발행처 한국교육과정평가원 발행일 2016년 12월 2일 발행인 김영수 홈페이지 www.kice.re.kr

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제4차 산업혁명, 학교 교육을 어떻게 변화시킬까? 03vol

2016

이 원고는 한국교육과정평가원에서 발행된 ‘지능정보사회 대비 학교 교육의 방향 탐색’(홍선주, 이명진, 최영인, 김진숙, 이연수, 2016, 연구

자료 ORM 2016-26-9) 연구를 토대로 작성된 것이며, 가독성을 위해 참고문헌을 생략하였음. 원고에 인용한 참고문헌은 원문을 참조 바람.

알파고 ‘쇼크’를 넘어서기 위해

이세돌 9단과 알파고의 바둑 대결에서 알파고가

승리한 이후 우리 사회는 소위 알파고 ‘쇼크'에 빠

졌다. 이세돌 9단은 대국 전 인터뷰에서 “4개월

전 판후이 2단과의 기보를 보건데, 나와 상대할

실력이 못 된다”고 말했지만, 사람이라면 1000

년 걸릴 100만 번의 기보 학습을 알파고는 단 4

주 만에 마쳤다.

대국 이후 정부는 제4차 산업혁명과 인공지능 시대의 대비를 위해 부처별로 다양한 정책을 강구

하기 시작했고, 각 분야별로 분주하게 고민이 시작되었다. 교육 분야도 예외는 아니다. 인공지능

이 가져올 미래에 대한 관심은 ‘우리가 그런 시대에 살아남을 수 있을까’라는 불안과 걱정에서 비

롯됐다는 해석이 지배적이다. 이러한 불안을 투시하듯, 다보스 세계경제포럼의 ‘일자리 미래 보

고서’는 올해 초등학교에 입학하는 학생의 65%는 지금은 존재하지 않는 직업을 갖게 될 것이라

고 전망했다.

이러한 시대에 대비하려면 앞으로 학교교육은 어떻게 바뀌어야 할까?

알파고 대국은 지식의 유효기간이 빠르게 단축되는 지식정보화 사회에서는 고등학교나 대학 등

인생의 특정 기간에 배운 내용만으로는 버틸 수 없다는 사실을 일깨웠다. 학교를 넘어선 교육과

학습의 혁신에 대비해야 한다는 점을 경고한 셈이다.

이번 호는 ‘제4차 산업혁명 시대의 도래와 학교 교육의 변화’를 주제로 삼았다. 제4차 산업혁명

을 이해하는 핵심 키워드는 무엇이며, 이러한 변화의 시대에 기술은 학교 교육을 어떻게 바꿀 것

인지를 살펴보고자 한다. 겪어보지 못한 인공지능 시대를 맞이하여, 우리 교육은 이세돌 9단처

럼 알파고가 수천만 건의 기보 학습을 통해서도 배울 수 없었던 '신의 한 수 백78'을 찾아내도록

노력해야 할 것이다.

제4차 산업혁명, 학교 교육을어떻게 변화시킬까?

* 사진 : (재)한국기원 제공

제2차 산업혁명기 전기 통신기술의 진보는, 이전까지 개인적 영역(private sector)에서 행해지던 도제식 교육을 공적인 영역

(public sector)으로 확장시켜 ‘모든 아동’을 대상으로 보편교육을 실시하는 근대 학교제도의 기반을 마련하였음.

보편교육의 실현은 교육받을 권리를 모든 사람에게로 확장하였다는 점에서 의의를 가지지만, 교육 보편화를 위해 교육과 관련된

여러 측면을 표준화하게 되었음. 이러한 표준화는 모든 학생들에게 균등한 교육을 제공하는 데 기여한 측면이 있으나, 개별 학습

자에게 최적화된 학습 경험을 제공하는 데는 부족한 측면이 있음.

제2차 산업혁명이 근대 학교제도를 탄생시켰던 것과 같이 새로운 시대의 도래를 의미하는 제4차 산업혁명 또한 필연적으로 학교

교육을 변화시키게 될 것임.

Brief

알파고가 교육에 던지는 함의는?

알파고는 기계학습의 일종인 딥러닝(Deep Learning) 엔진을 탑재한 바둑 AI라고

할 수 있으며, 딥러닝은 방대한 데이터를 기반으로 인간과 유사한 방식으로 학습하는

메커니즘이다. 이 대결은 인공지능 기술의 영향력과 가능성을 실감하게 했다. 이러한

결과는 인공지능 기술 발달에 따른 사회 변화, 그리고 학교 교육의 변화 방향을 모색해

야 할 필요성을 부각시킨다.

산업혁명과 학교 교육의 변화01근대 학교 교육의 출발점, 제2차 산업혁명

03

컴퓨팅과 통신의 대상이 사람과 사람을 넘어 사람 사물 공간으로 퍼

져가는 네트워킹의 수평적 관점에 주목하는 개념

제4차 산업혁명의 두 가지 방향성 : 초연결성과 초지능성의 확장

초연결성(Hyper connectivity) 초지능성(Hyper intelligence)

초연결성을 지닌 인터넷과 모바일 플랫폼을 기반으로CPS(Cyber

Physical System : 사이버물리복합시스템)와 인공지능을 기축으로

하는 사회 시스템 간의 상호작용이 한층 심화되는 네트워킹의 수직적

확장에 비중을 두는 개념

제4차 산업혁명의 개념 : 인터넷 및 정보 처리와 관련된 새로운 과학기술의 혁명을 의미함.

제4차 산업혁명의 개념과 방향성

제1차 산업혁명 제2차 산업혁명 제3차 산업혁명 제4차 산업혁명

- 철도 건설, 증기기관 발명

으로 시작

- 기계에 의한 생산

- 전기와 생산 조립 라인 출현

- 생산 기술의 발전, 대량 생산

가능

- 반도체, PC, 인터넷의 발달

- ‘컴퓨터 혁명’ 또는 ‘디지털

혁명’으로 불림.

- 유비쿼터스 모바일 인터넷,

인공지능과 기계학습 등을

특징으로 함.

인공지능 기술이란 인간의 목적 지향적 사고 과정을 본떠 만든 것으로 지능적 기계, 특히 컴퓨터가 인간처럼 행동하게 만드는 과

학과 공학 기술을 의미함.

한국전자통신연구원(2016)에서는 인공지능이 빅데이터 기반의 弱인공지능(’15년)에서 인간의 능력을 증강시키는 기술

(’18년)로 진화하며 스스로 사고 판단 예측, 스스로 학습 진화, 두뇌를 모사하는 인지컴퓨팅 등 强인공지능기술(’25년)로 발

전할 것으로 전망함.

제4차 산업혁명의 시대, 학교 교육에 영향을 미치게 될 주요 기술02

제4차 산업혁명의 핵심 기술, 인공지능 기술

기계학습은 인공지능이 인간과 가장 유사한 방식으로 학습하고 결정할 수 있도록 하는 가장 발달된 인공지능 기술임.

기계학습은 이전의 규칙 기반 프로그래밍 기법처럼 기계에게 매 상황별로 명시적인 행동을 하도록 프로그래밍하는 게 아니라,

이전의 수많은 경험으로부터 다양한 경우를 학습한 뒤, 처음 직면하는 상황에서도 주어진 목표에 도달할 확률이 가장 높은 의사

결정을 하게 하는 방법임.

인공지능 기술의 공통 메커니즘, 기계학습

기계에게 수많은 ‘자동차 이미지(Instance)’와 ‘자동차(Label) 범주’ 쌍으로 구성된 학습 데이터(Training

Data)를 주고 자동차의 특징을 추출하여 판단하는 확률 모델(Statistical Model)을 학습하게 함.

이전에 보지 못한 것(Unseen Data)인 경운기가 등장했을 때, 기계가 이전에 학습한 자동차의 특징들이 있는지 확인

하고 그것이 이전에 본 것과 동일하지는 않더라도 다른 범주(예를 들면 비행기)보다는 자동차에 가깝다면 자동차라고

결정하도록 하는 기술을 말함.

Brief

04

- 스스로 판단하여최적의 솔루션 제시- 감정 교류

스스로 사고하는 인공지능

- 슈트로봇- 정보조합 제공* 출처 : 네이버영화 정보

인간능력증강 인공지능

- Deep Learning- IBM Watson

빅데이터 인공지능

2015 2018 2025

실제 환경에 가상 정보를 합성하여 현실 세계의 뷰

(view)를 변화시키는 가상현실 기술의 한 분야임. 실

세계의 물체와 디지털 세계의 물체가 공존하여 실시간

상호작용이 가능하도록 하는 기술을 포함함.

비행 훈련 시뮬레이션 프로그램 등이 있음. Anatomy 4D(신체 구조와 생체 메커니즘

학습을 위한 교육용 애플리케이션) 등이 있음.

이 밖에 학교 교육에 변화를 가져올 핵심 기술, 가상현실과 증강현실

인공지능 기술과 관련된 음성 인식, 이미지 인식 등의 기술을 살펴보면 인공지능이 단순히 인간의 인지 능력을 대신하는 것으로 오해

하기 쉬움. 그러나 인공지능은 의사결정, 예측, 계획을 가능하게 지원하는 것으로 다양한 분야에서 응용될 수 있음.

인공지능 기술이 교육 분야에 적용될 수 있는 가능성을 ‘개인 맞춤형 학습’과 ‘게임 기반 학습’을 통해 확인할 수 있음.

인공지능 기술의 교육적 활용

Brief

05

Crystal Island는 미생물학과 관련된 교육용

게임으로 크리스털 섬에 퍼진 전염병의

원인을 진단하고, 치료법을 찾도록 함. 게임 참여자는

주어진 문제를 해결하기 위하여 가상의 객체들을 다루

고, 게임 내 캐릭터들과 상호작용하며, 실험 장비 등을

사용함. 이러한 과정에서 참여자는 다양한 미생물학 관

련 지식을 학습하게 됨.

Knewton의 경우 온라인 교재 판매 회사 및

대학들에게 맞춤형 학습 플랫폼을 제공하

는 서비스임. 이는 콘텐츠의 내용, 교수학습 방법, 진도

의 빠르기 등에 대한 학생의 민감도와 숙련도 등을 측

정하여 개별화된 학습 전략을 제공하며, 학습 수준의

영향력에 대한 계산을 기반으로 사용자에게 다양한 콘

텐츠를 추천함.

개인 맞춤형 학습(Adaptive and Personalized Learning)

온라인 학습 과정에서 생기는 각종 데이터를 분석하

여, 수치화된 사용자 정보를 기반으로 학습자에게 적

합한 방법으로 교육 콘텐츠를 제공하는 학습임.

게임을 이용한 학습 방법으로, 사용자의 선호, 흥미, 몰

입도 등에 기반하여 학습을 설계하는 방식임.

게임 기반 학습(Game based Learning)

가상현실(Virtual Reality : VR)

컴퓨터 등을 사용하여 실제와 유사하지만 실제가 아닌

환경이나 상황 등을 만들어 내는 기술을 말함. 가상의

환경을 통해 실제와 유사한 공간적, 시간적 체험을 하

게 함으로써 사용자에게 현실과 상상의 경계를 자유롭

게 드나들게 함.

증강현실(Augmented Reality: AR)

제2차 산업혁명으로 시작된 보편교육이 한계를 드러내면서, 개인 맞춤형 학습에 대한 요구가 생겨났으나 여러 가지 관행과 기술

등의 문제로 수용되지 못한 측면이 있었음.

최근 인공지능 기술과 데이터 분석 기술 등을 활용하는 적응적 학습 기술(adaptive learning technologies), 그리고 온라인 학

습 환경의 발전은 개별 학습자의 학습 활동 데이터를 수집하고 분석하여 학습자 수준에 따른 개별적인 학습 경로를 설계하고 제

공하는 개인 맞춤형 학습을 가능하게 함.

맞춤형 학습은 개별 학습자가 각기 다른 목표 지점을 향해 나아가는 개념이기 때문에 개인별로 자신에게 적합한 학습 목표를 설

정하고 이를 달성하기 위한 교수학습 과정상의 처치를 제공받는 개념임. 따라서 전통적인 교실 수업 패러다임을 넘어 학습자 중

심 학습의 실현이 가능함.

미래 사회에서 학교 교육은 기술의 발달뿐 아니라 인구 구조의 변화, 경제 사회적 변화, 가치관의 변화 등 다양한 요인들에 의해

변화할 것으로 예상되고 있으나 여기에서는 기술 발달에 따른 학교 교육 변화에 초점을 맞추어 그 변화 양상을 전망해 보고자 함.

기술 발달에 따른 학교 교육의 변화03

교실 안팎에서 일어나는 학습

개별 학습자가 중심이 되는 학습

Brief

06

혼합학습(blended learning)

• 물리적으로 한 공간에 모여 면

대면 상호작용을 할 때 최대 효

과를 얻을 수 있는 활동들에 수

업 시간을 할애하고, 그 밖의

활동이나 내용에 대해서는 개

별적으로 온라인 학습을 하게 됨.

• 플립러닝(flipped learning)

이 대표적임.

- 교사가 미리 준비해 놓은 수

업 영상과 자료를 통해 학생

이 미리 학습하고, 수업 시간

에 교사가 해당 교과 내용을

전달하기보다는 학생들과 상

호작용을 하거나 심화된 학

습 활동을 하는 데 시간을 할

애함.

• 정보기술을 활용하여 학문 중

심학습(academic learning)

의 결과를 실생활에 적용해 볼

기회를 확대해 나감.

- 학습자에게 실생활 연계를

위해 주어지는 과제는 개인

의 학습 활동을 넘어 소집단

활동 및 교실 안팎의 적극적

교류를 통해 해결 가능한 경

우가 많음.

- 정보기술을 활용하여 교실,

학교, 국가를 넘어 학습자와

학습자, 학습자와 교사, 학습

자와 전문가 간의 협력학습을

수행함.

• 기술의 발달은 교실에서의 학

습과 비형식적인 환경에서의

학습을 하나의 연속선상에 올

려놓고 있음.

• 이렇게 형식적, 비형식적 학습

을 연계하는 개념이 크로스오

버러닝임.

- 교실 학습은 일상적인 삶에

서의 경험(예를 들어, 박물관

이나 동아리 활동과 같은 비

형식적 환경에서의 학습)을

통해 풍부해지고, 비형식적

인 환경에서의 학습은 교실

에서 논의된 질문들에 의해

깊어질 수 있음.

협력학습(collaborative learning)

크로스오버러닝(crossover learning)

교실 학습과 온라인 학습 병행 교실 밖 실세계 문제의 공동 해결 교실 학습과 교실 밖 현장 학습 연계

제4차 산업혁명으로 인한 기술 발달은 학교 교육에 변화를 가져올 것으로 예상됨. 특히 인공지능 기술, 기계학습 및 증강현실, 가

상현실 등이 교수학습의 변화 등에 영향을 미칠 것으로 보임. 이러한 기술이 학교 교육에 미칠 영향에 대해서는 기대도 있으나 우

려도 존재함. 여기서는 기대와 우려에 대해 탐색하고자 함.

제4차 산업혁명 시대, 기대와 우려04

Brief

07

아니다. 학교의 체제 및 기능은 변화하겠지만,

학교의 필요성은 여전히 존재할 것이다. 학교

는 지금처럼 아동 및 청소년의 학습 공간으로

서가 아니라 개인 생애주기 전반에 걸쳐 성장

과 학습을 지원하는 곳으로서 기능하게 될 것이

다. 또 기존의 지식이나 문화를 전수하고 유능

한 노동자를 육성하기 위한 공간이 아닌, 행복

한 생활을 영위하기 위한 삶의 터전으로서 학교

로 그 역할이 변할 것이다.

A

Q

A

Q

A

Q

A

Q

미래 사회, 학교는 사라질 것이다??

아니다. 모든 사람이 도달해야 할 최소 기준을

책임지고 교육할 필요와 책임은 여전히 학교에

남게 된다. 최소 기준에 해당하는 내용, 즉 공통

의 교육과정이 있고, 이외에는 개별화된 학습

목표 수립 및 목표 달성을 위한 학습이 가능하다.

맞춤형 학습, 공통 교육과정을무의미하게 한다??

아니다. 교사의 역할이 인공지능 기술로 대체

되기보다, 교사가 인공지능 기술의 도움을 받

을 수 있다. 인공지능 기술은 대량의 학습 분석

결과를 교사에게 제공하여 교수 효율을 높일 수

있다. 예를 들어, 학습 분석을 돕는 인공지능 기

술은 학생들이 어떤 부분에서 어려움을 느끼는

지, 이해하기 어려운 개념이 무엇인지, 이전에

배운 어떤 개념들과 혼란을 겪는지 등에 대한

데이터를 제공할 수 있다. 또한 온라인 학습 기

회가 증가함에 따라 학생들이 무엇을, 어떻게

학습해야 할지를 안내하거나 지원하는 학습 관

리자로서 여전히 교사가 필요할 것이다.

교사는 필요 없어진다??

아니다. 인공지능 기술의 발전에 따라 기계가

대체할 수 없는 인간의 고유한 능력, 기능, 역할

에 대한 논의가 이어질 것이다. 지능정보 사회

에서 기계 및 기술이 인간이 하던 많은 일을 대

체하겠지만, 여전히 무엇인가를 창안하고 비판

하는 데 있어서 인간이 비교우위를 점할 것이라

는 전망이 우세하다. 또한 교육 국면에서도 인

공지능의 도움을 받게 되면, 개인의 필요와 수

준, 속도에 맞게 개별화된 교육 내용과 방법을

선택할 수 있게 하고, 이러한 개별화된 교육의

실현은 교육이 본연의 목적을 달성하는 데 도움

을 줄 것이다.

기계와 인간은 공존할 수 없다??