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맞춤형 수업 최적화, ‘낙오자’는 없다

성큼 다가온 AI시대, 교육도 비켜갈 수 없는 세상이 됐다. 이제 인공지능은 교과교육과 연계하고, 융합교육을 확산시켜 나가는 미래교육의 중요변수로 떠올랐다.

 

교육에서도 인공지능과 빅데이터를 접목하여 4차 산업혁명 시대를 선도하는 패러다임의 전환은 한층 더 활발하게 이루어질 전망이다.

 

하지만, 학교 현장에서 인공지능과 빅데이터를 활용하기 위한 준비는 부족한 것이 사실이다. 인공지능을 활용한 교육과정을 구성하고, 이를 구현하기 위한 물리적 환경이 조성되어야 하는데 아직 갈 길이 멀다. 공교육에서는 인공지능 학습의 기반이 되는 학습데이터가 전문한 실정이고 인공지능 교육에 필요한 인프라도 미흡하다.

 

이뿐 아니다.

 

미국, 중국, 일본과 서구 유럽 선진국에서는 이미 인공지능이 초·중·고 교육과정에 포함돼 있지만 우리는 교과서 개발조차 초보 단계에 머물러 있다.

 

교사 양성 역시 교육대학원을 이용한 단기 대책만 있을 뿐 구체적인 플랜이 없다.

 

인공지능 경쟁력이 미래 국가경쟁력이라고 한다. 미래의 생존이 달린 문제이기도 하다. ‘우리에게 AI란 무엇인가’ 라는 근본적인 물음에서부터 AI 교육이 그려낼 세상과 이것이 교육현장에 구현되기 위해서는 어떤 준비와 과정이 필요한지 모색해 본다. 또 인공지능 교육이 보여주기식 일회성 이벤트로 끝나지 않도록 하기 위한 방안은 무엇인지도 함께 고민해 보고자 한다.

 

2시그마의 문제

2시그마 문제란 교육심리학분야 석학인 벤저민 블룸(Benjamin S. Bloom)이 제시한 문제이다. 강의식 교육을 한 학생과 1:1 튜터링 학습을 진행한 이들과의 학업성취도 차이에 대해 말하고 있는데 1:1 튜터링 학습을 진행한 학생들의 평균이, 강의식 교육을 진행한 학생의 상위 2%와 동일하다는 연구 결과다(두 수업방식의 차이가 표준편차의 2배가 된다고 해서 2시그마로 명명함). 다시 설명하면, 1:1 튜터링 학습을 50명 시키고, 강의식 수업을 50명 동시에 시킨다면 1:1 튜터링 학습의 평균점수와 강의식 수업의 상위 1명의 점수와 동일하다는 점이다.

 

상위 2% 학생을 길러낸다는 것이 교육목표였다고 가정한다면 1:1 튜터링 학습이 강의식 수업보다 50배 더 효과적인 방법이라 말할 수 있다는 것이다.

 

하지만 이런 1:1 학습이 효과적이라는 것은 다 알고 있지만 1:1 과외라는 방식은 비용이 너무 비싸고 표준화되어 있지 않아서 좋은 1:1 과외선생님을 찾기가 어려운 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 인공지능 기술을 교육과 접목하려는 시도가 이어지고 있다.

 

인공지능 로봇 교사의 모습

인공지능과 결합한 교육의 모습은 어떨까? 작은 크기의 인공지능 로봇이 우리 아이들을 따라다니면서 가르친다면 어떨까 상상을 한번 해보자.

 

“오늘은 바이오리듬의 이성적 영역이 충분해 수학수업을 해 볼까요?” 우선 수업에 들어가면서 인공지능 로봇 교사는 학생에게 최적의 수업 커리큘럼을 제시한다.

 

“2 자릿수 나누기 문제가 조금 부족하니 이 부분부터 짚고 넘어가요” 학습자의 빅데이터를 축적해 학습자의 학습현황과 역량을 정확하게 파악한다.

 

“잠깐 푸는 걸 멈춰봐요. 여기선 이렇게 생각해 보는 게 좋아요. 다시 한번 해 볼까요?” 학습을 진행하면서 적절한 시기에 적절한 학습 코칭이 이루어진다.

 

“피로가 쌓였어요. 5분 정도 쉬었다 해요. 쉬기 전에 구구단 8단 까먹을 때가 되었어요. 한 번만 더 읽어 보아요.” 학습자 상태와 환경에 따른 학습을 진행하고, 지속적인 학습내용 상기를 통해 기억하도록 한다.

 

“조금 답답한 기분이군요. 이럴 때는 거실이 좋죠?” 학습자 기분에 맞는 학습환경 또한 적절하게 변화를 준다.

 

“잘했어요! 이제 새로운 부분으로 넘어가 볼까요? 그 전에 2 자릿수 나누기 문제 마스터의 포상으로 도넛 하나 갖다 줄게요” 맞춤형 학습동기를 부여하고, 보상까지 적절하게 해준다.

 

이런 인공지능 로봇 가정교사가 있으면 어떨까? 교육은 인공지능과 결합하여 이런 선생님을 만들어 가는 쪽으로 진화해 나가고 있다.

 

인공지능 교육서비스의 현주소

그렇다면 현재 인공지능이 교육적으로 활용되는 수준은 어느 정도일까? 2016년 5월 조지아 공대에서 인공지능 수업을 들은 300여 명의 학생을 깜짝 놀라게 한 사건이 있었다. 1월부터 학생들은 온라인 수업으로 인공지능 강의를 듣고 있었는데, 학생들의 질문에 답변을 주고, 쪽지시험을 내고, 토론 주제를 주었던 조교가 사람이 아닌 인공지능이었던 것이다. 질 왓슨이란 이름의 이 조교를 학생들은 20대 백인의 박사과정 학생이라고 생각했지만, 그 예상은 빗나갔다. 심지어 이 조교는 인공지능이라 밝혀지기 전까지 매우 인기가 많았던 조교였다고 한다. 답변의 정확도나 빠르기 측면에서 매우 뛰어났기 때문에 학생들이 많이 좋아했다. 질 왓슨은 비속어까지 자연스럽게 섞어 썼기에 학생들은 전혀 눈치 채지 못했다.

 

뤼이드의 산타토익은 교육 스타트업 기업인 뤼이드가 만든 토익 맞춤형 학습 애플리케이션이다. 사용자의 학습 상태를 20개 카테고리의 64개 유형으로 분석해 그 결과를 토대로 약점을 보완할 수 있는 학습이 진행되어 학습자가 완전학습을 하게끔 도와주는 애플리케이션이다. 해외 유수 대학의 박사 출신들이 알고리즘을 개발했으며, 실로 방대한 양의 문제은행도 구축하고 있어 학습자들 사이에 인기가 좋다. 뤼이드가 만들었던 오답노트 기능도 구현되어 있어 토익에서 틀린 문제를 자동으로 오답노트에 보내 이 부분만 집중 학습할 수 있게 해 준다. 또한 산타톡을 제공하고 있어 다양한 커뮤니케이션을 통해 추가 학습정보를 얻게끔 해 주는 특징이 있다.

 

큐비나 아카데미는 인공지능 기반의 수학 학원이다. 큐비나 아카데미에는 선생님이 가르치지 않는다. 모든 수학문제가 학생들에게 맞춤형으로 제공된다. 큐비나의 원리는 나노스템 러닝에 있다. 기존 교육이 일정한 속도로 전원이 같은 레벨의 학습을 한다면, 세분화된 최적의 레벨로 개인학습을 전개하는 것이다. 큐비나가 쌓은 데이터는 디테일을 자랑한다는 것이 특징이다. 즉, 데이터는 해답 데이터만 쌓는 것이 아니다. 손으로 적은 계산 과정은 물론 해답에 필요한 시간 힌트를 읽었는지 그렇지 않은지까지 데이터화시킨다. 이를 통해 이 문제는 우연히 정답을 맞혔을 뿐 아직 의심스럽다고 인공지능이 판단되면 유사문제가 출제되는 형식이며, 오답이라면 문제가 틀렸다고 넘어가지 않고, 계산과정에서 어느 부분을 어려워하는지 실수했는지 분석해 준다. 그리고 그에 대한 대책을 마련해 주는 형식으로 이루어진다. 인공지능으로 1:1 학습을 최적화하는 것이다.

 

일본의 학습지도 요강에 따르면 중학교 1학년 수학수업 시간은 140시간으로 정해져 있다. 학원에 다니고 숙제하는 시간이 60시간이라고 하면, 1년에 200시간이 걸린다. 반면 큐비나는 평균 학원시간 24시간, 숙제하는 데 8시간이 걸린다.

 

큐비나 아카데미의 창립자 진노 겐키는 “아이의 공부시간을 단축시키고 인공지능 시대를 살아가는 데 필요한 능력을 배울 시간 만들기가 과제이다. 그 해결책이 바로 인공지능이었다. 인공지능이 개인별 최적의 문제를 내는 교재를 개발하여, 학교수업에 비해 7배 학습효율을 실현해 냈다. 중학교 1학년 수학은 평균 32시간만 투자하면 학습이 가능하다"고 장담했다.

 

 

미래형 학교모델의 제시

네덜란드의 스티브잡스 스쿨은 동일 연령 학제의 구성, 동일한 수업, 교사 중심의 수업이라는 근대방식의 학교에 문제의식을 느끼고 있었다. 이에 관심 주제나 역량에 맞는 혼합연령 구성(최대 4살 차, 20~30명 구성)된 학제를 편성하고, 인공지능 기술을 기반으로 한 아이패드 App 기반 1:1 학습(Tik Tik sCoolTool App)을 진행하게 되었다. 교사는 가르치는 사람이 아닌 ‘코치‘, ‘주제전문가’로서 배움이 필요한 순간에 해당 분야의 전문교사를 연결해 주었다. 또한 부모와 함께 6주마다 개인별 교육계획 제공한다. 이런 새로운 형식의 학교는 큰 반향을 일으켜 네덜란드에서 현재 15개 학교에서 프로그램을 도입하여 운영 및 확산 중이다.

 

스티브잡스 스쿨에서는 오전에는 인지영역 수업을 개인 맞춤형으로 진행한다. 그리고 오후에는 협업프로젝트, 워크숍, 정서활동 등 4차 산업혁명 시대에 필요한 역량들을 가르친다.

 

스티브잡스 스쿨의 모리스 혼드는 “일반 학교에서는 누구는 앞서 나가고 누군가는 뒤처지지만, 우리 학교에서는 각자의 속도에 맞게 배우기 때문에 단 한 명의 낙오자도 없다”라고 말한다.

 

기존의 근대방식 학교는 상위 1%를 위한 학교시스템이다. 수학과목의 경우 교사는 진도를 상위학생에 맞춰 나가고, 이를 따라가지 못하는 학생들은 낙오자가 된다. 수포자가 언제 되는가?의 싸움을 하고 있다 해도 과언이 아니다. 99%의 학생이 낙오자가 되는 지금의 시스템이 4차 산업혁명 시대에도 유효할까? 인공지능 기술은 이런 불행한 학교를 학생을 위한 행복한 학교로 바꾸는 열쇠를 가지고 있다.

 

선생님의 역할 고도화에 따른 행복한 교육으로의 변화

인공지능이 가져올 교육의 변화로 교사의 역할 변화를 들 수 있다. 우리 교육의 가장 중요한 목표인 창의·인성 영역에 투자하는 시간은 매우 적다. 교사들의 과도한 행정업무와 수업부담이 많다는 것이 가장 큰 이유로 꼽힌다.

 

그러나 AI 활용이 활성화되면 이런 부분을 인공지능 로봇이 해결해 줄 수 있다. 사실 교사들은 그동안 벤저민 블룸의 목표 위계구조 중 하위 영역인 기억하고 이해시키는 데 너무 많은 시간을 쓰고 있다. 이런 부분은 앞으로 인공지능이 더 잘하는 영역이 될 것이다. 즉, 하위 영역의 학습목표인 강의식 수업이나 행정영역은 인공지능 기술에 맡기고 교사들은 더욱 높은 목표로 이동할 필요가 있다.

 

다시 말해 적용하고, 분석하고, 평가하고, 창조하는 교육목표의 위계구조 중 상위영역으로 이동하는 것이다. 이는 교사가 아이들과 공감하고, 협력학습 하는 시간을 높여 주어 전문성을 극대화하고 더욱 더 행복한 학교로 변화시킬 수 있을 것으로 기대된다.