Design of generative AI-powered pedagogy for virtual reality environments in higher education

헬싱키대학교(University of Helsinki) 연구진이 가상현실(VR) 환경에서 생성형 인공지능(GAI) 기반 교육용 캐릭터를 개발하는 혁신적인 접근법을 제시했다. 이 연구는 교육 분야에서 급속히 발전하는 신기술들을 효과적으로 통합하는 방법론을 제안하며, 특히 지속가능성 교육을 위한 두 개의 AI 캐릭터 개발에 성공했다고 발표했다.

교육자 66명이 말하는 AI 교육의 3가지 필수 요소

연구진은 먼저 66명의 교육자들을 대상으로 신기술 활용에 대한 요구사항을 분석했다. 이 과정에서 AI 교육 활용 방안을 세 가지 주요 카테고리로 분류했다.

첫 번째는 'AI가 캐릭터로 활동하는 것'으로, 역할극이나 학습 동반자 역할을 수행하는 것이다.

두 번째는 '학생 학습을 지원하는 신기술'로, 비판적 사고력 학습 지원, 브레인스토밍 도움, 복잡한 개념 설명, 개인화된 학습 제공 등을 포함한다.

세 번째는 '교사를 돕는 신기술'로, AI 리터러시 교육, 수업 계획, 개인화된 교육 제공, 확장 가능한 교육 도구 제공 등이 해당된다.

교육자들은 현재 교육의 주요 과제로 자원 부족, 지식 부족, 적절한 디지털 도구 부족을 꼽았다. 특히 기후변화와 같은 복잡한 개념을 가르치는 데 어려움을 겪고 있으며, 협업이나 체계적 사고와 같은 핵심 기술을 교육하는 데 한계를 느끼고 있다고 밝혔다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 VR과 생성형 AI 기술의 융합이 필요하다는 공감대가 형성되었다.

VR 숲에서 만나는 AI 멘토 'Tero'와 'Madida' - 400개 질문으로 검증 완료

연구진은 지속가능성 교육을 위한 학습 환경으로 북방 숲(boreal forest)을 배경으로 한 VR 게임을 개발했다. 이 환경에서 작동하는 두 개의 AI 캐릭터를 설계했다. 첫 번째 캐릭터인 'Tero'는 숲 소유자 역할을 하는 정보 제공자로, 학생들이 인터뷰를 통해 지속가능성 문제와 개입 지점에 대한 지식을 얻을 수 있도록 설계되었다. 두 번째 캐릭터인 'Madida'는 학습 동반자 역할을 하며, 백캐스팅(backcasting) 연습에서 학생들을 도와 미래 비전을 수립하고 발표를 준비할 수 있도록 지원한다.

Tero 캐릭터는 실제 숲 소유자에 대한 연구를 바탕으로 프롬프트 엔지니어링을 통해 개발되었으며, 25회 이상의 테스트 라운드에서 400개 이상의 질문을 통해 검증되었다. Madida 캐릭터는 백캐스팅 연습을 위한 질문 구조를 바탕으로 설계되었으며, 24회의 테스트 라운드에서 225개 이상의 질문으로 성능을 확인했다. 두 캐릭터 모두 챗GPT(GPT-4) 기반으로 개발되었으며, 헬싱키대학교의 자체 AI 인터페이스인 CurreChat을 통해 구현되었다.

"다른 챗봇들보다 훨씬 자연스럽다" 전문가 8명이 인정한 AI 캐릭터의 완성도

8명의 도메인 전문가를 대상으로 한 평가에서 개발된 두 AI 캐릭터는 교육자들이 제시한 12개 요구사항 중 9개를 충족하는 것으로 나타났다. 전문가들은 Tero와의 상호작용에서 "매우 현실적인 핀란드 숲 소유자 같다"고 평가했으며, Madida에 대해서는 "다른 챗봇들보다 훨씬 자연스럽다"고 언급했다.

특히 두 캐릭터 모두 질문에 답변하고 과제 완수를 도와주는 학습 동반자 역할을 성공적으로 수행했다. Tero는 학생들의 질문에 답변하면서 동시에 안내 질문을 제시하는 능력을 보여주었고, Madida는 격려적이고 지원적인 성격으로 학생들에게 도움을 제공했다. 전문가들은 이러한 상호작용이 비판적 토론을 위한 플랫폼을 제공하며, 브레인스토밍과 복잡한 개념 이해에 도움이 된다고 평가했다.

"다람쥐 피해가자"부터 "시로 써줘"까지 - AI가 보여준 놀라운 개인 맞춤 대화 능력

연구 결과 두 AI 캐릭터는 개인화된 학습 지원에서 특히 뛰어난 성과를 보였다. 사용자가 어떤 유형의 질문이나 요청을 하더라도 대화 흐름을 유지하며 맞춤형 응답을 제공했다. 예를 들어, 한 전문가가 Tero에게 "다람쥐가 무서워서 피하고 싶다"고 요청했을 때, Tero는 "물론이죠, 다람쥐가 없는 경로로 가시죠"라고 정중하게 응답하며 가상 하이킹을 제안했다. 또한 Madida는 사용자의 응답을 시로 변환해달라는 요청에도 적절히 대응하는 등 높은 적응성을 보여주었다.

교사를 위한 도구로서도 상당한 잠재력을 보였다. 한 전문가는 Madida를 자신의 연구와 학생 수업에 활용하고 싶다고 표현했으며, 정치적 이슈와 같은 민감한 주제에 대해서도 외교적인 답변을 제공하여 학생들이 편안하게 토론할 수 있는 환경을 조성할 수 있다고 평가했다. 이는 기존에 사회적 규범이나 가치관 때문에 피하던 주제들에 대해서도 안전한 학습 환경을 제공할 수 있음을 시사한다.

FAQ

Q1: 생성형 AI와 VR을 교육에 융합하는 것이 왜 중요한가요?

A1: 생성형 AI와 VR 융합은 기존 교육의 한계를 극복할 수 있는 혁신적인 방법입니다. 복잡한 개념을 시각적으로 설명하고, 개인별 맞춤 학습을 제공하며, 현실에서 불가능한 체험을 가능하게 하여 학습 효과를 크게 향상시킬 수 있습니다.

Q2: 이 연구에서 개발된 AI 캐릭터는 어떤 특별한 기능을 가지고 있나요?

A2: Tero와 Madida는 단순한 정보 제공을 넘어 인간과 같은 자연스러운 대화가 가능하며, 개별 학습자의 요구에 맞춰 실시간으로 적응하는 개인화 학습 기능을 제공합니다. 또한 민감한 주제에 대해서도 적절한 가이드 역할을 수행할 수 있습니다.

Q3: 이러한 AI 교육 도구는 실제 교육 현장에서 언제 활용할 수 있나요?

A3: 현재 텍스트 기반으로 개발된 프로토타입이 완성되었으며, 향후 3D VR 환경으로 확장 개발이 예정되어 있습니다. 연구진은 추가적인 개선을 통해 실제 교육 현장에서 활용 가능한 수준까지 발전시킬 계획이라고 밝혔습니다.

해당 기사에 인용된 논문 원문은 네이처에서 확인 가능하다.

이미지 출처: 이디오그램 생성

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.