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초록

영어

This study designed and validated conceptual change learning materials integrating AI chatbots and physical computing to correct elementary students' scientific misconceptions and foster learner agency. Nine design principles were derived by integrating multidimensional conceptual change theory, anomalous data theory, cognitive load theory, distributed cognition, and the OECD learner agency framework. Using the PDIE model within an Educational Design Research (EDR) approach, we developed a 12-session project-based program, four modular physical computing tools, and a generative AI chatbot offering stepped scaffolding. In a modified Delphi survey with 10 experts, the second validation round yielded a CVR of 1.00, an S-CVI/Ave of .98, and a Fleiss' κ of .84 for all items, with a convergence range of 0.15–0.25 and an agreement range of 0.89–0.95. This study establishes design principles for AI–physical computing integrated instruction and presents transferable design patterns for resolving science misconceptions.

한국어

본 연구는 초등학생의 과학적 오개념 교정과 학습자 주도성 함양을 위해 AI 챗봇과 피지컬 컴퓨팅을 통합한 개념변화 수업 자료를 설계하고 타당성을 검증하였다. 다차원적 개념변화 이론, 변칙 데이터 이론, 인지 부하 이론, 분산 인지, OECD 학습자 주도성 프레임워크를 통합해 9개 설계 원리를 도출하고, 교육 설계 연구(EDR)의 PDIE 모형으로 12차시 프로젝트 기반 프로그램, 모듈형 피지컬 컴퓨팅 교구 4종, 단계적 비계형 생성형 AI 챗봇을 개발하였다. 전문가 10인 대상 수정 델파이 조사 결과, 2차 검증에서 전 문항 CVR 1.00, S-CVI/Ave .98, Fleiss' κ .84, 수렴도 0.15–0.25, 합의도 0.89 - 0.95로 우수한 타당도를 확보하였다. 본 연구는 다층적 이론 통합에 기반한 AI·피지컬 컴퓨팅 융합 수업 설계 원리를 정립하고, 과학과 오개념 해소를 위한 전이 가능한 설계 패턴을 제시하였다.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 이론적 배경
2.1. 개념변화 이론과 데이터 기반 인지적 갈등
2.2. 인지부하이론에 근거한 모듈형 교구 설계
2.3. 분산 인지 관점에서의 AI챗봇과 교수학적 비계
2.4. 학습자 주도성의 이론적 구조와 개념변화의 상관관계
2.5. AI 융합 수업을 위한 통합 설계 모델 구안 및조작적 정의
3. 연구 방법
3.1. 교육 설계 연구(EDR) 및 PDIE 모형의 적용
3.2. 연구 절차
3.3. 수정 델파이 기법과 전문가 패널
3.4. 타당도 검증 도구 및 지표
3.5 질적 내용분석 및 신뢰도 확보
4. 수업 자료의 설계와 개발
4.1. 준비 단계(Preparation)
4.2. 개발 단계(Development)
4.3. 실행 단계(Implementation): 1차 전문가 검증 및 요구 분석
4.4 평가 단계(Evaluation): 2차 전문가 검증 결과
5. 결론 및 제언
참고문헌

키워드

저자

• 강순기 [ Soonki Kang | 한국교원대학교 인공지능융합교육전공 ]
• 김귀훈 [ Kwihoon Kim | 한국교원대학교 인공지능융합교육전공 ] 교신저자

참고문헌

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• 간행물명

  정보교육학회논문지 [Journal of The Korean Association of Information Education]

• 간기

  격월간

• pISSN

  1229-3245

• 수록기간

  1997~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 374 DDC 375