초록 ▼

연구의 목적 및 내용
대한민국 정부에서는 2018 학년도 정규 교육과정에 컴퓨터 프로그래밍 교육을 편성할 계획이다. 본 프로젝트는 센서와 기타 다양한 상황정보를 기반으로 하여, 학습자의 개인의 컨텍스트 정보를 인식하고, 이를 활용하여, 프로그래밍 교육용 어플리케이션를 통해 학습자 개개인에게 적응된 최적화된 학습 컨텐츠를 제공하는 프레임워크를 디자인하고 구현함에 그 목적이 있다. 또한, 본 프로젝트는 학생들에게 프레임워크를 적용한 프로그래밍 교육용 게임을 통해서 프레임워크의 성능을 입증하고자 하였다.

연구결과

연구의 목적 및 내용
대한민국 정부에서는 2018 학년도 정규 교육과정에 컴퓨터 프로그래밍 교육을 편성할 계획이다. 본 프로젝트는 센서와 기타 다양한 상황정보를 기반으로 하여, 학습자의 개인의 컨텍스트 정보를 인식하고, 이를 활용하여, 프로그래밍 교육용 어플리케이션를 통해 학습자 개개인에게 적응된 최적화된 학습 컨텐츠를 제공하는 프레임워크를 디자인하고 구현함에 그 목적이 있다. 또한, 본 프로젝트는 학생들에게 프레임워크를 적용한 프로그래밍 교육용 게임을 통해서 프레임워크의 성능을 입증하고자 하였다.

연구결과
본 프로젝트는 조기 종료가 되었으나, 모든 목표에서 상당한 성과를 거두었다.
1. 학습자 / 플레이어 스타일의 융합된 모델 - 학습 스타일과 플레이 스타일을 융합한 통합된 모델을 만들었으며, 이를 측정하기 위한 설문조사 도구를 제작하였다.

2. 개인 컨텍스트 정보 인식 - 개인의 컨텍스트를 인지하기 위한 다양한 방법들을 취득하였다. 1) 설문조사를 통한 학습 스타일과 플레이 스타일를 인지, 2) 웨어어블 센서를 통한 신체활동 감지, 3) EEG 와 안구 추적을 통한 지루함(감정) 인식 , 4) 관성 센서를 사용한 걸음 수 계산

3. 프로그래밍 교육용 온톨로지 - 적응형 상황 인식 학습 환경에 관한 문헌 조사를 통해, 온톨로지 모델이 가장 공통적인 컨텍스트 모델링 접근법이라는 결론에 이르렀으며, 결론적으로, 상황 인식 학습 환경을위한 온톨로지의 분류법을 제안하였다.

4. 학습자 적응 - 학습자의 학습 및 플레이 스타일에 따라 교육용 게임의 콘텐츠 및 게임 플레이를 적용하기위한 메커니즘을 제안하였다.

5. 증강현실을 통한 학습강화 - 증강현실을 사용하였던 이전의 연구의 문헌 조사와 증강현실을 이용한 게임을 분석을 통해 증강현실이 어떻게 학습을 강화하는지에 이해를 하였다.

6. LAAF-PE API 개발 - 본 프로젝트를 수행함으로써 취득한 지식을 기반으로, 프로그래밍 교육용 학습자 적응형 프레임워크의 개념을 제안하였다. 그러나, 프로젝트의 영구중단으로 인하여, 본 프레임워크의 개발 / 평가를 실시하지 못하였다.

7. 프로그래밍 교육용 적응형 게임 - 초등학생을 대상으로 기초적인 프로그래밍 지식을 가르치는 프로그래밍 교육용 게임인 미네르바를 개발하였다. 본 게임은 학습자의 플레이어 스타일과 학습자 스타일을 기반으로 적응형 컨텐츠를 제공한다.

8. 국제협력 - 유럽의 유수의 대학과 연구기관을 방문하여, 본 프로젝트에서 거둔 연구결과를 공유함을 통해, 다양한 학술적인 네트워크를 구축하였으며, 향후 미래의 공동연구를 위한 초석을 닦았다. 아울러, 유수의 외국의 학자를 아주대학교로 초청하여 다양한 의견 나눔과 토론을 실시 하였다.

9. 배포 및 평가 - 대한민국 초등학교에서 미네르바 게임을 배포하였으며, 이를 평가하였다.

연구결과의 활용계획
본 연구결과는 향후 적응형 상황 인식 학습 환경과 미래 세대를 위한 프로그래밍 교육에 대한 새로운 길을 열어준다. 특히 학습 / 플레이 스타일의 설문지, 걸음 수 계산 알고리즘, 센서를 통해 지루함 (감정) 감지 방법, 그리고 미네르바 게임은 차후 연구 및 상용화 단계에서 구체화 가능한 구체적인 결과이다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
The government of the Republic of Korea plans to insert computer programming into the national curriculum from 2018 onwards. The purpose of this project was to design and implement a framework which recognizes the learner's personal context based on sensors and other context info

Purpose&contents
The government of the Republic of Korea plans to insert computer programming into the national curriculum from 2018 onwards. The purpose of this project was to design and implement a framework which recognizes the learner's personal context based on sensors and other context information, and provide personalized and adaptive learning experiences to be used in programming education applications. Additionally, the project set to demonstrate adaptivity through educational games that teach programming to school children.

Result
Despite the premature termination of the project, we achieved considerable results in all objectives:
1. Unified model for learner and player styles: We created a unified model for learning and play styles. Moreover, we crafted and validated a questionnaire instrument to measure these.

2. Understanding Personal Context: We achieved personal context detection and understanding in multiple ways: (i) learning and play style via a questionnaire, (iii) physical activity via wearable sensors, (iv) boredom via EEG and eye tracking, and (v) step counting via inertial sensors.

3. Ontologies for programming education: Our literature review on adaptive context-aware learning environments revealed that ontologies are the most common context modeling approach. Consequently, we proposed a taxonomy of ontologies for context-aware learning environments.

4. Learner-aware adaptation: We proposed mechanisms for adapting an educational game’s content and gameplay according to the learner’s learning and play style.

5. Facilitating learning with augmented reality: We reviewed literature and analyzed an educational game with augmented reality features to understand how augmented reality can facilitate learning.

6. LAAF-PE implementation with Application Programming Interface (API): Based on the knowledge acquired during this project, we proposed a conceptual model of the Learner-Aware Adaptation Framework for Programming Education. Due to premature termination of the project, however, we were unable to implement and evaluate the framework.

7. Adaptive games for programming education: We developed Minerva, a game that teaches basic programming concepts to elementary school children. The game adapts the content and gameplay based on the user’s learning and play styles.

8. International collaboration: We completed several visits to research institutes and universities in Europe to disseminate our research results, build academic networks, and plan future collaboration. Moreover, we invited some international scholars to visit Ajou University.

9. Deployment and evaluation: We deployed and evaluated the Minerva game at a Korean elementary school.

Expected Contribution
These research results pave the road for future adaptive context-aware learning environments and games for teaching programming to our future generations. In particular, the learning and play style questionnaire, the step detection algorithm, the method of detecting boredom via sensors, and the Minerva game are concrete results that may be refined in future research and commercialization.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 20
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 20
• 8. 참고문헌 ... 21
• 9. 연구성과 ... 21
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 22
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 22
• 12. 기타사항 ... 23
• 별첨 1 대 표 연 구 성 과 ... 24
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 36
• 끝페이지 ... 49