Current Issue

2016년 4차 산업혁명 발표 이후, 소프트웨어와 인공지능 그리고 데이터를 기반으로 모든 분야에서 기술 융합의 결과물들이 모습을 드러내고 있다. 각 대학에서는 인공지능 시대를 살아가는 인재들을 육성하기 위하여 인공지능을 가속화하는 소프트웨어 교육의 중요성을 인지하고 비전공자들도 소프트웨어 교육을 받을 수 있도록 다양한 교과과정을 설계하고 운영하고 있다. 소프트웨어 교육은 현실 세계의 문제를 정의하고 문제해결과정을 프로그래밍 언어를 활용하여 기술하는 전반적인 과정을 의미한다. 하지만 컴퓨터 비전공자들은 시대의 흐름에 따라 소프트웨어 교육의 필요성은 공감하고 있지만, 일반 언어와 프로그램 언어의 작성 환경 차이, 프로그래밍 언어의 문법 지식 및 경험의 부재, 전공과의 연관성, 사고력 차이 등으로 학습의 어려움을 호소하고 있다[1],[2]. 이는 학습동기 저하와 소프트웨어의 지적 호기심 저하로 이어지고 있다[3]. 이에 소프트웨어 교육 과정에 대한 문제점과 한계점을 극복하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다[4],[5]. 특히 코로나19를 지내면서 학습자는 온라인 영상 학습 자료를 통하여 장소에 구애 받지 않고 반복 학습이 가능해졌으며 원격 수업 참여, 온라인상에 과제 제출등 디지털 환경 변화에 거부감없이 적응하였다. 더불어 교수자는 다양한 형태의 학습 자료를 설계하고 수업에 반영할 수 있었다. 2022년 11월 ChatGPT(Generative Pre-Trained Transformer)의 발표는 의료, 법률, 경제, 산업 분야에 새로운 변화를 예고하였다. ChatGPT는 자연어 처리 모델을 지원하는 시스템으로 인간과 대화하는 것처럼 인공지능과 자연스러운 대화가 가능하다. 방대한 데이터를 학습한 ChatGPT는 사용자가 입력한 프롬프트에 따라 분야와 수준에 맞게 빠른 답변을 제공한다[6],[7]. 이에 국어, 영어, 프로그램등 다양한 교육측면에서 ChatGPT의 활용 사례들이 소개되고 있다.

본 연구에서는 소프트웨어 학습에 어려움을 느끼는 컴퓨터 비전공자들을 대상으로 진행하는 소프트웨어 교양교육 측면에서 ChatGPT를 활용할 수 있는 프로그램 교육 과정을 제안하고자 한다. 이를 위해 교육 및 프로그램 개발 측면에서의 ChatGPT 활용, 비전공자 중심의 프로그래밍 학습에 대한 연구와 ChatGPT 활용 사례들을 살펴보았다. 그리고 소프트웨어 교육에서 ChatGPT의 활용 가능성을 살펴보기 위해 비전공자를 대상으로 진행한 프로그래밍 수업에서 ChatGPT 활용 용도 및 활용가능성에 대한 설문을 분석하고 이를 바탕으로 ChatGPT를 활용한 단계적 소프트웨어 교양교육과정을 제안하고자 한다. 이로써 인공지능 기술을 활용한 소프트웨어 교육 변화의 필요성과 학습자들이 소프트웨어 리터러시와 인공지능 리터러시를 함양할 수 있는 방향을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 컴퓨터 비전공 학습자 중심의 소프트웨어 교육 과정에 ChatGPT를 반영하는 데 있어 ChatGPT 활용 가능성 및 활용 방향을 살펴보기 위하여 수업 종료 후 설문을 진행하였다. 연구대상은 A대학에서 2023년 1학기에 진행하였던 ‘컴퓨팅적 사고와 알고리즘’ 교과목을 수강한 1학년 신입생들을 대상으로 진행하였다. ‘컴퓨팅적 사고와 알고리즘’ 교과목은 교양필수 교과목으로 텍스트 기반의 파이썬 프로그래밍 학습을 통하여 컴퓨팅적 사고력을 함양하고 소프트웨어를 이해하여 전공과 사회 전반에 활용할 수 있는 역량을 함양하는데 목표가 있다. 수업 후 설문에 응답한 학생은 127명이며 모두 컴퓨터 비전공자로서 설문 응답자의 소속 대학 정보는 표 1과 같다. 수강 전 3.9%를 제외한 학습자의 54.3%는 프로그래밍 학습 경험이 전혀 없었고, 33.1%는 학습 경험은 있으나 스크래치(Scratch)와 앱인벤터(App Inventor)와 같은 블록 기반 프로그래밍 학습 경험으로 텍스트 기반의 프로그래밍 학습 경험은 없었다.

해당 교과목은 온·오프라인이 병행되는 블렌디드 러닝(Blended Learning) 수업으로 진행되었다. 1주차~2주차는 컴퓨팅적 사고와 알고리즘에 대한 이론적인 설명과 함께 실습 환경 구축 및 순서도 기반의 알고리즘 기술 도구인 Flowgorithm의 사용방법을 학습하였다. 3주차~10주차는 파이썬의 기본 문법을 기반으로 컴퓨팅적 사고의 구성요소들을 단계적으로 학습하였다. 오프라인에서는 온라인에서 학습한 주차별 기본 문법 및 컴퓨팅적 사고 개념들을 바탕으로 간략한 실습과 함께 일상생활에서 발견되는 다양한 문제들을 매 주차 워크시트 형태로 제시하여 해결하는 시간을 가졌다. 그리고 11주차~15주차는 컴퓨팅 사고력을 함양하기 위하여 학습한 개념들을 바탕으로 전공 및 현실 문제를 활용하여 소프트웨어를 계획, 설계, 구현하는 프로젝트 기반 학습(Project Based Learning)을 진행하였다. ChatGPT의 활용 분포를 확인하기 위하여 5주차 수업이 진행하기 전 간략히 ChatGPT를 소개하고 프롬프트 사용방법에 대해 설명하였다. 5주차부터는 연습문제 및 워크시트 난이도에 따라 문제 해결에 선택적으로 ChatGPT를 활용할 수 있도록 하였으며 팀 프로젝트에서는 교과목의 흥미도와 프로젝트의 완성도를 위하여 자유롭게 ChatGPT를 활용할 수 있도록 하였다. 그리고 프로젝트 결과물에 활용 용도를 기술하도록 하였다.

표 2는 파이썬 프로그램을 활용하여 문제 해결 및 팀 프로젝트를 진행하는 과정에서 ChatGPT의 활용 정도를 분석한 것이다. 그 결과 워크시트나 프로젝트의 문제 해결을 위해 약 21.2%의 응답자가 ChatGPT를 50%이상 활용, 24.4%가 30%이상 활용 그리고 29.9%가 10~30%정도 활용하였다. 프로그래밍 학습에서 비전공자의 ChatGPT 활용 용도에 관한 결과는 표 3과 같다. 활용용도 부분에서는 중복 선택이 가능하도록 하였다. 응답자의 26.6%는 ChatGPT를 주어진 문제에 대한 프로그램 결과를 도출하는 데 활용하였고 특정 문법 이해 25.4%, 디버깅 14.5%의 순위로 활용되었다. 프로그램을 구현하는 부분에서는 문제 해결을 위한 전체 혹은 일부분 작성을 위해 ChatGPT를 활용하거나 리스트(list)와 반복문의 관계 및 프로그램 작성과정의 어려움을 해결하기 위해 ChatGPT의 도움으로 해결하였다. 이는 최종명외 2인에서 전공자들을 대상으로 한 ChatGPT 사용 목적 결과와 유사함을 확인할 수 있었다[26]. 프로그램은 순차, 조건, 반복 구조를 가지며 논리적이며 체계적으로 작성되어야 한다. 텍스트 명령어를 기반으로 프로그램의 흐름을 기술하는 파이썬은 다른 프로그래밍 언어에 비해 쉬운 문법을 제공하며 인터프린터 방식으로 결과를 바로 확인할 수 있다. 하지만 비전공자에게는 프로그래밍 문법을 이해하고 조합하여 논리적인 흐름을 기술해야 하는 부담감이 있다. 또한, 프로그램 작성과정에서 발생하는 오류들은 학습자에게 학습 동기를 저하시키는 요인으로 발생될 수 있다. 비전공 학습자가 프로그래밍 교육이 어려운 이유는 프로그램 작성과정의 어려움, 프로그램 문법의 이해 부족, 문법 오류 수정순으로 나타났다[1],[3],[5]. 이는 설문 결과에서도 나타나듯이 프로그램 작성과정에서 느끼는 어려움을 해결하기 위해 ChatGPT에 의지하는 경향을 서술식 답변으로 확인할 수 있었다. 그리고 표 2와 표 3에서 보이는 것처럼 ChatGPT 활용 정도 면에서는 24.4%, 활용 용도 면에서는 17.3%로 ChatGPT 활용에 부정적인 답변도 있었다. 이는 서술식 답변에서 확인한 결과 ChatGPT에 대한 학습자의 관심, ChatGPT의 이해 정도, ChatGPT의 숙련도 및 의존도, 오류가 포함된 코드, ChatGPT가 생성한 결과의 신뢰성, 팀원 간의 협업을 통한 문제 해결등이였다.

ChatGPT가 작성한 코드들은 문제 해결 과정에 활용할 수도 있지만 ChatGPT에 의해 작성된 코드를 분석함으로써 프로그램의 다양한 해결방법들을 경험할 수 있다. 이를 확인하기 위해 팀 프로젝트 진행 시 ChatGPT가 작성한 코드를 활용하여 확장할 수 있도록 유도하였다.

그 결과 표3에서 볼 수 있듯이 프로젝트 기능 확장을 위한 활용이 9.8%였다. 프로젝트 기능 확장 및 프로그램 간접 경험을 위해서는 ChatGPT가 생성한 코드를 분석하여야 한다. 추가로 학습자들이 ChatGPT가 생성한 코드를 이해하기 위해 분석한 경험이 있는지를 확인한 결과 표 4에서처럼 62.2%의 학습자들이 ChatGPT가 작성한 코드를 개별 또는 팀원과 함께 분석함으로써 프로젝트 업그레이드 경험이 있는 것을 확인하였다. 특히 팀원들과 함께 분석한 경우 코드 이해 및 수정이 수월하다는 의견이 많았다. 이는 프로그램 전체 또는 일부 작성에 대한 부담감을 해소하는 방법으로 ChatGPT의 활용 가능성과 다양한 문제해결과정을 경험할 수 있음을 의미한다. 앞으로의 프로그래밍 학습에서 ChatGPT의 활용 가능성 및 필요성에 대한 질문에서 프로그래밍 학습 부분에서는 62.2%가 긍정적인 답변이였고 프로젝트 활용에서는 66.2% 학생들이 긍정적인 답변을 제시하였다. 그 외에 서술적 답변을 통하여 학습자들은 ChatGPT를 활용 가능성을 모색하고 활용 방법에 관한 관심을 가짐으로써 다양한 분야에서 인공지능의 활용 분야에 대한 모색 및 필요성을 느끼고 있음을 확인하였다.

급속한 기술의 발전으로 성장한 인공지능은 소프트웨어를 기반으로 산업 및 경제 분야의 융합 실현뿐만 아니라 사회와 개인의 삶을 빠르게 변화시키고 있다. 이에 인공지능과 소통하고 협업하는 실무 현장에 진입하는 컴퓨터 비전공자 학습자들이 갖추어야 할 소양은 소프트웨어 리터러시와 인공지능 리터러시이다. 대학의 교양 교육에서는 인공지능 리터러시를 함양하기 위한 전인적 교육이 필요하며 인공지능 도구를 활용한 소프트웨어 교육으로의 변화가 모색된다. ChatGPT는 사용자가 입력한 프롬프트의 문맥을 이해하고 이미 학습한 데이터 모델을 기반으로 대화의 형태로 답변을 제공하는 인공지능 기술로써 인공지능에 대한 기술들을 모르더라도 쉽게 활용할 수 있는 장점이 있다. 이를 소프트웨어 교육과 접목한다면 비전공자들이 소프트웨어 학습에서 느끼는 문제점들을 극복할 수 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 교양교육에서 진행하고 있는 텍스트 기반의 프로그래밍 교육에서 학습자의 ChatGPT 활용 용도와 ChatGPT의 활용 가능성을 분석하였다. 그 결과 프로그래밍 학습 측면에서 ChatGPT는 프로그램 작성, 디버깅, 문법 개념 이해를 위해 활용할 수 있음을 확인하였다. 그리고 ChatGPT의 프로그램 작성 결과를 분석 및 비교하여 주어진 문제의 해결 결과에 대한 문제점을 찾고 응용 및 확장에 활용할 수 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 기존의 비전공자를 위한 소프트웨어 교양 교육과정에 ChatGPT를 활용한 개선된 단계적 교과과정을 설계 및 제언하였다. 개선된 교과과정은 비전공 학습자들이 소프트웨어 교육에서 느끼는 어려움을 바탕으로 기초적인 문법들을 이해하는 탐색학습, 탐색학습에서의 학습 내용을 조합하고 확장하며 알고리즘의 흐름을 이해할 수 있는 설계학습 그리고 계획, 설계부터 구현까지 진행하면서 컴퓨팅적 사고를 함양할 수 있는 개발 단계로 나누었다. 각 단계는 학습자 맞춤형 학습과 빠른 피드백을 제공하기 위하여 ChatGPT를 활용하여 설계하였다. 이로써 비전공 학습자가 프로그래밍 학습에서 느끼는 어려움을 극복하며 학업 이해도 및 성취도를 높일 수 있을 것이며 더불어 소프트웨어 리터러시와 알고리즘 리터러시를 함양할 수 있을 것이다. 향후 연구에서는 제안하는 단계적 교과과정을 교양 교과목으로 진행한 후 설문을 통하여 문제점 및 타당성을 발견하고 개선하여 좀 더 체계적인 교육 과정을 마련하고자 한다.