AI와 과학 수업

AI와 함께하는 새로운 교실의 실험
AI는 교사를 대체하는 존재가 아니라 학습자의 사고를 확장하는 지능형 파트너다. 과학 교육 현장에서 AI는 복잡한 개념을 시각화하고 가상 실험을 가능하게 하며, 학생 개개인의 이해 수준에 맞춰 탐구 문제를 제시한다. 이를 통해 수업은 단순한 지식 전달을 넘어 질문과 탐구 중심으로 바뀌며, 교사는 지식 제공자에서 사고 촉진자이자 멘토로 변화한다. 그러나 이러한 가능성과 함께 AI 환각 현상, 데이터 편향, 학습 의존성, 교육 불평등 심화 같은 위험도 놓치지 말아야 한다.
AI를 단순한 도구가 아닌 협력적 동반자로 정의하며, 과학 수업에서 AI를 활용하는 구체적 사례와 함께 교사의 새로운 역할, 학생의 비판적 사고 역량, 교육 행정의 윤리적 과제를 폭넓게 다룬다. AI는 망원경처럼 인간 능력을 확장하는 수단일 뿐이며, 교육의 본질은 여전히 인간의 질문과 성찰에 있다. 이 책은 교사, 학생, 연구자 모두가 AI 시대 교육의 길을 함께 모색할 수 있는 지침서다.

AI는 과학 수업에서 실험을 시각화하고 개별 맞춤 학습을 지원하며, 학생의 탐구를 촉진하는 지능형 동반자다. 가능성과 위험을 함께 짚으며 교실 혁신의 방향을 제시한다. 인공지능총서. aiseries.oopy.io에서 필요한 인공지능 지식을 찾을 수 있다.

문선희
경기도 화성시에 위치한 안용중학교 국어 교사다. 한양대학교 국어교육과를 졸업하고, 동 대학원 국어교육학과에서 석사 후 “반론 중심의 논증적 글쓰기 연구”(2019)로 박사 학위를 받았다. 국어 교육의 실제성과 시민 교육, AI의 교육적 활용에 깊은 관심을 가지고 있다. 2023년 경기도 국어문화진흥사업 공동연구원으로 지역 언어문화 발전과 교육 현장의 실질적 변화를 위한 연구를 수행했다. 다수 시민 교육 관련 교육청 프로젝트 연구위원으로 참여하고 시민 교육과 국어 교육의 연계 방안을 모색했다. 주요 저서로 경기도교육청에서 발간한 《더불어 사는 민주시민》(중학교, 고등학교), 《수업 고민 사전: 국어 편》(창비) 등이 있다. 그 외 “국어교육의 실제성 구현을 위하여: 주체성과 공공성을 중심으로”(2019), “작문 교육 관점에서 대화주의와 신수사학 비교 고찰”(2013), “아동의 높임 표현 발달에 관한 종적 연구”(2013) 등의 논문을 KCI 등재 학술지에 게재했다.

김지연
경기도 화성시에 위치한 안용중학교 과학 교사다. 이화여자대학교 물리학과에서 학사, 석사 공부를 하고 동 대학원 교육대학원에서 석사 학위를 받았다. 과학 교육의 현장성과 사회적 함의, 과학과 사회를 연결하는 융합적 교육에 깊은 관심을 가지고 있다. 한국교육개발원 연구원과 서울대학교 프런티어물리인력사업단에서 연구원으로 활동하며 교육 현장과 과학 연구를 연결하는 다양한 프로젝트에 참여했다. 주요 연구로 “GaMnAs의 라만분광학 연구”(2006)와 “사회적 합의과정을 강조한 과학과 관련된 사회 윤리적 문제(SSI) 교수의 교육적 효과”(2012) 등이 있다.

교육 패러다임의 대전환과 AI의 등장

01 질문 중심 학습의 새로운 생태계
02 AI 도구의 교육적 활용
03 AI 파트너십의 핵심 원칙
04 AI 시대 교사의 역할 재정립
05 AI 파트너십 시대의 교사 전문성
06 AI가 바꾼 교실
07 AI와 글쓰기 수업, 그리고 평가
08 AI 교육 활용의 한계와 위험
09 영역별 AI 활용의 구체적 한계와 접근 원칙
10 AI 시대의 과학 교육의 미래

현대 과학 교육에서 생성형 AI는 바로 이러한 학생들의 자연스러운 호기심을 더욱 풍부하고 체계적으로 탐구할 수 있는 새로운 교육 파트너로 자리 잡고 있다. AI는 단순히 정답을 제공하는 정보 검색 도구가 아니라, 학생과 함께 질문을 탐구하고 새로운 질문을 생성하며, 사고 과정 자체를 풍부하게 만들어주는 지적 동반자로 기능한다. 결국 AI는 학생 주도적 탐구 학습의 가능성을 획기적으로 확장하고, 모든 학생이 자신만의 과학적 호기심을 충분히 펼칠 수 있는 교육 환경을 만들 수 있다.
－01_“질문 중심 학습의 새로운 생태계” 중에서

AI와의 파트너십에서 교사의 역할은 사라지는 것이 아니라 더욱 중요하고 전문적으로 변화한다. 바로 지식 전달자에서 탐구 촉진자로의 이동이다. 전통적으로 교사는 과학 지식을 보유하고 이를 학생들에게 전달하는 역할을 담당했지만, AI 시대에는 이러한 정보 전달 기능이 상당 부분 AI에 의해 대체될 수 있다. 그러나 이는 교사의 역할이 축소되는 것이 아니라, 오히려 더 고차원적이고 전문적인 역할로 전환되는 것을 의미한다.
－03_“AI 파트너십의 핵심 원칙” 중에서

더 흥미로운 것은 학생들이 AI와의 대화 과정에서 자연스럽게 메타 인지 능력을 기를 수 있는 기회를 얻을 수 있다는 점이다. 한 중학생이 클로드에게 “세포 분열에 관해 설명해 줘”라고 질문하고, AI 답변을 듣고 “잠깐, 내가 궁금한 건 그게 아니야. 세포 분열이 왜 일어나는지가 궁금해”라고 다시 질문을 수정할 수 있다면, 이는 학생이 자신의 학습 과정을 스스로 모니터링하고 조정하는 메타 인지 능력을 기르고 있는 것이다. 교사는 이런 과정을 유도하기 위해 “AI 답변을 들어 보고 정말 궁금했던 게 해결됐는지 확인해 보자”라고 안내할 수 있다.
－06_“AI가 바꾼 교실” 중에서

AI 기술의 교육적 활용은 기술 중심적 사고에서 벗어나 인간 중심적 관점에서 접근해야 한다. 기술적 효율성과 편의성에 현혹되어 성급하게 AI를 도입하기보다는, 교육의 본질적 가치와 학습자의 전인적 발달을 최우선으로 고려하는 윤리적 성찰이 선행되어야 한다. 각 교육 영역의 고유한 특성과 목적을 존중하면서 AI의 역할을 신중하게 제한하는 이러한 접근을 통해서만 AI 기술이 교육 발전에 진정으로 기여할 수 있을 것이다.
－09_“영역별 AI 활용의 구체적 한계와 접근 원칙” 중에서