창의성 계발을 위한 서술형 평가지원 AI 프로그램 개발 과제

연구 정보

  • 참여유형: 참여기관
  • 지원기관: 한국과학 창의재단
  • 지원사업명: 2018 창의교육 거점센터 운영 사업
  • 과제총액: 550,000,000원 (3년 총액)

연구 개요

이 연구는 인공지능을 활용한 서․논술형 평가 대비 교사 및 학생 지원 프로그램 개발하는 것을 최종 목표로 한다.

연구 필요성

객관식 형식으로 이루어지는 단발적 시험 체계는 시험 정답 기준에 맞는 제한된 사고와 암기 학습을 유도하기 때문에 창의성을 가로막는 주요 원인으로 알려져 있다. 창의성을 훈련하기 위해서는 최소한의 정보를 제공하고, 그 정보를 학습자의 인지적 노력을 통해 기존 관념을 활성화시키는 지속적인 훈련이 필요하다. 이와 같은 훈련은 서술형 평가에서만 가능하다. 본 연구 과제에서는 서술형 평가의 일관성, 시간과 물리적 비용의 소모 문제에 대한 해결책으로 인공지능 기반의 자동채점에 주목하고자 한다.

목적 및 내용

1차년도 연구내용

1차년도는 총 4개의 주요 연구를 수행한다. 교수 도구로서 활용이 가능한 서술형 평가 문항 및 채점 준거 개발, 학생의 응답 자료에서 문항별 언어뭉치(Corpus) 빅데이터 구축, 실험실 수준 프로토타입(Prototype) 프로그램 개발 및 테스트, 인공지능 기반 자동채점에 대한 교사의 인식 제고를 목표로 진행될 것이다.

  • 서술형 평가 문항 개발

    • 본 연구에서 개발하는 서술형 문항의 형태는 개념적 설명을 요구하는 서술형과 상황 기반의 논술형의 실천(science practice)을 수행할 수 있는 문항으로 개발할 것이다.
    • 문항은 설명형 문항(설명형), 창의적 문제 해결형 문항(응용형)으로 구분되어 개발된다. 설명형 문항은 과학적 지식을 바탕으로 문항에 제시된 답변을 구성하는 문항이며, 응용형 문항은 지식을 바탕으로 문항에 제시된 문제의 해결책을 구성해 내는 문항이다.
    • 1차년도에서는 과학 탐구와 사회 탐구의 개념적 설명형, 문제 해결형의 두 유형으로 총 6개 문항을 개발할 것이다.
  • 학생 응답 수집 및 말뭉치 구축 연구

    • 개발된 문항에 대한 학생들의 응답을 수집하여 학생들의 응답 말뭉치(corpus)를 구축한다. 특히 과학 용어는 상당히 다양하며, 학생들은 일상적 용어도 함께 사용하기 때문에 유의어 사전 구축이 매우 중요하다.
    • 말뭉치 구축에는 자연어 처리 과정(Natural Language Processing)이 활용된다. 아래 표는 자연어 처리 과정의 과정 모식도이다.

자연어처리과정모식도

  • 실험실 수준 프로토타입(Prototype) AI 자동채점 프로그램 개발

    • 전문가 채점 자료와 기계학습(machine learning)을 활용하여 1차년도에 개발된 8개 문항을 채점할 수 있는 자동채점 알고리듬의 성능 최적화화 시킬 것이다.
    • 전문가 채점 자료에서 어떤 정보를 활용하는가에 따라 인공지능의 학습 능력을 매우 달라진다.
  • 인공지능 기반 자동채점에 대한 교사의 인식 제고

    • 교사 설문을 통한 교수 도구로서의 평가의 기능, 인공지능 기반의 컴퓨터 자동채점에 대한 교사들의 이해 확인 및 연수 자료집 개발할 계획이다.
    • 인공지능, 기계학습과 같은 일반인이 이해하기 어려운 주제들을 교육 상황(자동채점)을 접목하여 쉽게 이해할 수 있도록 연수 자료집을 구성하여 AI자동채점에 대한 관심과 인식을 제고할 것이다.

    1차년도에 우리 연구실은 AI공학팀으로서 실험실 수준 프로토타입 AI 자동채점 프로그램 개발 부분의 시스템을 구축해야한다. 아래 그림이 연구개발 추진체계이다.

연구개발추진체계

기대 효과

  1. 국내 학생들의 학습 능력 및 핵심 역량 향상에 기여
    • 평가의 형식은 학생들의 학습 및 사고의 형식과 직결된다. 이 연구에서는 국내 교육현장에서의 서술형 평가의 확대를 일으키며, 그동안 선택형 문항 중심의 평가체계에서는 잘 이루어지지 않았던 학습 과정에서의 고차원적 사고 발달을 유도할 것이다.
    • 궁극적으로 2015개정 교육과정에서 강조하는 핵심 역량인 사고력, 의사소통의 발달에 효과적인 도움이 될 것으로 기대된다.
  2. 국내·외 서술형 문항 자동채점 기술의 선도
    • 전 세계적으로 인공지능 기술의 발달로 서술형 응답의 자동채점 기술에 대한 투자와 관심이 증가하고 있다. 하지만 자동채점 기술은 현재 미국을 중심으로 활발히 개발되고 있는 실정으로 자칫 해외 기술에 의존하며 향후 국내 교육현장 도입에 많은 비용이 소모될 위험이 있다.
    • 이 연구는 국내 서술형 평가 자동채점 기술개발의 견인차 역할을 하며 국내외 인공지능 기반 기술을 선도하는데 이바지함으로써 국내 교육의 발전뿐만 아니라 과학기술발전에도 기여할 것이다.
  3. AI 시대에 대비한 국내 교육환경 개선에 기여
    • 빠르게 도래하는 AI 시대에 대비하여 교육계의 변화 또한 요구되고 있다. 이 연구에서는 교육현장의 AI 기반 자동채점 시스템 및 자동채점에 대한 교사 연수를 제공함으로써, 교육현장의 혁신적 변화는 물론 교사들의 AI 기반 서술형 자동채점 시스템의 원리 및 역할에 대한 이해를 향상시킬 것이다.
    • 이 연구를 통해 AI 시대에 걸 맞는 미래형 교육 환경을 구축하고 교사의 교수 역량 발달에 기여할 것이다.