인공지능 시대의 디지털 활용 과학교육

기술이 발달할수록 과학적 사고의 본질은 더욱 중요해집니다. 인공지능은 정답을 제시할 순 있지만, 세상을 향한 경이로운 호기심을 느끼거나 가치 있는 질문을 스스로 던지지는 못합니다. 디지털 도구는 과학을 대신하는 것이 아니라, 우리 아이들이 더 고차원적인 비판적 사고와 창의적 설계에 집중할 수 있도록 돕는 강력한 ‘지적 지렛대’가 되어야 합니다.

디지털 도구는 화려하지만, 그 도구를 제대로 사용하는 것은 사람의 몫입니다. 과학교육에서 인공지능이 쓴 과학 보고서가 완벽할지라도, 실험 데이터가 일치하지 않기도 하고 편향성을 가지기도 합니다. 과학에서 새로운 의문을 만들고, 의문을 해결하기 위한 실험을 설계하고 증명하는 ‘탐구의 희열’은 오직 인간만이 누릴 수 있는 특권입니다.

우리는 이 책을 통해 교사들이 기술에 압도당하는 것이 아니라, 기술을 활용해 학생들과 더 깊게 소통하고 탐구하기를 희망합니다. 교사는 학생들의 호기심을 자극하고 비판적 사고를 독려하며 윤리적 판단력을 길러주는 ‘학습의 조력자’로서 그 본연의 역할을 되찾는 첫걸음이 되길 희망합니다. 아울러 디지털 도구가 하루하루 발전하는 현 시점에서 이 책은 많은 한계가 있다고 생각합니다. 또한 이 책의 오류나 부족한 점이나 새롭게 등장하는 디지털 도구 등은 개정 과정을 통해서 보완할 것을 약속드립니다.

[목 차]

머리말 / 3

 

제1장 과학과 디지털 활용 교육 9

1.1 디지털 시대로의 전환 9

1.2 디지털 시대에 필요한 역량 12

1.3 교육 환경의 변화 21

1.4 과학과 디지털 도구와 교수법 33

1.5 2022 개정 교육과정과 디지털 교육 42

1.6 디지털 윤리 45

 

제2장 과학과 인간 중심(Human-Centered) 인공지능/디지털(AI/Digital) 기반 교재 63

2.1 인간 중심 AI/Digital 기반 과학교육의 이론적 기초 63

2.2 인간 중심 AI/Digital 기반 과학교재 설계와 교사 전문성 70

2.3 메타버스(Metaverse) 기반 교재 설계 및 활용 82

2.4 디지털 트윈(Digital Twin) 기반 교재 설계 및 활용 93

2.5 AI/Digital 기반 과학교육의 교육적 효과와 한계 108

 

제3장 생성형 AI 기반 과학학습 115

3.1 생성형 AI 기반 과학학습의 이해 115

3.2 생성형 AI 기반 과학 개념 학습 120

3.3 생성형 AI 기반 과학 글쓰기 125

3.4 생성형 AI 기반 탐구학습: 질문 생성에서 데이터 분석까지 132

3.5 생성형 AI 기반 프로젝트 학습 137

3.6 생성형 AI 기반 미디어 활용 142

3.7 생성형 AI 기반 과학학습의 방향과 과제 147

 

제4장 과학과 비대면 수업 도구 및 교수ㆍ학습 전략 159

4.1 과학과 대면+비대면(블렌디드) 수업 설계 159

4.2 비대면 학습 자료 연결과 실재감 구현: QR 코드, 증강현실(AR), 가상현실(VR) 활용 과학 수업 163

4.3 협력적 탐구와 데이터 공유: 디지털 협업 보드 168

4.4 실시간 쌍방향 소통과 참여형 수업 도구 173

4.5 디지털 워크북과 에이전틱 워크플로의 활용 182

 

제5장 과학과 디지털 탐구 도구 197

5.1 과학과 디지털 탐구 도구의 개념과 필요성 197

5.2 관찰과 측정의 디지털화 206

5.3 시뮬레이션과 가상 실험 도구 218

5.4 데이터 분석ㆍ시각화 도구 231

5.5 데이터 공유와 협력적 탐구 239

5.6 디지털 탐구의 실제: 영역별 적용 사례 247

5.7 디지털 탐구 도구 활용의 쟁점과 과제 250

 

제6장 과학과 디지털 활용 평가 259

6.1 과학과 디지털 활용 평가의 개념과 필요성 259

6.2 디지털 도구를 활용한 평가 전략 263

6.3 과학과 수행평가의 디지털 혁신 280

6.4 디지털 피드백 전략 296

6.5 과학과 디지털 활용 평가의 쟁점과 과제 306

 

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