Education of Primary School Mathematics (한국수학교육학회지시리즈C:초등수학교육)

Korean Society of Mathematical Education (한국수학교육학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analysis of elementary teachers' AI-TPACK in mathematics education

초등교사의 수학 교과 AI-TPACK 분석

  • Lee, Yujin (Daejeon Heungnyong Elementary School)
  • 이유진 (대전흥룡초등학교)
  • Received : 2024.10.04
  • Accepted : 2024.10.26
  • Published : 2024.10.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

With the recent advancements in AI technology, numerous efforts have been made to utilize it effectively in education. In this context, this study aimed to investigate the teacher knowledge required to effectively integrate AI into mathematics education, based on the TPACK framework. Specifically, to effectively utilize AI in mathematics education, it is essential to consider not only teachers' technical knowledge related to AI but also their pedagogical knowledge and ethical considerations. Celik (2023)'s Intelligent-TPACK measurement tool, reconstructed with an emphasis on the ethical use of AI-based tools, was used to analyze the structural relationships between the components of TPACK and elementary school teachers' knowledge of ethical AI use in mathematics classes. The results revealed the hierarchical nature of AI-TPACK components and the influence of ethical knowledge (Ethics). AI-TCK and AI-TPK had a significant effect on AI-TPACK, while AI-TK did not have a direct effect on AI-TPACK but exerted a significant indirect effect through the mediation of AI-TCK, AI-TPK, and ethical knowledge (Ethics). Based on these findings, implications for teacher knowledge and teacher education programs aimed at effectively utilizing AI in education are discussed.

최근 AI 기술의 발달과 더불어 이를 효과적으로 교육에 활용하고자 하는 노력이 활발하다. 이러한 맥락에서 본 연구는 수학수업에 AI를 효과적으로 활용하기 위해 필요한 교사지식을 TPACK을 바탕으로 살펴보고자 하였다. 특히 AI를 수학교육에 효과적으로 활용하기 위해서는 교사의 AI와 관련된 기술 지식뿐만 아니라 교육학적 지식, 더 나아가 윤리적인 측면을 고려할 필요가 있다. 이를 위해 AI 기반 도구의 윤리적 활용을 강조한 Celik(2023)의 Intelligent-TPACK 측정 도구를 수학교육에 특화하여 AI-TPACK 측정 도구로 활용하였으며, AI-TPACK 구성요소 사이의 구조적 관계를 분석하였다. 그 결과, AI-TPACK의 구성 요소 간 계층적 특성과 윤리적 지식(Ethics)의 영향을 확인할 수 있었다. 특히 기술 내용 지식(AI-TCK)과 기술 교육 지식(AI-TPK)이 AI-TPACK에 미치는 영향이 크게 나타났으며, 기술 지식(AI-TK)은 AI-TPACK에 직접적인 영향을 미치지 않았으나 기술 내용 지식(AI-TCK), 기술 교육 지식(AI-TPK), 윤리적 지식(Ethics)을 매개로 하여 AI-TPACK에 간접적으로 유의미한 영향을 미쳤다. 이와 같은 연구 결과를 바탕으로 AI를 교육에 효과적으로 활용하기 위한 교사지식 및 교사 교육에 관한 시사점을 논의하였다.

Keywords

References

  1. 고호경, 허난, 노지화(2021). RPP(Role-Play Presentation)를 통한 교사의 AI 교사와의 지각된 상호작용성분석. 수학교육, 60(3), 321-340.
  2. 교육부(2022). 교육분야 인공지능 윤리원칙. Retrieved from https://www.moe.go.kr/boardCnts/viewRenew.do?boardID=294&lev=0&statusYN=W&s=moe&m=020402&opType=N&boardSeq=92297
  3. 교육부(2024). 디지털 심화 시대의 교육이 지향하는 가치와 원칙에 대한 선언. Retrieved from https://www.moe.go.kr/boardCnts/viewRenew.do?boardID=294&lev=0&statusYN=W&s=moe&m=020402&opType=N&boardSeq=99298
  4. 김정원, 권민성, 방정숙(2023). 수학교육에서의 인공지능 활용에 대한 초등 교사의 인식 탐색. 초등수학교육, 26(4), 299-316.
  5. 김태령, 한선관(2020). 인공지능교육에 관한 초중등교사의 인식에 관한 연구. 교육논총, 40(3), 181-204.
  6. 김효준, 하상우(2022). 테크놀로지 활용 교수학적 내용지식(TPACK)에 대한 국제 연구 동향 탐색. 학습자중심교과교육연구, 22(24), 147-170.
  7. 노지화, 고호경, 김병수, 허난(2023). 인공지능 활용 교육의 토픽모델링 분석을 통한 수학교육 연구 방향의 함의. 한국학교수학회논문집, 26(1), 1-19.
  8. 류미영, 한선관(2018). 초등 교사들의 인공지능에 관한 교육적 인식. 정보교육학회논문지, 22(3), 317-324.
  9. 박찬솔, 김성애, 김성원, 홍지연, 박정호(2023). 인공지능(AI) 교과 융합 수업 설계를 위한 AI-TPACK 모델 기반 초등 예비교사 교육 프로그램 개발. 컴퓨터교육학회 논문지, 26(3), 15-29.
  10. 변윤성, 김성희(2020). 고등학교 수학 교사의 공학 도구 활용 자기연구를 통한 TPACK 변화 분석. 학교수학, 22(2), 373-394.
  11. 소연희(2013). 초등교사들이 지각한 테크놀로지 내용 교수학적 지식(Technology, Pedagogy and Content Knowledge),교수효능감과 수업전문성 인식의 구조적 관계. 아시아교육연구, 14(4), 125-147.
  12. 손태권, 구종서, 안도연(2023). TPACK과 기술수용모델을 활용한 초등교사의 수학 수업에서 인공지능 사용 의도 이해. 초등수학교육, 26(3), 163-180.
  13. 신동조(2020). 초.중등교육에서 인공지능: 체계적 문헌 고찰. 수학교육학연구, 30(3), 531-552.
  14. 오정숙(2016). 수학과 과학교사의 테크놀로지 활용에 관한 인식 연구: 한국과 캐나다의 비교. 한국교육문제연구, 34(4), 151-171.
  15. 유지원(2024). 초등교사의 AI 활용 교육에 대한 Intelligent-TPACK 역량의 교육요구도 분석. 이화여자대학교 교육대학원. 석사학위논문.
  16. 이다희, 황우형(2017). 수학교사의 테크놀로지 교수 내용 지식(TPACK) 측정 도구 개발 및 타당화. 수학교육, 56(4), 407-434.
  17. 이다희, 황우형(2018a). 수학교사의 테크놀로지 교수 내용 지식(TPACK)에 대한 연구 : TPACK에 대한 인식 및 교육요구도 분석 중심으로. 수학교육, 57(1), 1-36.
  18. 이다희, 황우형(2018b). 수학교사의 테크놀로지 교수 내용 지식(TPACK) 관점에서 본 수업 실제 분석. 한국학교수학회논문집, 21(4), 343-376.
  19. 이동국, 이봉규, 이은상(2022). 인공지능(AI) 활용 교육을 위한 교사 역량 및 연수 과제 도출. 교육정보 미디어연구, 28(2), 415-444.
  20. 이동국, 이은상(2022). 인공지능(AI) 활용 교육을 위한 교사 역량에 관한 교육요구도 분석. 교육정보미디어연구, 28(3), 821-842.
  21. 이유진(2023). ChatGPT를 활용한 예비교사의 수학수업설계 분석. 수학교육논문집, 37(3), 497-516.
  22. 이화영(2023). 개별 맞춤형 학습을 위한 인공지능(AI) 기반 수학 디지털교과서의 학습자 데이터 구축 모델. 초등수학교육, 26(4), 333-348.
  23. 임해미(2009). 예비 수학교사의 테크놀로지 내용교수 지식(TPACK) 신장을 위한 팀 프로젝트 효과 연구. 수학교육학연구, 19(4), 545-564.
  24. 임해미, 최인선(2012). ASSURE 모형에 기반한 수업 설계 경험이 수학교사의 TPACK과 교수효능감에 미치는 영향에 대한 사례 연구. 수학교육학연구, 22(2), 179-202.
  25. 전영주, 임해미(2023). 예비수학교사의 TPACK-P 신장을 위한 강의 설계 및 효과 분석. 한국학교수학회논문집, 26(1), 49-70.
  26. 최정원, 전수진, 김성애, 박정호(2022). 예비 교사의 인공지능 융합 수업 전문성 함양을 위한 AI-TPACK 모델 설계. 컴퓨터교육학회 논문지, 25(2), 79-89.
  27. Anderson, J. C., & Gerbing, D. W. (1988). Structural equation modeling in practice: A review and recommended two-step approach. Psychological Bulletin, 103(3), 411-423.
  28. Borenstein, J., & Howard, A. (2021). Emerging challenges in AI and the need for AI ethics education. AI and Ethics, 1, 61-65.
  29. Browne, M. W., & Cudeck, R. (1993). Alternative ways of assessing model fit. In K. A. Bollen & J. S. Long (Eds.), Testing structural equation models (pp. 136-162). Sage.
  30. Celik, I. (2023). Towards Intelligent-TPACK: An empirical study on teachers' professional knowledge to ethically integrate artificial intelligence (AI)-based tools into education. Computers in Human Behavior, 138, 107468.
  31. Gentile, M., Citta, G., Perna, S., & Allegra, M. (2023). Do we still need teachers? Navigating the paradigm shift of the teacher's role in the AI era. Frontiers in Education, 8, 1161777.
  32. George, D., & Mallery, P. (2019). IBM SPSS statistics 26 step by step: A simple guide and reference. Routledge.
  33. Hava, K., & Babayigit, O. (2024). Exploring the relationship between teachers' competencies in AI-TPACK and digital proficiency. Education and Information Technologies, 1-18.
  34. Hu, L. T., & Bentler, P. M. (1999). Cutoff criteria for fit indexes in covariance structure analysis: Conventional criteria versus new alternatives. Structural Equation Modeling, 6(1), 1-55.
  35. Kim, S., Jang, Y., Choi, S., Kim, W., Jung, H., Kim, S., & Kim, H. (2021). Analyzing teacher competency with TPACK for K-12 AI education. KI-Kunstliche Intelligenz, 35(2), 139-151.
  36. Khosravi, H., Shum, S. B., Chen, G., Conati, C., Tsai, Y. S., Kay, J., Knight, S., Martinez, R., Sadiq, D., & Gasevic, D. (2022). Explainable artificial intelligence in education. Computers and Education: Artificial Intelligence, 3, 100074.
  37. Kline, R. B. (2005). Principles and practice of structural equation modeling (2nd ed.). Guilford Press.
  38. Koehler, M. J., & Mishra, P. (2009). What is technological pedagogical content knowledge (TPACK)? Contemporary Issues in Technology and Teacher Education, 9(1), 60-70.
  39. Mishra, P., & Koehler, M. J. (2006). Technological pedagogical content knowledge: A framework for teacher knowledge. Teachers College Record, 108(6), 1017-1054.
  40. Mishra, P., Koehler, M. J., & Henriksen, D. (2010). The seven trans-disciplinary habits of mind: Extending the TPACK framework towards 21st century learning. Educational Technology, 51(2), 22-28.
  41. Mishra, P., Warr, M., & Islam, R. (2023). TPACK in the age of ChatGPT and Generative AI. Journal of Digital Learning in Teacher Education, 39(4), 235-251.
  42. Nguyen, A., Ngo, H. N., Hong, Y., Dang, B., & Nguyen, B. P. T. (2023). Ethical principles for artificial intelligence in education. Education and Information Technologies, 28(4), 4221-4241.
  43. Ning, Y., Zhang, C., Xu, B., Zhou, Y., & Wijaya, T. T. (2024). Teachers' AI-TPACK: Exploring the relationship between knowledge elements. Sustainability, 16(3), 978.
  44. Pamuk, S., Ergun, M., Cakir, R., Yilmaz, H. B., & Ayas, C. (2015). Exploring relationships among TPACK components and development of the TPACK instrument. Education and Information Technologies, 20, 241-263.
  45. Selwyn, N. (2019). Should robots replace teachers?: AI and the future of education. John Wiley & Sons.
  46. Shin, D. H. (2020). User perceptions of algorithmic decisions in the personalized AI system: Perceptual evaluation of fairness, accountability, transparency, and explainability. Journal of Broadcasting & Electronic Media, 64(4), 541-565.
  47. Shin, D. J. (2021). Teaching mathematics integrating intelligent tutoring systems: Investigating prospective teachers' concerns and TPACK. International Journal of Science and Mathematics Education, 20(8), 1659-1676.
  48. Valtonen, T., Sointu, E., Kukkonen, J., Kontkanen, S., Lambert, M. C., & Makitalo-Siegl, K. (2017). TPACK updated to measure pre-service teachers' twenty-first century skills. Australasian Journal of Educational Technology, 33(3), 491-502.
  49. Zawacki-Richter, O., Marin, V. I., Bond, M., & Gouverneur, F. (2019). Systematic review of research on artificial intelligence applications in higher education-where are the educators? International Journal of Educational Technology in Higher Education, 16, 1-27.