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문제 정의
- 학습자는 심리적으로 아는 문제만 풀고 어렵거나 이해하기 힘든 문제는 건너뛰려는 경향이 있으므로 자주 틀리거나 어려워하는 문제를 단계별로 반복해서 풀 수 있도록 시스템 구성이 필요하다. 개발 된 시스템에서는 문제의 연관도와 난이도를 측정하고 연결해주는 난이도 모듈과 문제 연관 모듈을 개발하여 이를 해결하고자 하였다. 그리고 분석진단모듈에서 문제의 순서와 레벨의 변경에 따라 학습자의 상태를 분석하여 제공한다.
제안 방법
- 그림 11은 문제 별 정답률을 분석한다. 개별 학생 분석을 포함하여 문제풀이에 참여한 전체 학생의 정답률을 분석하여 문제의 난이도를 수정한다. 만약 학생들의 난이도 문제가 아닌 경우에 학생들이 해당 문제를 틀리게 된 이유를 분석하고 이를 통해서 학생들이 부족한 영역을 반복해서 가르치거나 학습을 유도하도록 한다.
- 개발 된 시스템에서는 문제의 연관도와 난이도를 측정하고 연결해주는 난이도 모듈과 문제 연관 모듈을 개발하여 이를 해결하고자 하였다. 그리고 분석진단모듈에서 문제의 순서와 레벨의 변경에 따라 학습자의 상태를 분석하여 제공한다.
- 기존의 연구자료 분석을 기반으로 시스템 개발에 필요한 요소를 도출하였으며, 이를 보완할 사항에 대하여 개방적 질문으로 요구 조사를 실시하였다. 요구 조사를 다시 범주화하여 기능별 범주화를 수행하였다.
- 본 연구에서는 ITS기반의 전문가모델과 학습 모델에 기반하여 프로그램을 설계하고 학습자의 수준별 및 반복 학습을 위한 알고리즘으로 버기 모델을 활용한 학습자 트레이싱 기법을 적용하여 자격증 취득 프로그램을 실제 구현 및 서비스를 제공하였다. 또한 사용자의 요구를 반영하기 위하여 자격증 취득이 필요한 전문대학교, 보건 관련 학과, 특성화 고등학교 등의 교수자들을 대상으로 수요조사를 실시하였다.
- 본 연구에서는 관련분야의 전문가의 요구사항을 편의성, 효과성, 확장성, 신뢰성으로 분류하고 이를 반영하는 시스템을 개발하였다. 모바일 기반으로 시간과 장소에 구애 받지 않고 문제를 풀거나 실시간 채점이 가능하도록 편의성을 제공하고, 학습자의 수준을 분석하고 학생을 관리하는 서비스를 강사에게 제공하여 학습효과를 높일 수 있도록 하였다. 카테고리 시스템을 활용하여 다양한 분야의 다수의 교수자가 문제를 개발하고 이를 ITS에 교수 모델을 통해 문제 분류를 함으로써 확장성을 제공하며, 강사와 학습자가 함께 문제를 개발하고 검토함으로써 문제의 신뢰성을 높이도록 시스템을 구성하였다.
- 기존의 시스템들은 해당 문제지의 문제가 고정되고 유사도 문제나 추가적인 문제 개발이 불가능하였다. 본 시스템에서는 여러 문제개발자가 개발한 문제들을 시스템에서 카테고리화 하고 이를 ITS시스템으로 분석한 후 유사도 문제를 제공하거나 새로운 문제지를 제공할 수 있도록 하였다. 또한 여러 사용자의 문제지를 하나의 카테고리에 묶어 문제집으로 제공하는 시스템이다.
- 관리자 모듈은 서버의 기능을 전체적으로 관리하면서 사용자와 강사의 역할 서비스를 제어한다. 본 시스템은 관리자와 사용자가 구분되어 있는 기존 시스템과 달리 사용자인 강사가 관리자 역할까지 할 수 있으며, 이를 통해 회원관리, 문제집 관리 및 문제 구매관리까지 통합관리가 가능하도록 구성하였다. 사용자도 관리자 모듈을 통해서 문항을 추가하거나 문항에 대한 해설을 버디문항입력 모듈을 통해서 입력 및 삭제가 가능하도록 설계하였다.
- 더욱이 자격증 시험 프로그램을 개발하기 위해서는 실제 수요자의 의견 반영이 중요한데 기존 연구들은 이러한 실질적 접근이 부족하다. 본 연구에서는 ITS기반의 전문가모델과 학습 모델에 기반하여 프로그램을 설계하고 학습자의 수준별 및 반복 학습을 위한 알고리즘으로 버기 모델을 활용한 학습자 트레이싱 기법을 적용하여 자격증 취득 프로그램을 실제 구현 및 서비스를 제공하였다. 또한 사용자의 요구를 반영하기 위하여 자격증 취득이 필요한 전문대학교, 보건 관련 학과, 특성화 고등학교 등의 교수자들을 대상으로 수요조사를 실시하였다.
- 이러한 학습자 참여 방식의 시스템은 기존의 시스템에 비해서 적극적이고 흥미를 높일 수 있는 요소를 제공하게 된다. 본 연구에서는 관련분야의 전문가의 요구사항을 편의성, 효과성, 확장성, 신뢰성으로 분류하고 이를 반영하는 시스템을 개발하였다. 모바일 기반으로 시간과 장소에 구애 받지 않고 문제를 풀거나 실시간 채점이 가능하도록 편의성을 제공하고, 학습자의 수준을 분석하고 학생을 관리하는 서비스를 강사에게 제공하여 학습효과를 높일 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 문항 개발, 문항 출제, 문제집 발행, 통합관리 및 전산화하여 체계적이고 학습자 수준에 맞는 자격증 취득을 위한 자기주도적 학습 시스템을 구축하였다. 기존의 자격증 학습을 위해서는 수업과 별개로 자격증 공부를 따로 하거나 학원에서 수강하거나 친구들과 스터디를 하는 방법 등으로 학습활동에 제약이 많으며, 학습활동 과정에서 문항들에 대한 분석이 이루어지지 않아 학습 효율이 매우 낮았다.
- ITS는 크게 전문가 모듈(Expert Module), 학습자 모듈(Student Module), 교수 전략 모듈(Tutor Module), 학습자 인터페이스 모듈(Interface Module)의 4가지의 기본적인 모듈로 구성되어 있다. 본 연구에서는 전문가 모듈과 학습자 모듈을 이용하여 시스템을 구성하였다[7]. 전문 교사가 가르칠 내용을 포함하는 전문가 모듈은 항상 학습자의 지식 상태와 행동양식을 관찰하고 분석하여 학습자 모듈에 저장한다.
- 학습자 모듈은 크게 두 가지의 유형으로 나누게 되는데, 지식 추적형(Knowledge tracing)과 모델 추적형(Model tracing)으로 분류된다. 본 연구에서는 지식 추적형 모델링을 적용하였다. 지식 추적형 모델링은 올바른 도메인 지식과 명확한 오개념을 포함해서 학습자가 무엇을 알고 있는지에 관해 결정하는 문제를 다룬다.
- 수식(4)의 문항정보함수를 적용하여 학습자 수준을 변수로 하여 문항에 대한 난이도를 추정하는 학습시스템을[14]에서 보여주었다. 본 연구에서도 문항반응이론의 문항정보함수를 적용하여 학습자 수준의 적절한 형태의 검사를 실시하여 정확하고 효율적으로 난이도를 측정하였다[10].
- 본 시스템은 관리자와 사용자가 구분되어 있는 기존 시스템과 달리 사용자인 강사가 관리자 역할까지 할 수 있으며, 이를 통해 회원관리, 문제집 관리 및 문제 구매관리까지 통합관리가 가능하도록 구성하였다. 사용자도 관리자 모듈을 통해서 문항을 추가하거나 문항에 대한 해설을 버디문항입력 모듈을 통해서 입력 및 삭제가 가능하도록 설계하였다. 관리자 모듈은 회원관리, 문제구매관리, 문제집 관리, 문제 난이도 관리를 수행한다.
- 본 연구에서 제안하는 ITS기반 상호작용 방식의 학습자 트레이싱 자격증 취득 시스템의 기본적인 데이터 흐름을 나타내는 DFD(Data Flow Diagram)은 그림 1과 같다. 시스템을 관리하는 관리자 모듈, 학습을 수행하는 사용자 모듈, 학습자를 지도하는 강사 모듈로 구분되어 있으며, 관리자 모듈은 주로 문항 입력, 문제지 및 문제집 개발과 관리, 난이도 조절, 문제 해설 정보, 버디 서비스 문항 입력하고 해당하는 정보를 데이터베이스화 한다.
- 기존의 연구자료 분석을 기반으로 시스템 개발에 필요한 요소를 도출하였으며, 이를 보완할 사항에 대하여 개방적 질문으로 요구 조사를 실시하였다. 요구 조사를 다시 범주화하여 기능별 범주화를 수행하였다. 2개 전문대학교, 1개 보건전문대학교, 2개 특성화고등학교의 자격증 취득 교육을 담당하는 교수자를 대상으로 심도있는 면담을 수행하였으며 결과는 (표1)과 같다.
- 버기 시스템은 학습자 에러를 진단하는 대표적인 시스템으로 학습자의 절차적인 에러와 임의의 실수를 발견하는데 효과적인 모델이다. 이 모델은 지식을 프로시져들의 집합과 서브 프로시져들로 표현하고 이것들을 링크 시켜서 절차 네트워크라는 도식을 작성하여 모델링한다. 이때 절차 네트워크는 개념 부분과 연산 부분의 절차 표현은 노드와 방향성 링크로 구성한다.
- 제안하는 ITS기반 상호작용 자격증 시험 학습시스템의 전체 구조는 그림 3과 같이 관리자 모듈, 사용자 모듈, 강사용 모듈, DB시스템으로 구성된다. 관리자 모듈은 서버의 기능을 전체적으로 관리하면서 사용자와 강사의 역할 서비스를 제어한다.
- 모바일 기반으로 시간과 장소에 구애 받지 않고 문제를 풀거나 실시간 채점이 가능하도록 편의성을 제공하고, 학습자의 수준을 분석하고 학생을 관리하는 서비스를 강사에게 제공하여 학습효과를 높일 수 있도록 하였다. 카테고리 시스템을 활용하여 다양한 분야의 다수의 교수자가 문제를 개발하고 이를 ITS에 교수 모델을 통해 문제 분류를 함으로써 확장성을 제공하며, 강사와 학습자가 함께 문제를 개발하고 검토함으로써 문제의 신뢰성을 높이도록 시스템을 구성하였다. 사용자 요구가 반영된 본 시스템은 다양한 자격증 시험과 수업에서 폭넓은 활용사례를 보여주고 있으며, 사용자들의 자격증 취득 준비기간을 대폭 단축시켜 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 학습자 수준과 문제의 수준을 판별하기 위해 ‘문항 이론’을 적용하고, 문제의 중요도를 판별하기 위하여 강사들이 개발한 문항들을 분석하고, 중요도 체크에 따라서 중요한 문제와 다양한 문제 출제가 가능토록 설계되었다.
대상 데이터
- 요구 조사를 다시 범주화하여 기능별 범주화를 수행하였다. 2개 전문대학교, 1개 보건전문대학교, 2개 특성화고등학교의 자격증 취득 교육을 담당하는 교수자를 대상으로 심도있는 면담을 수행하였으며 결과는 (표1)과 같다. 주로 전문대학교 학생의 학습부진의 원인이 학습자의 수준을 고려하지 않는 학습이 진행되기 때문이다.
이론/모형
- 본 연구에서 소개하는 학습자 트레이싱을 통한 진단 모듈의 개발에는 버튼과 브라운이 개발한 버기(Buggy) 시스템을 활용하였다. 버기 시스템은 학습자 에러를 진단하는 대표적인 시스템으로 학습자의 절차적인 에러와 임의의 실수를 발견하는데 효과적인 모델이다.
성능/효과
- 학습자 수준과 문제의 수준을 판별하기 위해 ‘문항 이론’을 적용하고, 문제의 중요도를 판별하기 위하여 강사들이 개발한 문항들을 분석하고, 중요도 체크에 따라서 중요한 문제와 다양한 문제 출제가 가능토록 설계되었다. 또한 학습자가 이전 시스템과 같이 수동적으로 학습에 참여하는 방식이 아니라 학습자도 문항 개발에 참여하고 문제에 대한 해설을 작성할 수 있도록 상호작용방식의 서비스를 제공하였다. 이러한 학습자 참여 방식의 시스템은 기존의 시스템에 비해서 적극적이고 흥미를 높일 수 있는 요소를 제공하게 된다.
- 기존의 자격증 학습을 위해서는 수업과 별개로 자격증 공부를 따로 하거나 학원에서 수강하거나 친구들과 스터디를 하는 방법 등으로 학습활동에 제약이 많으며, 학습활동 과정에서 문항들에 대한 분석이 이루어지지 않아 학습 효율이 매우 낮았다. 본 시스템은 다양한 문제 개발과 문제유형분석, 난이도 조절, 학생 성적 및 수준 관리 등 문제 개발 및 사용자의 통합관리를 통해 학습자 관리 패턴이 기존 시스템들보다 간결하고 모바일에서 지원하는 편리함을 제공한다. 학습자 수준과 문제의 수준을 판별하기 위해 ‘문항 이론’을 적용하고, 문제의 중요도를 판별하기 위하여 강사들이 개발한 문항들을 분석하고, 중요도 체크에 따라서 중요한 문제와 다양한 문제 출제가 가능토록 설계되었다.
후속연구
- 카테고리 시스템을 활용하여 다양한 분야의 다수의 교수자가 문제를 개발하고 이를 ITS에 교수 모델을 통해 문제 분류를 함으로써 확장성을 제공하며, 강사와 학습자가 함께 문제를 개발하고 검토함으로써 문제의 신뢰성을 높이도록 시스템을 구성하였다. 사용자 요구가 반영된 본 시스템은 다양한 자격증 시험과 수업에서 폭넓은 활용사례를 보여주고 있으며, 사용자들의 자격증 취득 준비기간을 대폭 단축시켜 줄 수 있을 것으로 기대된다.
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