Identifying Functions and Behaviours of Social Robots during Learning Activities: Teachers' Perspective

📝 Abstract

With advances in artificial intelligence, research is increasingly exploring the potential functions that social robots can play in education. As teachers are a critical stakeholder in the use and application of educational technologies, we conducted a study to understand teachers’ perspectives on how a social robot could support a variety of learning activities in the classroom. Through interviews, robot puppeteering, and group brainstorming sessions with five elementary and middle school teachers from a local school in Canada, we take a socio-technical perspective to conceptualize possible robot functions and behaviours, and the effects they may have on the current way learning activities are designed, planned, and executed. Overall, the teachers responded positively to the idea of introducing a social robot as a technological tool for learning activities, envisioning differences in usage for teacher-robot and student-robot interactions. Further, Engeström’s Activity System Model – a framework for analyzing human needs, tasks, and outcomes – illustrated a number of tensions associated with learning activities in the classroom. We discuss the fine-grained robot functions and behaviours conceived by teachers, and how they address the current tensions – providing suggestions for improving the design of social robots for learning activities.

💡 Analysis

With advances in artificial intelligence, research is increasingly exploring the potential functions that social robots can play in education. As teachers are a critical stakeholder in the use and application of educational technologies, we conducted a study to understand teachers’ perspectives on how a social robot could support a variety of learning activities in the classroom. Through interviews, robot puppeteering, and group brainstorming sessions with five elementary and middle school teachers from a local school in Canada, we take a socio-technical perspective to conceptualize possible robot functions and behaviours, and the effects they may have on the current way learning activities are designed, planned, and executed. Overall, the teachers responded positively to the idea of introducing a social robot as a technological tool for learning activities, envisioning differences in usage for teacher-robot and student-robot interactions. Further, Engeström’s Activity System Model – a framework for analyzing human needs, tasks, and outcomes – illustrated a number of tensions associated with learning activities in the classroom. We discuss the fine-grained robot functions and behaviours conceived by teachers, and how they address the current tensions – providing suggestions for improving the design of social robots for learning activities.

📄 Content

인공지능 기술이 급속히 발전함에 따라, 연구자들은 사회적 로봇이 교육 현장에서 수행할 수 있는 다양한 잠재적 역할과 기능을 점점 더 깊이 탐구하고 있다. 특히 교육 기술의 도입과 활용 과정에서 교사는 가장 중요한 이해관계자이자 현장의 핵심 주체로 인식되고 있기 때문에, 교사의 관점과 요구를 정확히 파악하는 것이 사회적 로봇을 효과적으로 설계하고 적용하는 데 필수적이다. 이러한 배경에서 우리는 “사회적 로봇이 교실 안에서 다양한 학습 활동을 어떻게 지원할 수 있을까?”라는 질문을 중심으로 교사의 시각을 이해하고자 일련의 연구를 수행하였다.

연구 대상은 캐나다에 위치한 한 지역 초·중등 학교의 교사 다섯 명(초등학교 교사 3명, 중학교 교사 2명)이며, 이들을 대상으로 세 가지 방법을 병행하였다. 첫 번째는 반구조화된 심층 인터뷰를 통해 교사들이 현재 겪고 있는 교육적 과제와 로봇 도입에 대한 기대·우려를 자유롭게 서술하도록 유도하였다. 두 번째는 로봇 퍼페트리(robot puppeteering) 실험으로, 연구팀이 직접 로봇을 조작하면서 교사들이 로봇의 움직임, 음성, 제스처 등에 어떻게 반응하는지를 실시간으로 관찰하고, 교사들이 제시한 구체적인 사용 시나리오를 현장에서 즉시 시뮬레이션해 보았다. 세 번째는 소규모 그룹 브레인스토밍 세션으로, 다섯 명의 교사가 한데 모여 로봇이 수행할 수 있는 구체적인 기능, 행동 양식, 그리고 학습 활동과의 연계 방안을 자유롭게 아이디어 회합하는 시간을 가졌다. 이 과정에서 교사들은 서로의 의견을 보완하고, 실제 수업 현장에서 적용 가능한 아이디어를 구체화하는 데 큰 도움을 받았다.

우리는 이러한 자료들을 사회‑기술적(socio‑technical) 관점에서 분석하였다. 즉, 로봇 자체의 기술적 특성(센서, 인공지능 알고리즘, 물리적 움직임 등)과 교사·학생·학습 환경이라는 사회적 맥락이 어떻게 상호작용하여 새로운 교육적 가치를 창출할 수 있는지를 탐색한 것이다. 분석 결과, 교사들은 로봇이 단순히 정보를 전달하는 도구를 넘어, 학습자와의 정서적 교감, 협동 학습 촉진, 실시간 피드백 제공, 그리고 교사의 수업 관리 부담을 경감시키는 다중 역할을 수행할 수 있기를 기대하고 있었다. 예를 들어, 로봇이 수업 초반에 학습 목표를 시각·음성으로 강조하고, 그룹 활동 중에는 각 조의 진행 상황을 모니터링하여 필요 시 적절한 힌트를 제공하며, 학습이 끝난 뒤에는 개별 학생에게 맞춤형 복습 문제를 제시하는 시나리오가 제안되었다.

전반적으로 교사들은 사회적 로봇을 “학습 활동을 위한 새로운 기술 도구”로 받아들이는 데 긍정적인 태도를 보였다. 다만 로봇과 교사 간, 로봇과 학생 간의 상호작용 방식에 대해서는 차별화된 활용 방안을 구체적으로 상상하였다. 교사‑로봇 상호작용에서는 로봇이 교사의 보조 교사 역할을 수행하면서 교사의 수업 설계·진행을 지원하고, 교사의 피드백을 실시간으로 기록·분석하여 사후 교육 자료로 활용하는 것이 강조되었다. 반면 학생‑로봇 상호작용에서는 로봇이 친근한 동료 혹은 학습 파트너로서 학생들의 호기심을 자극하고, 협동 과제에서 역할 분담을 조정하거나, 학습 동기를 높이는 게임‑기반 활동을 진행하는 것이 주요 기대 사항으로 나타났다.

또한 우리는 Engeström의 활동 시스템 모델(Activity System Model)을 적용하여 교실 내 학습 활동과 관련된 여러 긴장점(tension)을 체계적으로 도출하였다. 이 모델은 인간의 필요, 수행 과업, 도구·규칙·사회적 커뮤니티·분할된 작업 등 여섯 가지 구성 요소가 상호작용하면서 발생하는 모순을 분석하는 프레임워크이다. 모델 적용 결과, 다음과 같은 주요 긴장점이 확인되었다.

1. 목표와 실제 수행 간의 모순 – 교사는 학습 목표를 명확히 설정하지만, 수업 시간 제한과 학생들의 다양한 수준 때문에 목표 달성이 어려운 경우가 많다.
2. 도구와 규칙 간의 모순 – 기존 교육 기술(예: 스마트보드, 온라인 학습 플랫폼)은 사용법이 복잡하거나 교사의 수업 흐름에 방해가 되는 경우가 있다.
3. 주체와 커뮤니티 간의 모순 – 교사는 학교 행정·학부모·동료 교사와의 협업이 요구되지만, 각 이해관계자의 기대가 상이해 갈등이 발생한다.
4. 분할된 작업과 역량 간의 모순 – 교사는 수업 설계·평가·학생 관리 등 다중 역할을 수행해야 하는데, 각 역할에 필요한 전문성이 충분히 지원되지 않는다.

교사들이 제시한 세밀한 로봇 기능과 행동은 바로 이러한 긴장점을 해소하는 방향으로 설계되었다. 예를 들어, 로봇이 실시간으로 학습 목표와 현재 진행 상황을 시각화하여 교사와 학생 모두가 목표 달성 정도를 한눈에 파악하도록 함으로써 “목표‑실제 수행” 모순을 완화한다. 또 로봇이 직관적인 터치·음성 인터페이스를 제공하고, 교사의 수업 흐름에 맞춰 자동으로 전환되는 모듈형 기능을 갖춤으로써 “도구‑규칙” 모순을 최소화한다. 더 나아가 로봇이 학부모와 교사 간의 커뮤니케이션 브릿지 역할을 수행해 학부모에게 학생의 학습 진행 상황을 정기적으로 보고하고, 교사는 이를 바탕으로 맞춤형 피드백을 제공함으로써 “주체‑커뮤니티” 모순을 완화한다. 마지막으로 로봇이 과제 분배와 진행 상황 모니터링을 자동화하여 교사의 업무 부담을 경감하고, 교사는 보다 창의적인 교수‑학습 설계에 집중할 수 있게 함으로써 “분할된 작업‑역량” 모순을 해소한다.

이러한 논의를 종합하면, 교사들이 구상한 로봇의 구체적 기능은 크게 네 가지 범주로 정리할 수 있다.

• 학습 목표 관리 및 시각화: 로봇이 수업 시작 시 목표를 제시하고, 진행 중에는 실시간 진행률을 그래프·아이콘 등으로 보여준다.
• 맞춤형 피드백 및 힌트 제공: 학생이 문제 해결에 어려움을 겪을 때 로봇이 상황에 맞는 힌트를 음성·제스처로 제공한다.
• 협동 학습 촉진: 그룹 활동 시 로봇이 역할을 할당하고, 팀 간 상호작용을 조정하며, 협력 정도를 평가한다.
• 교사 지원 도구: 수업 기록, 학생 참여도 분석, 학부모 보고서 자동 생성 등 교사의 행정·평가 업무를 보조한다.

마지막으로, 이러한 기능들을 실제 로봇 설계에 반영하기 위한 구체적인 제안을 몇 가지 제시한다. 첫째, 모듈형 하드웨어와 소프트웨어 구조를 채택하여 교사가 필요에 따라 기능을 추가·제거할 수 있게 한다. 둘째, 다중 감각 인터페이스(음성, 시각, 촉각)를 제공해 다양한 학습 상황에 유연하게 대응하도록 설계한다. 셋째, 데이터 프라이버시와 보안을 고려한 클라우드·온‑프레미스 혼합형 아키텍처를 도입해 학부모·학교·교사의 신뢰를 확보한다. 넷째, 교사와 학생의 사용 경험을 지속적으로 수집·분석하는 피드백 루프를 구축해 로봇 기능을 반복적으로 개선한다. 다섯째, 교육 정책·커리큘럼과의 정합성을 검증하기 위해 교육 전문가·심리학자·공학자를 포함한 다학제 팀이 공동으로 설계·평가 과정을 진행한다.

요약하면, 본 연구는 인공지능 기반 사회적 로봇이 교실 내 학습 활동을 지원하는 잠재적 역할을 교사의 관점에서 심층적으로 탐색했으며, Engeström의 활동 시스템 모델을 통해 드러난 교육 현장의 구조적·문화적 긴장점을 로봇 기능 설계에 직접 연결시켰다. 교사들이 제시한 세밀하고 실용적인 로봇 행동 양식은 현재 교육 기술이 직면한 여러 모순을 효과적으로 완화할 수 있는 방향을 제시한다. 따라서 향후 사회적 로봇을 학습 활동에 적용하고자 하는 연구·개발·정책 입안자는 본 연구에서 도출된 기능적 요구와 설계 원칙을 토대로, 교사와 학생 모두에게 실질적인 교육적 가치를 제공하는 로봇 시스템을 구축할 수 있을 것이다.