육으로 미래 인재를 키워내겠습니다’를 달성하기 위한 하위 목표로 ‘100만 디지털인재 양성’과 ‘모두를 인재로 양성하는 학습혁명’을 제시했다. 해당 목표는 디지털·반도체 등 역량을 갖춘 신산업·신기술 분야의 핵심인재를 양성하기 위해 4차 산업혁명 시대, 디지털 대전환에 대응한 SW·AI 및 디지털 교육기반 조성, AI 등 신기술을 활용한 교육혁신으로 학생 개개인을 위한 학습 지원과 진로·경력관리 시스템을 구축하여 미래 핵심 역량을 갖춘 인재 양성을 지향하고 있다. 디지털 기술이 발달하면서 학생 개별 맟춤형 교육을 제공할 수 있는 환경이 조성되고 있는 사회에서 정부가 제시한 국정목표에 따라 교육부는 2022년 8월 “디지털 인재양성 종합방안”을 수립하여 관계부처 합동으로 발표한 바 있고, 2023년 2월 “모두를 위한 맞춤 교육의 실현 디지털 기반 교육혁신 방안”을 마련하였다. AI와 같은 첨단기술을 활용하여 학생의 역량에 맞춘 개별화 맞춤 교육을 실현하겠다는 목표를 설정하고 있다. 해당 방안의 핵심은 AI 디지털교과서 도입, 디지털 인프라 확충 등이 있다. 2023년과 2024년의 준비기간을 거쳐 2025년에 도입하는 것을 목표로 시작되었다.

AI 디지털교과서 분석

정의 및 특성

우선 디지털교과서는 서책형 교과서에서 제공하는 콘텐츠를 단순히 디지털로 변환한 교과서가 아니라 디지털 공간에서 교수학습에 도움을 줄 수 있는 서책형 교과서에서는 구현할 수 없었던 기능을 접목한 디지털화된 교과서다. AI 디지털 교과서는 학생 개인의 능력과 수준에 맞는 다양한 맞춤형 학습 기회를 지원하고자 인공지능을 포함한 지능정보기술을 활용하여 다양한 학습자료 및 학습 지원 기능 등을 탑재한 소프트웨어다. AI에 의한 학습 진단과 분석(Learning Analytics), 개인별 학습 수준과 속도를 반영한 맞춤형 학습(Adaptive Learning), 학생의 관점에서 설계된 학습 코스웨어(Human-Centered Design)의 특성을 가지고 있다.

AI 디지털 교과서가 교사와 학생에게 각각 AI조교로서, AI튜터로서 조력하는 역할을 한다. 학생은 단순히 지식을 전달받는 것을 넘어, 자신이 가지고 있는 목표와 역량, 학습 속도에 따라 서로 다른 학습 경로를 구축하고, 희망할 때 손쉽게 보충·심화 학습이 가능한 능동적인 학습자로 성장할 수 있다. 교사는 AI 튜터의 분석을 기반으로 학생 개인의 특성에 맞는 수업을 진행하고, 학생 개인의 학습성과를 최대화 할 수 있는 학습 설계, 사회·정서적 변화를 관찰·진단하여 상담·멘토링을 제공하는 학습 멘토, 사회·정서적 지도자 역할을 확대할 수 있다. 결론적으로 AI 디지털 교과서 도입으로 모든 학생이 자신의 학습목표, 학습역량, 학습속도에 맞는 맞춤교육을 받고, 교사와 학생이 인간적으로 연결되는 체제를 구현할 수 있다.

학부모는 데이터를 기반으로 자녀가 학습에서 겪는 어려움을 파악하고, 자녀에 대한 깊이 있는 이해를 바탕으로 정서적인 지지와 격려를 할 수 있다.

AI 디지털교과서 추진내용

핵심 서비스

AI 디지털교과서 서비스 구성도

AI 디지털교과서는 공공이 제공하는 AI 디지털교과서 포털 서비스와 민간이 제공하는 교과별 AI 디지털교과서 서비스의 형태로 구성한다.

AI 디지털교과서 포털

• AI 디지털교과서 포털은 디지털교과서 인증, 디지털교과서 책장, 통합 대시보드 등의 서비스를 제공하여 학습데이터 허브를 통해 국가수준 데이터 분석을 수행
• 하나의 계정으로 AI 디지털교과서 포털과 각 개발사의 디지털교과서를 이용할 수 있도록 교육디지털원패스를 활용한 통합 인증 체계를 제공
• 통합 대시보드를 통해 학습자의 교과별 학습 활동 데이터 분석 결과를 그래프, 차트, 표 등 시각적으로 제공
• 학습데이터를 기반으로 학습자의 맞춤형 학습 및 자기주도학습을 지원
• 공공은 AI 디지털교과서 활용 학습 과정에서 발생하는 학습데이터를 기반으로 국가 단위 학습분석, 통합 대시보드, 학습이력 관리, AI 트레이닝 데이터셋 공유 등을 위한 학습데이터 허브를 운영

교과별 AI 디지털교과서 서비스

공통 서비스

• 포털의 인증 정보를 기반으로 사용자를 수집하고, AI 기반 서비스를 통해 AI 튜터, AI 보조교사, 대시보드 등의 맞춤형 서비스를 제공
• 교육주체(학생, 교사, 학부모) 간 소통을 강화할 수 있는 방안을 제공
• 편의성 높은 UI/UX를 제공하여 접근성을 보장

학생 서비스

• AI 등 첨단 기술을 활용하여 개별 학습 진단과 분석을 제공
• 학생별 최적의 학습경로와 콘텐츠를 추천
• AI 튜터 등의 기능을 제공하여 학생 맞춤형 학습을 지원

교사 서비스

• AI 보조교사 기능을 제공
• 수업 진행을 위한 콘텐츠 재구성·추가 기능 제공
• 학생 학습이력 등 데이터를 기반으로 한 학습 관리 방안 제공

학부모 서비스

• 자녀의 개별 학습 진단과 분석 결과를 살펴볼 수 있는 대시보드 기능 제공

교육적 효과

개별 맞춤형 학습 제공

학생 개인 맞춤형 학습을 제공한다. 각 학생의 학습 능력과 속도에 따라 학습자의 수준을 파악하고 이를 바탕으로 학습 내용을 조정해 학생 개인의 능력과 수준에 맞는 다양한 맞춤 학습 기회를 지원한다. 학생의 성취 수준 및 학습 현황 등을 진단·분석하여, 교사가 분석 결과를 검토·재구성한 후, 개인화된 맞춤 콘텐츠를 제공한다. 맞춤형 콘텐츠를 통해서 학습자의 취약점을 개선하고 학습자의 흥미를 이끌 수 있는 적합한 콘텐츠 제공으로 이어질 수 있는 방안을 마련할 수 있다.

자율적인 학습 환경

AI 디지털 교과서는 학생들에게 자율적인 학습 환경을 제공한다. AI 디지털 교과서는 온라인 및 모바일 기기에서 접근할 수 있기 때문에, 학생들은 시간과 장소에 구애받지 않고 언제든지 학습할 수 있다. 학생들은 자신이 원하는 시간과 장소에서 학습할 수 있으며, 필요에 따라 콘텐츠를 반복해서 학습할 수 있다.

교사 지원 및 수업 효율성 향상

AI 보조교사는 교실 환경에서 학생별 학습활동 정보를 교사에게 제공하고 교사의 맞춤 수업 설계를 지원한다. 학생의 학습 데이터 분석을 통해 개별적인 학습계획을 수립하고, 학습활동을 모니터링한 결과를 바탕으로 개별 학생 맞춤형 학습 경로를 제공한다. 교사가 수업 전문성을 바탕으로 AI 디지털교과서 서비스에서 제공되는 학습 콘텐츠를 수업별로 재구성하거나 추가해서 수업의 효율성, 학습의 효과성을 향상시킬 수 있다.

보편적 학습 설계

보편적 학습 설계(UDL, Universal Design for Learning)는 모든 학습자의 요구와 능력을 포용해 학습 과정에서 불필요한 장애물을 없애주는 접근법. 다양한 방식으로 정보를 제시하고, 다양한 방식으로 학습에 참여하게 하며, 학생들이 스스로 학습을 다양한 방식으로 보여줄 수 있도록 하는 옵션을 제공하는 유연한 학습 환경을 개발하는 것을 목표로 한다. 개발사는 AI 디지털교과서를 활용하는 다양한 특성과 요구를 가진 사용자(학생,교사,학부모)를 고려해서 이들이 학습 환경에서 낙오되거나 소외되지 않도록 보편적 학습 설계(UDL)을 적용하는 다양한 기능을 제시해야 한다.

학습 내용 제시에서의 UDL 적용

• 주요 학습 내용에 대하여 다양한 매체(음성, 멀티미디어 등)를 활용하여 제시한다.

- 학습자가 선호하는 학습자료 제시 형태가 다양할 수 있으므로, 학습 내용 이해를 돕기 위하여 텍스트, 음성, 멀티미디어 등 다양한 매체를 활용하여 설명

- 장애가 있거나 문자 정보를 처리하는 데에 인지적 부담이 높은 학생들이 효과적으로 학습할 수 있도록 핵심적 내용을 음성으로 읽어주는 음성지원 기능을 제공

- 처음부터 내용을 자동으로 읽어주거나 학습자가 선택한 부분만 음성으로 읽어주는 등과 같이 다양한 선택 사항들을 제공해 학생이 효과적으로 읽을 수 있도록 지원

• 다양한 특성을 가진 학습자를 고려하여 이전 학년의 쉬운 수준 학습자료를 함께 제공한다.

- 주요 학습 내용에 대하여 기존 교과서의 수준과 동등한 쉬운 수준의 내용을 학습할 수 있도록 제공함으로써 기초학습능력이 부족한 학습자들이 자신의 수준에 맞추어 난이도를 조절하여 학습할 수 있도록 지원

- 교과서 대상 학년의 학습자보다 기초 학습 능력이 부족한 학습자를 고려하여, 이들이 동일 주제에서 보충학습을 할 수 있도록 옵션을 제공

• 다양한 학습 특성과 인지적 수준을 가진 학습자를 고려해서 텍스트 설명과 함께 시각적 구조화 자료를 함께 제공한다.

- 학습자가 학습 내용을 더 쉽고 명확하게 이해할 수 있도록 주요 학습 내용에 대한 개요를 개념도, 다이어그램, 표 등 시각적으로 구조화된 그래픽 조직자의 형태로 제공

• 학습자를 대상으로 다국어 번역 기능을 지원한다.

- AI 디지털교과서를 활용하는 모든 학습자의 서비스 접근 보장을 위해 웹 브라우저 번역 기능의 호환을 고려하여 개발

교수·학습 상호작용에서의 UDL 적용

• 학습자가 인지적 수준에 따라 도움 수준을 선택하여 학습할 수 있도록 지원함

- 좀 더 상세한 도움을 제공하는 단계와 간단한 단계 수준으로 나누어 도움 수준을 학생 수준에 따라 맞춤화하여 제공

• 학습활동 및 과제 등에서 문제 해결을 유도할 수 있는 힌트, 코멘트, 학습 에이전트 등의 다양한 방식을 제공함

- 학습자들이 과제나 문제를 풀 때 어렵다고 포기하지 않고 정답을 찾아내는 데 도움을 받을 수 있는 다양한 방식의 비계(scaffolding), 즉 학습자가 필요한 수준에서 선택할 수 있는 힌트, 코멘트, 문제를 푸는 전략이나 방법을 알려주 는 학습 에이전트 등과 같은 설정을 제공

• 다양한 펜 지원, 메모, 음성녹음, 파일 업로드 등 학습자가 다양한 방식으로 표현이 가능하도록 지원함

- 학생의 신체적, 인지적 수준이 다르더라도 학습 과정에서 모두 동등하게 표현할 수 있도록 다양한 선택 방법을 제공

• 펜으로 직접 쓰거나 음성인식으로 입력하거나 또는 음성으로 녹음하는 등 다양한 방법으로 학생들의 능동적 학습 과정을 지원

- 학생 스스로가 학습과정과 결과를 보다 다양한 방식으로 원활히 표현하기 위해 자신에게 익숙한 미디어를 선택하고 조합할 수 있도록 다양한 펜 지원 기능, 메모, 음성녹음, 파일 업로드 등 다양한 표현 수단을 제공

교수·학습 관리에서의 UDL 적용

• 학습자의 성찰 활동(자기 점검 및 평가) 지원 기능을 제공함

- 학습 과정에서 학생들이 자기가 학습한 정도에 대한 상태 정보나 학습시간, 학습을 시도한 횟수, 평가 진행 정도, 평가의 추세 등을 확인해 볼 수 있도록 지원

학습 가이드나 체크리스트 등을 제공하여 자신의 학습에 대해 스스로 점검하고 보다 계획적이고 전략적으로 학습할 수 있도록 지원

• 학습자 간의 협력 활동을 제공할 때에는 협력 방법에 대한 구체적인 설명과 다양한 수준의 지원을 제공함

- 학습자 간의 짝 활동, 소그룹 협력 활동이 필요한 내용에서는 단순히 협동 과제와 정답 또는 과제에 대한 설명뿐만 아니라 과제를 해결하기 위해 어떤 방법으로 협력을 수행할

수 있는지에 대하여 구체적인 가이드를 제공