인터넷의 자유로운 접근을 통해 웹기반의 가상 교육이 널리 퍼지게 되었고, 웹에서의 교육이 하나의 교육의 형태로 자리잡게 되었다. 따라서 가상 교육을 통한 새로운 지식창조를 위한 인재양성을 위하여 정보 인프라와 정보서비스의 활용이 중요시되는 지식기반사호로 진입하고 있다는 점에서 종래의 단순한 지식 전달에만 중요시되었던 가상교육의 학습형태에서 벗어나 새로운 지식의 창출을 도와주는 바람직한 지식정보화 방향정립이 필요하다. 이를 통해 본 논문은 학습 정보를 구조적으로 구성하고 관리하여 학습자에게 빠른 피드백과 적응적인 학습물을 제공한다. 또한, 능동적인 학습내용의 체계화로 학습자 스스로 학습에 대한 주도적인 역할하며 전달받은 정보를 자신의 내면적 지식으로 바꿀 수 있는 빠른 학습효과를 가져올 수 있다.
최근 자연어처리 연구로 지식 기반 대화에서 대화 내용에 자유로운 주제와 다양한 지식을 포함하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 지식 기반 대화는 대화 내용이 주어질 때 특정 지식 정보를 포함하여 이어질 응답을 생성한다. 이때 대화에 필요한 지식이 검색 가능하여 선택에 제약이 없는 오픈 도메인(Open-domain) 지식 기반 대화가 가능하도록 한다. 오픈 도메인 지식 기반 대화의 성능 향상을 위해서는 대화에 이어지는 자연스러운 답변을 연속적으로 생성하는 응답 생성 모델의 성능 뿐만 아니라, 내용에 어울리는 응답이 생성될 수 있도록 적합한 지식을 선택하는 지식 검색 모델의 성능 향상도 매우 중요하다. 본 논문에서는 오픈 도메인 지식 기반 한국어 대화에서 지식 검색 성능을 높이기 위해 밀집 벡터 기반 검색 방식과 주제어(Keyword) 기반의 검색 방식을 함께 사용하는 것을 제안하였다. 먼저 밀집 벡터 기반의 검색 모델을 학습하고 학습된 모델로부터 고난도 부정(Hard negative) 지식 후보를 생성하고 주제어 기반 검색 방식으로 고난도 부정 지식 후보를 생성하여 각각 밀집 벡터 기반의 검색 모델을 학습하였다. 성능을 측정하기 위해 전체 지식 중에서 하나의 지식을 검색했을 때 정답 지식인 경우를 계산하였고 고난도 부정 지식 후보로 학습한 주제어 기반 검색 모델의 성능이 6.175%로 가장 높은 것을 확인하였다.
최근 기존의 지식 전달 위주의 수업에서 활동 위주의 학습자 중심 수업이 각광받게 되면서 플립러닝과 프로젝트 기반 학습이 주목받고 있다. 플립러닝은 교실 수업 전에 온라인학습으로 학습자가 획득해야하는 개념들을 학습하고 교실 수업에서는 토의와 토론, 협력적 문제해결을 강조한다. 프로젝트 기반 학습은 학습자가 학습 과제를 해결하기 위해 다양한 분야의 지식을 유기적으로 통합시키고 실제적 경험과 지식을 연결함으로써 학습내용에 대한 심층적인 이해와 고차원적인 사고를 하게 한다. 본 논문에서는 플립러닝과 프로젝트 기반 학습을 통합한 플립러닝형 프로젝트 기반 학습에 대한 연구 동향 분석을 통해 향후 연구를 위한 시사점을 도출하고자 하였다.
연합학습은 원본 데이터를 공유하지 않고 모델을 학습할 수 있는 각광받는 프라이버시를 위한 학습방법론이다. 이를 위해 참여자의 데이터를 수집하는 대신, 데이터를 인공지능 모델 학습의 요소들(가중치, 기울기 등)로 변환한 뒤, 이를 공유한다. 이러한 강점에 더해 기존 연합학습을 개선하는 방법론들이 추가적으로 연구되고 있다. 기존 연합학습은 모델 가중치를 평균내는 것으로 참여자 간에 동일한 모델 구조를 강요하기 때문에, 참여자 별로 자신의 환경에 알맞은 모델 구조를 사용하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 지식 증류 기반의 연합학습 방법(Knowledge Distillation-based Federated Learning)으로 서로 다른 모델 구조를 가질 수 있도록(Model Heterogenousity) 하는 방법이 제시되고 있다. 연합학습은 여러 참여자가 연합하기 때문에 일부 악의적인 참여자로 인한 모델 포이즈닝 공격에 취약하다. 수많은 연구들이 기존 가중치를 기반으로한 연합학습에서의 위협을 연구하였지만, 지식 증류 기반의 연합학습에서는 이러한 위협에 대한 조사가 부족하다. 본 연구에서는 최초로 지식 증류 기반의 연합학습에서의 모델 성능 하락 공격에 대한 위협을 실체화하고자 한다. 이를 위해 우리는 GMA(Gaussian-based Model Poisoning Attack)과 SMA(Sign-Flip based Model Poisoning Attack)을 제안한다. 결과적으로 우리가 제안한 공격 방법은 실험에서 최신 학습 기법에 대해 평균적으로 모델 정확도를 83.43%에서 무작위 추론에 가깝게 떨어뜨리는 것으로 공격 성능을 입증하였다. 우리는 지식 증류 기반의 연합학습의 강건성을 평가하기 위해, 새로운 공격 방법을 제안하였고, 이를통해 현재 지식 증류 기반의 연합학습이 악의적인 공격자에 의한 모델 성능 하락 공격에 취약한 것을 보였다. 우리는 방대한 실험을 통해 제안하는 방법의 성능을 입증하고, 결과적으로 강건성을 높이기 위한 많은 방어 연구가 필요함을 시사한다.
본 연구는 단일 문서로부터 문서가 내포하고 있는 지식정보를 지식구조 혹은 인지스키마로 불리는 형태로 자동 생성하는 기법을 제안한다. 제안된 기법을 이용하여 자동 생성된 지식구조는 실제 문서 학습자의 학습 전, 후의 지식구조, 문서의 해당 지식을 명확히 알고 있는 도메인 전문가의 지식구조와의 유사도 측정을 통해 검증하였다. 자동 생성된 지식구조는 학습자의 학습 후 지식구조, 전문가 지식구조와 상당한 유사성을 보이며, 문서의 지식 정보를 인지적인 관점에서 정교하게 표현 하고 있음을 확인하였다. 이는 기존의 단어 기반의 정보 기술들에서 더욱 고차원적인 지식 정보를 활용한 지식구조 기반 정보 기술의 연구 가능성을 제시한다.
오늘날 지능형 교수 시스템은 과거와는 달리 전문영역 지식, 학습자 지식과 융통적인 개별 학습과 개인교수를 지원하기 위한 교수 전략에 대한 지식이 사용되고 있다. 학습자들이 배웠던 내용이 무엇인지를 설명하고 가르칠 도메인 지식을 전문영역 지식으로 표현한다. 교수법 모듈은 학습을 제어하거나 가르치기 위한 모든 결정을 한다. 학생 모형은 학습자의 지식을 기술하고 학습자 개개인에 대한 특정한 정보를 저장한다. 본 논문에서는 지능형 교수 시스템의 구성 요소인 학습자 모형의 지식을 기존의 인공지능에서의 지식 표현 기법인 생성 시스템의 절차 지식을 온톨로지를 사용하여 설계하였다.
정보통신기술의 급격한 발달은 새로운 정보와 지식의 양을 급속하게 증가시켜 지식 기반사회로의 체제를 굳건히 만들고 있다. 지식기반사회에서 전통적 교수-학습 방법은 더 이상 학습자의 문제해결에 도움을 주기 어렵다. 이런 이유 때문에 전통적 교수-학습 방법을 대신할 수 있는 지식기반사회의 적합한 수업모형인 문제중심학습이 대두되고 있다. 또한 이를 발전시켜 온라인 기반의 e-PBL (e-Learning PBL)은 e-Learning과 PBL을 결합시킨 수업모형으로 전통적 교수-학습 방법을 대체할 수 있다. 따라서 본 연구는 초등학교 정보소양교육 분야에서 활용할 수 있는 e-PBL 수업모형, 수업문제를 개발하고 이를 실제 교육현장에 적용하여 타당성과 효과성을 검증하였다. 또한 e-PAS 시스템을 구축하여 e-PBL을 지원함으로써 학업성취도 및 자기 주도적 학습능력을 향상시키고 학습만족도를 신장시켰다.
본 연구는 프로그래밍 교육을 효과적으로 실시하기 위한 실제적 능력을 향상시키기 위하여 프로그래밍 교육 프로그램을 설계하고 적용하여 예비교사의 프로그래밍 교수내용지식의 변화를 확인한 연구이다. 제작된 교육 프로그램에서는 블록 기반 모바일 프로그래밍 언어인 앱 인벤터를 사용하였고, 문제 기반 학습 방법과 프로젝트 기반 학습 방법을 활용하였다. 개발된 교육프로그램을 예비정보교사에게 교육하고 프로그래밍 교수내용지식을 확인하기 위한 평가문항으로 자기평가를 실시하였다. 그 결과 문제 기반 학습 방법으로 프로그래밍을 학습한 후 프로그래밍 교수내용지식 점수와 교수법영역 지식의 점수가 유의하게 향상되었고, 프로젝트 기반 학습 방법을 적용한 후 내용지식영역, 교수법영역, 교육과정영역의 점수가 유의하게 향상되었다.
컴퓨터기반 협력학습도구를 사용하여 한 공간에서 다양한 관점을 가진 사람들이 토의하고자 할 때, 작성된 글이 과제내용 중 어느 부분에 해당하는 것인지를 파악하는 것이 어렵고 서로의 지식과 의견을 공유하는데 어려움이 따른다. 본 연구에서는 컴퓨터 기반 협력학습에서 공유지식 형성을 방해하는 요인을 문헌연구를 통해 분석하고 도출된 원리를 기반으로 협력표상도구를 설계하였다. 설계된 도구는 평가 준거에 따른 체크리스트와 F.G.I를 통해 교수자, 설계자, 학습자의 다양한 의견을 수렴함으로써 반복 조정되었다. 최종 조정된 도구는 복합 과제를 해결해야하는 컴퓨터 기반 협력학습상황에서 학습자 간 지식 및 의견을 공유하는 데 방해요소를 최소화하여 협의를 촉진하고 고차원의 해결책을 도출하는 데 기여할 것이라 기대한다.
본 연구는 선행 연구에서 도출한 CSILE에서의 협력적 지식구축에 영향을 주는 변인들간의 관련성을 규명하기 위한 후속연구이다. CSILE는 학습자들의 지식구축을 지원하는 환경으로 학습공동체의 탐구과정을 지원하기 위해 활용된다. 본 연구는 CSILE 기반의 초등학교 과학과 탐구학습을 대상으로 선행연구를 통해 밝힌 변인, '지식의 이해', '과학적 소양', '학습 의도'간의 관련성을 살폈고, 각각의 변인이 탐구력을 예측할 수 있는지 분석하였다. 실험 결과, 과학과 탐구에 대한 학술적인 의도가 지식의 이해와 과학적 소양과 관련이 있음을 알 수 있었다. 또한, 탐구력을 예측할 수 있는 변인으로서 과학적 소양의 해석력을 검증하고, CSILE 기반의 탐구학습에서 과학적 소양의 증진을 위해 고려해야 할 사항을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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