DD 융합인재교육프로그램인공지능 (AI) 과빅데이터, 그리고우리의삶 학교급 고등학교수업대체용 구분교사용 TIC TAC TOC

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1 DD 융합인재교육프로그램인공지능 (AI) 과빅데이터, 그리고우리의삶 학교급 고등학교수업대체용 구분교사용 TIC TAC TOC

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3 Contents 고등학교 수업대체용 프로그램 안내 1 고등학교 교육과정 연계 2 TIC TAC TOE 5 주제 개요 5 융합인재교육(STEAM) 학습 준거 6 차시별 활동 흐름 8 평가 계획 9 1 차시: 인공지능(AI) 의 문제풀이 11 1 차시 교수 학습 과정안 13 1 차시 학생용 활동지 17 2 차시: 인공지능(AI) 과 미로 찾기 21 2 차시 교수 학습 과정안 23 2 차시 학생용 활동지 27 3 차시: 인공지능(AI) 과 TIC TAC TOE 33 3 차시 교수 학습 과정안 35 3 차시 학생용 활동지 39 참고 자료 45

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5 고등학교 수업대체용 프로그램 안내 프로그램 특징 - 본프로그램은학생참여를기반으로하는협력중심학문분야융합형탐구활동프로그램입니 다. 특히실생활맥락에서학생들이마주하는실생활문제에대해과학적으로탐구하고경험하 는기회를제공함으로써발견의즐거움, 탐구의기쁨등과학의즐거움과유용성을느낄수있 도록하였습니다. - 게임에서의승리전략을인공지능 (AI) 과관련하여학생들의흥미와관심을높이고, 직접적인참여 를이끌어내고자하였습니다. 학생스스로문제를인식하고관련자료를수집하며관찰하고분 석하는과정을통해사회속에서과학의중요성과역할을이해하도록하여, 참여와평생학습역 량을기를수있도록하였습니다. - 교과서과학탐구는실험실환경에서이루어져학생들이과학이실제삶과직접적인관련성을 갖는다는것을이해하는데어려움이있습니다. 또한, 하나의주제를다각도로오래탐구해보도 록하는기회또한부족합니다. 따라서본프로그램은 TIC TAC TOE 라는대주제로구성되어인 공지능 (AI) 과게임이론의실생활과의관련성을탐구해볼수있도록구성하였습니다. 사람과인 공지능 (AI) 의공통점과차이점을대주제로하여, 고등학교 1 학년학생들을대상으로 인공지능 (AI) 의문제풀이, 인공지능 (AI) 과미로찾기, 인공지능 (AI) 과 TIC TAC TOE 를소재로실생활의문제 를탐구해보고, 실제로자료를조사하고분석해봄으로써인공지능 (AI) 에대한융합적사고와 문제해결의기회를가질수있도록구성하였습니다. 프로그램 사용 방법 - 본프로그램은교사용과학생용으로나뉘어져있습니다. - 교사용은학교현장에서선생님들께서손쉽게사용하실수있도록최대한자세하고쉽게 안내하였습니다. 각주제별로앞쪽에학교급별로연계된과목별교육과정과 차시별활동 흐름 을한눈에알아보기쉽도록표로제시하였습니다. 그리고각차시별로교수 학습과 정안을제시하여수업전체의내용을이해할수있도록하였습니다. 또한과정안이나수 업활동내용에을제시하여수업적용시주의할점등을상세히안내하였습니다. - 학생용은고등학교 1학년학생들을대상으로하고차시대체용교수학습자료라는점을고려하 여작성하였습니다. - 학교의사정에따라프로그램을전체또는차시( 부분) 등을선택하여활용할수있습니다. TIC TAC TOC 1

6 고등학교 교육과정 연계 차시 관련교과 2009 개정교육과정연계 ( 내용요소및성취수준) 2015 개정교육과정연계 ( 내용요소및성취수준) 1 수학국어도덕기술 가정정보 수학 ( 내용요소) 순열과조합 ( 성취기준) [ 확통1111] 합의법칙과곱의법칙을이해하고, 이를이용하여경우의수를구할수있다. 국어Ⅱ ( 내용요소) 화법 ( 성취기준) [ ] 토론을통해공동체의문제를해결할수있다. 생활과윤리 ( 내용요소) 과학기술 환경 정보윤리 ( 성취기준) [ 고생34] 정보통신기술의발전이인간의삶에끼치는순기능과역기능및사이버공간에서의인간의심리적특성에대한조사 분석을통해정보통신기술의발전에따른윤리적문제들 ( 저작권및프라이버시침해, 사이버폭력, 게임 인터넷중독등) 을이해하고, 이를바람직하고합리적으로해결하려는태도를지닐수있다. 기술 가정 ( 내용요소) 기술의세계 ( 성취기준) [ 기가0233-2] 기술과관련된융합적문제를관련교과지식을활용하여창의적으로해결할수있다 수학 ( 내용요소) 확률과통계 ( 성취기준) [10수학05-01] 합의법칙과곱의법칙을이해하고, 이를이용하여경우의수를구할수있다. [10수학05-02] 순열의의미를이해하고, 순열의수를구할수있다. [10수학05-03] 조합의의미를이해하고, 조합의수를구할수있다. 정보 ( 내용요소) 정보문화 ( 성취기준) [12정보01-01] 정보사회에서정보과학의지식과기술이활용되는분야를탐색하고영향력을평가한다. 생활과윤리 ( 내용요소) 과학과윤리 ( 성취기준) [12생윤04-02] 정보기술과매체의발달에따른윤리적문제들을제시할수있으며이에대한해결방안을정보윤리와매체윤리의관점에서제시할수있다. 국어 ( 내용요소) 듣기 말하기 ( 성취기준) [10국01-01] 개인이나집단에따라듣기와말하기의방법이다양함을이해하고듣기 말하기활동을한다. [10국01-02] 상황과대상에맞게언어예절을갖추어대화한다. 기술 가정 ( 내용요소) 기술시스템 ( 성취기준) [12기가04-02] 첨단제조기술이산업의발달과우리생활에미치는영향과미래에활용가능한기술의분야에대하여예측하고전망한다. 2 수학 수학 ( 내용요소) 순열과조합 ( 성취기준) [ 확통1111] 합의법칙과곱의법칙을이해하고, 이를이용하여경우의수를구할수있다. 수학 ( 내용요소) 확률과통계 ( 성취기준) [10수학05-01] 합의법칙과곱의법칙을이해하고, 이를이용하여경우의수를구할수있다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

7 차시 관련 교과 2009 개정교육과정연계 ( 내용요소및성취수준) 2015 개정교육과정연계 ( 내용요소및성취수준) 미술 ( 내용요소) 매체와표현 ( 성취기준) [ 미창212] 평면표현의특징을살려창의적으로표현할수있다. [10수학05-02] 순열의의미를이해하고, 순열의수를구할수있다. [10수학05-03] 조합의의미를이해하고, 조합의수를구할수있다. 국어도덕기술 가정미술정보 국어Ⅱ ( 내용요소) 화법 ( 성취기준) [ ] 토론을통해공동체의문제를해결할수있다. 생활과윤리 ( 내용요소) 과학기술 환경 정보윤리 ( 성취기준) [ 고생34] 정보통신기술의발전이인간의삶에끼치는순기능과역기능및사이버공간에서의인간의심리적특성에대한조사 분석을통해정보통신기술의발전에따른윤리적문제들 ( 저작권및프라이버시침해, 사이버폭력, 게임 인터넷중독등) 을이해하고, 이를바람직하고합리적으로해결하려는태도를지닐수있다. 기술 가정 ( 내용요소) 기술의세계 ( 성취기준) [ 기가0233-2] 기술과관련된융합적문제를관련교과지식을활용하여창의적으로해결할수있다 정보 ( 내용요소) 정보문화 ( 성취기준) [12정보01-01] 정보사회에서정보과학의지식과기술이활용되는분야를탐색하고영향력을평가한다. 국어 ( 내용요소) 듣기 말하기 ( 성취기준) [10국01-01] 개인이나집단에따라듣기와말하기의방법이다양함을이해하고듣기 말하기활동을한다. [10국01-02] 상황과대상에맞게언어예절을갖추어대화한다. 생활과윤리 ( 내용요소) 과학과윤리 ( 성취기준) [12생윤04-02] 정보기술과매체의발달에따른윤리적문제들을제시할수있으며이에대한해결방안을정보윤리와매체윤리의관점에서제시할수있다. 미술 ( 내용요소) 표현 ( 성취기준) [12미02-02] 조형요소와원리를다양하게응용하여창의적으로표현할수있다. [12미02-04] 주제와표현의도, 재료와표현방법, 매체, 표현과정, 결과등을종합적으로검토할수있다. 기술 가정 ( 내용요소) 기술시스템 ( 성취기준) [12기가04-02] 첨단제조기술이산업의발달과우리생활에미치는영향과미래에활용가능한기술의분야에대하여예측하고전망한다. 3 수학 수학 ( 내용요소) 순열과조합 ( 성취기준) [ 확통1111] 합의법칙과곱의법칙을 수학 ( 내용요소) 확률과통계 ( 성취기준) [10수학05-01] 합의법칙과곱의법 TIC TAC TOC 3

8 차시 관련 교과 2009 개정교육과정연계 ( 내용요소및성취수준) 2015 개정교육과정연계 ( 내용요소및성취수준) 이해하고, 이를이용하여경우의수를구할수있다. 미술 ( 내용요소) 매체와표현 ( 성취기준) [ 미창212] 평면표현의특징을살려창의적으로표현할수있다. 국어Ⅱ ( 내용요소) 화법 ( 성취기준) [ ] 토론을통해공동체의문제를해결할수있다. 칙을이해하고, 이를이용하여경우의수를구할수있다. [10수학05-02] 순열의의미를이해하고, 순열의수를구할수있다. [10수학05-03] 합의의미를이해하고, 조합의수를구할수있다. 정보 ( 내용요소) 정보문화 ( 성취기준) [12정보01-01] 정보사회에서정보과학의지식과기술이활용되는분야를탐색하고영향력을평가한다. 국어도덕기술 가정미술정보 생활과윤리 ( 내용요소) 과학기술 환경 정보윤리 ( 성취기준) [ 고생34] 정보통신기술의발전이인간의삶에끼치는순기능과역기능및사이버공간에서의인간의심리적특성에대한조사 분석을통해정보통신기술의발전에따른윤리적문제들 ( 저작권및프라이버시침해, 사이버폭력, 게임 인터넷중독등) 을이해하고, 이를바람직하고합리적으로해결하려는태도를지닐수있다. 기술 가정 ( 내용요소) 기술의세계 ( 성취기준) [ 기가0233-2] 기술과관련된융합적문제를관련교과지식을활용하여창의적으로해결할수있다 국어 ( 내용요소) 듣기 말하기 ( 성취기준) [10국01-01] 개인이나집단에따라듣기와말하기의방법이다양함을이해하고듣기 말하기활동을한다. [10국01-02] 상황과대상에맞게언어예절을갖추어대화한다. 미술 ( 내용요소) 표현 ( 성취기준) [12미02-02] 조형요소와원리를다양하게응용하여창의적으로표현할수있다. [12미02-04] 주제와표현의도, 재료와표현방법, 매체, 표현과정, 결과등을종합적으로검토할수있다. 생활과윤리 ( 내용요소) 과학과윤리 ( 성취기준) [12생윤04-02] 정보기술과매체의발달에따른윤리적문제들을제시할수있으며이에대한해결방안을정보윤리와매체윤리의관점에서제시할수있다. 기술 가정 ( 내용요소) 기술시스템 ( 성취기준) [12기가04-02] 첨단제조기술이산업의발달과우리생활에미치는영향과미래에활용가능한기술의분야에대하여예측하고전망한다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

9 고등학교용 STEAM TIC TAC TOC 주제 개요 고등학교 1 학년학생용프로그램인 TIC TAC TOE 는실생활과관련해서인공지능의게임 전략과사람의게임전략을비교하는탐색과정을진행하면서사람과인공지능의공통점과차 이점을탐색해보는활동으로구성되었다. 해당학년군의수학( 확률과통계), 미술( 표현), 국어 ( 듣기 말하기), 정보( 정보문화, 알고리즘), 기술 가정( 기술시스템), 생활과윤리( 과학과윤리) 단원을바탕으로학생들이사람과인공지능의공통점과차이점을인식하고탐구하도록하였 다. 또한인공지능이작동하는게임전략을직접설계해봄으로인공지능에대한보다실질적 이해를돕는활동을수행한다. 이를통해 인공지능(AI) 의문제풀이, 인공지능(AI) 과미로찾 기, 인공지능(AI) 과 TIC TAC TOE 를체험하고도전과제를수행하는과정에서과학적탐구력 과문제해결력을신장할수있는기회를제공하였다. 학습목표 1) 인공지능 (AI) 이무엇인지자신만의정의를내릴수있다. 2) 인공지능 (AI) 이인간을지배할수있는가에대한자신의주장을언어예절에맞게발표할수있다. 3) 우리는인공지능 (AI) 을어떻게이용해야할지를생각하고발표할수있다. 4) 미로찾기의과정에서사람의방법과인공지능 (AI) 의방법을비교할수있다. 5) 트리를통해인공지능 (AI) 의과정을재현할수있다. 6) TIC TAC TOE 과정에서사람의방법과인공지능 (AI) 의방법을비교할수있다. 7) 게임트리를통해인공지능 (AI) 의과정을말하기상황에맞게표현할수있다. STEAM 과목 요소 S : 인공지능(AI) 과논리적사고 T/E : 인공지능(AI) 의비지도학습방법에대한원리학습, A: 자신의논리를시각적으로표현하기학습 M: 인공지능(AI) 알고리즘에적용된수학적원리학습 TIC TAC TOC 5

10 융합인재교육(STEAM) 학습 준거 상황제시 본프로그램에서는인공지능(AI) 및게임이론에대한개념이해및인공지능(AI) 의사고과 정에대한이해를바탕으로우리주변에서흔히접할수있는예를경험해보는활동을수행 하는활동들을제공하였다. 또한학생들에게기본게임이론을직접고민해보는시간을제공 하고, 인공지능(AI) 의계산과정과같은트리를그려보는경험을제공하여본인의생각과인 공지능(AI) 에의한결과를비교해보는활동경험을제공하였다. 차시별활동은다음과같다. - 1 차시에는인공지능(AI) 에대해서조사를하는활동을한다. 관련동영상을통해지능이 란무엇인지알게하고이를통해인공지능(AI) 을스스로정의하는활동을한다. 또한, 인 공지능(AI) 을 2가지로분류하고그각각에대해학생들이의문을가지고그의문을해결 하기위해서조사를실시한다. 인공지능(AI) 의종류와인공지능(AI) 이문제를해결하는방 법을조사함으로강한 AI가출현하는것이얼마나어려운일인지 AI가인류를위협하는 일에얼마나많은조건이포함되어야하는지에대해서알아보는시간을가진다. 이과정 에서학생들은인공지능의문제해결방법에대해서고민해보는시간을가진다. 공지능(AI) 이앞으로어떻게일상생활에상용되어야할지에대해서고민해본다. 또한인 - 2 차시에는간단한미로에대한트리탐색과정을학습하고이트리탐색과정을미로에적 용하는시간을갖는다. 게임이론을트리탐색과정을통해알아가면서인공지능(AI) 의문제 해결과정에대한이해를확장한다. 또한인공지능(AI) 의문제해결과정과사람의문제해결 과정의차이를생각해보는기회를갖는다. - 3차시에는미로게임을통해터득한인공지능의트리탐색과정을 TIC TAC TOE에적용 하는활동을한다. 게임이론을트리탐색과정을통해알아가면서인공지능(AI) 의문제해결 과정에대한이해를확장하고인공지능(AI) 의문제해결과정과사람의문제해결과정의차 이를생각해보는기회를갖는다. Minimax algorithm와 Alpha-beta pruning에대해알아 보고그원리를생각해보는활동을통해인공지능(AI) 의문제해결과정에다가가본다. 창의적설계 창의적설계단계는게임이론에대한토론활동과트리탐색과정을창의적설계활동으로 구안하였다. 각활동별자세한구성은다음과같다. - 1 차시에는인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가에대한자신의생각을창의적으로정 리하여발표하고 2, 3차시에서는트리탐색과정을학습하고이를미로탐색과정과 TIC TAC TOE 에적용하는과정을통해인공지능(AI) 에대한보다깊은이해를도모할수있을 것으로판단된다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

11 감성적체험 학생들은토론과교류를통해서감성적체험을하도록설계하였다. 학생들이자신의논리와 다른사람의논리를절충하고받아들이고, 설득하는과정을하도록하였으며, 이과정에서다 른사람을이해하고, 소통하고자신을드러내보는과정을하도록하였다. 또한인공지능(AI) 과사람을비교해보는체험은과학을과학으로만인식하는것이아니라과학속에리버럴 아트적인요소를체험할수있을것으로판단된다. 또한, 현재의우리의삶속에인공지능(AI) 이어떤역할을하고있는지조사하고이를통해미래에인공지능(AI) 이어떻게사용되어야 할지토론해본다. 그리고그문제해결과정을체험해보면서앞으로의변화에한걸음다가가 본다. 융합인재교육(STEAM) 활동 안내 차시차시명지식 UP 실전 UP 1 인공지능 (AI) 의 문제풀이 지능에대한동영상시청하기 동영상속의인형이지능을가지고있는지에대한자신의생각을정리하여발표하기 인간의지능이가지고있는지능에대하여정리하기 인공지능(AI) 에대해정의하고그이유를발표하기 강한인공지능(AI) 과약한인공지능(AI) 에대해여조사하고발표하기 AI는주어진문제를어떻게해결하는지인터넷을이용하여조사하고그내용정리하기 인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가에대하여논의하고발표하기 인공지능(AI) 이인간을지배하기위하여가져야하는것들에대해탐구하기 인공지능(AI) 을일상생활에어떻게사용해가옳은것인가에대해토의후발표하기 2 인공지능 (AI) 과미로 찾기 미로문제를해결하면서자신만의전략을탐색하기 친구들과미로문제의해결전략에대해토의후정리하기 미로문제의해결과정을시각적으로어떻게나타낼수있는지탐구하기 인공지능(AI) 에서의탐색의기본방법에대해찾기 미로문제의해결을위해미로를재구성하고트리로나타내기 트리구조를시각적으로나타내기 인간의미로문제해결방안과트리구조를이용한해결방안의차이점분석하고발표하기 자신만의전략을알고리즘으로나타내기 3 인공지능 (AI) 과 TIC TAC TOE TIC TAC TOE 게임의규칙을이해하기 TIC TAC TOE 게임으로통해승리방법에대한전략을탐색하기 게임트리에대한이해및알고리즘조사하기 Minimax알고리즘에대한이해및구체적인예시탐색하기 Minimax algorithm와 Alpha-beta pruning에대해알아보기 게임에서의인공지능이용사례정리하기 실생활에이용되어우리의삶을향상시키는인공지능의다양한예시탐색하기 TIC TAC TOC 7

12 차시별 활동 흐름 차시차시명학습목표주요내용 인공지능(AI) 이무엇인지자신만의정의 인공지능(AI) 이무엇인지알아본다. 인공지능 를내릴수있다. 인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가 강한 AI와약한 AI 에대해서조사한다. 약한 AI의문제해결전략을인터넷에서 1 (AI) 의 에대한자신의주장을언어예절에맞게 조사해봅시다. 문제풀이 발표할수있다. 우리는인공지능(AI) 을어떻게이용해야 강한 AI 가어려운이유에대해서발표한다. 인공지능(AI) 이인간을지배할수있을지 할지를생각하고발표할수있다. 에대해토론한다. 미로찾기를해본다. 2 인공지능 (AI) 과미로 찾기 미로찾기의과정에서사람의방법과인공지능의방법을비교할수있다. 트리를통해인공지능(AI) 의과정을재현할수있다. 트리를이용하여미로찾기를한다. 트리를이용했을때의장점과단점을말 한다. 사람과인공지능(AI) 의문제해결과정에 대한차이점에대해생각하고효율적인 방법에대해토론한다. 3 인공지능 (AI) 과 TIC TAC TOE TIC TAC TOE 과정에서사람의방법과 인공지능의방법을비교할수있다. 게임트리를통해인공지능(AI) 의과정을 말하기상황에맞게표현할수있다. 친구와 트리를이용하여 TIC TAC TOE 를한다. TIC TAC TOE 를한다. 사람과인공지능(AI) 의차이점에대해생 각하고토론한다. 인공지능(AI) 의알고리즘에대해알아본다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

13 평가 계획 수행 관찰평가계획 평가영역 평가항목 평가척도 상중하 창의적 게임이론발표하기 게임이론에대한수학, 과학원리를이해하여 과학적으로발표함 게임이론에대한수학, 과학원리를이해하는 정도가부족하고발표하 였으나논리가부족함 게임이론에대한수학, 과학원리를이해하지 못하고과학적으로발표 하지못함 설계 도전과제해결 ( 트리만들기 ) 게임이론과트리에대한 명확한이해로트리만 들기를잘해결함 게임이론과트리에대한 명확한이해가부족함. 트리만들기를하였으나 명료하지못함. 게임이론과트리에대한 이해가부족하고트리 만들기를잘해결하지 못함 집중과끈기 과제에대한집중력이 좋으며과제를끈기있 게해결함 과제에대한집중력은 있으나끈기가부족함 과제에대한집중력과 끈기가부족함 새로운내용을배우고 새로운내용에대해약 새로운내용에대해흥 감성적체험 흥미와참여도 싶어하며도전과제해 결을위해적극적으로 참여함 간의흥미가있으며도 전과제해결과정에 어려워하지만참여함 미가거의없으며도전 과제해결과정에거의 참여하지않음 문제를해결하는과정에 문제를해결하는과정에 문제를해결하는과정에 창의성 서유창성, 융통성, 독창 성, 정교성이두드러지게 서유창성, 융통성, 독창 성, 정교성이가끔씩나 서유창성, 융통성, 독창 성, 정교성이거의나타 나타남 타남 나지않음 수행 관찰평가기록지 번호이름 평가영역 게임이론발표에대한창의적설계 창의적설계 트리만들기창의적설계 감성적체험 집중과끈기흥미와참여도창의성 TIC TAC TOC 9

14 학생자기/ 동료평가계획 평가 방법 평가 영역 평가기준 평가척도 상중하 감성적 즐거운마음으로적극적으로활동에참여하였는가? ( 흥미, 참여도 ) 자기 체험 모둠별도전과제해결을위해스스로기여했다고생각하는가? ( 성취감, 보람 ) 평가 창의적 인공지능의알고리즘속에담긴수학적원리를잘이해하여창의적으로설계하였는가? 설계 다양한표현방식을통해알고리즘제작탐구과정을수행하였는가? 동료평가 창의적설계 모둠별로역할분담이잘되었으며협동적으로활동이이루어졌는가? 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

15 TIC TAC TOE 1 차시 인공지능 (AI) 의문제풀이

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17 1 차시 교수 학습 과정안 학습주제 학습목표 인공지능(AI) 의문제풀이차시 1/3 인공지능(AI) 이무엇인지자신만의정의를내릴수있다. 인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가에대한자신의주장을언어예절에맞게발표할수있다. 우리는인공지능(AI) 을어떻게이용해야할지를생각하고발표할수있다 상황제시인공지능(AI) 이우리를지배할수없는이유생각하기 융합준거 창의적설계인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가에대한자신의생각을정리하기 감성적체험 다른사람과소통하고자신을의견을효과적으로전달하기 교수학습자료 인터넷이가능한상황, 학습동영상, 학생용활동지, 노트북, 펜 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 < 상황제시> 지능 에대한동영상을시청한다. 10 도입 [EBS] 과학다큐비욘드( 지능만들기) ( 출처) 상황제시를통하여학생들이수업에몰입할수있게해야할뿐만아니 라수업전체에걸쳐학생들이인공지능(AI) 에대한문제를내면화시킬 수있도록한다. 교사활동 : 영상을시청했는데요. 동영상속의인형은지능을가지고있다 교사활동 고생각하나요? 그렇게생각한다면그이유는무엇인가요? 아 니라고한다면그렇게생각하는이유는무엇인가요? : 인간이가지고있는지능은무엇을말하는것일까요? - 학생들의답변을정리하며지능에대한개념을소개한다. 어떤과제를해결하기위해사전지식과경험을적용하여문제를해결 하는능력 TIC TAC TOC 13

18 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 교사활동 : 인공지능(AI) 에대한자신만의정의를내려보고그이유를발표해봅시다. 인공지능은이다. 모든학생이참여 할수있는기회 를제공한다. - 학생들의답변을정리하며지능에대한개념을소개한다. 이성을가진기계, 기계로부터만들어진지능, 미래등. 교사활동 : 인공지능이란흔히 AI 라고부릅니다. 여기서 AI란 Artificial Int 1약한 elligence 의약자로인간의학습능력과추론능력, 지각능력, 자 연언어의이해능력등을컴퓨터프로그램으로실현한기술을 말합니다. 조금더쉽게말하면컴퓨터가인간의지능적인행 동을모방할수있도록하는것을이야기합니다. 인공지능은 크게두가지로분류합니다. 인터넷검색을통해서모둠별로 조사해서발표해봅시다. AI : 특정영역의문제를푸는기술, 단어를입력하면검색결과를 보여라하는등의문제로스팸메일필터링, 이미지분류등이속한다. 2강한 AI : 문제의영역을좁혀주지않아도어떤문제든해결할수있 는기술수준을말한다. 20 웹검색을통해인공지능에대해스스로찾아보고발표하게한다. 교사활동 : 그럼이세돌 9 단과대국을펼친 알파고 는강한인공지능(AI) 알파고는약한 일까요? 약한 AI 일까요? 각자의의견을적어봅시다. AI 입니다. 단순히계산을통해문제를푸는기술을습득하 는과정으로보는것이맞습니다. 모둠구성은수업시작전에구성해놓는다. 전개 교사활동 : 지금까지약한인공지능(AI) 에대해살펴보았는데, 그럼이제 는강한인공지능(AI) 을찾아봅시다. 영화나소설등에서찾아 도좋습니다. 모둠별로강한인공지능(AI) 을찾아보고그이유 를적어봅시다. 영화빅히어로등은강한 AI 라할수있습니다. 이정도의인공지능로봇은나오지 않았지만인공지능기술은 10대 ICT 전략기술트렌드로꼽히고있습니다. 교사활동 : 인공지능(AI) 은주어진문제를어떻게해결할까요? 각자조사 해보고발표해봅시다. 그이론을명확하게발표할필요는없 습니다. 다만인공지능(AI) 은어떤방법으로문제를해결하고 있는지인터넷을찾아본결과를발표해봅시다. 머신러닝(Machine Learning) 은인공지능의한분야로, 컴퓨터가학습할수있 도록하는알고리즘과기술을개발하는분야를말한다. 기계학습의핵심은표현 (Representation) 과일반화(Generalization) 에있다. 표현이란데이터의평가이며, 일 반화란아직알수없는데이터에대한처리이다. 이는전산학습이론분야이기 도하다. 다양한기계학습의응용이존재한다. 문자인식은이를이용한가장잘 알려진사례이다. 어떠한데이터가있을때이를컴퓨터가알아들을수있는형태 ( 예를들어이미지의경우는픽셀정보를열벡터로표현하는등) 로표현 (Representation) 하고이를학습에적용하기위해많은연구( 어떻게하면더좋은 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

19 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 표현기법을만들고또어떻게이것들을학습할모델을만들지에대한) 가진행되고 있으며, 이러한노력의결과로 Deep Neural Networks, Convolutional Deep Neural Networks, Deep Belief Networks 와같은다양한딥러닝기법들이컴퓨터 비젼, 음성인식, 자연어처리, 음성/ 신호처리등의분야에적용되어최첨단의결과들 을보여주고있다. 다양한알고리즘을통하여심층신경망을구성하고이를제어하여주어진문제 를해결한다. 가급적많은시간을할애해주세요. 교사활동 : 약한 AI 는어떤과정을통해서문제를해결할까요? 학생들이 약한 AI 의문제해결방법을조사해서발표해봅시다. < 창의적설계> 학생들이여러자료를찾고정리할수있도록해주세요. 교사활동: 다음동영상을참고하여 인공지능이인간을지배할수있을 까? 에대한자신의생각을모둠원들과논의하고발표해봅 시다. 동영상을시청할때소란스럽지않게한다. ( 출처) 10 tvn 에서방송된 알쓸신잡( 알아두면쓸데없는신비한잡학사전) 에서뇌과학자인 정재승교수가인공지능이인간을지배할확률에대해언급을한부분이있다. 사 회자인유희열씨가칩이잘못되어서인공지능이인간을지배할수도있지않냐 는물음에정재승교수는칩이잘못돼서갑자기지배욕망이라는굉장히고등한 기능을얻을확률은 원숭이가타자기를마구쳐서햄릿이나올확률 과같다고 비교하였다. 이에유시민씨는그표현은 큰자루에항공기부품을넣고마구흔들어서열 었더니항공기가나올확률과같다 고하였다. 정교수는인공지능이인간을지배하려면 1 자기자신을의식하고 2 지배하고싶 은욕망을가져야하고 3 인간에대한적대감을가져야한다고하였다. 인간의뇌가수학과언어를쓴지만년정도되었고의식, 감정, 욕구같은감정 은수만년이상된정교한기능이며이런감정은우리가왜가졌는지도모르기 때문에인공지응에넣어줄수없다는말을하였다. 교사활동 : 위에서말한 1, 2, 3과같은문제를인공지능에넣는것은왜어려운일인지에대한본인의생각을정리해서발표해봅시다. -인간을지배하기위해서는인공지능이자기자신을의식해야하는데이는기계가자신을의식한다는것은불가능하므로인간을지배할수는없을것이다. -인간이만든기계가인간을지배할수있는욕망이라는감정을갖는것은불가능하다고생각한다. 따라서인간을지배할수는없을것이다. 이미인간은인공지능에점차지배되고있다고생각한다. 인간의직업이점차사라지고많은부분이기계로넘어가면서어쩌면우리의의식까지도지배할수있을것이라생각한다. TIC TAC TOC 15

20 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 < 감성적체험> 교사활동 : 인공지능을일상생활에어떻게사용해야할지를모둠원과토 의후발표해봅시다. 10 정리 - 인간과기계의협동성을가질수있도록인공지능이이용되어야한다. 즉, 인간과기계가서로의단점을보완하여협동하면효율성을증가시 킬수있다. 영상의학분야에서는림프절세포를관찰해암세포포함 여부를파악하는과정에서인공지능은 7.5% 오차율을, 병리학자는 3.5% 오차율을보였다. 하지만인공지능과병리학자가협동한결과오 차율은 0.5% 로감소하고오류는 85% 까지감소하였다. 교사활동: 인간의지능과인공지능의차이점을말하고인공지능을어떻게 활용해야할지토의한후발표해보자. 인간이가지는지능과인공지능의가장큰차이점은예상(Expectation) 을할수 있는가에대한것이다. 인간은어떠한상황이닥쳤을때, 앞으로의일을예상하 여행동하지만인공지능은미리입력된수행값에따라서만행동한다. 우리인간 은주어진과제를수행할때, 인공지능보다훨씬다양한사고로해결할수있으 나특정과제에대해서는인공지능을활용하는것이효율적이므로이를적절하 게이용하는것이필요하다. - 학생들의발표내용을정리하면서수업을정리한다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

21 학생용활동지 1 차시 : 인공지능(AI) 의문제풀이 이 활동을 하면 인공지능(AI) 이무엇인지자신만의정의를내릴수있다. 인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가에대한자신의주장을내세울수있다. 우리는인공지능(AI) 을어떻게이용해야할지를생각하고발표할수있다. 무엇이 필요할까 인터넷이가능한환경, 학생용활동지 어떻게 할까 생각 열기 다음동영상을보고 지능 에대한다음물음에답해봅시다. Q. 동영상속의인형은지능을가지고있다 고생각하나요? 그이유는무엇인가요? ex) 동영상속의인형은지능을가지 고있지않다. 단지태엽에의해기 계적으로움직일뿐, 자신의의지를 이용해문자를쓰는것이아니기때 문이다. 즉, 문자를그리는기계일 뿐이다. [EBS] 과학다큐비욘드( 지능만들기) Q. 인간이가지고있는지능은무엇을말 하는것일까요? ex) 어떤과제를해결하기위해사전지식과경험을적용하여문제를해결하는능력 Q. 인공지능(AI) 에대한자신만의정의를내려보고그이유를발표해봅시다. 인공지능은이다. 이성을가진기계, 기계로부터만들어진지능, 미래등. TIC TAC TOC 17

22 생각 키우기 인공지능이란흔히 AI 라고부릅니다. 여기서 AI란 Artificial Intelligence의약자로인간의 학습능력과추론능력, 지각능력, 자연언어의이해능력등을컴퓨터프로그램으로실현한 기술을말합니다. 조금더쉽게말하면컴퓨터가인간의지능적인행동을모방할수있 도록하는것을이야기합니다. 인공지능은크게두가지로분류합니다. 인터넷검색을 통해서모둠별로조사해서발표해봅시다. 약한 AI : 특정영역의문제를푸는기술, 단어를입력하면검색결과를보여라하는등 의문제로스팸메일필터링, 이미지분류등이속한다. 강한 말한다. AI : 문제의영역을좁혀주지않아도어떤문제든해결할수있는기술수준을 이세돌 9 단과대국을펼친 알파고 는강한인공지능(AI) 일까? 약한인공지능(AI) 일까? 각 자의의견을적어봅시다. 알파고는약한 AI 입니다. 단순히계산을통해문제를푸는기술을습득하는과정으로보는것이맞습니다. 강한인공지능(AI) 을찾아봅시다. 영화나소설등에서찾아도좋습니다. 모둠별로강한인공지능(AI) 을찾아보고그이유를적어봅시다. 영화빅히어로등은강한 AI 라할수있습니다. 이정도의인공지능(AI) 로봇은나오지않았지만인공지능 (AI) 기술은 10대 ICT 전략기술트렌드로꼽히고있습니다. 인공지능(AI) 은주어진문제를어떻게해결할까요? 각자조사해보고발표해봅시다. 그 이론을명확하게발표할필요는없습니다. 다만 AI는어떤방법으로문제를해결하고있 는지인터넷을찾아본결과를발표해봅시다. ex) 머신러닝(machine learning) 은인공지능의한분야로, 컴퓨터가학습할수있도록하는알고리즘과기술을개발하는분야를말한다. 기계학습의핵심은표현(representation) 과일반화 (generalization) 에있다. 표현이란데이터의평가이며, 일반화란아직알수없는데이터에대한처리이다. 이는전산학습이론분야이기도하다. 다양한기계학습의응용이존재한다. 문자인식은이를이용한가장잘알려진사례이다. 어떠한데이터가있을때이를컴퓨터가알아들을수있는형태( 예를들어이미지의경우는픽셀정보를열벡터로표현하는등) 로표현 (representation) 하고이를학습에적용하기위해많은연구( 어떻게하면더좋은표현기법을만들고또어떻게이것들을학습할모델을만들지에대한) 가진행되고있으며, 이러한노력의결과로 deep neural networks, convolutional deep neural networks, deep belief networks와같은다양한딥러닝기법들이컴퓨터비젼, 음성인식, 자연어처리, 음성/ 신호처리등의분야에적용되어최첨단의결과들을보여주고있다. ex) 다양한알고리즘을통하여심층신경망을구성하고이를제어하여주어진문제를해결한다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

23 생각 펼치기 다음동영상을참고하여 인공지능이인간을지배할수있을까? 모둠원들과논의하고발표해봅시다. 에대한자신의생각을 tvn 에서방송된 알쓸신잡( 알아두면쓸데없는신비한잡학사전) 에서뇌과학자인정재승교수가 인공지능이인간을지배할확률에대해언급을한부분이있다. 사회자인유희열씨가칩이잘못 되어서인공지능이인간을지배할수도있지않느냐는물음에정재승교수는칩이잘못되어서 갑자기지배욕망이라는굉장히고등한기능을얻을확률은 원숭이가타자기를마구쳐서햄릿 이나올확률 과같다고비교하였다. 이에유시민씨는그표현은 큰자루에항공기부품을넣고마구흔들어서열었더니항공기가 나올확률과같다 고하였다. 정교수는인공지능이인간을지배하려면 1 자기자신을의식하고 2 지배하고싶은욕망을가져야하고 3 인간에대한적대감을가져야한다고하였다. 인간의뇌 가수학과언어를쓴지만년정도되었고의식, 감정, 욕구같은감정은수만년이상이된정교 한기능이며이런감정은우리가왜가졌는지도모르기때문에인공지응에넣어줄수없다는말 을하였다. 위에서말한 1, 2, 3과같은문제를인공지능(AI) 에넣는것은왜어려운일인지에대 한본인의생각을정리해서발표해봅시다. - 인간을지배하기위해서는인공지능이자기자신을의식해야하는데이는기계가자신을의식한 다는것은불가능하므로인간을지배할수는없을것이다. - 인간이만든기계가인간을지배할수있는욕망이라는감정을갖는것은불가능하다고생각한다. 따라서인간을지배할수는없을것이다. - 이미인간은인공지능에점차지배되고있다고생각한다. 인간의직업이점차사라지고많은부분 이기계로넘어가면서어쩌면우리의의식까지도지배할수있을것이라생각한다. TIC TAC TOC 19

24 생각 다지기 인공지능(AI) 을일상생활에어떻게사용해야할지를모둠원과토의후발표해봅시다. - 인간과기계의협동성을가질수있도록인공지능이이용되어야한다. 즉, 인간과기계가서로의 단점을보완하여협동하면효율성을증가시킬수있다. 영상의학분야에서는림프절세포를관 찰해암세포포함여부를파악하는과정에서인공지능은 7.5% 오차율을, 병리학자는 3.5% 오차율 을보였다. 하지만인공지능과병리학자가협동한결과오차율은 0.5% 로감소하고오류는 85% 까지감소하였다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

25 TIC TAC TOE 2 차시 인공지능 (AI) 과미로찾기

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27 2 차시 교수 학습 과정안 학습주제 학습목표 인공지능(AI) 과미로찾기차시 2/3 미로찾기의과정에서사람의방법과인공지능(AI) 의방법을비교할수있다. 게임트리를통해인공지능(AI) 의과정을재현할수있다. 융합준거 상황제시 창의적설계 감성적체험 간단한미로게임해결하기 트리를이용해서미로문제해결하기, 트리를이용해서죄수의딜레마해 결하기 트리를이용한문제해결내용을발표하기 교수학습자료 인터넷이가능한상황, 학습동영상, 학생용활동지, 노트북, 펜, 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 < 상황제시> 미로( 迷路 ) 는복잡한길을찾아출발점부터시작해도착점까지도달하는퍼즐이다. 미로는길을잃게만들어목표지점에도달하기어렵게만드는구조이고, 미궁( 迷宮 ) 은목표지점에도달할때까지갈림길이없이연결되도록한것이다. 둘다유사한공간의반복으로최종목적지에도달하기까지심리적인압박을받으며, 그강도에따라미로나미궁의복잡성이서로다를수있다. 미로나미궁의복잡한구조를단순화시켜놓은것이직선다이어그램이며, 이는입구와출구를직선상에표시하고, 중간의갈림길을직선상의좌우또는상하에표시함으로써미로나미궁의전체구조를단순화하여보여준다. 10 상황제시를통하여학생들이 수업에 몰입할 수있게해야할 뿐만아니라수 업전체에 걸쳐 학생들이게임이 론에대한문제 를 내면화시킬 수있도록한다. 도입. ( 교사활동 : 아래와같은미로문제를해결해보세요. 그리고어떻게해결 했는지자신만의전략을적어보세요. 출처: 인공지능과딥러닝-인공지능이불러올산업구조의변화와혁신 어떤방법이든칭찬을통해발표하도록한다. TIC TAC TOC 23

28 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 교사활동 : 다른학생들과미로문제를해결하는자신만의방법을발표하고 서로공유해봅시다. - 한쪽벽면을따라서끝까지가다보면미로가풀린다. 도착하는곳에서부터거꾸로시도해본다. 무작위로가다보면성공한다. 경우를나누어생각해본다. 30 자신만의방법을스스로발표 하게한다. 교사활동 : 시작( 스타트) 지점에서도착( 골) 지점까지이동하는경우를시각 적으로어떻게나타낼수있을지생각해봅시다. - 수형도를이용해나타낸다. 각각의경로에숫자( 또는기호) 로표시해서나타낸다. 전개 교사활동 : 인공지능 (AI) 에서의탐색의기본방법에대해알아봅시다. 탐색이란? 기본적으로여러개의자료중에서원하는자료를찾는작업이다. 컴퓨터가가장많이하는작업중의하나이다. 탐색을효율적으로수행하는것은매우중요하다. 1 순차탐색 탐색방법중에서가장간단하고직접적인탐색방법 정렬되지않은배열의항목들을처음부터마지막까지하나씩검사하 여원하는항목을찾아가는방법 인공지능에서의탐색의기본방법에대해쉽게설명해준다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

29 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 2 이진탐색 배열의중앙에있는값을조사하여찾고자하는항목이왼쪽또는오른쪽부분배열에있는지를알아내어탐색의범위를반으로줄여가며탐색하는방법 은단지 거쳐야한다. 10 억명중에서이진탐색을이용하여특정한이름을탐색하려면이진탐색 30 번의비교만하면되지만, 순차탐색에서는평균 5억번의비교과정을 < 창의적설계> 교사활동 : 위의미로문제에대해탐색하기위해서미로를재구성해보자. ( 출처) Artificial Intelligence : A New Synthesis, pp. 195~212 교사활동 : 트리구조에대해알아봅시다. 트리구조(tree 構造, 문화어: 나무구조) 란그래프의일종으로, 여러노드 가한노드를가리킬수없는구조이다. 간단하게는회로가없고, 서로다 른두노드를잇는길이하나뿐인그래프를트리라고부른다. 트리에서최상위노드를루트노드(root node 뿌리노드[*]) 라고한다. 또 한노드 A가노드 B를가리킬때 A를 B 의부모노드(parent node), B를 A 의자식노드(child node) 라고한다. 자식노드가없는노드를잎노드(leaf node 리프노드[*]) 라고한다. 잎노드가아닌노드를내부노드(internal node) 라고한다. TIC TAC TOC 25

30 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 교사활동 : 위에서재구성한미로를트리를이용하여나타내봅시다. ( 출처) Artificial Intelligence : A New Synthesis, pp. 195~212 교사활동 : 아래의미로문제를탐색하기위해재구성하고이를트리구조를 이용하여나타내봅시다. 10 학생들이스스로트리를재구성할수있도록충분히시간을준다. 그리고인간의해결방법과의차이점을스스로발견하게한다. B A D G C E F H K I J 정리 트리구조를직접그려보도록한다. 여러분이처음에생각한미로문제의해결방안과트리구조를이용한해결방안 의차이점은무엇인지서술해보세요. 그리고인공지능과트리구조의관계를생 각해봅시다. < 감성적체험> - 학생들의발표내용을정리하면서수업을정리한다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

31 학생용활동지 2 차시 : 인공지능(AI) 과미로찾기 이 활동을 하면 미로찾기의과정에서사람의방법과인공지능(AI) 의방법을비교할수있다. 트리를통해인공지능(AI) 의과정을재현할수있다. 무엇이 필요할까 학생용활동지 어떻게 할까 생각 열기 다음글을읽고생각해봅시다. 미로( 迷路 ) 는복잡한길을찾아출발점부터시작해도착점까지도달하는퍼즐이다. 미로는길을잃 게만들어목표지점에도달하기어렵게만드는구조이고, 미궁( 迷宮 ) 은목표지점에도달할때까지갈 림길이없이연결되도록한것이다. 둘다유사한공간의반복으로최종목적지에도달하기까지심리 적인압박을받으며, 그강도에따라미로나미궁의복잡성이서로다를수있다. 미로나미궁의복 잡한구조를단순화시켜놓은것이직선다이어그램이며, 이는입구와출구를직선상에표시하고, 중 간의갈림길을직선상의좌우또는상하에표시함으로써미로나미궁의전체구조를단순화하여보 여준다. ( 출처) ( TIC TAC TOC 27

32 Q. 아래와같은미로문제를해결해보세요. 그리고어떻게해결했는지자신만의전략을적 어보세요. 생각 키우기 다른학생들과미로문제를해결하는자신만의방법을발표하고서로공유해봅시다. 한쪽벽면을따라서끝까지가다보면미로가풀린다. 도착하는곳에서부터거꾸로시도해본다. 무작위로가다보면성공한다. 경우를나누어생각해본다. 시작( 스타트) 지점에서도착( 골) 지점까지이동하는경우를시각적으로어떻게나타낼수있을지생각해봅시다. 수형도를이용해나타낸다. 각각의경로에숫자( 또는기호) 로표시해서나타낸다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

33 생각 펼치기 인공지능(AI) 에서의탐색의기본방법에대해알아봅시다. 탐색이란? 기본적으로여러개의자료중에서원하는자료를찾는작업이다. 컴퓨터가가장많이하는작업중의하나이다. 탐색을효율적으로수행하는것은매우중요하다. 1 순차탐색 탐색방법중에서가장간단하고직접적인탐색방법 정렬되지않은배열의항목들을처음부터마지막까지하나씩검사하여원하는항목을찾아가는방법 2 이진탐색 배열의중앙에있는값을조사하여찾고자하는항목 이왼쪽또는오른쪽부분배열에있는지를알아내어탐색의범위를반으로줄여가며탐색하는방법 10억명중에서이진탐색을이용하여특정한이름을탐색하려면이진탐색은단지 30번의비 교만하면되지만, 순차탐색에서는평균 5 억번의비교과정을거쳐야한다. 위의미로문제에대해탐색하기위해서미로를재구성해보자. ( 출처) Artificial Intelligence : A New Synthesis, pp. 195~212 TIC TAC TOC 29

34 트리구조에대해알아봅시다. 트리구조(tree 構造, 문화어: 나무구조) 란그래프의일종으로, 여러노드가한노드를가리킬수없는구조 이다. 간단하게는회로가없고, 서로다른두노드를잇는길이하나뿐인그래프를트리라고부른다. 트리에 서최상위노드를루트노드(root node 뿌리노드[*]) 라고한다. 또한노드 A가노드 B를가리킬때 A를 B의 부모노드(parent node), B를 A 의자식노드(child node) 라고한다. 자식노드가없는노드를잎노드(leaf node 리프노드[*]) 라고한다. 잎노드가아닌노드를내부노드(internal node) 라고한다. 트리를이용하여위에서재구성한미로를나타내봅시다. ( 출처) Artificial Intelligence : A New Synthesis, pp. 195~ 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

35 생각 다지기 아래의미로문제를탐색하기위해재구성하고이를트리구조를이용하여나타내봅시다. 여러분이처음에생각한미로문제의해결방안과트리구조를이용한해결방안의차이점은무엇인지서술해보세요. 그리고인공지능(AI) 과트리구조의관계를생각해봅시다. A G H I B C F J D E K 트리구조를이용하면문제의해결방안이시각적으로바로확인할수있어서문제해결이용이하다. 여러시행착오를거치지않고바로문제를해결할수있어시간적, 경제적으로매우효율적이다. 특히, 미로가복잡할수록이러한알고리즘을기계는인간보다훨씬빨리수행할수있으므로더효과적일 거라생각한다. 미로문제의경우에는인공지능이인간보다더쉽게접근할수있을것이라생각한다. TIC TAC TOC 31

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37 TIC TAC TOE 3 차시 인공지능 (AI) 과 TIC TAC TOE

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39 3 차시 교수 학습 과정안 학습주제 학습목표 인공지능(AI) 과 TIC TAC TOE 차시 3/3 TIC TAC TOE 과정에서사람의방법과인공지능(AI) 의방법을비교할수있다. 게임트리를통해인공지능의과정을말하기상황에맞게표현할수있다. 상황제시 TIC TAC TOE 게임을통해수업에몰입하기 융합준거 창의적설계 감성적체험 게임트리를이용해서 TIC TAC TOE 문제해결하기 알고리즘이해하고시각적으로나타내기 트리를이용한문제해결내용을발표하기 교수학습자료 인터넷이가능한상황, 학습동영상, 학생용활동지, 노트북, 펜, Tic Tac Toe 게임 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 도입 < 상황제시> 게임의방법을알고학생들끼리게임을해본다. 게임에서승리하기위한전략에대해서친구들과토의한다. 10 상황제시를통하여학생들이 수업에 몰입할 수있게해야할 뿐만아니라수 업전체에 걸쳐 학생들이인공지 능에대한문제 를 내면화시킬 수있도록한다. ( 출처) &sa=x&ved=0ahukewizq4i_kbnxahxefbwkhvj6cpiq_auicigb&biw=2133& bih=1098 전개 교사활동 : 게임트리(Game Tree) 에대해알아보자. - 각각의노드가게임의한상태( 말들의위치) 를의미하며, 각노드의자 식노드들은한수이후에도달할수있는다음위치들을의미하는특 별한트리이다. 5 알고리즘에대해너무심화하여수 업하지않는다. TIC TAC TOC 35

40 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 < 창의적설계> 교사활동 : 게임트리에서 Minimax 알고리즘에대해이해한다. 교사활동 : Minimax 알고리즘의구체적인예시 -상대에대한최솟값을찾음으로써플레이어자신에대한최댓값을얻는게임트리검색방법을미니맥스알고리즘이라한다. 알고리즘에대해너무어렵지않도록쉽게설명한다. 10 알고리즘을소개 하는정도에서수 업한다. 교사활동 : Minimax algorithm 에대해알아봅시다. 10 교사활동 : Minimax algorithm와 Alpha-beta pruning 에대해알아봅시다. AB(n; α, β) If n at depth bound, return AB(n) = static evaluation of n. Otherwise, let n_1,, n_k,, n_b be the successors of n (in order), set k <- 1 and, if n is a MAX node, go to step 2; else go to step 5. Set α <- max[ α, AB(n_k; α, β)]. If α β, return β; else continue. If k = b, return step 2. Set β <- min[ β, AB(n_k; α, β)]. If α β, return α; else continue. If k = b, return step 5. α; else proceed to n_(k+1), k <- k+1 and go to β; else proceed to n_(k+1), k <- k+1 and go to 10 출처 : Nils J. Nilsson, <Artificial Intelligence : A New Synthesis>, Morgan Kaufmann, 1998, pp 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

41 학습 단계 교수 학습활동시간( 분) 자료및유의점 교사활동 : 여러분이처음에생각한 [Tic Tac Toe] 문제의해결방안과트 리구조를이용한해결방안의차이점은무엇인지서술해보세 요. 그리고인공지능과트리구조의관계를생각해봅시다 정리 교사활동 : 게임에서의인공지능(AI) 이용사례를정리해봅시다. 교사활동: 게임트리에대해정리해보죠. - 게임의승리전략에대한정리한다. - 인공지능(AI) 의이용되는사례를발표한다. 실생활에이용되어우리의삶을향상시키는인공지능(AI) 의다양한 예를많이찾을수있도록독려한다. 5 < 감성적체험> - 학생들의발표내용을정리하면서수업을정리한다. TIC TAC TOC 37

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43 학생용활동지 3 차시: 인공지능(AI) 과 TIC TAC TOE 이 활동을 하면 게임트리의정의를알수있다. 인공지능(AI) 의탐색방법인 min-max 알고리즘을이해할수있다. min-max 알고리즘을확장한 Alpha-beta pruning 방법을이해하고자신만의알고리즘을개발할수있다. 무엇이 필요할까 학생용활동지 어떻게 할까 생각 열기 친구들과함께 Tic Tac Toe 게임을해봅시다. [Tic Tac Toe] [ 게임방식] 게임에참여하는플레이어는 2 명이다. 양플레이어는서로번갈아가면서가로 자리가빈곳에만점유할수있다. [ 승리조건] * 세로 3 칸씩으로구성된표에서로자리를점유한다. 플레이어가점한 3자리가 1 자로되었을경우그플레이어가승리한다. 테이블이꽉찰때까지결판이나지않으면경기는무승부로한다. ( 출처) _kbnxahxefbwkhvj6cpiq_auicigb&biw=2133&bih=1098 TIC TAC TOC 39

44 Q. 게임에서승리하기위한자신만의전략을적어봅시다. 먼저시작하는경우한가운데를점유해야한다. 나중에시작하는경우, 상대편이한가운데를점유하면대각선방향의맨귀퉁이를점유해야한다. 생각 키우기 게임트리(Game Tree) 에대해조사하고발표해봅시다. 체스나장기등두플레이어가번갈아서수를쓰는게임들은주로게임트리라는개념을사용한 다. 게임트리는각각의노드가게임의한상태( 말들의위치) 를의미하며, 각노드의자식노드들은 한수이후에도달할수있는다음위치들을의미하는특별한트리이다. 그러한게임의컴퓨터 플레이어는게임트리를이용해서다음수순을미리예측하고가장유리한수를찾는다. 복잡한 게임의경우에는가능한수순의경우의수가매우크기때문에게임트리를적절한( 컴퓨터의속도 와용량을고려해서) 크기로제한하기위해서는일정수준이후의수들의가치를추측할수있어 야하며, 그러자면적절하고유효한평가함수가필요하다 게임트리검색에깔린가정은, 한플레이어에게유리한수는상대플레이어에게불리한수라는 것이다. 즉나는보드의평가를내쪽으로최대화하는방향으로, 그리고상대쪽으로최소화하는 방향으로플레이를하는것이다. 이와같은 ' 나의이득은상대의손실' 형태의게임을제로섬게 임이라고부른다. ( 출처) 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

45 Min-Max 알고리즘(Minimax Algorithm) 에대해알아봅시다. 위의게임트리에서, 한수준깊이검색을한다면한플레이어는최상의결과( 보드평가함수에 의해정의된) 를낼수있는보드위치로말을움직이면된다. 두수준깊이검색에서, 플레이어1 은플레이어2 가위에서말한방식대로한수준깊이검색을수행할것이라고가정할수있다. 따 라서플레이어 1은다음턴에서플레이어2 가최고의결과를얻지못하게하는수( 이는또한플레 이어1 에게최고의수가된다) 를두게된다. 이런방식으로시간과용량이허용하는한도내에서 계속깊이들어간다. 이러한방법으로상대에대한최솟값을찾음으로써플레이어자신에대한 최댓값을얻는게임트리검색방법을미니맥스알고리즘이라한다. 이게임은두사람이진행합니다. 게임은 Tree의한 vertex에서게임플레이어가가야할길을 정합니다. Tree이기에 root인 A 에서출발합니다. 선택은서로돌아가면서동등하게진행합니다. 게임의목표는처음에시작하는사람이가장큰숫자를가져가는것입니다. 따라서처음에시작하 는사람은고를수있는숫자중가장큰숫자를고를것이고, 다른사람은고를수있는숫자중 가장작은것을고를것입니다. 두사람모두똑똑하여잘못선택하는경우가없다고할때처음시작하는사람이가장큰숫자 를얻기위해서는어떤길을선택해야하는가가이게임의문제라고이해하고있습니다. 그럼처음에시작하는사람이당신이라고할때과연얼마의점수( 숫자) 를얻을수있을까요? 그것 을알아보고자 tree 를탐색합니다. 일단간단한알고리즘은밑에서하나씩올라오는것입니다. 예를들어정점 D의경우상대방이 선택하는곳이기에가장작은값을선택합니다. 밑의정점인 E와 F에서값이올라오는값은각각 10과 12 입니다. 따라서 D의값은작은값인 10 을선택합니다. 마찬가지로정점 G에서는 14와 11 중작은값인 11 을선택합니다. 다음으로정점 C 에서는당신이선택하기에가장큰값을선택합니다. 밑에서올라오는값인 10과 11 중큰값이 11 이기에이것을선택합니다. 이런식으로차츰차츰올라와서정점 A에서가야할 길을선택합니다. 하지만문제가있습니다. 이방법은모든정점을방문해야한다는문제가있는것입니다. 위의 문제에서는그수가많지않아충분히할만하지만, 만약 tree 의높이(height) 가 100, 1000 혹은그 이상이라면정점의개수가얼마나될까요? 이진나무(Binary Tree) 의경우높이가 k일때정점의개 수는 2^(k+1) 1 이되니그수가매우많습니다. TIC TAC TOC 41

46 Minimax algorithm와 Alpha-beta pruning 에대해알아봅시다. ( 출처) AB(n; α, β) If n at depth bound, return AB(n) = static evaluation of n. Otherwise, let n_1,, n_k,, n_b be the successors of n (in order), set k <- 1 and, if n is a MAX node, go to step 2; else go to step 5. Set α <- max[ α, AB(n_k; α, β)]. If α β, return β; else continue. If k = b, return α; else proceed to n_(k+1), k <- k+1 and go to step 2. Set β <- min[ β, AB(n_k; α, β)]. If α β, return α; else continue. If k = b, return β; else proceed to n_(k+1), k <- k+1 and go to step 5. Nils J. Nilsson, <Artificial Intelligence : A New Synthesis>, Morgan Kaufmann, 1998, pp. 205 자신의밑에서하나를받아그범위에들어가는지비교합니다. 만약들어간다면그범위를수정 한후다른것도확인해야하지만, 만약범위에들어가지않는다면그것을위로올려도선택이되지 않는다는뜻이니버립니다. 처음에 AB(A; -, ) 으로시작합니다. 여기서 s는 Tree의 root 입니다. 처음에는모든수를받아들 일수있습니다. 만약정점 n 이잎(leaf) 라면그자체의값을반환합니다. 아니라면그것의자식(child) 을각각 n_1,, n_k,, n_b 으로설정합니다. 그리고 k를 1 로설정합니다. 만약정점 n이 MAX node 즉, 당신차례라면 step 2 로가세요. 그렇지않다면( 즉, 상대방차례라면) step 5 로가세요. 기 존의 α 와 AB(n_k; α, β) 를비교하여큰값(max) 을 α에대입합니다. 즉, 자식의것을하나가져와서 기존의 α와비교하여큰값을 α에대입합니다. 만약 α β라면 β를반환합니다. 아니면 step 4로 갑니다. 즉, α β는범위가잘못된것이니 α는필요가없습니다. 그리고그뒤로도필요가없으니 β를반환합니다. 만약문제가없다면다음 step인 step 4 로갑니다. 모든자식을살펴보면(k = b) 를반환합니다. 그렇지않다면다음자식을살펴보기위해 k를증가시킨후 step 2 로갑니다. 기존 의 β 와 AB(n_k; α, β) 를비교하여작은값(min) 을 β에대입합니다. 즉, 자식의것을하나가져와서 α 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

47 기존의 β와비교하여작은값을 β에대입합니다. 만약 α β라면 α를반환합니다. 아니면 step 6으 로갑니다. 즉, α β는범위가잘못된것이니 β는필요가없습니다. 그리고그뒤로도필요가없으 니 α를반환합니다. 만약문제가없다면다음 step인 step 6 으로갑니다. 모든자식을살펴보면(k = b) β를반환합니다. 그렇지않다면다음자식을살펴보기위해 k를증가시킨후 step 5 로갑니다. ( 출처) 생각 펼치기 아래와같은 [Tic Tac Toe] 게임에서의탐색트리를그려보자. TIC TAC TOC 43

48 ( 출처) 삼목게임을위해개선된몬테카를로트리탐색알고리즘 83p 생각 다지기 여러분이처음에생각한 [Tic Tac Toe] 문제의해결방안과트리구조를이용한해결방안 의차이점은무엇인지서술해보세요. 그리고인공지능(AI) 과트리구조의관계를생각해 봅시다. 인공지능은문제를해결하기위한다양한알고리즘을가지고있다. 그중가장대표적인것이트리 구조이다. 이는시각적으로가장빨리해결책을보여준다. 특히, 몬테카를로트리탐색의방법은 매우효율적이다. 인간과의가장큰차이점은인간은어느특정한순간에가능한모든경우를검 색하지는않는다. 하지만트리구조는이과정이명백히드러난다. 따라서승리할확률이높아지는 것이다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

49 참 고 자 료 Minimax 알고리즘 위로향하는삼각형노드는자신의수이고, 아래로향하는삼각형노드는상대의수이다. 그리고각각 의숫자는자신을기준으로했을때의평가값수치이다. 그림처럼두단계깊이까지만탐색을수행한다 면, 먼저제일밑의노드들에서각각평가값들을계산한다. 그위노드에서상대방은밑의노드들중에 서평가값이가장작은수를선택하게된다( 자신을기준으로계산한평가값이기때문에상대방에게는 가장작은평가값이가장좋은수가되기때문이다). 그리고다시제일위의노드에서는밑의세개의 노드중에서평가값이가장큰수를선택하게되는데, 그래야만상대가선택하는수가가장좋지않은 수가되고그것이또한자신에게가장좋은수가되기때문이다. ( 출처 ) 탐색의수를줄이기위한알파베타가지치기 (Alpha-Beta Pruning) Newell, Simon, Shaw는 1958 년알파베타가지치기라는개념을만들어냈다. 이개념은어떠한경우 게임트리의특정한가지는더이상탐색해나갈필요가없다는점에기반한것이다. [ 그림3] 에서왼쪽노드들을탐색하고나면현재까지 MIN의최솟값이 3 이라는것을알수있다. 그리 고가운데노드들을탐색했을때첫노드의평가치가 2 라면, 이는현재까지의최솟값인 3보다작기때 문에상대방은항상이노드를선택하게될것이다. 그러므로자신은절대이노드쪽으로수를두면안 되기때문에가운데노드쪽으로는선택하지않게될것이다. 그러므로더이상가운데노드의자식들 을탐색을수행할필요가없다. ( 출처 ) TIC TAC TOC 45

50 이를좀더일반화시킨다면, ' 상대가현재위치이후의어떤지점에서더유리한결과를얻을수있다 면, 현재위치를만드는수는나에게무조건불리하므로더이상고려할필요가없다' 는뜻이된다. 즉 나에게불리한수가만들어지는지점부터는트리의 ' 가지를쳐도(pruning)' 되는것이다. 어떤노드에서가지를쳐도될것인가를구체적으로판단하려면, 게임트리검색의매순간마다현재 까지의탐색에서나에게가장유리한수의최댓값과상대에게가장유리한최댓값을기억하고있어야 한다. 현재의검색에서상대의현재최댓값이나의현재최댓값보다크다면그부분이하는더이상고 려할필요가없다. 이때나의현재최댓값을알파, 상대의현재최댓값을베타라고부른다 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 교사용]

51 연 구 진 < 연구책임자> 함남우( 인천대학교수학과교수) < 연구자문진> 김주아( 한국교육개발원영재교육센터소장) 강병직( 청주교육대학교교수) 심현보( 인천과학예술영재학교교감) < 연구집필진> 김우태( 인천과학예술영재학교교사), 윤덕한( 인천과학예술영재학교교사) 황선미( 인천과학예술영재학교교사), 김완일( 인천과학예술영재학교교사) 김진영( 인천과학예술영재학교교사), 원기재( 인천과학예술영재학교교사) 조대기( 인천과학예술영재학교교사), 허석( 인천과학예술영재학교교사) 조우영( 석남중학교교사), 황영미( 인천효성중학교교사) 2017 융합인재교육프로그램고등학교수업대체용 [ 교사용] TIC TAC TOC 발행일 : 발행처 인쇄처 : 한국과학창의재단, 인천대학교 : 네오다큐( )

52 2017 융합인재교육프로그램 [ 교사용 ] 인공지능 (AI) 과빅데이터, 그리고우리의삶 TIC TAC TOC