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교육혁신의 동력, 인공지능

날짜2018.10.26
조회수19150
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    • 인공지능은 개인 맞춤 학습, 학습몰입도 측정, 학사 행정 자동화 등 교육의 다양한 분야와 접목되어 시장을 주도 중임
    • 인공지능을 활용한 다양한 교육혁신 모델을 발굴 및 적용하고, 부작용을 최소화하는 방안을 모색할 필요가 있음
  • 인공지능이 교육혁신의 동력으로 부상하면서 시장을 형성 중임
    • 인공지능을 활용한 교육은 전통적인 e-Learning 시장을 대체하며 급격히 성장할 것으로 전망됨
    • 전통방식의 세계 e-Learning 시장은 2016년 556억 달러에서 2021년 407억 달러로 연평균 6% 하락이 예상됨
    • 2007년 약 136억 달러 규모였던 미국 e-Learning 시장은 2016년까지 연평균 5.9%의 고성장을 지속했으나, 인공지능 등 보다 효율적인 디지털 학습 방식의 등장함에 따라 향후 5년간 연평균 5.3% 시장이 위축될 것으로 전망1
    • 표 1 전통방식 e-Learning 세계시장 전망(백만 달러)
      <표 1> 전통방식 e-Learning 세계시장 전망(백만 달러)
      구 분 2016년 2021년 5년 연평균 성장률(%)
      자가 학습 e-Learning 46,674 33,498 -6.4
      디지털 교육자료 4,702 4,037 -3.0
      협업기반 교육 4,210 3,200 -5.3
      계 55,587 40,736 -6.0
      ※ 자료 : KOTRA(2017.4),「2017년 글로벌 교육서비스 시장동향 및 진출전략」
    • 반면, 인공지능을 활용한 교육시장은 연평균 45% 고성장을 지속하여, 2024년에는 60억 달러 규모에 이를 것으로 전망됨2
    • 현재 인공지능을 활용한 교육시장 매출의 60%가 북아메리카에서 발생 중이며, 아시아태평양 시장의 연평균 성장률은 51%로 전망됨
    • 인공지능과 접목된 교육 시장의 확대는 인공지능 기술의 성숙과 이를 활용한 다양한 혁신 서비스의 출현에 기인함
    • 인공지능 기술은 e-Learning Hype Cycle3 상에서 기대의 정점 단계에 위치하고 있으며, 이는 인공지능을 활용한 교육 서비스 분야에 초기 성공사례가 나타나 향후 시장이 확대될 것이라는 기대감이 형성되어 있다는 것을 의미
    • 그림 1 2018 e-Learning Hype Cycle
      그림 1 2018 e-Learning Hype Cycle
      ※ 자료 : 2018. Web Course work, X축은 시간, Y축은 기술에 대한 기대감
    • 실제, 인공지능을 활용한 교육 스타트업들이 대규모 투자를 유치하고 다양한 서비스를 출시 중
    • 인공지능 기반 수학 개인 맞춤형 기업 dreambox는 2010년 Netflex가 인수하였으며, 2018년 7월 1억 3천만 달러의 투자를 유치4
    • 인공지능 안면인식 기술을 활용한 교육기업 VIPKID의 누적 투자유치 금액은 8억 2천만 달러(한화 약 9,180억 원) 수준5
  • 인공지능은 개인 맞춤 학습 제공, 학습 몰입도 측정, 학사 행정 자동화 등 교육의 다양한 분야와 접목되어 활용 중임
    • 1. 개인 맞춤 학습
    • (McGraw Hill Education) ALEKS6라는 인공지능 학습 시스템으로 학생들의 수학 능력을 평가하고, 개인에게 적합한 학습 과정을 제공
    • 20년 이상 축적해온 방대한 학습자 데이터를 인공지능을 활용하여 분석하고 이를 기반으로 개인화된 학습 경로를 제공7
    • 그림 2 인공지능 기반의 ALEKS 시스템
      그림 2 인공지능 기반의 ALEKS 시스템
      ※ 자료 : Jean-Claude Falmagne et al,“The Assessment of Knowledge, in Theory and in Practice”; McGrawHill Educatio(2016),“What makes ALEKS Unique”; McGrawHill Educatio(2016),“For students:An Introduction to ALEKS”; SPRi 재구성
    • Arizona State University는 ALEKS를 활용하여 2015년 62%이였던 대수학(Algebra) 과정 이수율을 2017년 74%로 높였으며 100만 달러의 비용을 절감
    • 2016년 4월 신입생 과정 대수학에 ALEKS를 도입하여 2016년 51,000명의 학생이 이를 통해 수업을 받았고, 이후에도 매주 500명의 학생이 등록 중이며, ALEKS를 확대 적용 계획임8
    • (Dreambox Learning) 초·중 학생을 대상으로 인공지능을 활용한 개인 맞춤형 수학 학습 과정을 게임 방식으로 구성하여 제공
    • 미국 내 실사용자는 1,500만 명 수준이며, 이들의 학습 이력을 모두 데이터로 구축하여 이를 기반으로 개인 맞춤형 과정 제시하고, 교사에게도 학생 개개인의 성취도 현황, 학습량 등의 정보를 제공9
    • 그림 3 Dreambox의 인공기능을 활용한 개인 맞춤형 수학학습 제공 방식
      그림 3 Dreambox의 인공기능을 활용한 개인 맞춤형 수학학습 제공 방식
      ※ 자료 : Dreambox Learning(2016),“The new Identity of Adaptive Math; dreambox learning(2016), Personalized and Adaptive Math Learning : Recent Research and What It Means for Your Students”; SPRi 재구성
    • 개인 맞춤형 과정에 게임요소(Gamification)를 더하여 학습자의 흥미를 유도
    • 그림 4 Dreambox의 게임요소 적용 화면
      그림 4 Dreambox의 게임요소 적용 화면
      ※ 자료 : Dreambox Learning(2016),“A New Kind of Math Game”
    • Dreambox 활용 시간에 비례하여 성적이 향상되는 결과가 나타났으며, 40시간을 투입한 결과 평균 10.5점이 증가
    • 그림 5 Dreambox의 학습성과
      그림 5 Dreambox의 학습성과
      ※ 자료 : Harvard University Center for Education Policy Research(2016),“Dreambox Learning Achievement Growth”; Center for Education Policy SRI International(2011),“Evaluation of Rocketship Education’s Use of DreamBox Learning’s Online Mathematics Program”
    • (Coursera) 인공지능을 활용하여 기업고객에게 학습자의 역량을 측정하여 제공10
    • 온라인 MOOC 플랫폼인 Coursera에 가입한 기업고객은 인공지능의 분석결과로 자사 직원의 학습역량이 어느 수준에 있는지 파악할 수 있음
    • 그림 6 Coursea의 인공지능이 분석한 학습자 역량 분포
      그림 6 Coursea의 인공지능이 분석한 학습자 역량 분포
      ※ 자료 : MIT Technology Review(August 7, 2018),“AI can now tell your boss what skills you lack—and howyou can get them”
    • 2. 학습 몰입도 측정
    • (VIPKID) 안면인식 인공지능 기술을 이용하여 1:1 영어 온라인 화상 수업 시 학생의 학습 몰입 수준을 측정하여 반영
    • 수업 집중도와 흥미지수가 낮으면 수업내용을 바꾸고 인공지능으로 학습자의 어휘, 문법, 악센트도 분석해 교사에게 제공11
    • 그림 7 인공지능을 활용한 VIPKID 수업
      그림 7 인공지능을 활용한 VIPKID 수업
      ※ 자료 : TTimes(2018.7.13.),“중국 맘을 사로잡은 온라인 영어수업”
    • VIPKID는 안면인식 인공지능, 빅 데이터 등의 혁신 기술과 우수 교사 확충을 기반으로 2013년 창업 후 2017년 기준 회원 수 30만 명, 연매출 7억 6천만 달러(8,519억 원), 기업가치 30억 달러(3조 3,630억 원)의 기업으로 성장
    • “안면인식 인공지능과 같은 혁신 기술을 경쟁력으로 학습자에게 실시간 피드백해주고 지속적으로 업데이트 해줄 것”(MI Wenjuan, VIPKID CEO)12
    • (Hangzhou 11 학교) 학생들의 생활을 안면인식 인공지능을 활용하여 측정13 14
    • 30초마다 학생을 검색하는 얼굴인식 기술을 사용하여 교실에서 학생들의 감정과 행동을 분석
    • 교실 당 3대의 카메라로 7가지 표정(중립·행복·슬픔·실망·분노·두려움·놀람)을 관찰하여 교사에게 제공
    • 또한 학생들의 표정 변화나 읽기·쓰기·듣기·서기·손들기·졸기 등 6가지 행동을 실시간으로 분석해 교사들의 수업 능력과 참여도를 판단
    • 수학 시간에 학생들이 많이 웃고 손을 많이 들면 AI가 수학 수업은 학습 질이 높다고 판단하고, 무표정하거나 조는 학생이 많으면 개선이 필요하다고 조언15
    • 그림 8 Hangzhou 11 학교의 인공지능을 통한 학습태도 분석
      그림 8 Hangzhou 11 학교의 인공지능을 통한 학습태도 분석
      ※ 자료 : Mashable(2018.5.18.),“Eyes to the front camera: Chinese facial recognition tech targets inattentive students”
    • 3. 학사 행정 자동화
    • (Georgia Tech University) 인공지능 조교를 활용하여 학사 행정 부담을 완화16 17
    • 컴퓨터 공학과 Ashok Goel 교수는 2016년 대학원생들과 함께 IBM 인공지능 왓슨 플랫폼을 활용하여 Jill Watson이라는 인공지능 조교를 개발하여 활용
    • 2014년부터 조교에게 들어온 4만여 개의 질문을 왓슨에게 학습시켰음
    • 수업 조교의 과도한 행정 부담을 완화하기 위해 인공지능 조교를 개발
    • 온라인 수업의 특성상, 매 학기 조교가 처리하는 질문의 수는 1만 건에 달하며, 학생들은 과제 마감시간, 강의 주제, 성적 등에 관해 24시간 질문하기 때문에 빠르고 정확하게 대응하는 데 어려움이 존재
    • 2016년 1월부터 학생들과 소통을 시작했던 Jill Watson은 처음 몇 주 동안은 이상한 대답을 하면서 일부 학생이 이상하다는 느낌을 받았으나, 4월에 와서는 97%의 질문에 정확하고 자연스럽게 응답하였고, 전체 질문의 40%를 처리
    • Jill Watson은 사무적이기는 했지만 학생들의 질문에 비교적 잘 대답해주어 학생들의 호감을 샀으며, 특히 조교는 강의 중간에 학생들에게 문제를 던져줘 강좌에 활기를 불어넣기도 하는데 이 역할도 성실히 수행
    • 2016년 4월 말 Ashok Goel 교수는 학생들에게 Jill Watson의 정체를 밝혔고 많은 학생들은 상당히 놀랐으며 일부 학생은 불쾌감을 표시하기도 하였음
    • Ashok Goel 교수는 Jill Watson 1.0 이후 Jill Watson 2.0, Jill Waston 3.0을 업데이트하며, 계속 조교로 활용
    • Jill Watson 2.0과 3.0의 조교 이름은 각각 Stacy Sisko, Liz Duncan이였으며, Stacy Sisko는 전체 질문의 40% 이상을 처리하였고 Liz Duncan은 60%의 질문을 처리하는 등 지속적으로 성능이 발전18
    • 그림 9 Jill Watson 1.0, 2.0, 3.0의 대화화면
      그림 9 Jill Watson 1.0, 2.0, 3.0의 대화화면
      ※ 자료 : Ashok K. Goel and Lalith Polepeddi(2016),“Jill Watson: A Virtual Teaching Assistant for Online Education”
    • (Georgia State University) 효율적인 학사정보 전달을 위해 인공지능 조교 Pounce를 운영
    • 대학은 여름 방학 후 대학 입학에 성공한 학생들이 계획대로 등록하지 못하는 문제 해결하기 위해 AdmitHub와 협력하여 인공지능 조교 Pounce를 운영하여 등록 비중을 21% 높였음19
    • 대학 입학 후에 다양한 행정업무처리가 필요하지만, 저소득층, 가족 중 처음으로 대학에 입학한 사람은 이에 대한 이해가 매우 부족
    • 학생들의 80%가 Pounce에 대한 평점을 4~5점으로 평가하였으며(5점 만점), 94%는 차 년도 입학자에게 Pounce 사용을 추천했음20
    • 그림 10 Pounce 화면과 학생들의 사용 후기
      그림 10 Pounce 화면과 학생들의 사용 후기
      ※ 자료 : AdmitHub(2017.3.6.),“Case Study : How Georgia State University supports every student with personalized text messaging”
    • (North Carolina State University) 사서가 없는 인공지능 Hunt 도서관을 운영
    • 인공지능 Bookbot Alley가 신청도서를 접수 받고 물류 로봇이 도서를 제공하는 인공지능 도서관 서비스를 제공
    • 신축 도서관 내 약 200만 개 도서가 있으며 원하는 도서를 클릭하면 5분 만에 주문자에게 도서를 제공
    • 대학은 지능형 도서관 신축에 1억 3,000만 달러(약 1,460억 원)를 투자
    • 그림 11 Bookbot Alley
      그림 11 Bookbot Alley
      ※ 자료 : happyschools.com(2015.8.23.),“25 Pictures Show Why Hunt Library is NOT Your Typical College Library”
  • 시사점
    • 인공지능 기반의 다양한 교육혁신 모델을 발굴하고 적용하는 방안을 모색할 필요가 있음
    • 검증된 인공지능 기반의 교육혁신 모델을 초중고 및 대학에 시범학교를 선정하여 적용하고 효과를 지속적으로 측정
    • 국내 SW 인재 부족문제를 해결하는 동력으로 인공지능을 활용하는 방안도 검토
    • 인공지능을 활용한 개인 맞춤형 코딩 교육, SW인공지능 조교 서비스 개발 등을 통해 보다 효율적으로 SW 인재를 배출할 수 있는 방안을 모색
    • 학습 데이터 활용 관련 개인정보 침해, 알고리즘 조작 등 인공지능을 활용한 교육으로 발생할 수 있는 부작용에 유의할 필요가 있음
    • 1 Ambient Insight(2016.8),“The 2016-2021 Worldwide Self-paced e Learning Market”
    • 2 Global Market Insight(2018.6),「Artificial Intelligence in Education Market」
    • 3 Hype Cycle은 5단계로 이루어지며, 이는 기술의 성장주기에 해당됨. 기술촉발(Technology Trigger)은 잠재적 기술이 관심을 받기 시작하는 시기, 기대의 정점(Peak of Inflated Expectations)은 초기 성공적 사례를 창출하는 시기, 환멸 단계(Trough of Disillusionment)는 제품 실패에 따라 관심이 줄어들고 성공사례에 투자가 지속되는 시기, 계몽 단계(Slope of Enlightenment)는 기술의 수익 모델을 보여 주는 좋은 사례들이 늘어나는 시기, 생산성 안정 단계(Plateau of Productivity)는 기술이 시장의 주류로 자리 잡기 시작하는 단계임
    • 4 Fast Company(2018.7.31.),“DreamBox Learning’s adaptive math lessons get a $130 million boost”
    • 5 Business Wire(2018.6.21.),“VIPKID Raises $500 Million in Series D+ Financing, Led by Coatue Management, Tencent, Sequoia Capital and Yunfeng Capital”
    • 6 Assessment and Learning in Knowledge Spaces
    • 7 McGrawHill Educatio(2016),“What makes ALEKS Unique”
    • 8 McGrawHill Educatio(2017),“Arizona State University Expands the Use of McGraw-Hill Education’s ALEKS Artificial Intelligence Software in its Global Freshman Academy”
    • 9 Fast Company(2018.7.31.),“DreamBox Learning’s adaptive math lessons get a $130 million boost”
    • 10 MIT Technology Review(2018.8.7.),“AI can now tell your boss what skills you lack-and how you can get them
    • 11 TTimes(2018.7.13.),“중국 맘을 사로잡은 온라인 영어수업”
    • 12 CHINA DAILY(2018.6.22.),“Startup VIPKID raises $500m”
    • 13 Business Insider(2018.5.20.),“A school in China is monitoring students with facial-recognition technology that scans the classroom every 30 seconds”
    • 14 The Next Web(2018.5),“China’s facial recognition AI has a new target: Students”
    • 15 Chosun Biz(2018.6.2.),“수업 평가하는 중국 AI, 학생 표정 읽더니 재미없나 보네”
    • 16 Wired(2016.12.13.),“A Secret Ops AI Aims to Save Education”
    • 17 Wall Street Journal(2016.5.6.),“Imagine Discovering That Your Teaching Assistant Really Is a Robot”
    • 18 Ashok K. Goel and Lalith Polepeddi(2016),“Jill Watson: A Virtual Teaching Assistant for Online Education
    • 19 Harvard Business Review(2018.1.16.),“How Georgia State University Used an Algorithm to Help Students Navigate the Road to College”
    • 20 AdmitHub(2017.3.6.),“Case Study : How Georgia State University supports every student with personalized text messaging”
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