과학사를 활용한 데이터 기반 인공지능 융합교육프로그램 개발: 케플러 제1법칙을 중심으로

• 영문명: Development of a Data-Driven AI Convergence Education Program Using the History of Science: Focusing on Kepler's First Law
• 발행기관: 한국교원대학교 융합교육연구소
• 저자명: 강인규(In-Gyu Kang) 백성혜(Seoung-Hey Paik)
• 간행물 정보: 『융합교육연구』제11권 제2호, 143~170쪽, 전체 28쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.07.31

국문 초록

본 연구는 과학사적 맥락을 활용한 데이터 기반 인공지능 융합교육프로그램을 개발하는 것을 목적으로 한다. 과학사 분석을 통해 케플러가 '케플러 제1법칙'을 도출한 귀추적 사고과정의 과학적 맥락을 분석하였다. 이를 바탕으로 NASA의 화성 궤도 데이터를 선정하고, 과학과 및 수학과 교육과정을 고려하여 학습자의 귀추적 사고를 촉진할 수 있도록 데이터를 전처리하고 데이터셋을 구축하였다. Orange3을 활용한 데이터 분석을 통해 '케플러 제2법칙'을 추론하고, GeoGebra를 통한 데이터 시각화와 데이터셋과 Orange3을 활용하여 '케플러 제1법칙'에 대한 가설 설정 및 검증을 실행하는 과학적 탐구 활동으로 구성하였다. 이러한 활동들은 과학 탐구 과정과 데이터 학습 모형을 활용하여 데이터 기반 인공지능 융합교육프로그램을 제안하였다. 이 프로그램을 통하여 학습자가 능동적인 데이터 전처리의 필요성과 데이터와 인공지능을 활용한 과학 탐구 가능성 그리고 과학자와 인공지능의 추론 과정의 차이를 인식하기를 기대한다. 추후 교수자를 대상으로 본 프로그램의 활용도를 검증하고 학습자를 대상으로 프로그램의 효과를 확인할 필요가 있다.

영문 초록

This study aims to develop a data-based artificial intelligence convergence education program utilizing the historical context of science. This study analyzed the scientific context of Kepler's abductive reasoning process in deriving Kepler's First Law through the historical context of science. Based on this, Mars orbit data from NASA was selected, and the data was preprocessed and a dataset was constructed to promote abductive reasoning in learners, taking into consideration the science and mathematics curricula. Using Orange3 for data analysis, Kepler's Second Law was inferred, and scientific inquiry activities were conducted to set hypotheses and verify Kepler's First Law through data visualization using GeoGebra and the dataset combined with Orange3. These activities were proposed as a data-driven AI-integrated education program utilizing the scientific inquiry process and data learning models. Through this program, we expect learners to recognize the necessity of active data preprocessing, the potential of scientific inquiry using data and AI, and the differences in the inference processes between scientists and AI. Further validation of the program's effectiveness for instructors and verification of its impact on learners are necessary in future studies.

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 이론적 배경

Ⅲ. 연구 방법

Ⅳ. 연구 결과

Ⅴ. 결론 및 제언

참고문헌

키워드

인공지능 데이터 케플러 귀추적 사고 과학사 Artificial Intelligence Data Kepler Abductive Reasoning History of Science