챗GPT 시대 인공지능 디지털 소양을 키우는 하이테크 교실수업은 AI융합 교육 대학원 교수진과 선도 교사들이 직접 쓴 교실 수업 가이드다. 챗GPT, 파이썬, 엔트리, 오렌지, R, 챗봇, 구글 코랩, 구글시트 활용에 대해 교사들이 수업 현장에서 쉽게 따라할 수 있도록 실행 화면과 설명 중심으로 구성되어 있다. 2022 개정 교육과정 총론 연구위원, 2022 개정 과학과 교육과정 연구위원, 전국과학교사협회(전과협) 운영위원들의 생생한 교실수업의 디지털 대전환 사례를 이 책에서 만나보실 수 있다. 특히 AI 융합 교육 대학원과, AI교육 기반 융합교육 선도학교에서 교육과정과 프로그램과 기획하는데 많은 도움이 되면 좋겠다.

2011년부터 융합 교육(STEAM)과 학생 참여형 수업을 통해 수업 개선을 위해 노력하고 있으며 해외 봉사를 통해 융합 교육을 전파하는 전도사 역할을 하고 있습니다. 2022 개정 교육 과정 연구위원으로 변화하는 교육 환경에 적응하려고 노력하고 있습니다. EBS 집필 팀장으로 〈수능 특강〉, 〈수능 완성〉, 〈탐스런〉 등 다양한 참고서를 집필하였습니다.

울산) 삼일여자고등학교, 교사
동아대학교 이학박사, 경상대학교 과학교육과 박사수료
제4회 올해의 과학교사상 수상
(2009개정) 교육과정 고등학교 과학 교과서 연구위원
(2015개정) 교육과정 통합과학 교과서 연구위원
EBS 수능특강 생명과학 공저 (2013~2017)
EBS 수능완성 생명과학 공저 (2015~2017)
메가스터디 과탐의 자격 통합과학 공저 (2017)

머리말 15

PART 1 AI · 디지털 역량을 키우는 교실

CHAPTER 01 교실에 찾아온 변화
들어가며 18
1. 디지털 도구의 도입 19
2. 인공지능 도구의 도입 22
3. 공간의 변화 25
4. 교사의 역할 변화 26

CHAPTER 02 교실에서 요구되는 새로운 교육 역량
1. 데이터 리터러시 31
2. 디지털 리터러시 33
3. 지식정보처리역량 35
4. 교육과정에 포함된 리터러시 37

PART 2 수업 활용 사례

CHAPTER 01 파이썬 웹 크롤링으로 융합 수업하기
들어가며 40
1. ‘구글 코랩’ 소개 41
1) 구글 코랩 살펴보기 41
2) 코랩으로 파이썬 코드 실행하기 43

2. 파이썬 웹 크롤링 활용 수업하기 45
1) 웹 크롤링 활용하기 45
(1) 뉴스 기사 분석 활동 45
(2) 파이썬 활용 데이터 리터러시 강화 활동 50
2) 워드 클라우드 만들어보기 54

3. 파이썬 웹 크롤링 활용 수업 사례 57
1) 교과 융합에 활용하기 57
(1) 교과 융합 57

CHAPTER 02 파이썬을 활용한 허블-르메트르법칙 그래프 그리기
들어가며 61
1. 프로그래밍 언어 파이썬 62
1) 프로그래밍 언어 62
2) 파이썬 64
3) 라이브러리 65

2. 파이썬을 활용한 그래프 그리기 66
1) 활동 준비하기 66
2) 허블-르메트르 법칙이란? 67
3) 허블 관측 자료를 이용한 산점도 그리기 67
4) 일차함수 형태의 추세선 그리기 72
5) 추세선의 y절편 고정하기(새로운 함수 정의) 74
6) 서로 다른 데이터 그래프 합쳐보기 76
7) 여러 그래프를 한 번에 출력하기 76
8) 오차가 표시되는 그래프 그리기 77

3. 파이썬을 통한 그래프 활용 수업 예시 80
1) 허블-르메트르 법칙 80
2) 인구동향 공공 데이터를 활용한 데이터의 습득과 표현 82

CHAPTER 03 엔트리 블록 코딩으로 하는 시뮬레이션 만들기
들어가며 90
1. ‘엔트리’ 소개 91
1) 엔트리 살펴보기 91
2) 엔트리 작품 만들기 92
3) 엔트리 코딩의 기초 94
(1) 엔트리로 하는 간단한 코딩 94
(2) 엔트리 변수 활용 97

2. 자연 현상 시뮬레이션 만들기 100
1) 시뮬레이션 준비 100
(1) 운동을 표현할 물체 추가하기 100
(2) 속도를 담아둘 변수 만들기 101
2) 중력장에서 물체의 운동 101
(1) 자유 낙하 운동 101
(2) 옆으로 던진 물체 또는 포물선 운동 103
3) 용수철에 매달린 물체의 운동 104
(1) 훅의 법칙 104
(2) 진동 운동 시뮬레이션 105

3. 엔트리 활용 수업 사례 107
1) 미디어 아트 만들기 107
2) 각종 도형 그리기 111

CHAPTER 04 엔트리로 데이터 분석하기
들어가며 112
1. 인공지능 기반 AI 데이터 분석 113
1) 20××년 지구의 연평균 기온은? 113
(1) 선형회귀분석이란 113
(2) 테이블 불러오기 114
(3) 선형회귀분석 116
(4) 20××년 지구의 연평균 기온은? 119
2) 지구형 행성과 목성형 행성의 분류 119
(1) 외부 데이터 가져오기 119
(2) 숫자를 기반으로 분류하기 121
(3) 우주탐사선이 찾은 행성, 지구형일까? 목성형일까? 124

2. 엔트리 데이터 활용 수업 사례 125
1) 가격탄력성이 가장 큰 품목은? 125
(1) 물가지수의 예측 125
(2) 물가지수 차트 만들고 분석하기 126
2) 펭귄의 분류 128
(1) 남극의 펭귄 데이터 128
(2) 분류 모델 선택 129
(3) 숫자(결정 트리) 모델 학습하기 130

CHAPTER 05 구글의 기후 변화 영향 필터로 생태 전환 수업하기
들어가며 132
1. ‘구글 기후 변화 영향 필터’ 소개 133
1) 구글 기후 변화 영향 필터 살펴보기 133
2) 기후 변화 영향 필터와 데이터 시각화 141

2. 구글 기후 변화 영향 필터로 수업하기 142
1) 기후 변화 영향 필터 수업에 활용하기 142
(1) 개인별 활동지를 이용한 수업 142
(2) 데이터 시각화 강화 활동 146

3. 생태 전환 교육과 관련된 데이터 시각화 자료 알아보기 151
1) 데이터 시각화 자료 151
(1) 에너데이터 151
(2) 환경 빅데이터 플랫폼 154

CHAPTER 06 Orange를 이용한 분류 프로그램 만들기
들어가며 157
1. ‘Orange’ 소개 158
1) 설치하기 158
(1) 프로그램 파일 다운로드 158
(2) 프로그램 파일 설치하기 159
2) 살펴보기 160

2. Orange 활용 수업하기 162
1) Orange 활용하기 162
(1) 사람이 직접 가상 생물 분류를 통해 계통수 작성하기 162
(2) Orange로 계통수 작성하기 164
(3) 사람이 작성한 계통수와 Orange로 작성한 계통수 비교하기 169
2) Orange의 다양한 활용 170

3. Orange 활용 수업 사례 173
1) 생명과학Ⅱ 수업에 활용하기 173
2) 융합교육과 창의적 체험활동에서의 활용 175

CHAPTER 07 공공 데이터 데이터의 시각화로 융합 수업하기
들어가며 178
1. 데이터와 ‘Posit Cloud’ 소개 179
1) 공공 데이터 내려받기 179
(1) 공공데이터포털(www.data.go.kr) 179
(2) 경기도교육연구원(www.gie.re.kr) 180
2) Posit Cloud 181
(1) Posit Cloud 가입하고 프로젝트 만들기 181
(2) 데이터와 코드 업로드하여 실행하기 183
3) R 코드의 기초 이해 187
(1) 작동 원리 및 사용법 이해 187
(2) 데이터 전처리 193

2. 데이터의 시각화 203
1) 데이터 전체 둘러보기 203
(1) 데이터 탐색(EDA) 결과 시각화 203
2) 데이터의 시각화 207
(1) 범주형 데이터 1개 시각화 207
(2) 범주형 데이터 2개 시각화 209
(3) 연속형 데이터 1개의 시각화 211
(4) 여러 개의 연속형 데이터 시각화 212
(5) 범주형 및 연속형 데이터 시각화 216
(6) 연속형에 대한 연속형 데이터 시각화 217

3. 공공 데이터의 시각화 활용 수업 사례 220
1) 사회 교과 적용 220
(1) 근로소득 시각화하기 220

CHAPTER 08 원인 분석으로 융합 수업하기
들어가며 227
1. 통계 분석 결과 이해하기 228
1) 통계적 유의도와 효과 크기 228
(1) 통계적 유의도 228
(2) 효과 크기 230
2) 상관관계 232
(1) 상관관계 이해하기 232
(2) 상관관계와 인과관계의 차이 234

2. 원인과 결과 찾기 236
1) T 검정과 ANOVA 236
(1) T 검정 236
(2) ANOVA 238
2) 상관관계와 회귀분석 240
(1) 상관관계 240
(2) 회귀분석과 변인통제 243
(3) 회귀분석을 이용한 사교육 효과 분석 249
(4) 회귀분석과 오컴의 면도날 251

3. 회귀분석 활용 수업 사례 253
1) 사회 교과 적용 253
(1) 소비자물가에 영향을 미치는 변수 확인하기 253

CHAPTER 09 ChatGPT의 의미와 융합 수업하기
들어가며 258
1. ‘ChatGPT’ 소개 259
1) ChatGPT 살펴보기 259
(1) ChatGPT란? 259
(2) ChatGPT와 일반 검색, 챗봇과 다른 점 260
2) ChatGPT 가입하기 265
(1) ChatGPT 가입하고 로그인하기 265
(2) ChatGPT 사용해보기 266

2. ChatGPT로 수업하기 267
1) 과학과 정보의 융합 수업 267
2) 글쓰기, 토의 수업 271

CHAPTER 10 구글 인터랙티브 시트와 자동화봇을 활용한 데이터 탐구
들어가며 273
1. 엑셀과 비교하며 구글 스프레드시트의 특징 살펴보기 274
1) 구글 스프레드시트와 엑셀 비교 274

2. 구글 시트로 국가 기술 변화 동향을 분석하고 데이터베이스 설계하기 276
1) 데이터 통계 활용에 관한 데이터 통계분석 276
(1) 메타데이터 통계 276
(2) 데이터 전처리 및 재구조화 280
(3) 데이터 시각화 및 분석 283
2) DB 구축과 과학·기술 통계분석 284
(1) 과학·기술 특허 통계분석 284
(2) 구글 시트 DB 구축을 통한 데이터 간의 연결 287

3. 인터랙티브 데이터를 통한 과학·기술 의사 결정 290
1) 자연어와 유사한 함수로 데이터와 소통하기 290
2) 데이터를 통한 과학·기술 통계분석 및 의사 결정 292
3) 자동화봇 의사 결정 피드백 보고서 295
(1) DB 기반 구글 설문 자동 작성 295
(2) 자동화봇 의사 결정 피드백 보고서 발송 298
4) 시뮬레이션 연계 데이터 기반 과학탐구 302
(1) 입자의 무작위 운동 DB를 활용한 확산 현상 탐구 302
(2) 감염병 전파와 개체군 생태학 304

CHAPTER 11 단비로 역사 인물 소환 챗봇 설계하기
들어가며 307
1. 단비 챗봇 소개 309
1) 단비 챗봇 살펴보기 309
2) 챗봇 카테고리 설정하기 310

2. 단비로 학습용 챗봇 설계하기 311
1) 예제를 통해 챗봇 설계하기 311
(1) 시작 메시지 만들기 311
(2) 실패 메시지 만들기 313
(3) 대화 의도 생성하기 315
2) 인물(과학자) 추천 및 탐구 챗봇 318
(1) 대화 흐름 기능이란 318
(2) 대화 흐름 생성하기 319
(3) 대화 의도와 대화 흐름 연결 322
(4) 분기점 활용해 대화 흐름 설계하기 323

3. 챗봇으로 역사적 인물 소환하기 330
1) 인물 챗봇 설계를 위한 탐색 330
(1) 인물의 삶 탐색 및 관련 데이터 수집 330
2) 역사 인물 소환 챗봇 제작 332
(1) 흐름도 간의 연결로 단순 대화에서 벗어나기 332
(2) 인물 조사 내용을 바탕으로 전체 흐름도 완성하기 334

맺음말 340

참고 문헌 342