챗GPT 시대 인공지능 디지털 소양을 키우는 하이테크 교실수업

정대홍,손미현,이동준,노동규,김종헌,민재식,김성모,전인엽

서울대학교화학박사(1999).서울대학교화학교육과교수.서울대학교사범대학화학교육과교수로서,나노과학연구와학교현장과학과관련된활동을하고있다.지난20년간한국현장과학교육학회에서과학교사와활동하면서연구현장과교실현장의간극을좁히고연결하는역할을하고있다.

머리말15

PART1AI·디지털역량을키우는교실

CHAPTER01교실에찾아온변화
들어가며18
1.디지털도구의도입19
2.인공지능도구의도입22
3.공간의변화25
4.교사의역할변화26

CHAPTER02교실에서요구되는새로운교육역량
1.데이터리터러시31
2.디지털리터러시33
3.지식정보처리역량35
4.교육과정에포함된리터러시37

PART2수업활용사례

CHAPTER01파이썬웹크롤링으로융합수업하기
들어가며40
1.‘구글코랩’소개41
1)구글코랩살펴보기41
2)코랩으로파이썬코드실행하기43

2.파이썬웹크롤링활용수업하기45
1)웹크롤링활용하기45
(1)뉴스기사분석활동45
(2)파이썬활용데이터리터러시강화활동50
2)워드클라우드만들어보기54

3.파이썬웹크롤링활용수업사례57
1)교과융합에활용하기57
(1)교과융합57

CHAPTER02파이썬을활용한허블-르메트르법칙그래프그리기
들어가며61
1.프로그래밍언어파이썬62
1)프로그래밍언어62
2)파이썬64
3)라이브러리65

2.파이썬을활용한그래프그리기66
1)활동준비하기66
2)허블-르메트르법칙이란?67
3)허블관측자료를이용한산점도그리기67
4)일차함수형태의추세선그리기72
5)추세선의y절편고정하기(새로운함수정의)74
6)서로다른데이터그래프합쳐보기76
7)여러그래프를한번에출력하기76
8)오차가표시되는그래프그리기77

3.파이썬을통한그래프활용수업예시80
1)허블-르메트르법칙80
2)인구동향공공데이터를활용한데이터의습득과표현82

CHAPTER03엔트리블록코딩으로하는시뮬레이션만들기
들어가며90
1.‘엔트리’소개91
1)엔트리살펴보기91
2)엔트리작품만들기92
3)엔트리코딩의기초94
(1)엔트리로하는간단한코딩94
(2)엔트리변수활용97

2.자연현상시뮬레이션만들기100
1)시뮬레이션준비100
(1)운동을표현할물체추가하기100
(2)속도를담아둘변수만들기101
2)중력장에서물체의운동101
(1)자유낙하운동101
(2)옆으로던진물체또는포물선운동103
3)용수철에매달린물체의운동104
(1)훅의법칙104
(2)진동운동시뮬레이션105

3.엔트리활용수업사례107
1)미디어아트만들기107
2)각종도형그리기111

CHAPTER04엔트리로데이터분석하기
들어가며112
1.인공지능기반AI데이터분석113
1)20××년지구의연평균기온은?113
(1)선형회귀분석이란113
(2)테이블불러오기114
(3)선형회귀분석116
(4)20××년지구의연평균기온은?119
2)지구형행성과목성형행성의분류119
(1)외부데이터가져오기119
(2)숫자를기반으로분류하기121
(3)우주탐사선이찾은행성,지구형일까?목성형일까?124

2.엔트리데이터활용수업사례125
1)가격탄력성이가장큰품목은?125
(1)물가지수의예측125
(2)물가지수차트만들고분석하기126
2)펭귄의분류128
(1)남극의펭귄데이터128
(2)분류모델선택129
(3)숫자(결정트리)모델학습하기130

CHAPTER05구글의기후변화영향필터로생태전환수업하기
들어가며132
1.‘구글기후변화영향필터’소개133
1)구글기후변화영향필터살펴보기133
2)기후변화영향필터와데이터시각화141

2.구글기후변화영향필터로수업하기142
1)기후변화영향필터수업에활용하기142
(1)개인별활동지를이용한수업142
(2)데이터시각화강화활동146

3.생태전환교육과관련된데이터시각화자료알아보기151
1)데이터시각화자료151
(1)에너데이터151
(2)환경빅데이터플랫폼154

CHAPTER06Orange를이용한분류프로그램만들기
들어가며157
1.‘Orange’소개158
1)설치하기158
(1)프로그램파일다운로드158
(2)프로그램파일설치하기159
2)살펴보기160

2.Orange활용수업하기162
1)Orange활용하기162
(1)사람이직접가상생물분류를통해계통수작성하기162
(2)Orange로계통수작성하기164
(3)사람이작성한계통수와Orange로작성한계통수비교하기169
2)Orange의다양한활용170

3.Orange활용수업사례173
1)생명과학Ⅱ수업에활용하기173
2)융합교육과창의적체험활동에서의활용175

CHAPTER07공공데이터데이터의시각화로융합수업하기
들어가며178
1.데이터와‘PositCloud’소개179
1)공공데이터내려받기179
(1)공공데이터포털(www.data.go.kr)179
(2)경기도교육연구원(www.gie.re.kr)180
2)PositCloud181
(1)PositCloud가입하고프로젝트만들기181
(2)데이터와코드업로드하여실행하기183
3)R코드의기초이해187
(1)작동원리및사용법이해187
(2)데이터전처리193

2.데이터의시각화203
1)데이터전체둘러보기203
(1)데이터탐색(EDA)결과시각화203
2)데이터의시각화207
(1)범주형데이터1개시각화207
(2)범주형데이터2개시각화209
(3)연속형데이터1개의시각화211
(4)여러개의연속형데이터시각화212
(5)범주형및연속형데이터시각화216
(6)연속형에대한연속형데이터시각화217

3.공공데이터의시각화활용수업사례220
1)사회교과적용220
(1)근로소득시각화하기220

CHAPTER08원인분석으로융합수업하기
들어가며227
1.통계분석결과이해하기228
1)통계적유의도와효과크기228
(1)통계적유의도228
(2)효과크기230
2)상관관계232
(1)상관관계이해하기232
(2)상관관계와인과관계의차이234

2.원인과결과찾기236
1)T검정과ANOVA236
(1)T검정236
(2)ANOVA238
2)상관관계와회귀분석240
(1)상관관계240
(2)회귀분석과변인통제243
(3)회귀분석을이용한사교육효과분석249
(4)회귀분석과오컴의면도날251

3.회귀분석활용수업사례253
1)사회교과적용253
(1)소비자물가에영향을미치는변수확인하기253

CHAPTER09ChatGPT의의미와융합수업하기
들어가며258
1.‘ChatGPT’소개259
1)ChatGPT살펴보기259
(1)ChatGPT란?259
(2)ChatGPT와일반검색,챗봇과다른점260
2)ChatGPT가입하기265
(1)ChatGPT가입하고로그인하기265
(2)ChatGPT사용해보기266

2.ChatGPT로수업하기267
1)과학과정보의융합수업267
2)글쓰기,토의수업271

CHAPTER10구글인터랙티브시트와자동화봇을활용한데이터탐구
들어가며273
1.엑셀과비교하며구글스프레드시트의특징살펴보기274
1)구글스프레드시트와엑셀비교274

2.구글시트로국가기술변화동향을분석하고데이터베이스설계하기276
1)데이터통계활용에관한데이터통계분석276
(1)메타데이터통계276
(2)데이터전처리및재구조화280
(3)데이터시각화및분석283
2)DB구축과과학·기술통계분석284
(1)과학·기술특허통계분석284
(2)구글시트DB구축을통한데이터간의연결287

3.인터랙티브데이터를통한과학·기술의사결정290
1)자연어와유사한함수로데이터와소통하기290
2)데이터를통한과학·기술통계분석및의사결정292
3)자동화봇의사결정피드백보고서295
(1)DB기반구글설문자동작성295
(2)자동화봇의사결정피드백보고서발송298
4)시뮬레이션연계데이터기반과학탐구302
(1)입자의무작위운동DB를활용한확산현상탐구302
(2)감염병전파와개체군생태학304

CHAPTER11단비로역사인물소환챗봇설계하기
들어가며307
1.단비챗봇소개309
1)단비챗봇살펴보기309
2)챗봇카테고리설정하기310

2.단비로학습용챗봇설계하기311
1)예제를통해챗봇설계하기311
(1)시작메시지만들기311
(2)실패메시지만들기313
(3)대화의도생성하기315
2)인물(과학자)추천및탐구챗봇318
(1)대화흐름기능이란318
(2)대화흐름생성하기319
(3)대화의도와대화흐름연결322
(4)분기점활용해대화흐름설계하기323

3.챗봇으로역사적인물소환하기330
1)인물챗봇설계를위한탐색330
(1)인물의삶탐색및관련데이터수집330
2)역사인물소환챗봇제작332
(1)흐름도간의연결로단순대화에서벗어나기332
(2)인물조사내용을바탕으로전체흐름도완성하기334

맺음말340

참고문헌342

디지털소양이어느때보다강조되는요즘,교육에디지털소양을어떻게결합할지고민하는선생님들에게도움을드리고자하는저자들의의지에감명을받아본책을기획하여출간하게되었습니다.본책에는다양한소프트웨어를활용한수업사례가소개되어있습니다.A~Z까지모두배우기엔시간이부족하셨던분들이따라하기에편하도록구성하였습니다.AI와코딩을교육에접목하고자하는선생님,대학생,모든분들께이책의내용이도움이되면좋겠습니다.

최고의집필진이디지털대전환사례를소개합니다.

AI융합교육대학원교수진
AI교육기반융합교육선도교사
STEAM교육선도교원

올해의과학교사상수상자
핀란드융합교육연구대회최우수상수상자
STEAM우수교원교육부장관상수상
2019대한민국스승상수상
스승의날대통령표창

저자서평

대화형인공지능챗GPT의발달로세상은더빨리변해가고있습니다.정부는이미2022개정교육과정을개편하면서디지털역량을모든교과를통해키워야할가치로강조하고있습니다.이전까지해오던교육내용과방법으로는미래를준비하기어려워졌습니다.새롭게등장하는기술을배우고그기술을어떻게적용해서수업에활용할것인지고민하고연구해야합니다.각교실에서다루는교과에AI·디지털소양을유기적으로융합해학생들에게제공한다면좋겠다는생각에서본책을기획하게되었습니다.기술의변화를바라보고조금앞서공부하고학생들과학교수업에어떻게활용할지고민했던교사들의논의를모아책을엮었습니다.이책이혁신적인수업을고민하시는많은선생님들의노고를조금이나마덜어드렸으면하는바람입니다.

추천사

읽고-쓰고-말하고-듣는’행위는인간이세계와상호작용하는기본방법입니다.그리고,교육은한명한명인간의‘읽고-쓰고-말하고-듣는’능력을키워주는인류문명의기초시스템입니다.이제,‘읽고-쓰고-말하고-듣는’능력을가진AI가자라기시작했습니다.그리고,개별인간이외부세계와상호작용하기위해사용해온인터페이스(시각과청각)와정보의형식(자연어,그리고code로상징되는인공어)에적응하고있는AI가인류와세계사이에서자기자리를찾고있습니다.‘읽고-쓰고-말하고-듣는’능력을가진즉,개별인간과대화가가능한인공물이인류와세계사이에자리를잡게된다면,교육은무엇을추구해야할까요?앞으로여러해동안집중해야하는이문제와관련된책이출간되었습니다.미래의계획이아니라,지금당장실행해볼수있는실행계획을포함하고있습니다.생성형-대화형인공지능시대의교육을궁리하고있는분들께일독을권합니다.
-임완철(경상국립대학교교수,USG공유대학대학교육혁신본부부본부장)

디지털교육의총론은이제충분히나온것같습니다.그럼에도현장에선참고할수있는구체적인사례가너무부족해서첫발을내딛기어려운상황입니다.이책은데이터기반수업을어떻게시작하면좋을지고민하시는초등선생님부터영재들을위한인공지능융합수업을고민하시는중등선생님까지다양한선생님들에게좋은참고가되어드릴것입니다.데이터/인공지능융합수업뷔페에서좋아하는맛도,새로운맛도마음껏맛보시기바랍니다.
-송석리(모두의데이터분석with파이썬저자,카카오임팩트이사,서울고정보교사)