[논문 리뷰] Artificial Intelligence Technologies in Education: Benefits, Challenges and Strategies of Implementation

Mieczysław L. Owoc, Agnieszka Sawicka외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 11.

AI and Big Data Applications참고 문헌 60인용 수 188

한 줄 요약

이 논문은 사립 대학 3곳에서 사례 연구를 통해 검증된 인공지능(AI)을 고등교육 분야에 구현하기 위한 다섯 단계의 일반화된 전략을 제안한다. 주요 이점으로는 행정 업무 자동화와 개인화된 학습이 있으며, 데이터 기밀성 문제와 언어 복잡성 등의 과제를 다루며, 챗봇과 스마트 에이전트와 같은 AI 도구를 구현하기 위한 설정 가이드를 제공함으로써 교육적 효과성과 기관의 경쟁력을 향상시킨다.

ABSTRACT

Since the education sector is associated with highly dynamic business environments which are controlled and maintained by information systems, recent technological advancements and the increasing pace of adopting artificial intelligence (AI) technologies constitute a need to identify and analyze the issues regarding their implementation in education sector. However, a study of the contemporary literature reveled that relatively little research has been undertaken in this area. To fill this void, we have identified the benefits and challenges of implementing artificial intelligence in the education sector, preceded by a short discussion on the concepts of AI and its evolution over time. Moreover, we have also reviewed modern AI technologies for learners and educators, currently available on the software market, evaluating their usefulness. Last but not least, we have developed a strategy implementation model, described by a five-stage, generic process, along with the corresponding configuration guide. To verify and validate their design, we separately developed three implementation strategies for three different higher education organizations. We believe that the obtained results will contribute to better understanding the specificities of AI systems, services and tools, and afterwards pave a smooth way in their implementation.

연구 동기 및 목표

• 비공공 대학을 중심으로 고등교육기관(HEIs)에서 AI 기술을 도입하는 데서 나타나는 이점과 과제를 특정하고 분석하는 것.
• 챗봇, 스마트 에이전트, 기계 학습 도구와 같은 기존 AI 기술의 교육 및 행정 응용 분야에서의 유용성을 평가하는 것.
• 다양한 HEIs에 적용 가능한 일반화된 다섯 단계의 구현 전략을 개발하고, 이를 뒷받기기 위한 설정 가이드를 제공하는 것.
• 세 개의 비공공 대학에서의 사례 연구를 통해 전략의 실용성과 기관에 미치는 영향을 평가함으로써 전략을 검증하는 것.
• AI 통합을 통해 교육 품질, 행정 효율성, 이해관계자 참여도를 향상시켜 기관의 경쟁력을 강화하는 것.

제안 방법

• AI 교육 분야에 관한 기존 문헌을 질적 주제 분석을 통해 분석하여 주요 이점, 과제, 기술의 유용성에 중점을 둔다.
• 소프트웨어 시장에서 이용 가능한 최신 AI 기술을 식별하고 검토하며, 챗봇(예: ActiveChat, Respond.io), 스마트 에이전트, 기계 학습 시스템을 포함한다.
• 다섯 단계의 일반화된 구현 모델을 설계함: (1) 수요 평가, (2) 전략 수립, (3) 기술 선정, (4) 시범 구현, (5) 평가 및 확대.
• 다양한 기관 규모와 교육적 맥락에 맞게 모델을 조정할 수 있도록 관련 설정 가이드를 제작한다.
• 비공공 HEIs인 WSZI, WSB, UJW에서 질적이고 탐색적이며 묘사적인 설계를 통해 세 개의 사례 연구를 수행한다.
• 기관 이해관계자로부터 수집한 데이터를 분석하여 실제 환경에서의 과제, 기회, 구현 가능성 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비공공 고등교육기관에서 AI 기술을 도입할 때 나타나는 주요 이점과 과제는 무엇인가?
• RQ2 챗봇, 스마트 에이전트 등 기존 AI 기술 중에서 HEIs의 행정 및 교육 프로세스 향상에 가장 효과적인 것은 무엇인가?
• RQ3 다양한 고등교육기관에 적용 가능한 일반화된 다섯 단계 AI 구현 전략은 어떻게 구성되고 조정될 수 있는가?
• RQ4 학생 서비스 및 행정 워크플로우에 챗봇을 구현할 때의 핵심 성공 요인과 장애 요인은 무엇인가?
• RQ5 AI 통합이 비공공 대학에서 기관의 경쟁력, 학습 성과, 운영 효율성 향상에 어느 정도 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 고등교육 분야에서 AI를 도입하면 행정 업무 부담 감소, 학생 서비스의 빠른 응답 시간, 개인화된 학습 경험 향상 등의 상당한 이점이 있다.
• 챗봇은 일상적인 문의의 약 80%를 처리할 수 있으며, 이는 인간 직원의 부담 감소와 응답 효율성 향상에 기여한다.
• 주요 과제로는 데이터 기밀성 문제, 특히 폴란드어와 같은 언어의 복잡성, 기계 학습 모델을 위한 고품질 학습 데이터가 필요하다는 점이 있다.
• 다섯 단계의 구현 모델은 실제 환경에서 효과적이었으며, 세 사례 연구 모두 계획 수립 향상, 기술 선정의 명확성 향상, 이해관계자 간의 일치도 향상을 보고했다.
• 스마트 에이전트와 AI 기반 도구는 등록, 시험 일정 설정, 학생 커뮤니케이션 등의 행정 절차를 자동화하는 데 성공적으로 활용되어 프로세스를 간소화했다.
• 기관의 리더십과 직원의 준비 상태가 핵심 성공 요인이었으며, 설문 조사한 교사 99.4%가 향후 3년 내에 AI가 기관의 경쟁력에 중요한 역할을 할 것이라고 평가했다.