기계학습은 데이터를 기반으로 한 컴퓨터를 학습시켜 컴퓨터 스스로 데이터의 경향성을 파악하게 하여 새로운 입력 데이터의 출력을 예측하도록 하는 알고리즘이다. 기계학습은 크게 지도학습, 비지도학습, 강화학습으로 나눌 수 있다. 지도학습은 데이터에 대한 레이블이 주어진 상태로 기계를 학습시키는 방법이다. 즉, 데이터 및 레이블의 쌍을 통해 해당 시스템의 함수를 추론하는 방법으로 새로운 입력 데이터에 대해서 추론한 함수를 이용하여 결과를 예측한다. 그리고 예측하는 결과 값이 연속 값이면 회귀분석, 예측하는 결과 값이 이산 값이면 분류로 사용된다. 새로운 붓꽃 데이터 Sepal length(5.01)과 Sepal width(3.43)을 이용하여 기초 데이터와 유클리드 거리를 분석하였다. 분석결과, 테이블 3의 8번(5, 3.4, setosa), 27번(5, 3.4, setosa), 41번(5, 3.5, setosa), 44번(5, 3.5, setosa) 그리고 40번(5.1, 3.4, setosa)의 데이터 순으로 유사도가 높은 붓꽃으로 분류되었다. 따라서 이론적 실무적 시사점을 제시하였다.
이 연구는 현행 삼각형의 내 외심 교수-학습 방법의 문제점을 개선한 지도방법을 고안하여 시행함으로써 이러한 대안적 방법이 학생들에게 어떤 영향을 미치는지를 확인하기 위한 의도로 설계되었다. 이를 위해, 이미 삼각형의 내 외심을 학습한 학생들과 수학교사들을 대상으로 설문조사를 실시하여 내 외심에 대한 학생들의 이해와 교사들의 지도방법을 파악하였다. 그런 다음, 설문조사에서 드러난 결과적 접근방식의 문제점을 개선한 분석적 내 외심 지도방법을 고안하여 활용한 후에 그 결과를 분석하였다.
복소수의 취급이 처음으로 시작되는 제 10-단계 교과서들을 살펴본 결과 그 도입 방법은 모두 이차방정식 $x^2+1=0$을 만족하는 해를 생각하는 과정에서 새로운 수 i를 도입하여 사용하고 있다. 이 방법은 우선 새로운 수 i의 도입이 인위적이기 때문에 학생들이 도입과정에서 혼란스러워하며, 이차방정식을 잘 이해하지 못하는 학생들이 이해하도록 하게 하는 것이 어렵다. 이에 비하여 복소수 도입을 좌표평면 위의 점인 순서쌍과 화살표를 사용하여 도입하면 이차방정식을 이해하지 못한 학생들까지도 흥미를 갖고 학습에 임하게 할 수 있고, 또 수체계를 체계적인 확장으로 다룰 수 있어 학습 효과도 높일 수 있다. 그러나 고등학교 과정에 적합한 지도 내용의 개발이 없어서인지 고등학교에서 순서쌍을 사용한 복소수 도입은 시도되고 있지 않다. 여기서는 수체계의 확장 과정을 초등학교 과정부터 중학교과정을 거쳐 복소수 도입까지 연계되는 체계적이고 가시적인 표현을 통하여 학습할 수 있도록 지도 내용을 개발하였다. 그리고 이 내용으로 지도를 하여본 결과 개발된 학습내용으로 학습지도가 가능함을 알았고, 이 학습이 바람직한 학습임도 알 수 있었다.
최근 컴퓨터 교육의 초점은 컴퓨터 내용학으로 소양 교육에 대한 관심이 고조되면서 컴퓨터 과학 요소 및 정보통신윤리 분야를 강화하며 소양 교육과 교과 활용교육 간의 연계를 통하여 효과적으로 교육 목표를 달성할 수 있도록 하였다. 이에 따라 일선 학교에서 컴퓨터, 컴퓨터 통신, 멀티미디어, 인터넷 등의 첨단 정보 매체를 교수 학습에 어떻게 활용할 것인가에 대한 관심을 넘어 정보 교육 본질적인 관점에서 교육 방법을 찾고자 노력이 고조 되고 있다. 본 연구에서는 초등학생들에게 지도하기 어렵고 학생들이 이해하기 힘든 컴퓨터과학에 기본이 되는 컴퓨터 내용학 중 자료구조의 검색과 정렬 중 정렬 알고리즘에 대해 교수 학습방법을 설계해 이를 지도해 보고 이러한 학습내용이 초등학교 학생들에게 효과적으로 학습되는 모형을 적용하여 실효성과 이해를 높일수 있으리라 기대한다.
컴퓨터가 널리 보급되고 인터넷이 발전함에 따라 수없이 많은 정보가 디지털 형태로 생산되고 있다. 이러한 정보를 사람이 일일이 가공하고 분류하기에는 한계가 있으므로 자동으로 문서를 분류하고자 하는 연구가 대두되었다. 문서를 자동으로 분류하기 위해 기계학습 방법이 많이 이용되고 있다. 기계학습방법을 이용한 문서분류가 좋은 성능을 내기 위해서는 충분한 양의 학습데이터가 필요하다. 학습데이터를 만들기 위해서는 사람이 일일이 분류해야 하므로, 비용이 많이 든다. 본 논문에서는 적은양의 labeled 데이터로부터 시작하여, 점증적으로 unlabeled 데이터를 학습에 참여시킴으로써, 문서분류의 성능을 높이고자 한다. 실험을 통해 Unlabeled 문서데이터를 사용한 것이 좋은 성능을 보였음을 알 수 있다.
지도 학습 기반의 신경 망을 활용한 공학적 자료의 분석은 화학공학 공정 최적화, 미세 먼지 농도 추정, 열역학적 상평형 예측, 이동 현상 계의 물성 예측 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 신경 망의 지도 학습은 학습 자료를 요구하며, 주어진 학습 자료의 구성에 따라 학습 성능이 영향을 받는다. 빈번히 관찰되는 공학적 자료 중에는 DNA의 길이, 분석 물질의 농도 등과 같이 로그 간격으로 주어지는 자료들이 존재한다. 본 연구에서는 넓은 범위에 분포된 로그 간격의 학습 자료를 기계 학습으로 처리하는 경우, 사용 가능한 손실 함수들의 학습 성능을 정량적으로 평가하였으며, 적합한 학습 자료 구성 방식을 연구하였다. 이를 수행하고자, 100×100의 가상 이미지를 활용하여 기계 학습의 회귀 과업을 구성하였다. 4개의 손실 함수들에 대하여 (i) 오차 행렬, (ii) 최대 상대 오차, (iii) 평균 상대 오차로 정량적 평가하여, mape 혹은 msle가 본 연구에서 다룬 과업에 대해 최적의 손실 함수가 됨을 알아내었다. 또한, 학습 자료의 값이 넓은 범위에 걸쳐 분포하는 경우, 학습 자료의 구성을 로그 간격 등을 고려하여 균등 선별하는 방식이 높은 학습 성능을 보임을 밝혀내었다. 본 연구에서 다룬 회귀 과업은 DNA의 길이 예측, 생체 유래 분자 분석, 콜로이드 용액의 농도 추정 등의 공학적 과업에 적용 가능하며, 본 결과를 활용하여 기계 학습의 성능과 학습 효율의 증대를 기대할 수 있을 것이다.
측정은 초등 수학 교육에서 중요하지만, 초등학교에서 측정 영역을 의미 있게 지도하는 것은 쉽지 않다. 이에 본 연구에서는 한국, 일본, 싱가포르, 미국의 초등학교 수학 교과서에 제시된 들이와 무게의 지도 방안을 비교 분석하였다. 이를 위하여 크게 전반적인 학습 내용 및 지도 시기와 주요 학습 내용별 지도 방안을 비교하였고, 이 중 주요 학습 내용별 지도 방안은 측정의 학습 내용에 특화된 교수 학습 요소에 따라 단위의 필요성, 용어의 의미, 적절한 단위 선택, 적절한 측정 도구 선택, 계산의 필요성을 기준으로 분석하였다. 분석 결과, 4개 국가 모두 실생활 소재를 활용하고, 여러 가지 단위 사이의 관계를 중요하게 다루는 등 측정을 지도하는 일반적인 방향은 유사하였다. 반면 주요 학습 내용별 지도 방안 중 용어의 의미, 적절한 단위 선택, 적절한 측정 도구의 선택 등을 중심으로 주목할 만한 차이점을 확인하였다. 이와 같은 연구 결과를 바탕으로 들이와 무게의 지도 방안 및 차기 교과서 개발에 대한 시사점을 제안하였다.
물리학, 공학, 경제학, 생물학, 생태학 등의 자연현상, 사회 현상 그리고 심리상황 등과 관련된 내용들의 모델링 과정을 거쳐 나온 미분방정식의 해를 구하고 해의 의미를 파악하는 작업은 바로 우리의 생활의 진면목을 직접 확인하는 것과 같다. 모델링 과정의 효율성은 교사와 학생간의 충분한 수학적 대화속에서 더욱 의미가 커질 것이다. 아울러 학생들에게 미분방정식의 해의 실제적인 의미를 상상하게 하고 그 결과를 발표하게 하는 것과 해를 구하는 과정에 관한 이론의 이해를 돕는 것이 바람직한 학습 지도 방법이 될 것이다. 전 교육과정을 통해 미분방정식의 모델링 과정을 소개하면서 해의 존재성, 해의 유일성, 해법, 해의 의미 등의 학습 및 지도를 학습자 중심으로 운영할 필요가 있다.
본 연구는 고등학교 수학에서 지도되고 있는 로그의 교수-학습 방법에 대한 새로운 관점과 방법을 고찰해보고 이를 통해 학교수학의 로그 지도에 대한 시사점을 제시하는데 목적이 있다. 이를 위하여 로그의 역사적 배경을 John Napier, 17세기 과학에 대한 로그의 영향, 그리고 로그계산자와 로그계산 방법을 중심으로 살펴보았다. 이런 배경과 함께 로그의 교수-학습 방법에 대한 고찰에서는 함수 개념을 이용한 로그의 도입, 상용로그를 이용한 로그계산, 밑의 변환 공식에 대해서 고찰하였다. 이런 역사적, 교수방법적 고찰을 통하여 학교수학에서 로그 지도에 대한 여섯 가지 시사점을 제시하였다.
오늘날 우리나라에서는 열린 교육이 이론과 실제의 양면에서 연구되고 실천되어 오고 있다. 본고에서는 초등학교 수학 교육에서 실용적으로 사용될 수 있는 열린 교육의 학습 지도 방법 세 가지를 소개하였는데, 이들은 ‘오픈 엔드 어프로치,’ ‘문제에서 문제로,’ 그리고 ‘문제 설정’이다. 이들 세 가지 학습 지도 방법 각각에 대하여 그 의미를 분석하고, 구체적인 지도 계획을 제시한 다음, 학생들의 실제 활동의 예를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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