STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 2022 인공지능 프로그래밍 전남대학교 과학영재교육원 2022년 STEM+I 생각교실 운영 사업 교육 프로그램 프로그램 개요 기관명 전남대학교 과학영재교육원 프로그램명 구분 (신규/수정보 완) 신규 인공지능 프로그래밍 주요 적용 학년 중1 개발차시 5차시 주요 과목 정보 주요 단원 Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 4.프로그래밍 관련 과목 정보 관련 단원 Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 4.프로그래밍 STEM+I S,T,E,M, 요소 I 적용 지역 보조 주 개발자명 개발자 · 피지컬 컴퓨팅 시스템의 이해 주요 수업 개요 · 인공지능의 원리와 개념 이해 및 응용 프로그래밍 활동 · 데이터 수집, 분류에 따른 챗봇 원리 이해 · 이미지 수집, 분류에 따른 마스크 착용 판별 유무 앱 이해하기 · 사물인식 영어 번역기 인공지능 앱 이해하기 차시별 주요내용 (키워드 위주) 1차시 채팅+로봇, 챗봇 인공지능 앱 만들기 2차시 이미지 분류를 통한 사물인식 영어 번역기 인공지능 앱 만들기 3차시 COVID19 OUT! 마스크 착용 판별 인공지능 앱 만들기 4차시 Open API 활용 인공지능 앱 만들기Ⅰ 5차시 Open API 활용 인공지능 앱 만들기Ⅱ 2. 교사용 지도안 단원 학습 목표 수업단계 Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 4. 프로그래밍 채팅+로봇, 챗봇 인공지능 앱 만들기Ⅳ 차시 1/5 1. 실생활 문제 해결을 위한 소프트웨어를 협력하여 설계·개발·비교·분석한다. 2. 인공지능의 개념과 원리를 이해하고 데이터베이스를 활용한 챗봇 프로그래밍을 할 수 있다. 3. 글자를 이용하여 학습시키고 음성인식 기능을 이용하여 DB를 활용한 컴퓨터와 대화를 통해 질문과 답변을 얻을 수 있다. 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 우리 주변의 인공지능 사례를 찾아보고 컴퓨터와 대화할 수 있는 챗팅 봇의 서비스를 분석한다. 도입 (10분) 유의사항 인공지능의 기본 개념과 원리를 다양한 분야에서의 적용 사례를 통해 이해할 수 있도록 한다. 자료 Tip 이전 차시에서 진행한 정보의 구조화 자료를 활용한다. 정보 교과서 2단원 자료와 정보 단원을 연계하여 지도한다. ◎ 프로젝트 살펴보기 ◾ 주제에 따른 다양한 질문과 답변을 입력하여 데이터를 저장하고 구 글 어시스턴트를 활용하여 음성으로 질문하면 데이터베이스에 있는 결 과 출력, 데이터베이스에 없는 질문일 경우 ‘결과가 없습니다’ 출력 ◎ [디자이너] 앱 화면 구성하기 ◾ 이미지_ 뷰어 배치, 속성 수정 ◾ 버튼 인터페이스 뷰어, 컴포넌트, 속성 수정 전개 (30분) ◾ Screen2 추가 ◾ [Screen2] 레이아웃_수평배치, 수직배치, 표배치 적용하기 ◾ [학습시키기] 질문과 답변 텍스트를 입력하기 위한 디자이너 화면 구성 ◾ [AI챗봇 질의 응답] 클라우드 DB, Tiny DB 저장소, 알림1 ◎ 프로그래밍 ◾ DB에 구조화된 정보의 질문과 답변 입력 ◾ DB에 없는 내용을 검색할 경우 ‘알림1 경고창_결과가 없습니다’ 실행 ◾ [버튼_음성인식] 음성인식을 호출, 구글 어시스턴트 실행 ◾ 음성인식 텍스트 호출_DB에서 질문의 결과값 찾기 ◾ 찾은 결과 값을 음성변환을 통해 한국어로 번역하기 ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ 글자를 이용하여 학습시키는 또 다른 사례를 제시함으로써 우리에 게 필요한 프로그램은 무엇인지 생각해보게 한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾ 인공지능 사물 인식 영어 번역기 앱 - 6 - 단원 Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 4. 프로그래밍Ⅳ 인공지능 사물 인식 영어 번역기 앱 차시 2/5 1. 실생활에서 사용되고 있는 모바일 센서를 설명할 수 있다. 학습 목표 2. 일상생활 속 인공지능 알고리즘을 탐색하고 평가한다. 3. 인공지능이 적용된 교육용 도구를 통해 기계가 학습하는 과정을 설명할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 사물을 자동으로 분류하는 IoT 스마트 팩토리 시스템을 살펴본다 ◾ 이미지를 분류하여 데이터를 처리하는 실생활 사례를 제시한다. 도입 (10분) 유의사항 우리 생활 속 인공지능 기술을 적용한 사례를 토대로 ‘1 단원_정보사회의 특성과 진로’ 단원과 연계하여 지도한다. 자료 Tip 1단원에서 준비한 ‘정보 사회 보고서’ 자료를 활용한다. 정보 교과서 1단원 정보 문화 단원을 연계하여 지도한다. ◎ 프로젝트 살펴보기 ◾ 카메라로 사물을 인식시키면 사물의 이름을 영어로 표기, 외국 어로 번역하는 앱 프로젝트 ◎ [디자이너] 앱 화면 구성하기 ◾ 이미지 분류 확장 컴포넌트 LookExtension 추가 ◾ LookExtension 컴포넌트 설명 및 개념 이해 ◾ 제목 레이블 배치_컴포넌트 및 속성 설정 ◾ 사용자 인터페이스_웹 뷰어 속성 설명 전개 (30분) ◾ 레이아웃_수평배치 적용하기 ◾ [사물인식], [음성 변환] 버튼 컴포넌트 및 속성 설정 ◾ [외국어 번역]을 위한 얀덱스 번역기 배치 ◾ 사용설명, 한글표기, 영어 표기 레이블 추가 ◎ 프로그래밍 ◾ [사물인식]버튼 클릭했을 때 촬영 중인 영상에서 사물을 인식에 따 른 이미지 분류 함수 호출 및 인식 완료된 결괏값 표기 실행 ◾ 전역변수 선언 및 초기값 설정 ◾ 얀덱스 번역 함수를 호출한 음성변환 및 번역 함수 만들기 ◾ 이미지 분류 함수 호출에 따른 결괏값 분석_리스트 개념 이해 ◾ 리스트 결과 분석을 통한 필요 데이터 분류 프로그래밍 ◎ 학습 내용 정리 ◾ 이미지 데이터 분류 처리하는 인공지능 프로그래밍의 다양한 사례 정리 를 제시함으로써 청각 장애인들을 위해 꼭 필요한 인공지능은 무엇 (5분) 인지 생각해보도록 한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾ 마스크 착용 판별 유무 확인하는 인공지능 앱 만들기 - 7 - 단원 Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 4. 프로그래밍Ⅳ 마스크 착용 판별 유무 확인하는 인공지능 앱 만들기 차시 3/5 1. 문제 해결을 위한 해법을 인공지능의 관점에서 설계하고 이를 소프트웨어로 구 학습 목표 현하는 프로그래밍 능력과 태도를 기른다. 2. 인공지능 기술을 활용하여 생산된 정보를 효율적으로 응용하는 방법을 배운다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 주변의 무인 점포, 무인 시스템의 사례를 통해 관련된 인공지능 알 고리즘을 생각해본다. ◾ 실생활 문제에 적합한 데이터를 획득하고 알고리즘을 적용하여 문 도입 (10분) 제 해결을 위한 모델 설계의 중요성을 인식한다. 유의사항 인공지능 기술의 가치와 영향력을 인식하고 로봇 및 인 공지능 윤리, 인공지능의 바른 활용을 실천할 수 있도록 지도한다. 자료 Tip 3단원 ‘추상화_문제의 핵심 요소 추출’ 내용 연계 구성 정보 교과서 3단원 ‘프로그래밍 응용‘을 연계하여 지도한다. ◎ 프로젝트 살펴보기 ◾ 얼굴을 인식시키면 마스크가 착용되었는지 확인하는 인공지능 앱 ◎ 확장기능 컴포넌트 추가 ◾ 확장기능(Personal Image Classifier) 컴포넌트 사용 방법 익히기 ◾ 이미지 분류하고 학습시키는 모델 생성 ◾ 웹캠과 이미지를 분류할 레이블, 학습 이미지 준비 ◾ 마스크 착용 label, 마스크 미착용 label 추가 및 업로드 ◾ 학습된 인공지능 모델 테스트, 다운로드 전개 (30분) ◎ [디자이너] 앱 화면 구성하기 ◾ 이미지 분류 확장 컴포넌트 ‘PersmonalImageClassifier.aix’ 추가 ◾ 학습된 모델 파일 업로드 ◾ 레이블, 웹 뷰어 배치 및 속성 설정 ◾ 레이아웃 수평배치, 버튼 설정 ◾ 마스크 미착용이 알림 메시지 전송 ◎ 프로그래밍 ◾ [마스크 판별] 버튼 클릭_이미지 분류 함수 호출 ◾ 인식 완료 후 결괏값 분석 ◾ 마스크 착용한 경우, 음성변환 메시지 알림 “마스크 착용, 통과” ◾ 마스크 미착용인 경우, 음성변환 메시지 알림 “마스크 착용해주세요” ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ 인공지능 모델의 필요에 따라 효과적으로 정보를 수집, 분석, 관리 할 수 있는 다른 사례를 생각해보도록 한다. ◎ 다음 차시 예고 ◾ Open API 서비스를 활용한 인공지능 앱 만들기Ⅰ - 8 - 단원 4. 프로그래밍Ⅳ Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 Open API 서비스를 활용한 인공지능 앱 만들기Ⅰ 차시 4/5 1. 실생활의 다양한 문제를 분석하고 융합적으로 해결하기 위한 인공지능 모델을 학습 목표 설계하고 프로그래밍 언어를 이용하여 구현한다. 2. API, Open API 서비스에 대한 개념을 이해할 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 음성으로 명령을 주어 처리해주는 인공지능 스피커, Iot 사례를 제 시함으로써 관련 알고리즘을 생각해보게 한다. 도입 (10분) 유의사항 OPEN API 서비스를 활용하기 위한 Key 발급받을 이메 일을 숙지하며, 발급까지 30분 정도 소요됨 자료 Tip 공공 인공지능 Open API·DATA 서비스 포털 사이트 설명 협력이 필요한 프로그래밍 활동이므로 짝 프로그래밍이 되도록 자리를 배치한다. ◎ 프로젝트 살펴보기 ◾ 질문을 하면 위키백과에서 검색된 결과를 제공해 주는 앱 ◎ Open API Key 발급 ◾ 1단계: 키 발급 신청, 이메일에 인증키 입력 ◾ 2단계: 정보 입력 및 관리자 승인받기 ◾ 3단계: API Key 확인하기(이메일로 확인 or Open API Key 발급 및 관리에서 확인) ◾ 4단계: Open API Key 사용하여 ETRI에서 제공하는 음성지능, 시 전개 (30분) 각 지능, 대화처리, 언어처리 등의 인공지능 기술들을 사용 가능함. ◎ [디자이너] 앱 화면 구성하기 ◾ 수직배치_텍스트박스, 버튼, 이미지 뷰어 배치 및 속성 설정 ◾ 수평배치_결과보기, 음성변환 버튼 뷰어 배치 및 속성 설정 ◾ 보이지 않는 컴포넌트: 웹, 음성인식, 음성변환 배치 ◎ 프로그래밍Ⅰ ◾ API Key 값을 저장할 변수 선언 및 초깃값 설정 ◾ API 요청 함수 정의하기: 위키백과 QA API를 사용하기 위해 질문 과 QA 타입 데이터를 HTTP 통신으로 ETRI Open API 서버에 전 달하기 위한 파라미터 작성 함수 정의 ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ Open API Key 발급 및 함수 정의 이해 ◎ 다음 차시 예고 ◾ Open API 서비스를 활용한 인공지능 앱 만들기Ⅱ - 9 - 단원 Ⅲ. 문제 해결과 프로그래밍 4. 프로그래밍Ⅳ Open API 서비스를 활용한 인공지능 앱 만들기Ⅱ 차시 5/5 1. 실생활 문제 해결을 위한 소프트웨어를 협력하여 설계·개발·비교·분석한다. 학습 목표 2. 언어처리 질의 응답 기술 API를 이용하여 자연어로 기술된 질문의 의미를 분석 하여 답을 제공해 주는 인공지능 앱을 만들 수 있다. 수업단계 학습과정 학습활동 및 내용 ◎ 학습 동기 유발 ◾ 영화 속 음성 및 텍스트 데이터 처리 인공지능 사례를 살펴본다. 도입 (10분) 유의사항 OPEN API 발급 Key 확인 및 4차시 프로젝트를 저장하 여 연계하여 완성할 수 있도록 한다. Tip 협력이 필요한 프로그래밍 활동이므로 짝 프로그래밍이 되도록 자리를 배치한다. ◎ 프로그래밍Ⅱ ◾ 질문 버튼_음성 인식 호출 ◾ 입력된 텍스트 박스 질문을 Text형식으로 변환 및 API 함수 호출 ◾ API 요청 함수 호출 및 답변을 결괏값 변수에 저장 전개 (30분) ◾ QA API는 JSON 포맷 기반의 입력 및 출력을 지원, 버튼 결과보기 클릭하면 전역변수 결괏값은 JSON 형식의 값 저장 ◾ JSON 텍스트 디코딩하기_리스트 형식으로 디코딩 후 질문에 대한 답이 저장되어 있는 특정 위치 추출 ◾ 레이블_결과보기에 추출한 답을 출력 ◾ 질문에 대한 답변이 [전역변수 응답받은_결괏값]에 저장 및 반환 ◾ 음성 변환 버튼을 사용하여 레이블_결과보기 내용 출력 ◎ 학습 내용 정리 정리 (5분) ◾ Open API Key 발급 및 함수 정의 이해 ◎ 다음 차시 예고 ◾ Open API 서비스를 활용한 인공지능 앱 만들기Ⅱ - 10 -