Resurrecting Socrates in the Age of AI: A Study Protocol for Evaluating a Socratic Tutor to Support Research Question Development in Higher Education

생성형 AI 시대의 소크라테스적 질문 방식 부활

연구 질문 개발은 학술 연구의 핵심 기술이지만, 대학생들에게는 종종 어려운 과제로 남아있다. 오늘날의 생성형 인공지능(AI) 시스템은 즉각적인 답변을 제공함으로써 이 과정을 단순화하는 경향이 있어 학생들의 깊은 사고와 성찰을 방해할 수 있다. 독일 카셀대학교의 벤 데겐(Ben Degen) 교수는 이러한 문제를 해결하기 위해 구성주의 학습 이론에 기반한 'AI 소크라테스 튜터'를 개발하고 그 효과를 평가하는 연구 프로토콜을 제안했다.

소크라테스적 대화 교육법은 수천 년 동안 교육자들이 학생들의 비판적 사고와 깊은 이해를 촉진하기 위해 사용해온 방법이다. 이 방법은 직접적인 답변 제공보다 일련의 질문을 통해 학생들을 더 깊은 이해로 이끄는 방식으로, 고차원적 사고를 촉진하는 데 효과적인 것으로 알려져 있다. 데겐 교수는 이러한 소크라테스적 질문 방식을 AI 챗봇에 적용하여 학생들의 연구 질문 개발 능력을 향상시키고자 했다.

현재 대학에서는 연구 질문 개발을 지원하기 위해 워크시트 방법, 스캐폴딩 기법, 명시적 지침 등 다양한 교육적 접근법을 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법들은 교수진의 시간과 자원을 많이 요구한다. AI가 이러한 과정을 도울 수 있는 유망한 도구로 떠오르고 있지만, 대부분의 AI 기반 솔루션들은 교육적 목적보다 효율성에 중점을 두는 문제가 있다. 데겐 교수는 이를 '건전한 교육학적 해결책이나 좋은 교육을 대체하기 위해 기술적 진보를 바라보는 경향'이라고 지적한다.

효율성 vs 교육: AI 중심 생성으로 인간 전문가보다 더 새로운 아이디어 만들지만 교육적 가치 상실

연구 질문 개발에 있어 AI의 역할은 크게 두 가지 접근법으로 분류할 수 있다. 첫째는 'AI 중심 생성' 방식으로, AI가 연구 질문을 직접 생성하거나 제안하는 방식이다. 예를 들어, 루(Lu) 등이 개발한 'AI 과학자'는 아이디어 생성부터 문헌 검색, 실험 계획, 논문 작성까지 연구자의 과정을 모방한다. 또한 스탠포드 대학의 연구에서는 AI 생성 연구 아이디어가 인간 전문가가 생성한 아이디어보다 더 새롭다고 판단되었다.

그러나 데겐 교수는 이러한 AI 중심 접근법이 교육적 목적에는 적합하지 않다고 주장한다. 학생들이 비판적 사고를 AI에 맡기게 되면 교육의 핵심 목적인 학생들의 능력 개발과 깊은 참여를 방해할 수 있기 때문이다. 대신 그는 '인간-AI 협력' 방식을 제안한다.

두 번째 접근법인 '인간-AI 협력'은 AI가 학생들의 학습을 지원하지만 전체 과정을 대체하지는 않는 방식이다. 코퀘스트(CoQuest)와 같은 추천 시스템은 이러한 접근법의 예이다. 그러나 이러한 시스템에도 한계가 있는데, 학생들이 AI 추천에 과도하게 의존하게 되거나, 빠르고 직관적인 사고(시스템 1 사고)에 의존하여 AI의 추천을 깊이 분석하지 않는 경우가 많다는 점이다. 데겐 교수는 학생들이 보다 숙고적이고 노력이 필요한 '시스템 2 사고'를 할 수 있도록 하는 AI 도구의 필요성을 강조한다.

GPT-4o 기반 소크라테스 튜터: 6가지 질문 유형으로 학생들의 깊은 사고 유도

데겐 교수가 제안하는 AI 소크라테스 튜터는 비고츠키의 '더 지식이 많은 타인' 개념과 브루너의 '나선형 교육과정' 이론에 기반하고 있다. 이 튜터는 직접적인 답변을 제공하는 대신 학생들을 단계적으로 더 깊은 이해로 이끄는 반복적인 대화에 참여시킨다.

연구에서 사용된 챗봇은 OpenAI의 GPT-4o 모델을 기반으로 하며, 소크라테스적 대화와 PICOT 프레임워크(인구, 중재, 비교, 결과, 시간)의 요소들을 통합했다. 이 시스템은 학생들이 가설을 명확히 하고, 가정을 검증하고, 증거를 탐색하도록 돕는 여러 유형의 질문(명확화 질문, 가정 탐색 질문, 이유와 증거 탐색 질문 등)을 활용한다.

이 프로젝트의 핵심 가설은 소크라테스적 질문 방식으로 지시된 AI 챗봇이 학생들의 더 깊은 참여와 시스템 2 사고를 촉진할 수 있다는 것이다. 이러한 접근법은 학생들이 AI에 인지적 작업을 맡기는 '메타인지적 게으름'을 방지하고, 비판적 사고와 반성적 참여를 장려하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

80명의 예비 교사 대상 실험: 일반 챗봇과 소크라테스 AI 튜터 비교 분석

연구는 약 80명의 독일 생물학 예비 교사들을 대상으로 두 그룹으로 나눠 진행된다. 첫 번째 그룹은 소크라테스 AI 튜터를 사용하고, 두 번째 그룹은 지시가 없는 일반 챗봇을 사용한다. 학생들은 여러 주기에 걸쳐 배경 텍스트를 기반으로 연구 질문을 개발하며, 전문가 리뷰를 통해 질문의 품질이 평가된다. 실험은 두 부분으로 구성되는데, 첫 번째 부분에서는 배경 텍스트 제공, 초기 연구 질문 개발, AI 지원을 통한 연구 질문 개선, 전이 과제 수행, 설문 데이터 수집이 이루어진다. 두 번째 부분에서는 학습 일지를 활용하여 연구 질문 개발과 AI 지원 사용에 대한 통찰을 얻는다.

실험에서 사용할 현상은 사전에 선택되며, 모든 참가자에게 동일한 배경 텍스트가 제공된다. 현상은 점차 추상화 정도가 높아지는 방향으로 설계되어 있으며, 배경 텍스트는 처음에는 좁지만 후반부에는 다양한 관심 영역을 개발할 수 있도록 구성되어 있다. 수집된 데이터의 분석에는 양적 방법과 질적 방법이 모두 사용된다. 연구 질문의 품질은 이중 맹검 방식으로 대학 교수진에 의해 평가되며, 그룹 간 차이는 ANCOVA를 사용하여 분석된다. 또한 학생들의 인식을 평가하기 위해 설문 데이터에 기술 통계와 추론 통계가 적용되며, 질적 데이터에는 주제 분석이 계획되어 있다.

생각의 촉진자로서의 AI: 메타인지적 게으름 방지하고 깊은 참여 유도하는 새로운 교육 패러다임

이 연구는 AI를 교육적 목적에 맞게 활용하는 새로운 접근법을 제시한다. 소크라테스적 질문 방식을 AI 챗봇에 통합함으로써, 효율성보다 비판적 참여를 우선시하는 모델을 제안하고 있다. 구성주의 학습 이론에 기반한 이 소크라테스 AI 튜터는 답변의 제공자가 아닌 사고의 촉진자로 개념화되어, 메타인지적 게으름을 방지하고 시스템 2 사고를 지원하는 것을 목표로 한다.

그러나 이 연구에는 몇 가지 한계가 있다. 첫째, 상용 언어 모델(ChatGPT-4o)의 사용으로 모델의 내부 업데이트와 의사결정 과정이 완전히 투명하지 않다는 점이다. 둘째, 연구가 예비 생물학 교사 교육에만 초점을 맞추고 있어 다른 분야나 문화적 맥락으로의 일반화가 제한될 수 있다. 마지막으로, 학습자의 개인적 차이(사전 지식, AI에 대한 편안함, 자기 조절 등)가 결과에 영향을 미칠 수 있지만 이러한 요소들이 충분히 반영되지 않을 수 있다.

이 연구는 고등 교육에서 AI 도구를 활용하는 데 있어 더 교육학적으로 건전하고 지적으로 참여적인 비전을 발전시키는 데 기여할 것으로 기대된다. 또한 이 프로토콜은 인간의 인지를 대체하지 않고 향상시키는 AI 도구의 설계와 배포에 관한 향후 연구의 기초가 될 수 있을 것이다.

FAQ

Q: 소크라테스적 질문 방식이란 무엇이며 왜 AI에 적용되는 건가요?

A: 소크라테스적 질문 방식은 직접적인 답변 대신 일련의 질문을 통해 학생들이 스스로 깊이 생각하고 지식을 발견하도록 돕는 교육 방법입니다. 이 방식을 AI에 적용하면 학생들이 단순히 AI에 답을 구하는 대신 스스로 생각하고 비판적 사고 능력을 개발하도록 유도할 수 있습니다. 현재 많은 AI 시스템이 즉각적인 답변을 제공함으로써 학생들의 '메타인지적 게으름'을 조장할 수 있는데, 소크라테스적 방식은 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.

Q: AI 소크라테스 튜터는 일반 AI 챗봇과 어떻게 다른가요?

A: 일반 AI 챗봇은 주로 사용자의 질문에 직접적인 답변을 제공하는 반면, AI 소크라테스 튜터는 사용자에게 반대로 질문을 던집니다. 이 튜터는 명확화 질문, 가정을 탐색하는 질문, 이유와 증거를 요구하는 질문 등을 통해 학생들이 자신의 연구 질문을 점진적으로 개선하도록 돕습니다. 이러한 접근법은 학생들이 비판적으로 생각하고 자신의 아이디어를 더 깊이 탐색하도록 유도합니다.

Q: 연구 질문 개발이 왜 중요하며 학생들은 어떤 어려움을 겪나요?

A: 연구 질문은 학술 연구의 방향과 범위를 결정하고, 가설 정의와 실험 설계를 안내하는 핵심 요소입니다. 그러나 대학생들, 특히 연구 초보자들은 광범위한 지식을 집중된 질문으로 합성하고 복잡한 아이디어를 연구 가능한 용어로 변환하는 데 어려움을 겪습니다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 다양한 교육적 접근법이 시도되고 있으며, AI 소크라테스 튜터는 이러한 노력의 일환으로 볼 수 있습니다.

해당 기사에서 인용한 논문 원문은 링크에서 확인할 수 있다.

이미지 출처: 이디오그램 생성

기사는 클로드와 챗GPT를 활용해 작성되었습니다.