대화형 챗봇 캐릭터 기반 AI 초등 글쓰기 학습 앱 서비스 제안

초등학교 저학년은 새로운 경험과 지식을 습득하고, 학습의 기초를 배우는 시기이다. 읽기와 쓰기 능력은 모든 교과 학습의 기본이며 이 시기의 문식력(文識力)은 향후 학습 성공과도 직결된다[2]. 또한 초등학교 저학년 시기는 자신이 갖고 있는 언어지식에 경험을 더해 더욱 풍부한 질적 언어지식을 향상시켜 가야 한다[3]. 초등학교 저학년 아이들의 경우 입말을 글말로 전환시켜줘야 하는 시기로 말하기는 듣기뿐 아니라 읽기와 쓰기의 토대가 되어야 하고 쓰기는 읽기뿐만 아니라 듣기와 말하기의 토대가 되어야 한다[4]. 말하기는 자신의 생각을 전하며 의사소통을 가능하게 하고, 글쓰기는 구어를 문어로 바꾸는 연습과 자신의 생각을 정리하는 연습이 가능하다. 본 연구는 이와 같이 말하기와 글쓰기의 연결 측면에서 보이스 챗봇 캐릭터와의 대화를 통해 일기 주제를 정하고, 대화 내용을 상기하며 일기를 쓰게 하는 말과 글의 연계 콘텐츠를 제안하고자 한다.

우리나라 초등학교 1, 2학년 교육과정 중 쓰기 교육의 경우 글에 흥미를 갖고 자신의 생각을 글로 쓰는 태도를 기르는 데 목표를 두고 있다. 국어 교육 과정에 실려 있는 일기 쓰기는 꾸준한 글쓰기 연습을 위해 시행하는 보편적인 숙제 중 하나이다. 일기 쓰기는 자신의 하루를 돌아보고, 글감을 정하고, 생각과 느낌을 표현하는 과정을 거치기 때문에 모든 글쓰기의 출발점이 되며 일기의 소재를 정할 때 자신의 주변에 있는 사람이나 사물에 대해 생각하는 능력을 기르고, 이를 글로 나타냄으로써 자신의 생각 정리 연습을 할 수 있다[5]. 그러나 강제성을 띄는 숙제가 될 경우 대상 연령대의 학생들에게 글쓰기에 대한 부담 가중에 따른 흥미 결여의 문제를 초래할 수 있다. 이에 본 연구는 일기 맞춤법과 올바른 문장 구성 방법 등 기능적 접근 외에 어린 시기부터 글쓰기 자체에 흥미를 갖도록 일기 소재 찾기에서 쓰기까지 도와줄 수 있는 서비스를 기획하고자 한다.

초등학교 저학년 학생들의 문장 능력을 향상시키기 위해서는 기존 듣기 또는 읽기 활동을 통한 정통 수업방식의 교수 접근보다는 시각, 청각, 촉각 등의 감각을 제공할 수 있는 매체를 이용하여 언어 환경에 노출시키면 대상자의 언어발달 교육에 도움을 줄 수 있다[6]. 특히 어휘 습득의 경우 초등학교 시기를 거치며 개인차가 점차 심해지므로 어휘 지식이 부족한 학생은 읽기 능력 부족으로 연결되고 결국 쓰기 능력까지 영향을 받게 된다. 하지만 단순히 어휘에 많이 노출된다고 해서 어휘 능력이 향상되는 것이 아니다. 특정 맥락에서 사용되는 예를 보여주고 해당 단어에 반복 노출될 수 있게 이를 교사가 지도해야 하며 단어를 연습할 기회를 제공해야 한다[7]. 하지만 개인차가 심한 초등학교 저학년 학생들에게 개별 수준에 맞는 학습 방법을 적용하기에 어려움이 있으며 최근 정규 교과 과정 외에 챗봇을 기반으로 한 스마트러닝 방식이 이러한 부분에 도움을 주는 콘텐츠로 활발하게 개발되고 있다. 과거의 챗봇이 정해진 질문에 따라 단순 대답만 하는 수준이었다면 현재는 사용자의 대화 맥락과 감정에 따른 맞춤형 서비스로 발전하고 있다. 인공지능 챗봇 ‘심심이’의 경우 사용자 질문의 답변을 위해 대화 처리 엔진을 통해 가장 적절한 하나의 대화 시나리오를 선택하고, 선택된 대화 세트의 답변 문장을 이용하여 대답하는 시스템이다[8]. 사용자의 말에 유연한 대응이 가능하고, 단순 대답뿐만 아니라 관련된 질문까지 던지며 꾸준한 대화를 지속할 수 있는 단계까지 발전하였으며 학습을 통해 꾸준히 진화 중이다. 이처럼 챗봇은 일상 대화가 가능한 수준까지 발전하고 있으며 교육 분야에서는 어휘학습에 도움이 되는 새로운 기술로도 자리 잡고 있다.

한컴로보틱스의 ‘토키’는 음성인식과 얼굴인식 기능이 탑재된 유아 교육용 인공지능 로봇이다[9]. 묻는 말에 대답하는 수동형 AI 스피커와 달리 토키는 머신러닝을 통해 실시간 학습을 하는 똑똑한 ‘능동형’ 인공지능이다. 따라서 아이들이 “왜(Why)?”라는 질문을 연속해 던져도, 앞서 나눈 대화 내용을 고려해 대답을 달리한다. 평소 학교에 있을 시간에 아이가 집에서 쉬면 “오늘 학교 안 갔니?”라고 아이에게 물어오기도 한다. 이러한 얼굴 인식 및 맥락기반 기술을 모바일 내의 보이스 챗봇 캐릭터에 응용하면 자신의 생각 표현이 중요한 초등 저학년 시기에 AI와 친밀한 대화를 통한 한글 교육에 도움이 될 것이다.

인공지능 음성인식(STT, Speech To Text)은 사람이 말한 음성을 AI가 해석하여 문자 데이터로 변환하는 기술이다[10]. ‘AI 플러스 전화영어’는 STT 기술을 통해 학습자에게 전화영어 학습이 끝난 직후 텍스트로 옮겨진 대화 내용을 제공하고, 잘못된 표현에 대해 선생님의 피드백을 받을 수 있는 서비스이다. 또한 인공지능과 함께 주요 표현을 따라 읽으며 발음과 발화에 대한 평가를 받으며 집중적으로 복습할 수 있다. 이는 일회성 정보인 전화의 단점을 개선한 사례로 이를 응용하여 육성 대화 내용이 실시간 텍스트와 함께 제공될 경우 언어의 4대 영역 중 말하기, 듣기, 읽기 학습을 동시 진행할 수 있고 대화 후에 대화 내용이 기록된 글을 응용해 새로운 글쓰기학습 또한 가능하다.

그림 1은 설문조사 분석 결과로 일기 쓰기를 학습 목적으로 시작하는 경우가 많았으며, 80%의 대상 아동들이 주 1~3회 일기를 작성하고 있었다. 또한 일과가 끝난 후 일기를 작성하는 경우가 94.2%로 가장 높았다. 일기의 분량은 평균 1~3문장이 가장 많으며, 대부분 1~6문장 정도의 일기를 작성하고 있었다. 일기의 내용은 오늘 하루 있었던 일과 그에 대한 기분을 쓰는 경우가 68.8%로 가장 많았으며, 가장 낮은 연령대인 5세도 단순히 있었던 일 외에 기분까지 적는 것을 알 수 있었다. 연령이 높아질수록 일기 쓰기 평균 소요시간은 길어진 반면 일기 쓰기는 더 선호하지 않는 경향을 보였다. 가장 높은 연령대인 8세의 경우 일기 쓸 때 가장 어려워하는 것은 맞춤법이었으며 단어 선택의 어려움에 대한 응답은 모집단 대비 매우 적었다. 8세의 언어 수준을 고려해 보았을 때 단어를 모르는 것보다는 아는 단어를 쓰는 과정에서 맞춤법 등 어려움을 겪고 있음으로 판단할 수 있다. 54.3%의 아동이 일기쓰기를 선호하지 않았으며 남아가 여아보다 일기 주제 선정에 대해 확연히 어려워하고 있는 양상을 보였다. 연령과 성별의 차이 없이 과반수가 넘는 71.4%의 부모님은 아이가 일기를 쓸 때 도움을 주고 있었다.

Fig. 1.

Survey Result

설문조사 결과를 통해 그림 2와 같이 대상 아동과 부모의 페인 포인트(Pain Point)를 도출하였다. 대상 아동들이 가장 힘들어하는 부분과 자주 하는 질문 모두 일기 주제 선정과 맞춤법이라는 공통된 응답이 나온 것을 보면, 아이들은 글 쓰는 것 자체에 대한 거부감이 높으며 특별한 일이 있는 날엔 일기 쓰기를 덜 어려워하지만, 특별한 일이 없을 경우 일기에 쓸 내용을 고민하는 것을 싫어한다. 또한 맞춤법을 틀리고 싶지 않지만 모르는 게 많아 어려움을 겪는다. 부모의 경우 맞춤법보다는 감정 표현, 생각 훈련 등 아이들의 표현력 향상에 대한 니즈가 있었으며, 자녀의 감정 표현을 포함한 다양한 어휘를 사용할 수 있게 도와주고 싶지만 그 지도 방법에 어려움을 느끼고 있었다.

Fig. 2.

Pain Points for Children and Parents Related to Diary Writing

또한 자녀가 일기를 다 쓸 때까지 옆에서 지도해 주는 시간이 꽤 오래 걸려 매일 옆에서 지도해 주기에 시간 부담을 느끼고 있었다. 따라서 본 서비스는 대상 아동이 일기 쓰기를 의무적 숙제로 느끼지 않도록 글감 소재를 찾는 단계부터 흥미 유지가 되게 기획하고자 하며, AI 챗봇이 아이들의 생각과 표현을 이끌어내도록 부모 대신 대화 상대 역할을 함으로써 부모의 일기쓰기 지도 시간 부담을 줄일 수 있도록 접근하고자 한다.

그림 3은 본 서비스의 기능에 따른 정보 구조도이다.

Fig. 3.

Information Architecture of The Application

그림 4는 비주얼 콘셉트로 키워드, 브랜딩, 로고타입, 컬러시스템 등으로 구성되어 있다. 특히 일기쓰기를 ‘일상일기’와 ‘상상일기’의 두 가지 콘텐츠 성격에 맞춰 비주얼 콘셉트를 설정하였다. 일상일기와 상상일기에 해당되는 성격이 다른 대화 유도 캐릭터를 제작하였으며 이 캐릭터들은 말풍선의 모티브로 각각 다른 행성의 화면에 둥둥 떠다니는 컨셉이다. 일상행성의 캐릭터는 궁금한 점이 많은 수다쟁이, 상상행성의 캐릭터는 상상력이 풍부한 몽상가의 성격으로 설정하였다.

Fig. 4.

Visual Concept

그림 5는 기술 기반 프로토타입 구현 및 테스트 캡쳐 이미지로 사용자가 ‘하트가 나왔어’하면 STT를 통해 음성이 말풍선화 되고, 페이스 트래킹(Face Tracking)기술을 통해 사용자 눈에 하트가 AR로 증강되어 사용자 움직임에 따라 하트 그래픽도 함께 움직이는 장면이다.

Fig. 5.

Technical-based Prototype Testing

앱을 처음 실행하면 그림 6과 같이 부모는 학습 대상 자녀의 기본 정보 입력, 문장구성 레벨 선택 후 회원가입을 한다. 기본 정보는 이름, 생일, 학년, 성별, 사진으로 구성되어 있으며, 문장 구성력은 초등학교 저학년 대상에 맞게 단어 나열은 할 수 있지만 문장 만들기가 어려운 ‘새싹’ 레벨, 짧더라도 스스로 문장을 만들 수 있는 수준의 ‘열매’ 레벨로 구분된다.

Fig. 6.

Information Registration and Select Level Screen

그림 7의 좌측과 같이 회원가입 후 메인 화면에서 학습자는 일상일기와 상상일기 중 원하는 일기를 선택할 수 있다. 처음 사용자의 경우 부모는 행동형, 규범형, 탐구형, 이상형의 4가지 성격 유형 중 대상 자녀의 성격 유형을 선택한다. 성격 유형은 연우심리연구소의 ‘학습성격 유형 약식 자가 진단표’를 바탕으로 하였다[13]. 각 성격 유형에 맞게 AI 캐릭터의 리액션, 질문 등 맞춤형 대화가 가능하다. 이는 표준화된 검사가 아니므로 정확한 유형 구분에 의미를 두기보다 각 성격 유형에 맞게 대화의 흐름과 적절한 반응을 제공하여 대상 사용자들이 대화에 흥미를 느낄 수 있게 해준다.

Fig. 7.

Main Screen and Select Personality Type Screen

그림 8은 대화하기 화면으로 학습자는 전면 카메라를 통해 AI 챗봇 캐릭터와 대화를 주고받는다. STT 기술을 활용하여 학습자와 캐릭터의 말이 실시간으로 말풍선에 시각화되어 대화에 지속적으로 집중할 수 있다. 이를 통해 입말을 글말로 전환하는 학습을 하고, 대화를 주고받는 과정에서 자신의 생각을 말하는 연습과 창의적 글감을 형성하는 학습을 돕는다. 또한, 말풍선뿐만 아니라 대화 키워드 기반 AR 키워드 그래픽을 통해 시각적 재미요소를 제공하여 오늘의 일기 글감을 정하는 대화에 흥미를 유지할 수 있도록 한다. 주제 키워드는 우측 하단에 고정되어 오늘의 주제에 대해 생각하며 대화를 할 수 있다. 대화를 하며 나오는 AR 키워드 그래픽은 좌측 상단에 하나씩 누적되며 학습자는 누적된 AR 키워드 그래픽을 보고 대화 중에 대화 흐름을 계속 파악할 수 있다.

Fig. 8.

Daily and Imagination Diary Conversation Screen

그림 9는 대화 흐름 및 챗봇 알고리즘으로 인사 질문으로 시작하여 오늘 있었던 일, 했던 말, 누구와 등 필수 질문과 꼬리질문으로 대화가 진행되고 오늘의 감정을 물어보며 끝난다. 필수질문으로 오늘의 일기 주제를 정하고, 일기 주제가 정해지면 꼬리질문을 통해 자세한 이야기를 나눈다. 꼬리질문의 경우 특정 주제에 대해 미리 만들어놓은 답 중 랜덤으로 출력하는 구현 가능한 챗봇 대화 알고리즘 방식을 기반으로 하였다. 상상일기는 캐릭터가 먼저 하나의 주제를 제시하고, 그 주제에 관한 꼬리질문을 이어가는 방식으로 진행된다.

Fig. 9.

Conversation Flow and Chatbot Algorithm

그림 10은 일기 제목 짓기와 일기쓰기 화면으로 학습자는 대화하기를 완료하면 오늘의 주제 키워드를 보며 일기 제목을 생각한다. 이후 마이크 버튼을 눌러 일기 제목을 말하면 STT 기술을 통해 화면에 일기 제목이 나타나며 일기 제목을 다시 정하거나 다음 단계로 넘어갈 수 있다. 일기쓰기 화면은 전면 카메라 뷰를 통해 본인 얼굴이 비춰지며 챗봇과 나눈 대화 내용을 다시 볼 수 있는 부분으로 구성되어 있다. 전면 카메라 영역 하단에는 대화 때 생성된 그래픽들이 나열되어 있고 이 아이콘을 선택하면 AR 효과를 다시 볼 수 있다. 또한 좌측 영역 대화 내용이 텍스트로 제공되어 스피커 버튼을 통해 대화 내용을 다시 들을 수 있다. 이 방법으로 일어났던 일을 쉽게 상기하며 일기 소재 선정과 함께 쓰기를 할 수 있다. ‘핑아’라고 부르면 하단 영역에 있는 캐릭터가 활성화되어 캐릭터에게 질문할 수 있으며 이는 대화 내용 상기와 글 쓰는 중에 모르는 단어나 맞춤법이 있을 때 도움을 받을 수 있다. 대화를 통해 자신의 생각을 담은 문장을 스스로 구성할 수 있게 말과 글이 연계된 자기 주도적 글쓰기 연습을 할 수 있게 제작하였다.

Fig. 10.

Making A Title and Writing A Diary Screen

그림 11은 일기쓰기 완료버튼을 누르면 자동으로 후면 카메라로 전환되고 학습자는 일기장에 쓴 자신의 일기를 촬영할 수 있다. 촬영을 완료하면 감정 이모티콘을 통해 감정을 선택할 수 있으며 이는 학습자가 자신의 감정에 대해 친근하게 이해할 수 있고, 오늘 느꼈던 기분과 감정을 생각하며 하루를 잘 정리할 수 있게 도와준다. 감정 선택을 완료하면 완성된 오늘의 일기를 볼 수 있다. 완성된 일기에는 학습자가 일기장에 쓴 일기 사진과 일기 제목, 날씨 그래픽, 대화 중 나온 그래픽 키워드들을 볼 수 있다. 이후 부모가 아이의 일기에 댓글을 달면 알림이 남겨지며 내 일기장에 들어가 해당 일기의 댓글을 확인할 수 있다. 홈 화면에서 내 일기장을 선택하면 학습자가 지금까지 쓴 일기를 일상일기별, 상상일기별, 시간별로 확인할 수 있다. 일기의 썸네일은 날짜, 일기 제목, 감정 이모티콘, 일기 주제 그래픽으로 구성되어 각각의 일기 내용을 직관적으로 확인할 수 있다.

Fig. 11.

The Completion Process of Writing A Diary

그림 12는 부모 페이지의 주 기능으로 오늘의 일기, 일기 리포트로 구성되어 있다. 오늘의 일기 화면에서는 아이가 당일에 쓴 일기를 볼 수 있으며 다른 날짜를 선택하면 이전에 쓴 일기도 볼 수 있다. 일기 주제, 캐릭터와 대화한 시간, 일기를 쓰는 데 걸린 시간, 캐릭터에게 질문을 한 횟수, 감정 정보를 확인할 수 있다. 일기 보기 버튼을 누르면 자녀가 촬영했던 일기 사진과 대화 중 나온 그래픽을 볼 수 있고, 학습자의 일기에 댓글과 이모티콘을 달아 동기부여 할 수 있다. 일기 리포트 화면에서는 1개월, 3개월, 6개월 단위로 아이가 쓴 일기 유형과 횟수, 많이 느낀 감정, 많이 말한 단어들을 통계 정보로 확인할 수 있다.

Fig. 12.

Today’s Diary and Diary Report in Parents Page

그림 13은 전체 서비스의 프로세스를 정리한 내용이다. 가입 화면의 하위 구조는 ‘기본 정보 입력하기’, ‘아이의 문장 구성력 선택하기’로 구성되며 홈 화면은 일기의 유형을 선택하는 ‘일상일기’와 ‘상상일기’, 그리고 내가 쓴 일기를 모아 볼 수 있는 ‘내 일기장’으로 구성되어 있다. 홈 화면 우측 상단에 있는 ‘부모님 버튼’을 통해 부모님 페이지 화면으로 이동하게 되면 아이의 ‘일기 확인하기’, ‘댓글 남기기’, 그리고 아이 ‘일기 분석 정보’가 제공된다.

Fig. 13.

Screen by Service Process

그림 14는 1:1 인터뷰를 통해 총 2번의 전문가 인터뷰를 시행한 장면이다. 교육 경력 29년 차 유치원 원장 선생님, 교육 경력 3년 차 현재 초등학교 1학년 담임선생님을 대상으로 2020년 8월 27일부터 10월 10일까지 진행하였다. 조사 방법으로는 인터뷰 대상에게 서비스 소개를 한 후, 제작한 프로토타입을 체험하도록 하였다. 이후 일기쓰기에 관련한 문항과 서비스 보완점 및 교육적 효과에 관련한 문항을 질문하였다. 이를 통해 주 학습자에 대한 심층적인 이해와 본 서비스의 교육적 효과 및 프로세스의 적합성을 파악하고자 하였다.

Fig. 14.

Expert Interview Process

표 4는 전문가 인터뷰 개요를 정리한 내용으로 인터뷰의 목적, 인터뷰 대상자, 인터뷰 방법, 그리고 인터뷰 기간으로 구성되어 있다.

Table 4.

Expert Interview Overview

표 5은 총 12개 유형의 인터뷰 질문을 정리한 내용이다.

Table 5.

Interview Questions List

유의미한 응답으로는 첫째, 초등학교 저학년 시기의 아이들은 특히 개개인의 학습 수준이 다르기 때문에 ‘각각의 학습 수준에 맞는 교육 방식이 제공되면 좋겠다.’라고 응답하였다. 둘째, 아이들은 자신이 모르는 것이나 궁금한 것들을 그때 그때 물어보는 경향이 있다. 맞춤법이나 단어 등 ‘아이의 질문에 대해 대답을 해줄 수 있는 방법도 고려하면 좋겠다.’라고 응답하였다. 셋째, 일기를 쓰는 데에 걸리는 시간도 개인마다 다 다르지만, ‘글을 쓰는 데 시간이 오래 걸리는 아이는 무조건 기다려줘야 한다.’ ‘타이머 기능은 바람직하지 않다.’라고 응답하였다. 넷째, “그때 뭐라고 이야기했어?”라는 질문에 대한 답변을 통해 훨씬 글감이 풍성해지고 굉장히 실감나는 일이 되기 때문에 ‘AI 챗봇 시나리오에 해당 질문을 추가하면 좋겠다.’라고 응답하였다. 다섯째, 아이들은 부모님의 긍정적인 피드백을 통해 꾸준히 할 수 있는 동기를 얻기 때문에 ‘부모님이 아이의 일기를 관리하거나 아이의 일기에 댓글을 남길 수 있는 기능을 고려하면 좋겠다.’라고 응답하였다. 본 연구의 서비스가 가지고 있는 교육적인 학습 효과 유무에 대한 문항에 대해 실제 초등학교 1학년 아이들에게 시행하고 있는 일기 쓰기 방법과 흡사하다는 답변을 받았다. 또한, 태블릿 PC에 아이 자신의 얼굴이 나오고 AR 그래픽과 같은 재미요소를 통해 일기 쓰기를 어렵게 느끼는 아이들에게도 흥미를 제공할 수 있을 것 같다는 답변을 받아 본 서비스의 학습효과와 효용성을 검증하였다. 그림 15는 인터뷰 주요 인사이트 및 수정 반영 사항의 정리 내용이다.

Fig. 15.

Interview Key Insights and Corrections Reflections