Development of a CAS-Based Virtual Learning System for Personalized Discrete Mathematics Learning

개인 적응형 이산 수학 학습을 위한 CAS 기반의 가상 학습 시스템 개발

The aim of this paper is to develop a web-based Virtual Learning System for discrete mathematics learning using CAS (Computer Algebra System), The system contains a series of contents that are common between secondary und university curriculum in discrete mathematics such as sets, relations, matrices, graphs etc. We designed and developed web-based virtual learning contents contained in the proposed system based on Mathematia, webMathematica and phpMath taking advantages of rapid computation and visualization. The virtual learning system for discrete math provides movie lectures and 'practice mode' authored with phpMath in order to enhance conceptual understanding of each movie lesson. In particular, matrix learning is facilitated with conceptual diagram that provides interactive quizzes. Once the quiz results are submitted, Bayesian inference network diagnoses strong and weak parts of learning nodes for generating diagnostic reports to facilitate personalized learning. As part of formative evaluation, the overall responses were collected for future revision of the system with 10 university students.

본 연구의 목적은 컴퓨터대수시스템(CAS)를 활용하여 개인 적응용 이산수학 학습을 가능케하는 웹기반 가상 학습용 콘텐츠를 개발하는 것이다. 중등과정과 대학과정의 이산수학에서 공통적으로 등장하는 집합, 관계, 행렬, 그래프 등의 내용 요목을 중심으로 콘텐츠를 구성하였다. 이산수학의 특성상 컴퓨터를 사용한 이산구조를 즉각적으로 처리하여 그 결과를 시각적으로 제시하는 가상 학습용 콘텐츠 제작 환경을 제시하였다. 각 단원마다 동영상 기반의 강의 콘텐츠를 제공하였으며 강의 기반의 개념을 구체화할 수 있는 Mathematica 기반의 실습하기 기능을 추가하였다. 특히 행렬 단원 학습에서 학습구조도식을 이용한 콘텐츠 설계와 이에 따른 내용 요소별 베이지언 추론망 기반의 진단학습 모듈을 추가함으로써 구체적인 피드백을 통한 개인 적응형 학습이 가능하도록 설계하였다. 개발된 행렬 학습용 콘텐츠 중심으로 10명의 이공계 대학생이 실제 사용해 본 반응을 형성평가의 일환으로 분석하여 향후 수정 방향을 도출하였다.