본 논문은 웹 상에서 자기 주도적 문제풀이 학습을 통하여 학습자가 자기 주도적으로 학습할 수학교과의 학습목표 및 내용, 관련된 학습자료를 탐색하고, 교수자나 다근 학습자와 서로 상호작용을 하여 문제를 해결하기 위한 원격강의 프로그램을 개발하고자 일반적인 멀티미디어 체계적 교수설계 모형을 기초로 웹 기반 코스웨어 설계모형을 제시하고 학습자 중심의 실시간 수학문제 풀이 원격학습 시스템을 구현하였다. 이는 웹 기반의 수학 코스웨어 및 텍스트 모드로 제작 설계되었으며 자기 주도적인 수학 문제 풀이 단계학습을 목적으로 한다.
본 연구는 학생들의 자기 주도적 학습을 지지하는 CARE 학습 코칭 모델에 수학 교과의 특징 및 수학 교수·학습 과정을 반영함으로써 수학 교과에 적합한 학습 코칭 모델을 개발하고자 하였다. 본 연구에서 개발한 수학 학습 코칭 모델은 코칭을 적용해 나가는 '단계'와 '요소' 그리고 이를 수행하기 위한 '전략'이다. 수학 학습 코칭 모델은 '편안한 분위기 조성' 단계의 요소로써 라포, 신뢰, 상태관리, 수학 사전검사를, '인식의 개선' 단계의 요소로써 문제점 인식, 초인지, 재구조화, 주도성, 수학 학습역량을, '학습 몰입의 재각성' 단계의 요소로써 자기효능감, 학습 준비성, 확인(피드백)을, '임파워먼트' 단계의 요소로써 자발적 동기와 성공 경험을 배치하고 각각의 요소를 수행하기 위한 다양한 수학학습 전략을 제시하였다. 수학학습 코칭 모델은 수학 교사들이 학생들의 학습 동기를 유발하고 학생들이 학생 스스로 자신의 문제를 해결해 나갈 수 있도록 돕는데 활용될 수 있다.
우리 생활 속에서 항상 존재하고 있는 색채의 중요성을 생각해 볼 때 색채 교육은 매우 중요한 일이다. 본 연구에서는 색채 지도 내용을 재구성하여 생활에서 활용할 수 있는 색채 감각을 신장시킬 수 있는 웹 형태의 색채 학습 시스템을 설계하였다. 인터넷을 이용하여 색채에 대한 지식과 함께 미적체험, 표현 감상에 관하여 학습하고 시스템에서 다양한 표현 활동 및 상호 작용 학습을 실행함으로써 효과적인 색채 학습이 가능하도록 시스템을 구성하였다. 이 시스템에서의 학습 단계는 여러 가지 색, 색의 느낌, 색의 배색, 색의 속성, 색의 이미지, 색과 생활이라는 큰 단위의 6가지 학습 단계를 가지고 있고 각 단계 별로 미적체험, 표현, 감상 의 단계를 거치면서 학습할 수 있도록 설계하였다.
온톨로지의 기본개념, 응용 분야 및 학습 단계에 대하여 간단하게 설명하였고, 온톨로지 학습단계에서 전문 분야의 개념간 계층 관계 학습 방법에 대하여 자세하게 알아보았다. 전문분야 개념을 표현하는 전문 용어 사이의 계층 관계를 학습하는 방법은 크게 규칙 기반 방법, 통계 기반 방법 그리고 용어의 전문성과 유사도를 이용하는 방법으로 나눌 수 있다. 규칙 기반 방법은 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있는 장점이 있지만 재현율이 낮은 단점이 있다. 기존은 통계 기반 방법에서는 재현율이 높은 장점이 있지만 정확률이 낮은 단점이 있다. 또한 이 방법에서는 순수하게 통계 정보만 이용하기 때문에 오류에 대한 분석이 어려운 단점이 있다. 용어의 전문성과 용어간 유사도를 이용한 방법에서는 용어의 전문성을 이용하여 기존의 계층 구조에서 상위에 후보를 선택하고, 용어간 유사도를 이용하여 선택한 후보를 정렬하여 최적의 후보를 찾는다. 이 방법은 상위어 선정 과정을 두 단계로 분리하여 수행하기 때문에 오류 분석이 용이한 장점이 있다. 향후 온톨로지 학습 과정에서 계층 관계뿐 아니라 인과 관계 및 다양한 관계의 학습과 관련된 연구가 진행되어야 한다.
본 연구에서는 과학관 교육의 목적인 교육하기, 참여하기, 즐기기를 추구하고 인지적 영역과 정의적 영역의 학습 효과를 향상시키기 위해서 과학관 학습 모형을 개발하였다. 모형을 개발하기 위하여 기존의 박물관 교육 모형을 '요인 중심 박물관 교육 모형'과 '과정 중심 박물관 교육 모형'으로 구분하여 고찰하고 과학관 교육의 특성화 방법을 고찰하였다. 선행 연구에 근거하여 과학관 학습 모형에서 전시물, 스캐폴딩과 소집단 내 상호작용, 놀이에 중점을 두었고, 개인적, 사회적, 물리적 요인을 포함하였으며, 각 요인들이 인지적, 정의적 영역에 영향을 줄 수 있다는 것을 고려하였다. 본 연구에서 개발한 과학관 학습 모형은 놀이에 중점을 두고 있는 점을 반영하여 '과학관 놀이-학습 모형'이라고 명명하였다. 이 모형은 '준비', '전시물 탐색', '체험', '정리'의 교수 학습 단계를 중심축으로 양쪽에 학생과 교사의 활동이 나타난 형태이다. '준비' 단계는 개인적, 물리적 요인을 고려하고, 학생은 관련 지식을 형성하며 놀이를 준비한다. '전시물 탐색' 단계는 개인적, 사회적 요인을 고려하고, 전시물, 스캐폴딩과 소집단 내 상호작용, 놀이가 집약된 이 모형의 핵심 단계이다. 이 단계는 학생들이 공동의 문제를 해결하기 위해 전시물을 탐색하는 과정으로 이러한 활동을 묶는 수단이 놀이이다. 학생들은 소집단으로 활동하며 상호작용을 통해 문제를 해결하고, 해결되지 않으면 교사의 도움을 받게 된다. '체험'과 '정리' 단계는 개인적 요인을 고려한 것인데, '체험' 단계에서는 '전시물 탐색' 단계의 활동과 연계된 조작적 활동을 하고, '정리' 단계에서는 놀이를 통해 학습 내용을 정리한다. 과학관 교육은 다양한 형태로 실행되므로 과학관 학습 모형에 대한 지속적인 연구와 다양한 교육 프로그램의 개발이 필요하다.
최대 엔트로피 모델(maximum entropy model)은 여러 가지 자연언어 문제를 학습하는데 성공적으로 적용되어 왔지만, 두 가지의 주요한 문제점을 가지고 있다. 그 첫번째 문제는 해당 언어에 대한 많은 사전 지식(prior knowledge)이 필요하다는 것이고, 두번째 문제는 계산량이 너무 많다는 것이다. 본 논문에서는 텍스트 단위화(text chunking)에 최대 엔트로피 모델을 적용하는 데 나타나는 이 문제점들을 해소하기 위해 새로운 방법을 제시한다. 사전 지식으로, 간단한 언어 모델로부터 쉽게 생성된 결정트리(decision tree)에서 자동적으로 만들어진 규칙을 사용한다. 따라서, 제시된 방법에서의 최대 엔트로피 모델은 결정트리를 보강하는 방법으로 간주될 수 있다. 계산론적 복잡도를 줄이기 위해서, 최대 엔트로피 모델을 학습할 때 일종의 능동 학습(active learning) 방법을 사용한다. 전체 학습 데이터가 아닌 일부분만을 사용함으로써 계산 비용은 크게 줄어 들 수 있다. 실험 결과, 제시된 방법으로 결정트리의 오류의 수가 반으로 줄었다. 대부분의 자연언어 데이터가 매우 불균형을 이루므로, 학습된 모델을 부스팅(boosting)으로 강화할 수 있다. 부스팅을 한 후 제시된 방법은 전문가에 의해 선택된 자질로 학습된 최대 엔트로피 모델보다 졸은 성능을 보이며 지금까지 보고된 기계 학습 알고리즘 중 가장 성능이 좋은 방법과 비슷한 성능을 보인다 텍스트 단위화가 일반적으로 전체 구문분석의 전 단계이고 이 단계에서의 오류가 다음 단계에서 복구될 수 없으므로 이 성능은 텍스트 단위화에서 매우 의미가 길다.
본 논문은 웹 상에서 학습자 중심의 문제풀이 단계학습을 통하여 학습자가 자기 주도적으로 학습할 수학 교과의 학습목표 및 내용, 관련된 학습자료를 탐색하고, 교수자나 다른 학습자와 서로 상호작용을 하여 문제를 해결하기 위한 원격강의 프로그램을 개발하고자 일반적인 멀티미디어 체계적 교수설계 모형을 기초로 웹 기반 코스웨어 설계모형을 제시하고 학습자 중심의 실시간 수학 문제풀이 원격학습 시스템을 구현하였다. 이는 웹 기반의 수학 코스웨어 및 텍스트 모드로 제작 설계되었으며 웹 기반 학습자 중심의 수학 문제풀이 단계학습을 목적으로 한다.
오늘날 SW 중심사회에서 컴퓨팅 사고력은 꼭 필요한 핵심역량으로 중요성이 강조되고 있으며, 이에 따라 2015 개정 교육과정에서는 소프트웨어(SW) 교육, 정보 교육을 강화하였다. 온라인 채점 시스템은 학생들이 문제해결 소스코드를 제출하면 이를 평가하고, 적절한 피드백을 제공하므로 자기주도적인 문제해결학습 경험과 프로그래밍 스킬을 향상시키는데 도움을 줄 수 있어 사용이 확대되고 있다. 그러나 채점시스템에 탑재된 문제들은 반구조화된 형태로 되어 있어 학생들이 컴퓨팅 사고단계 중 1단계인 문제공식화(추상화) 단계를 충분히 연습하지 못할 가능성이 있다. 본 논문에서는 이를 보완한 문제해결학습 학습모형을 제안하고, 논의한다.
수학은 생활의 기본이 되는 도구 교과이다. 그 중에서 아동들이 가장 중요하지만 어려워하고 후속 학습에까지 영향을 미치는 것은 구구단이다. 고학년이 되어서까지 곱셈 구구를 못 외우는 학생들은 지도가 어려울 뿐만 아니라 이후에도 지속적으로 수학 학습에서 뒤떨어지게 된다. 하지만 암기가 중심이 되는 부분이라 다른 것들보다 학습의 흥미가 떨어지고 시기를 놓치면 학습이 점점 더 어려워지는 단점이 있다. 이에 지금까지 어려웠던 어렵고 암기위주로 흘러가던 구구단을 음악과 연결시켜 보는 것은 어떨까란 생각을 하게 되었다. 여기에서 쓰이는 음악들은 모두 초등학교 교과서에 있는 음악으로 아동들이 친숙하게 느낄 수 있는 음악들이다. 이 소프트웨어는 2학년 뿐만 아니라 구구단을 어렵게 느끼는 고학년의 학습에도 도움이 되도록 제작하였다. 프로그램은 전체 구구단인 2$\sim$9단을 다루도록 하였으며, 각 단은 4개의 파트로 구성되어 있다. 1단계에서는 1-각 수까지 반복해서 세는 연습을 하였고, 2단계에서는 반복했던 수를 연결하여 띄어세기 연습, 3단계에서는 2단계에서 했던 띄어세기를 확장하여 구구단 연습을 해 볼 수 있도록 하였다. 정리단계에서는 각단의 구구단을 랜덤으로 배치하여 구구단의 복습이 될 수 있도록 하였다. 2,4,5,6,8단은 각기 박자에 맞춰서 구구단을 외우는 것이고 5,7 단은 박자에 맞추기 어려우므로 글자수에 맞춰서 구구단을 외우도록 하였다. 박자에 맞추는 것이 주가 아니라 수학을 배우는 것이 중심이므로 틀린 박자에 맞는 숫자를 누르는 것은 반응하지 않도록 하였다. 구구단 중간에 있는 수까지를 전부 제시함으로써 큰수와 띄어세기 그리고 구구단과의 관계를 이해할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 학습자들의 학습 특성 및 학습 능력에 따라 학습내용을 동적으로 구성하여 제공하는 적응형 교수 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안한 시스템은 학습 단계와 평가 단계를 연계함으로써 평가 단계에서 추정된 학습자의 능력에 따라 차기 학습 단계에서 수준별 학습내용을 동적으로 구성하여 학습자에게 제공함으로서 개인화된 교수${\cdot}$학습을 지원하고 있다. 이를 위해 먼저 학습자들의 학습 능력을 정확하게 평가할 수 있도록 문항반응이론에 의한 컴퓨터 적응적 평가를 이용하여 평가 단계를 구현하였으며, 또한 추정된 각 학습자의 능력 수준에 맞는 학습내용을 제공하기 위해 퍼지 개념을 이용하여 퍼지 수준 집합을 구성한 후 제공함으로써 학습자에 따른 수준별 학습이 가능하도록 학습 단계를 구현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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