4차 산업혁명의 핵심요소로 손꼽히는 인공지능. 일상에도 크고 작은 변화를 일으키는 인공지능 등의 신기술은 미래세대인 아이들의 교육 현장에서도 높은 관심사다. 실제로 인공지능 기술의 기반 학문으로 수학이 활용됨에 따라 수학교육 강화에 대한 사회적 요구가 증대되고 있다.

이같은 인공지능 등 신기술을 활용한 교육현장의 변화 속에서 윤석열 정부는 ‘모두를 인재로 양성하는 학습혁명’을 국정과제로 설정해 추진하고 있다. 인공지능에 기반한 학력진단시스템과 학습시스템으로 맞춤형 학습을 제공하고 사교육 경감 및 코로나19로 인한 학습결손·격차를 해소하는 데 집중 지원한다는 계획이다.

교육부는 이러한 기조 아래 초등학생들이 스스로 자신의 학습을 진단하고 즐거운 배움을 이어나갈 수 있도록 ‘인공지능 학습 튜터링 지원시스템’을 개발해 서비스 대상을 점차 확대하고 있다.

특히 ‘똑똑! 수학탐험대’(이하 수학탐험대)는 교육부가 공교육 최초로 인공지능 기술을 활용한 초등수학수업 지원시스템으로, 현재 10곳의 연구학교를 대상으로 시범운영에 나서고 있다. 지난 2019~2020년 초등 1~2학년을 대상으로 1차년도 서비스를 시작해 현재 2차년도 서비스는 3~4학년까지 확대 진행하고 있다.

수학탐험대는 인공지능 알고리즘을 활용해 수학 학습 데이터를 분석하고 이를 바탕으로 학생들의 현재 수준을 진단한다. 향후 학습 성취를 예측하는 한편, 학습 결과를 분석해 학습자 수준을 고려한 개별 맞춤형 학습 활동 프로그램을 제공한다. 교육 수요자인 학생들이 수학 기초를 다지고 자신감을 가질수 있도록 지원하는 시스템이다.

1차년도 수학탐험대 학습에 참여했던 충북지역 초등학교 2학년 A 학생은 “원래 더하기, 뺄셈은 어려웠는데 게임같이 하니까 재밌다”며 “게임 형식으로 만들어져 있어 다른 활동보다 더 이해가 잘 된다”고 후기를 남겼다.

교육부는 1차년도 학습으로 축적된 데이터를 바탕으로 수학탐험대의 인지적 영역, 즉 지적기능과 관련된 학습영역에 대한 효과성 검증을 실시해 분석했다. 분석 결과에 따르면 수학탐험대가 이를 활용한 초등 1~2학년 학생들의 수학교과 성취 향상에 기여하는 것으로 나타났다.

특히 1학년보다 2학년에서, 그리고 난이도가 높은 단원일수록 학습 효과가 뚜렷하게 나타나는 것으로 확인됐다. 이에 교육부는 1~2학년에서 수학탐험대를 적극 활용하면 3학년에서 수학 기초학습의 부진을 예방할 수 있을 것으로 전망했다.

대구지역 초등학교 2학년 B 담임교사는 “이 시스템을 활용하면 주어진 시간 동안 수학을 잘 하는 아이도, 잘 못하는 아이도 본인이 할 수 있는 만큼 학습을 할 수 있다. 다 풀고 심심하게 기다리는 학생들이 없어 수학수업 시간 중에는 그게 참 고마운 일인 것 같다”고 수학탐험대의 맞춤형 교육을 장점으로 꼽았다.

그간 수학 수업에 대해서는 학생들 간의 수준 차이, 한정된 수업시간 내 통일된 수업지도를 해야하는 등 교육 현장에서의 여러 어려움이 제기돼 왔다. 

하지만 수학탐험대는 수학 교과에 게임화 원리가 적용돼 있어 학생들의 흥미를 유발하고 스스로 심화·보충 학습이 가능토록 한다. 또 학년별 수학을 공부할 수 있도록 교과활동·탐험활동·자유활동·인공지능 추천활동 등 학습 콘텐츠와 평가자료, 수학 학습 교구를 가상세계로 옮겨 높은 디지털 교구 12종도 제공한다. 공간에 구애받지 않고 가정에서도 손쉽게 학생이 직접 학습할 수 있다.

교사는 교실 수업에서 ‘차시평가’ 자료로 이전 시간 내용을 복습하거나 해당 차시 내용을 평가할 수 있다. ‘교과활동’에서 제공하는 차시별 디딤영상과 학습 활용자료도 수업에 활용 가능하다. 특히 교사에게는 학생들의 개인별 리포트를 통해 학습자의 수준·오답 원인·성향 등의 개인 정보가 제공됨에 따라 이를 활용한 개인별 맞춤형 수업이 가능해진다.

아울러 멸종 위기 동물(1~2학년)과 해양 생물(3~4학년)을 구출하는 임무를 수행하면서 학습 점수를 얻을 수 있는 ‘탐험활동’을 비롯해 다양한 미니게임을 통해 즐겁게 수학의 원리를 이해할 수 있는 ‘자유활동’까지 모두 수업 자투리 시간이나 가정 내 학습에서도 유용하게 적용할 수 있다.

수학탐험대 학습에 참여한 서울지역 모 초등학생의 학부모는 “공부라고 생각하지 않고 재미있게 수학을 익히는 점이 가장 큰 장점인 것 같다”며 “캐릭터를 키우는 재미로 집에서도 수학 공부를 해서 좋다. 혼자서도 문제를 풀고 공부를 하니 사교육비 경감에도 도움이 된 것 같다”고 전하기도 했다.

수학탐험대는 현재 누적 가입자 20만여 명, 누적 사용자 240만여 명에 이르는 등 높은 학습 활용도와 만족도를 보이고 있다. 수학탐험대 누리집(www.toctocmath.kr)과 모바일 애플리케이션에 접속하면 개인별로 학습에 참여할 수 있다. 학습에 참여를 희망하는 경우 회원가입 후 로그인해 접속이 가능하다.

교육부는 내년 2월까지 수학탐험대 시스템 적용 연구학교를 운영해 추진상황을 점검하고 수학교육전문가 및 초등 교원 대상으로 세미나 등을 진행해 시스템에 대한 의견 수렴과 개선 방안을 지속적으로 마련할 방침이다.

한편 교육부는 수학탐험대뿐만 아니라 책열매, AI펭톡과 같은 인공지능 학습 튜터링 시스템도 개발·제공해 초등학생들이 스스로 자신의 학습 수준을 진단하고 이를 토대로 즐거운 배움을 이어나갈 수 있도록 지원하고 있다. 

오승걸 교육부 학교혁신지원실장은 “초등학교 단계에서부터 공교육을 통해 학생들이 인공지능 기술을 활용한 학습 시스템을 바탕으로 수학 역량을 기르고 일상에서 디지털 기술을 자유롭게 활용하는 ‘디지털 인재’로 성장할 수 있도록 지속적인 관심과 지원을 아끼지 않겠다”면서 “앞으로도 대상 학년을 확대하고 인공지능 알고리즘을 고도화해 더욱 정교한 학생 맞춤형 학습 시스템을 구현하겠다”고 말했다.