ChatGPT-MWPS: 초등 수학 문제 해결 AI 시스템

초등 수학 교육에서 문장제 해결은 핵심 역량이나, 학생들은 텍스트를 수학적 표현으로 전환하는 데 어려움을 겪습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 5학년 학생들의 수학 문제 해결 능력 향상을 목표로 하는 AI 기반 학습 시스템인 ChatGPT-MWPS를 개발하고 평가했습니다. 이 시스템은 적응형 스캐폴딩과 실시간 단계별 피드백을 제공합니다. ChatGPT-MWPS는 Java 기반 프레임워크와 OpenAI의 생성형 AI 기술을 활용하여 문제 내용을 해석하고 개인 맞춤형 풀이 가이드를 제공합니다. 일괄 질문 가져오기, 자동 시험 생성, 사용자 관리 등 주요 교육 기능을 지원하여 교실 및 자기 주도 학습 환경 모두에서 유연하게 적용 가능합니다. 시스템의 유용성과 교육적 효과를 평가하기 위해 52명의 5학년 학생을 대상으로 준실험 설계를 적용했습니다. 13개 차원으로 구성된 표준화된 유용성 척도를 사용하여 시스템 성능을 측정했으며, ChatGPT-MWPS는 모든 측정 차원에서 긍정적인 유용성 평가를 받았습니다. 특히 시스템 신뢰성, 정보 품질, 인지 참여도 측면에서 높은 성과를 보였습니다. 이러한 결과는 시스템의 우수한 유용성 특성과 기능적 효과를 통해 수학 학습 경험을 향상시킬 잠재력을 입증합니다. 본 연구는 생성형 AI가 초등 교육 환경에서 개인 맞춤형 수학 교육을 어떻게 촉진할 수 있는지 보여줌으로써 교육 분야 AI 연구에 기여합니다. 연구 결과는 수학적 추론을 강화하고 학습자 자율성을 증진하는 지능형 튜터링 시스템 설계에 실질적인 함의를 제공합니다.