2.1. ChatGPT의 출현과 교육 분야

최근 빠르게 고도화되고 있는 인공지능 기술은 교육 분야에 새로운 가능성과 방향성을 제시하고 있다. 교수의 강의 방식과 학습의 학습 방식에 인공지능 기술을 접목한다면 교육의 효율성을 향상시킬 수 있을 것이다. 이미 초중고 교육시장에서는 AI 기술을 활용한 교육 서비스와 제품이 상용화되어 있고, 갈수록 그 수준이 고도화되고 있다. 학생의 수준이 다양화되므로 일률적인 교육으로는 교과목의 목표를 성취하기 어렵기 때문에 AI 기술의 필요성이 커진다. 반면 아직 국내 대학의 교육에서 AI 기술을 체계적으로 접목한 사례는 많지 않다. 대학의 수업 운영에서도 과목별 특성에 맞는 AI 기술을 활용한 교육 방식을 연구하고 적극 도입할 필요가 있다.

AI 대화형 챗봇 기술을 교육 현장에 적용한 연구는 2022년 말 ChatGPT 서비스가 발표된 이후와 이전으로 그 연구의 양과 적용 수준이 크게 구별된다. OpenAI사의 ChatGPT 서비스 발표 이전의 경우, 자체적으로 규칙 기반의 AI 챗봇을 구현하거나 또는 Google, Amazon, Apple 등의 AI 챗봇 서비스를 이용하는 접근 방식이 많았다. 김혜영 외(2019)의 연구에서는 Amazon의 Alexa, Google의 Assistant 등의 음성인식 AI 서비스를 영어 교육에 활용하는 방식을 적용하였고 긍정적인 활용 가능성을 제시하였다. 최서원, 남재현(2019)의 연구에서는 SW 코딩 교육의 보조수단으로 규칙기반 AI 챗봇을 개발하여 교육을 적용하였다. 그러나 이렇게 사용되는 AI 챗봇의 경우 그 답변 수준의 지능이 낮고 질문의 맥락을 이해하지 못해 대학에서의 학술적 질문에 대한 적절한 도움을 얻는 데 한계가 있다. 그 외에 김완섭은 학생 수준에 맞는 개인화된 콘텐츠 추천을 위하여 협력적 추천(Collaborative Filtering) 알고리즘 기반의 AI 방식을 적용하는 시스템을 제안하였으나 실제 교과에 적용한 단계는 아니었다(김완섭, 2019b).

2023년 현재 OpenAI사의 ChatGPT, MS사의 Bing, Google의 Bard 등의 대화형 AI 서비스가 운영되고 있고, 이러한 서비스들은 대학 교육에서 교과목 내에서의 활용이나 수강생 개인의 학습 보조 목적으로 활용도가 높을 것으로 기대된다. 특히 이들 중에서 ChatGPT 서비스는 사용자 비율이 높은 대표적인 대화형 AI 챗봇 서비스이다. ChatGPT는 OpenAI에서 개발한 Transformer 기반 모델에 기반한 대화형 AI 서비스이며, 자연어 처리에 매우 높은 수준의 성능을 보여주고 있다. 사람에게 질문하는 것과 같은 수준으로 질문에 대한 원활한 대답을 얻을 수 있으며, 해당 분야의 전문가 수준으로 일반인보다 매우 심도 있고 정확한 답변을 빠르게 제공해 주고 있다. ChatGPT는 여러 가지 방법으로 기초 코딩 분야의 교육에 사용될 수 있다. 코딩에 관련된 새로운 개념의 설명을 부탁할 수 있으며, 코딩 결과를 얻을 수도 있고 문제 해결의 아이디어를 도출할 수도 있다. 학생 개별에 대해 응답이 가능하므로 개인화된 AI 교육 튜터를 제공받는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 학습자가 자신의 수준에 맞는 속도로 이해하며 학습을 진행할 수 있다.

그 외에 Microsoft 사의 Bing 챗봇과 Google의 Bard가 ChatGPT에 뒤이어 출시된 유사한 비슷한 기능을 제공하는 서비스이다. Bing의 경우 최신의 웹 정보를 사용한다는 점에서, 과거의 데이터로 학습한 ChatGPT와 차별성을 갖는다. 그 외에 답 자체만을 제시하는 것이 아니라 그 답을 추론하기 위하여 참고한 자료의 출처도 제공한다. 이를 통해 결과의 신뢰도를 검증할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 기초 코딩에 관련된 답변을 얻기 위해서는 아주 최신의 웹 정보가 필요한 것은 아니므로 코딩 분야에서는 이러한 차별성이 큰 의미가 없다. 최신의 정보가 중요한 시사적인 문제에 대한 질문에서는 큰 차이가 나타날 수 있지만, 기초 코딩 분야의 질문의 경우 1~2년 전의 데이터를 기반으로 답변을 추론해도 충분히 도움이 되는 답변을 얻을 수 있다. 이러한 AI 챗봇 서비스들은 코딩 교육에 매우 유용하게 사용될 수 있다. 특히 대학의 교양필수 수업의 경우 매우 많은 학생이 수업에 참여하기 때문에 각 분반의 수강인원이 많은 편이고 담당교수는 다수의 수강생에 대하여 개인별 수준과 특성을 파악하여 강의하기가 현실적으로 어렵다. 이러한 교육 여건에서 ChatGPT 서비스는 AI기술을 활용하여 학생의 개별 수준에 맞는 질의응답을 가능하게 하기 때문에 대학에서의 기초 코딩 교양필수 분야에서 매우 유용하게 사용될 것으로 기대할 수 있다.

2.2. 대학 교육에서의 ChatGPT 활용 동향

2022년 11월에 발표된 OpenAI사의 ChatGPT 서비스는 미국으로 중심으로 하여 전 세계에 큰 파급력을 주고 있다. 이러한 영향으로 대학 교육에서도 ChatGPT를 활용한 교육의 적합성 및 교육 방향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 물론 현재(2023년 9월)까지는 ChatGPT 서비스가 개시된 지 1년도 채 안 된 상태이므로 대학에서의 교과목에의 구체적인 적용에 대한 연구보다는 연구의 적합성에 대한 탐색적 연구가 주를 이루고 있다. 각 교과목 특성에 맞는 구체적인 커리큘럼 구성과 적용 그리고 이에 대한 구체적인 효과성 검증에 대한 향후 연구가 필요하다.

국내의 교양교육 관련 연구에서는 언어 영역 특히 글쓰기 교과목에서의 연구 사례들이 많다. 이것은 ChatGPT가 언어를 생성하는 모델이므로 가장 연관성이 높고 적합한 분야이기 때문이다. 국어뿐 아니라 영어, 독일어 등 외국어 교육 관련 교과목에서의 긍정적 효과에 대한 연구들도 많이 발표되고 있다. 김태호는 국어교육에서 AI 기술의 수용 방향을 제시하였다(김태호, 2023). 그는 국어과 교양교육에 AI 기술을 수용하되 단순히 AI 시스템을 활용하는 교육이 아니라 인간의 사고의 도구로써 활용하는 방향성을 강조하였다. 구체적으로 보조적 도구로써 활용하는 방향, 의사소통의 주체로써 활용하는 방안 등을 제시하였다.

최윤희(2023)는 대학의 영어 교육에서 ChatGPT에 대한 학생들의 인식을 조사하였고 영작문의 효율성, 심리적 자신감, 신기술에 대한 경이로움 등의 측면에서 긍정적으로 인식하고 있음을 확인하였다. 이러한 인식을 통해 향후 영어 교육에서 ChatGPT의 활용도가 높아질 것으로 예상할 수 있다. 성민창, 조규희(2023)은 영어 교육 교육과정 및 콘텐츠 설계 관련하여 ChatGPT를 활용하였고 긍정적 효과가 있음을 제시하였다. 교과목에서 활용한 예시문들을 ChatGPT에 번역을 지시하고, 질의하는 방식으로 적용하여 예시문의 적절성을 평가하고 개선하는 데 활용하였다. 영어 교육에서 아직 체계적으로 대학 교육에 적용된 사례는 많지 않으나 ChatGPT를 활용하고자 하는 사전 연구들이 다양하게 이루어지고 있다.

구영은, 홍문표(2023)은 독일어 초급 작문 교과목에 ChatGPT를 활용하여 긍정적인 효과가 있음을 제시하였다. 학생의 개별 작문 텍스트를 ChatGPT를 통해 교정받도록 하는 방식으로 최종적인 작문을 완성하는 방식으로 수행하였다. 이를 통해 ChatGPT의 도움을 통해 보완된 최종 텍스트가 문법, 어휘, 구조 등의 언어학적 측면에서 완성도를 높였음을 확인하였다. 다수의 학생이 수강하는 과목에서 교수자의 개별 교정의 부담을 줄여주는 AI 튜터의 역할을 할 수 있음을 확인하였고, 이러한 개별 튜터의 역할은 작문 과목뿐 아니라 많은 과목에서 접목할 수 있는 방식이므로 향후 교양교육에 충분히 활용될 수 있을 것이다. 그러나 한편 작문 텍스트의 내용이 향상된 것이 수강생의 기초 작문 능력 향상을 보장하는 것은 아니므로 교육적 효과성 측면에서는 추가적인 연구가 필요하다고 평가된다.

물론 ChatGPT의 활용이 교육에 긍정적인 영향만 주는 것은 아니며 다양한 위험성이 제시된다. 오규설(2023)은 국어교육에서 활용 시 ChatGPT를 활용으로 인해 나타나게 되는 저작권 침해 문제, 텍스트의 진실성 문제, 표절 문제 및 과제에 대한 평가의 문제 등에 대한 부정적 영향을 제시하였다. 최윤희(2023)는 AI 시스템에 대한 과잉 의존, 내용 오류(Hallucination), 저작권(Authorship)의 문제점이 발생할 수 있다는 점을 제시하였다. 이 외에 인문학 분야 외에도 수학, 회계, 지리 교육 등의 분야에서도 연구된 사례들이 많이 발표되었다(윤양인, 2023; 유재진, 2023; 변종호 등, 2023).

3.1. 연구 개요

대학의 신입생 대상 교양필수 기초코딩 교과목에서의 ChatGPT 활용의 효과를 연구하기 위하여 2023년도 신입생들을 대상으로 서울소재 S대학에서 수업을 수강한 학생들을 대상으로 ChatGPT를 적극적으로 도입한 그룹과 그렇지 않은 그룹으로 구분하여 수업을 진행한 후 설문을 실시하였다. 학기 말까지 수강을 완료한 학생은 전체 총 2,913명이었으며, 그중 966명의 학생이 설문에 응답하였다. 설문에 응답한 학생들의 분포는 아래와 같다. 신입생 대상의 수업이므로 수강생은 모두 2023년에 입학한 1학년 학생들이다. 응답자의 소속 대학별 인원과 비율의 분포는 <표 1>과 같다.

<표 1>

설문 응답자의 전공계열별 분포

수업의 효과를 검증하기 위하여 수업 종료되는 시점에서 설문을 실시하였으며, 본 연구에서 활용한 ChatGPT에 관련된 문항은 아래와 같다. 수업의 전반적인 만족도를 묻는 다수의 항목으로 질문하였으나 본 연구에서는 ChatGPT에 관련된 문항에 대해서만 분석을 실시하였다. 본 연구에서 활용한 설문 문항을 <표 2>에 정리하였다.

<표 2>

설문 문항 중 본 연구에서 분석에 활용한 문항들

3.2. ChatGPT를 활용한 교육

본 연구를 수행한 서울 소재 S대학에서는 전교생을 대상으로 컴퓨팅적사고 교과목군의 교양필수 과목을 운영하였다. 각 교과목에서 담당교수의 재량에 따라 ChatGPT를 사용하도록 하였다. 따라서 ChatGPT 사용을 적극 권장한 그룹과 그렇지 않은 그룹으로 구분될 수 있다. 총 75개 분반 중 연구자가 담당한 7개의 분반에 대하여 아래의 ChatGPT 관련 내용을 구성하여 ChatGPT를 적극적으로 활용하는 방식의 강의를 진행하였다. 주차 별로 진행된 ChatGPT 관련 강의 내용을 <표 3>에 정리하였다.

<표 3>

주차별 ChatGPT 활용 내용

교과목에서 1주~4주는 파이썬의 기초 코딩 내용으로 강의한 후 5주부터 ChatGPT를 수업에 도입하였다. 초기 단계부터 ChatGPT를 활용할 경우 학생들이 기초도 이해하지 못한 상태에서 ChatGPT에 지나치게 의존적으로 되는 부정적인 영향이 있을 것을 고려하여 5주까지는 학생 스스로 직접 코딩하는 방식으로 학습하도록 하였다. 5주에서 해당 분반의 학생들에게 ChatGPT 서비스에 가입하도록 안내하였고, 일부 가입을 하지 못한 경우 수업 시간에 이미 가입한 학생들의 도움 및 교수의 안내를 따라 가입하도록 하였다. 6주에는 ChatGPT를 활용할 수 있도록 그동안 배운 내용에 해당하는 몇 개의 문제를 제시하고, 학생들로 하여금 ChatGPT를 활용하여 해결하고 그 결과를 정리하도록 하였다. 만약 학생이 입력한 프롬프트에 대하여 ChatGPT가 제시해준 결과의 완성도가 떨어질 경우 1주~5주 기간에 배운 내용을 토대로 하여 코드를 수정 및 보완하도록 하였다.

7주, 9주에서 수업 시간에 진행된 워크시트 (문제해결) 시간에는 ChatGPT를 활용할 수 있도록 허용하였다. 처음부터 ChatGPT를 활용하는 것보다는 스스로 문제를 해결해 본 후 ChatGPT의 도움을 받는 방식을 권장하였다. 그리고 학기 말 11주~15주에 진행된 팀 프로젝트에서도 ChatGPT를 활용하는 것을 허용하였고, 적극적인 활용을 권장하였다. 특히 팀 프로젝트에서는 단순 코딩뿐 아니라 문제(팀 프로젝트 주제)의 발견, 코딩, 디버깅, 주석처리 등의 다양한 부분에 활용할 수 있도록 안내하였다.

4.1. 설문 대상과 정량적 응답 결과

2023-1학기 수업에서 7개 분반에 ChatGPT 사용에 대해 체계화된 교육을 실시하고 과제 및 프로젝트에서 활용을 적극 권장하였고, 그 외의 68개 분반에서는 기본적으로 기존의 방식으로 운영하였다. 기초 코딩 교과목에서 ChatGPT의 적극 도입의 효과성을 검증하기 위하여, ChatGPT 교육 적용 그룹과 비적용 그룹 간의 기초코딩 교과목의 설문 문항들에 대한 평균 비교를 위하여 t검정을 수행하였다. 두 그룹에 대하여 교과목 만족도, ChatGPT 활용도, ChatGPT 권장 인식의 세 가지 질문에 대하여 평균 차이가 존재하는지 분석하였다. 본 t검정을 수행할 때 세 가지 가설은 아래와 같다.

가설1. ChatGPT 교육 그룹이 타 그룹보다 강의 만족도가 높을 것이다.

가설2. ChatGPT 교육 그룹이 타 그룹보다 ChatGPT 활용 능력이 크게 향상되었을 것이다.

가설3. ChatGPT 교육 그룹이 타 그룹보다 ChatGPT 활용 추천 인식이 높을 것이다.

분석 결과는 <표 4>와 같다. 두 그룹은 기본 만족도 점수의 평균에서도 4.40과 4.08로 상당한 만족도 값의 차이가 발생함을 확인할 수 있다. t검정 결과 유의도 p-값이 0.00013(*.p<0.05)으로 ChatGPT 교육의 도입은 통계적으로도 유의미한 것으로 판별되었다.

<표 4>

t-검정 수행 결과

첫 번째 가설1에 대한 분석 결과, ChatGPT 교육 그룹이 그렇지 않은 그룹에 비교하여 교과목 만족도(Course Satis- faction)의 점수가 유의미하게 높음을 확인하였다. t검정에서 t-값이 3.84, p-값이 0.00013(*.p<0.05)으로 통계적으로 매우 유의미하게 평균 차이가 있음을 알 수 있다. ChatGPT 교육 그룹(Group-1)의 강의만족도 평균값이 4.40이고, 일반 그룹(Group-2)의 경우 4.08로 5점 척도에서 0.32라는 상당히 큰 평균 차이가 있다.

두 번째 가설2에 대한 분석 결과, ChatGPT 교육 그룹이 그렇지 않은 그룹에 비교하여 ChatGPT 활용 능력의 향상 정도가 매우 높음을 확인하였다. t검정 결과, t-값이 -5.23, p-값이 0.000000213(*p<0.05) 으로 통계적으로 매우 유의미하게 평균 차이가 있음을 알 수 있다. 평균값의 경우 ChatGPT 교육 그룹이 4.45, 일반 그룹이 3.86으로 평균 차이가 0.59의 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, ChatGPT 교육 그룹에 해당하는 학생들이 ChatGPT 활용 능력에 대한 능력 및 자신감이 상당히 발전된 것을 수치로 객관적으로 확인할 수 있다.

세번째 가설3에 대한 t검정 분석 결과, t-값은 -3.19이고 p-값은 0.00145로 통계적으로 유의미하게 두 그룹의 평균 차이가 있음을 알 수 있다. 그룹1의 평균값은 4.22이고 그룹2의 평균값은 3.88로써 그룹1이 0.34 높았다. 이 t검정을 통해 ChatGPT 교육 그룹이 일반 그룹에 비교하여 ChatGPT 사용에 대한 권장을 매우 적극적으로 하고 있음을 알 수 있다. 이는 ChatGPT에 대한 체계적 교육과 활용이 본 교과목의 전반적인 만족도에 매우 긍정적인 역할을 했음을 확인할 수 있는 결과이다.

4.2. ChatGPT 활용 효과성에 대한 시각화 분석

앞에서는 t검정을 통하여 3개의 가설이 통계적으로 유의미한 평균 차이가 있음을 확인하였다. 이번에는 그룹별 인식 차이를 시각화된 분석으로 제시한다. 본 절에서는 강의 만족도에 대한 응답 비율의 차이를 비교 확인하기 위한 막대 차트이다. 시각화 결과를 통해 ChatGPT 교육 그룹이 매우 긍정에 답한 비율이 매우 높고, 부정에 대한 응답 비율이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다.

[그림 1]은 ChatGPT를 적극 활용한 분반 그룹과 그렇지 않은 분반 그룹 간의 해당 교과에 대한 수강생의 만족도를 비교한 막대 차트이다. 해당 교과에 대한 만족도를 묻는 설문 항목은 구체적인 질문은 아니지만 해당 교과의 성공적 운영을 판단하는 중요한 항목으로 볼 수 있다. 응답 결과에서 ‘매우 만족(very positive)’ 항목의 응답을 보면 ChatGPT를 사용한 그룹의 응답 비율이 그렇지 않은 그룹에 비해 매우 높음을 시각적으로 확인할 수 있다.

[그림 1]

ChatGPT 활용 여부에 대한 교과목 만족도 비교 막대 차트

<표 5>는 설문의 자유 서술 문항에 대한 응답 중 ChatGPT에 대한 의견을 긍정과 부정으로 구분하여 정리한 것이다. 해당 서술 문항은 필수 응답 문항이 아니었으므로 응답한 수가 많지 않았고 그 중 ChatGPT 활용에 대한 의견은 총 4건이었다. 2건의 긍정적 의견 응답을 통해 학생들이 경험한 긍정적 학습 효과를 확인할 수 있었다. 2건의 부정적 의견을 통해 학생들이 느끼기에도 기초교양 SW 과목에서의 지나친 ChatGPT 활용은 학생 스스로의 기초적 문제해결 역량 계발을 저해할 수 있다는 우려를 하고 있음을 파악하였다.

<표 5>

ChatGPT 활용에 대한 학생 서술 의견