본 연구는 학습자의 학습과정과 학습내용, 평가내용을 분석하여 학습내용 중에 이해가 안된 부분이 있거나 문제가 있는 부분을 진단하고 이에 적절한 학습 조언을 제공함으로써 학습의 효과를 높일 수 있도록 하는 적응형 교수 시스템을 제안한다. 학습자의 학습내용 중 한 개념에 대한 학습은 다른 개념의 학습에 영향을 미치며, 한 개념을 학습하기 위해서는 그 개념에 대한 선행개념을 충분히 이해하고 있어야 된다는 점을 고려하여 학습내용을 구성시 컨셉맵을 기반으로 학습개념간의 관련성을 표현하고 있다. 이러한 컨셉맵을 통해 한 개념을 학습하기 전 요구되는 선행개념에 대한 학습 정도를 파악하여 이에 따른 적합한 학습내용을 제공하고, 평가문항과 학습개념과의 관련도를 이용하여 학습자의 학습내용 중 문제 있는 부분을 진단하여 적절한 조언을 제공한다.
본 연구는 학습자의 학습과정과 학습내용, 평가내용을 분석하여 학습내용 중에 이해가 안된 부분이 있거나 문제가 있는 부분을 진단하고 이에 적절한 학습 조언을 제공함으로써 학습의 효과를 높일 수 있도록 하는 적응형 교수 시스템을 제안한다. 학습자의 학습내용 중 한 개념에 대한 학습은 다른 개념의 학습에 영향을 미치며, 한 개념을 학습하기 위해서는 그 개념에 대한 선행개념을 충분히 이해하고 있어야 된다는 점을 고려하여 학습내용을 구성시 컨셉맵을 기반으로 학습개념간의 관련성을 표현하고 있다. 이러한 컨셉맵을 통해 한 개념을 학습하기 전 요구되는 선행개념에 대한 학습 정도를 파악하여 이에 따른 적합한 학습내용을 제공하고, 평가문항과 학습개념과의 관련도를 이용하여 학습자의 학습내용 중 문제 있는 부분을 진단하여 적절한 조언을 제공한다.
In this paper, we propose an adaptive tutoring system, which analyzes learning process, subject materials, and test items of students, diagnoses learning problems of them, and then gives proper advice accordingly. In the system, learning materials are constructed using concept map, on which the rela...
In this paper, we propose an adaptive tutoring system, which analyzes learning process, subject materials, and test items of students, diagnoses learning problems of them, and then gives proper advice accordingly. In the system, learning materials are constructed using concept map, on which the relationships among learning concepts are represented. Concept map can be used for several purposes in instruction process. Our work considers that new learning knowledge is dependent on what is already known. That is, it means that precedent concepts should be thoroughly learned for students to comprehend new concepts. After grasping the learning state of students for precedent concepts to be required before learning new concepts, our system provides proper learning materials for want of them, diagnoses the concepts which students have trouble to understand in the learning process, and provides suggestions for it.
In this paper, we propose an adaptive tutoring system, which analyzes learning process, subject materials, and test items of students, diagnoses learning problems of them, and then gives proper advice accordingly. In the system, learning materials are constructed using concept map, on which the relationships among learning concepts are represented. Concept map can be used for several purposes in instruction process. Our work considers that new learning knowledge is dependent on what is already known. That is, it means that precedent concepts should be thoroughly learned for students to comprehend new concepts. After grasping the learning state of students for precedent concepts to be required before learning new concepts, our system provides proper learning materials for want of them, diagnoses the concepts which students have trouble to understand in the learning process, and provides suggestions for it.
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문제 정의
본 연구는 선행연구로서 개발된 적응형 교수 시스템의 학습과정에서 학습자의 학습특성과 학습 내용, 평가내용들을 분석하여 학습자에 대한 학습 상태를 진단하고 이에 따라 적절한 조언을 제공함으로써 좀더 효과적인 학습이 이루어질 수 있도록 하는 진단 기법을 제안한다. 이 진단 기법은 컨셉맵(Concept Map) 개념에 기반하여 설계되었다.
이 경우, 학습내용 중 한 개념에 대한 학습은 다른 개념의 학습에 영향을 미치며, 한 개념을 학습하기 위해서는 그 개념에 대한 선행 개념을 충분히 이해하고 있어야 한다는 Ausubel의 이론[13]에 기초하여 학습자의 학습상태를 파악하고자 한다. 이러한 컨셉맵을 통해 한 개념을 학습하기 전 요구되는 선행 개념에 대한 학습정도를 파악하여 적절한 학습 내용을 제공할 수 있고, 평가문항과 학습개념과의 관련도를 이용하여 학습자의 학습내용 중 문제 있는 부분을 진단하여 이에 적절한 조언을 제공할 수 있도록 한다. 특히, 본 연구에서는 학습에 대한 진단을 좀더 효과적으로 제안하기 위해 평가문항에 대한 특성을 반영할 수 있도록 문항의 난이도를 고려하고 있으며, 각 개념에 대한 학습자의 학습 횟수와 같은 학습특성을 반영하고 있다.
이 절에서는 본 연구의 선행연구로서 개발된 퍼지기반 적응형 교수 시스템[3]의 특징들에 대해 기술한다.
또한, 반복 학습요구 프레임 리스트 중에서 가장 학습이 취약한 프레임을 추정하여 그와 관련된 경로를 중요 학습요구 경로로 학습자에게 제시해준다. 이는 학습자에게 반복학습이 가장 필요한 부분을 강조해 줌으로써 학습을 도울 수 있도록 하기 위함이다.
본 논문은 적응형 교수 시스템에서 학습자의 학습상태를 진단하여, 이에 적절한 조언을 지원하기 위해 컨셉맵에 기반한 방법을 제안하였다. 한 학습자가 어떤 문항에 대해 틀렸다면 단순히 그 문항과 관련된 개념만을 보여주기보다는 학습자의 학습상태를 정확히 분석하여 이해가 부족한 개념 들을 선행지식과 관련하여 체계적으로 제시해 주기 위해 컨셉맵을 이용하고 있다.
특히, 본 연구에서는 학습에 대한 진단을 좀더 효과적으로 제안하기 위해 평가문항에 대한 특성을 반영할 수 있도록 난이도와 학습개념에 해당하는 내용과의 관련성을 적용하고 있으며, 각 개념에 대한 학습자의 학습 횟수와 같은 학습특성을 반영하고 있다. 또한 학습 분석 후, 제시되는 반복 학습요구 경로 중 가장 중요한 부분을 추론하여 제공함으로서 학습에 좀더 도움이 될 수 있도록 하였다.
제안 방법
그러나, 본 연구에서는 학습자들의 학습과정에 대한 세부적인 진단 및 분석을 지원하고 있으며, 이를 위해 컨셉맵을 이용하고 있다. 즉, 컨셉맵에서 보여지는 개념들의 관계 및 선수 개념들과의 연관성을 통해 학습과정에서 학습자들의 개념들에 대한 이해 상태를 파악하고 오류에 대한 근본적인 원인 분석을 하여 그에 적절한 조언을 함으로써 보다 효과적인 학습이 이루어질 수 있도록 한다.
퍼지기반 적응형 시스템에서 학습자는 학습의 첫 단원 시작 시 학습자나 교사가 지정한 수준의 학습을 수행하며, 학습이 종료된 후에는 퍼지 평가에 의한 수준 평가가 수행된다. 학습자 수준에 적합한 학습내용을 제공하기 위해, 학습 목표의 중요도, 학습목표와 학습내용과의 관련도, 각 학습 내용의 난이도를 부여하고 각 항목별 수준 집합을 소속성 함수에 의해 퍼지 집합으로 구성한다. 수준별 학습내용을 구성하는 경우, 각 수준별 학습 내용의 경계가 명확하지 않고 이를 구분하는데 애매한 특징이 있기 때문에, 퍼지 집합의 소속성 함수를 이용하여 좀더 자연스럽고 융통성 있게 수준별 학습 내용을 구성하고 있다.
본 연구에서 제안하고 있는 적응형 교수 시스템은 학습내용 지식을 2차원 구조로 표현하고 있다. 수평적 구조는 수준별 학습을 지원하기 위해 학습목표를 토대로 학습내용을 구성하고 있으며, 수직적 구조는 학습분석을 통한 조언을 지원하기 위한 것으로 컨셉맵에 기반하여 학습내용을 구성하고 있다.
학습분석 과정에서는 평가결과를 토대로 학습자의 학습상태를 분석하여 이해가 부족한 부분을 추론하고 반복학습이 필요한 부분을 제시한다. 먼저, 이를 위해 틀린 문항들과 관련된 프레임들의 집합을 구한 후, 이 집합들의 합집합을 구한다.
학습자료 구성 모듈은 학습내용을 컨셉맵에 기반하여 구성하고 학습개념과 평가문항과의 관련도를 정의하는 모듈이다. 학습분석 및 추론 모듈은 본 논문에서 제안하고있는 것과 같이 학습자의 평가결과를 분석하여 학습자의 이해가 부족한 학습내용을 추론한 후 컨셉맵기반 그래프를 토대로 학습요구 경로를 학습자에게 제공해준다.
특히, 본 연구에서는 학습에 대한 진단을 좀더 효과적으로 제안하기 위해 평가문항에 대한 특성을 반영할 수 있도록 난이도와 학습개념에 해당하는 내용과의 관련성을 적용하고 있으며, 각 개념에 대한 학습자의 학습 횟수와 같은 학습특성을 반영하고 있다. 또한 학습 분석 후, 제시되는 반복 학습요구 경로 중 가장 중요한 부분을 추론하여 제공함으로서 학습에 좀더 도움이 될 수 있도록 하였다.
수준별 학습 내용의 제공을 위해 각 절의 학습목표의 중요도인 LT_Ideg(A degree of importance for learning target), 학습목표와 프레임들간의 관련도인 LT_F_Rdeg(A degree of relation between learning target and frame), 학습목표와 평가문제들 간의 관련도인 LT_Q_Rdeg(A degree of relation between learning target and question)이 정의되었다. 또한, 프레임의 난이도인 F_Ddeg(A degree of difficulty for frame), 평가 항목의 난이도인 Q_Ddeg(A degree of difficulty for question)가 정의되었으며 이들 각각의 중요도, 관련도, 난이도들은 코스 웨어 구성자에 의해 [0, 1] 사이의 값으로 부여된다.
대상 데이터
본 연구의 실험 분석을 위해 중학교 2학년 수학의 “다항식의 연산”부분에 대해 5명의 전문 선생님들의 조언과 도움을 받아 컨셉맵과 코스웨어를 구성하여 실험을 수행하였다.
이론/모형
본 연구는 선행연구로서 개발된 적응형 교수 시스템의 학습과정에서 학습자의 학습특성과 학습 내용, 평가내용들을 분석하여 학습자에 대한 학습 상태를 진단하고 이에 따라 적절한 조언을 제공함으로써 좀더 효과적인 학습이 이루어질 수 있도록 하는 진단 기법을 제안한다. 이 진단 기법은 컨셉맵(Concept Map) 개념에 기반하여 설계되었다.
성능/효과
이러한 분석 결과를 볼 때 본 시스템을 긍정적 으로 평가하고 있음을 알 수 있다.
실험 분석을 위해 11명의 교사와 64명의 학생들을 대상으로 본 시스템에 대한 설문 조사를 한 결과, 먼저, 교사를 대상으로 “본 시스템은 교수학습과정에 유용하게 이용될 수 있는가?”라는 질문에 대한 분석 결과는 응답자의 54.5%가 유용하게 이용될 수 있다고 답하였고, 36.4%는 보통으로, 9.1%는 그렇지 못하다고 답하였다.
후속연구
향후 연구로서 본 연구에서 제안하고 있는 컨셉맵을 기반으로 한 학습 진단 및 조언 기법을 SCORM을 기반으로 한 학습 환경으로 확장시키는 것도 의미 있으리라 사료된다.
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