• 제목/요약/키워드: mathematical understanding

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설명가능한 인공지능을 활용한 수학교육 연구의 영향력 분석 (Analysis of the impact of mathematics education research using explainable AI)

  • 오세준
    • 한국수학교육학회지시리즈A:수학교육
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    • 제62권3호
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    • pp.435-455
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    • 2023
  • 본 연구는 수학 교육 분야에서 중요한 영향을 미치는 논문을 판별하고 분석하기 위한 설명가능한 인공지능(XAI) 모델을 개발하였다. 29개 국내외 수학교육 학술지의 논문 메타정보를 활용하여 수학교육 학술연구 네트워크를 구축하였다. 구축된 네트워크는 '논문과 다른 논문의 인용 네트워크', '논문과 저자 네트워크', '논문과 학술지 네트워크', '공동 저자 네트워크', '저자와 소속기관 네트워크' 등 총 5개의 세부 네트워크로 구성되었다. 랜덤포레스트 기계학습 모델을 사용하여 네트워크 내의 개별 논문의 영향력을 평가하였으며, SHAP을 이용해 영향력 있는 논문의 판별 기준을 분석하였다. '논문 네트워크 PageRank', '논문당 인용횟수의 변화량', '총 인용횟수', '저자의 h-index 변화량', '학술지의 논문당 인용횟수' 등이 중요한 판별 요인으로 나타났다. 국내와 국외 수학교육 연구의 판별 패턴을 비교 분석한 결과, 국내 연구에서는 '공동 저자 네트워크 PageRank'의 중요성이 도드라졌다. 본 연구의 XAI 모델은 논문의 영향력 판별 도구로써 연구자에게 논문 작성 시 전략적인 방향성을 제공할 수 있게 해준다. 논문 네트워크 확장, 학술대회 발표, 공동 저술 활동을 통한 저자 네트워크 활성화 등이 논문의 영향력 증진에 크게 기여한다는 결과를 얻었다. 이를 통해 연구자는 학계에서 자신의 연구가 어떠한 평가 기준에 따라 어떻게 인식되고 있는지, 그리고 그 평가에 기여하는 주요 요인이 무엇인지를 명확히 파악할 수 있을 것이다. 본 연구는 설명가능한 인공지능을 활용하여 전통적으로 많은 시간과 비용이 필요하던 수학교육 논문의 영향력 평가 방식을 혁신하였다. 이 방법은 수학교육 연구 뿐만 아니라 다른 학문 분야에서도 활용될 수 있으며, 연구활동의 효율성과 효과성을 향상시킬 것으로 기대된다.

도입주체에 따른 인터넷경로의 도입효과 (The Impact of the Internet Channel Introduction Depending on the Ownership of the Internet Channel)

  • 유원상
    • 마케팅과학연구
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    • 제19권1호
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    • pp.37-46
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    • 2009
  • The Census Bureau of the Department of Commerce announced in May 2008 that U.S. retail e-commerce sales for 2006 reached $ 107 billion, up from $ 87 billion in 2005 - an increase of 22 percent. From 2001 to 2006, retail e-sales increased at an average annual growth rate of 25.4 percent. The explosive growth of E-Commerce has caused profound changes in marketing channel relationships and structures in many industries. Despite the great potential implications for both academicians and practitioners, there still exists a great deal of uncertainty about the impact of the Internet channel introduction on distribution channel management. The purpose of this study is to investigate how the ownership of the new Internet channel affects the existing channel members and consumers. To explore the above research questions, this study conducts well-controlled mathematical experiments to isolate the impact of the Internet channel by comparing before and after the Internet channel entry. The model consists of a monopolist manufacturer selling its product through a channel system including one independent physical store before the entry of an Internet store. The addition of the Internet store to this channel system results in a mixed channel comprised of two different types of channels. The new Internet store can be launched by the independent physical store such as Bestbuy. In this case, the physical retailer coordinates the two types of stores to maximize the joint profits from the two stores. The Internet store also can be introduced by an independent Internet retailer such as Amazon. In this case, a retail level competition occurs between the two types of stores. Although the manufacturer sells only one product, consumers view each product-outlet pair as a unique offering. Thus, the introduction of the Internet channel provides two product offerings for consumers. The channel structures analyzed in this study are illustrated in Fig.1. It is assumed that the manufacturer plays as a Stackelberg leader maximizing its own profits with the foresight of the independent retailer's optimal responses as typically assumed in previous analytical channel studies. As a Stackelberg follower, the independent physical retailer or independent Internet retailer maximizes its own profits, conditional on the manufacturer's wholesale price. The price competition between two the independent retailers is assumed to be a Bertrand Nash game. For simplicity, the marginal cost is set at zero, as typically assumed in this type of study. In order to explore the research questions above, this study develops a game theoretic model that possesses the following three key characteristics. First, the model explicitly captures the fact that an Internet channel and a physical store exist in two independent dimensions (one in physical space and the other in cyber space). This enables this model to demonstrate that the effect of adding an Internet store is different from that of adding another physical store. Second, the model reflects the fact that consumers are heterogeneous in their preferences for using a physical store and for using an Internet channel. Third, the model captures the vertical strategic interactions between an upstream manufacturer and a downstream retailer, making it possible to analyze the channel structure issues discussed in this paper. Although numerous previous models capture this vertical dimension of marketing channels, none simultaneously incorporates the three characteristics reflected in this model. The analysis results are summarized in Table 1. When the new Internet channel is introduced by the existing physical retailer and the retailer coordinates both types of stores to maximize the joint profits from the both stores, retail prices increase due to a combination of the coordination of the retail prices and the wider market coverage. The quantity sold does not significantly increase despite the wider market coverage, because the excessively high retail prices alleviate the market coverage effect to a degree. Interestingly, the coordinated total retail profits are lower than the combined retail profits of two competing independent retailers. This implies that when a physical retailer opens an Internet channel, the retailers could be better off managing the two channels separately rather than coordinating them, unless they have the foresight of the manufacturer's pricing behavior. It is also found that the introduction of an Internet channel affects the power balance of the channel. The retail competition is strong when an independent Internet store joins a channel with an independent physical retailer. This implies that each retailer in this structure has weak channel power. Due to intense retail competition, the manufacturer uses its channel power to increase its wholesale price to extract more profits from the total channel profit. However, the retailers cannot increase retail prices accordingly because of the intense retail level competition, leading to lower channel power. In this case, consumer welfare increases due to the wider market coverage and lower retail prices caused by the retail competition. The model employed for this study is not designed to capture all the characteristics of the Internet channel. The theoretical model in this study can also be applied for any stores that are not geographically constrained such as TV home shopping or catalog sales via mail. The reasons the model in this study is names as "Internet" are as follows: first, the most representative example of the stores that are not geographically constrained is the Internet. Second, catalog sales usually determine the target markets using the pre-specified mailing lists. In this aspect, the model used in this study is closer to the Internet than catalog sales. However, it would be a desirable future research direction to mathematically and theoretically distinguish the core differences among the stores that are not geographically constrained. The model is simplified by a set of assumptions to obtain mathematical traceability. First, this study assumes the price is the only strategic tool for competition. In the real world, however, various marketing variables can be used for competition. Therefore, a more realistic model can be designed if a model incorporates other various marketing variables such as service levels or operation costs. Second, this study assumes the market with one monopoly manufacturer. Therefore, the results from this study should be carefully interpreted considering this limitation. Future research could extend this limitation by introducing manufacturer level competition. Finally, some of the results are drawn from the assumption that the monopoly manufacturer is the Stackelberg leader. Although this is a standard assumption among game theoretic studies of this kind, we could gain deeper understanding and generalize our findings beyond this assumption if the model is analyzed by different game rules.

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과학 탐구 기반의 통합적 STEM 교육 모형 개발 및 적용 (Development and Application of Integrative STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) Education Model Based on Scientific Inquiry)

  • 이효녕;권혁수;박경숙;오희진
    • 한국과학교육학회지
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    • 제34권2호
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    • pp.63-78
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    • 2014
  • 통합적 STEM 교육은 과학, 기술, 공학, 수학의 내용과 과정을 체계적이고 의도적으로 통합하려는 공학적 설계기반 학습을 말하며, 다른 교과와 통합을 통해 더욱 발달할 수 있다. 이 연구는 과학 탐구 기반의 통합적 STEM 교육 프로그램의 개발과 효과 검증을 위한 기초연구이며, STEM 교육 관련 문헌 연구를 통해 STEM 교육의 가치와 핵심요소를 분석하고 과학 탐구 기반의 통합적 STEM 교육 모형의 개발 및 모형을 적용하여 개발한 대표적인 예시 프로그램을 제시하는 것이다. 모형에 포함될 요소를 확정하기 위해 문헌 분석을 실시하였고, 선행 연구에 포함된 내용과 탐구 과정을 분석하여 통합적 STEM 교육 모형을 구성하였다. 전문가의 내용 타당도 분석 결과 CVR 값의 평균은 0.78로 구성된 모형은 내용 타당도가 있는 것으로 판단되었다. 이 STEM 교육 모형은 내용과 탐구 과정의 두 가지 측면으로 나누어진다. 내용의 측면은 실생활 문제에서 경험할 수 있는 과학, 기술, 공학, 수학 그리고 인문사회와 예술적 소재까지 포괄할 수 있으며, 탐구 과정은 설계와 제작을 기반으로 한 문제해결 과정이다. 탐구 과정은 과학 탐구를 기반으로 하여 기술 공학적 문제해결 과정을 적용할 수 있도록 구성하였다. 학생들은 실생활 문제를 분석하고, 설계하고 제작하는 과정에서 STEM 교과에 대한 흥미를 향상시킬 수 있고 문제에 포함된 지식과 탐구의 방법과 기능을 체계적으로 학습할 수 있다. 개발된 프로그램은 학교 현장에서 활용되어, STEM 교과에 대한 이해도 증진과 과학, 수학에 대한 흥미를 높이고, 과학기술 기반의 융합적 소양과 설계 기반의 문제해결력을 배양하는 데 기여할 수 있을 것이다.

일 도시의 초등학교 학생의 수면습관과 행동, 정서, 주의력, 학습과의 관계 (Differences in Sleep Patterns are Related to Behavior, Emotional Problems, Attention and Academic Performance in Elementary School Students of a South Korean Metropolitan City)

  • 탁희종;이지호;이장명;정석훈;이재원;심창선;윤재국;성주현;방수영
    • Journal of the Korean Academy of Child and Adolescent Psychiatry
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    • 제22권3호
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    • pp.182-191
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    • 2011
  • Objectives: The aim of this study was to investigate the sleep patterns of South Korean elementary school children and whether the differences in sleep patterns were related to behavior, emotional problems, attention and academic performance. Method: This study included a community sample of 268 boys and girls from fourth-, fifth- and sixth-grade classes in a South Korean metropolitan city from November to December 2010. The primary caregivers completed a questionnaire that included information on demographic characteristics, as well as the Child's Sleep Habit Questionnaire (CSHQ), the Korean version of Child Behavior Checklist (K-CBCL), the Korean version of the Learning Disability Evaluation Scale (K-LDES), the Korean version of ADHD Rating Scale (K-ARS) and the Disruptive Behavior Disorder Scale (DBDS). We conducted analyses on the CSHQ individual items, between the subscales, on the total scores and on the K-CBCL, the K-LEDS, the K-ARS and the DBDS. Results: Based on the findings from the CHSQ, the subjects had significantly higher scores for bedtime resistance ($9.18{\pm}2.17$), delayed sleep onset ($1.32{\pm}0.62$), the sleep duration ($4.19{\pm}1.52$) and daytime sleepiness ($14.10{\pm}3.55$) than the scores from the previous reports on children from western countries. The total CHSQ score showed positive correlations to all subscales of the K-CBCL : withdrawn (r=0.24, p<.005), somatic complaint (r=0.24, p<.005) and anxious/depressive (r=0.38, p<.005). Bedtime resistance was associated with oppositional defiant disorder (r=0.15, p<.05) and a positive correlation was demonstrated between sleep anxiety and the oppositional defiant disorder score (r=0.13, p<.05), night waking and the conduct disorder score (r=0.16, p<.05). Delayed sleep onset was related with low performance on the K-LDES with respect to thinking (r=-0.17, p<.05) and mathematical calculation (r=-0.17, p<.05). Conclusion: The results of this study reconfirm Korean children's problematic sleep patterns. Taken together the results provide that the reduced sleep duration and disruption of sleep pattern can have a significant impact on emotion, behavior, performance of learning in children. Further studies concerning more diverse psychosocial factors affecting sleep pattern will be helpful to understanding of the sleep health in Korean children.

초.중.고등학교 확률과 통계 단원에 나타난 표본개념에 대한 분석 (Features of sample concepts in the probability and statistics chapters of Korean mathematics textbooks of grades 1-12)

  • 이영하;신수영
    • 대한수학교육학회지:수학교육학연구
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    • 제21권4호
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    • pp.327-344
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    • 2011
  • 본 연구는 고등학교 수학교과에서 배우는 모평균의 신뢰구간 구하기와 같은 통계적 추론 능력을 기르기 위한 방안의 첫 단계연구이다. 통계적 추론과정을 비판적으로 분석하여 신뢰할만한 추론방법으로 이를 인정할 수 있는 표본개념의 형성을 위해, 연구자들은 우연과 필연, 귀납과 연역, 가능성원리, 통계량의 변이성, 통계적 모형 등의 하위 개념들이 형성되어야 한다고 보았다. 그리고 초중등 통계단원의 전 과정에서 이들 개념의 체계적인 발달을 도모해야 한다는 전제 아래, 초 중 고등학교 통계단원을 분석해 본 결과는 아래와 같았다. 첫째, 문제해결 방법 선택의 지도와 관련하여, 통계적 방법을 선택할 문제 상황으로서, 우연적 상황을 필연적 상황과 구분하기위한 설명이 있는 교과서가 초등학교에는 없고, 중등 수준에서도 매우 드물었다. 둘째 표본의 모집단 관련 의미를 이해시키려는 단계적 준비가 미흡하다고 할 수 있다. 전체와 부분의 모집단과 표본 구분이 고등학교에서 비로소 공식화되고 있으며, 초 중학교에서 사용되는 표본자료는 그것으로부터 얻어지는 계산적 결과에만 초점이 맞추어짐으로서, 학년이 올라감에 따라 모집단을 향한 귀납적 추론의 신뢰성에 대한 비판적 사고의 깊이가 더해지는 모습을 찾아보기 어려웠다. 셋째, 무작위 추출이 갖는 대표성의 의미에 대한 설명보다는 무작위 활동 자체에 대한 설명이 중심이 됨으로서 무작위 추출의 확률적 의미, 즉 무작위 표본을 통해 구해질 통계량의 표집분포에서의 (상속된) 무작위성을 위한 담보로서의 목적에 대한 설명이 없다는 점이다. 넷째 통계적 추론을 수학(연역)적 추론과 구분해 주는 설명이 없을 뿐 아니라, 학습자의 논리성 발달 수준에 맞게 변화하는 가능성원리에 대한 설명, 적용 등을 전혀 찾기 어렵다는 점이다. 다섯째 통계량의 우연변이성과 그에 따른 표집분포의 존재에 대한 이해를 추구하는 설명을 찾기 어렵다는 점이다. 표집분포를 수학적으로 구하는 것은 매우 어려운 과정이지만, 그것의 존재를 인식하느냐 못하느냐는 통계적 추론 자체의 이해 가능성을 달리하는 중요한 문제이기 때문이다.

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초등수학영재 선발전형에 활용되는 교사 관찰 추천서의 분석 및 평가에 관한 연구 (Study on the Analysis and Evaluation of 'Observation and Recommendation Letter by Teacher' Which is Utilized in Mathematically Gifted Elementary Students Screening)

  • 김종준;류성림
    • 한국수학교육학회지시리즈C:초등수학교육
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    • 제16권3호
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    • pp.229-250
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    • 2013
  • 본 연구의 목적은 최근 영재 선발을 위해서 도입된 관찰 추천 선발제도에서 교사 관찰 추천서의 활용도를 높이기 위하여 현재 영재 선발전형의 일환으로 제출되는 교사 관찰 추천서를 분석하고 적절한 평가 모형을 개발하여 교사 관찰 추천서의 객관성 확보 방안을 마련하는 것이다. 연구 대상은 2012년 D광역시 소재 D대학부설 영재교육원 선발의 1차 전형에 통과한 초등수학영재 60명에 대한 교사 관찰 추천서이다. 연구 결과 교사 관찰 추천서에 나타난 수학 영재행동특성으로 구체적인 사례보다는 피상적인 진술을 하는 경향이 많았으며, 연구자가 고안한 교사 관찰 추천서의 분석 틀에 따라 빈도분석을 한 결과 특정 문항에 집중되는 경향을 보였다. 이는 관찰하고 서술하기 용이한 부분이 있는 반면 그렇지 못한 부분이 있거나 영재의 특성으로 판단하지 않았다는 것을 보여준다. 따라서 관찰 추천을 하기에 앞서 학생의 영재행동특성을 서술할 수 있는 좀 더 세분화된 교사 관찰 추천서 양식의 개발 및 영재의 관찰 추천과 관련된 교사연수가 체계적으로 이루어져야 한다는 것을 보여준다. 또한 교사 관찰 추천서에 나타난 영재행동특성에 대해서 Rubric 모형을 적용하여 점수화한 값을 기반으로 한 채점자간의 신뢰도는 1차 채점 시에는 상관계수가 .641이었고, 채점 과정에 대한 협의를 거친 후 3주 후에 실시한 2차 채점 시에는 .732로 다소 상승하였다. 이는 1차 채점 이후에 협의과정을 거치면서 채점자간의 엄격성을 조정하였으며, 서술형이기에 나타날 수 있는 다양한 상황에서의 세부적인 판단 기준을 세우고, 새롭게 나타난 상황에 대한 점수 부여의 합의점을 찾았기 때문이라고 볼 수 있다. 즉, 초등수학영재 판별을 위해서는 적절한 모형의 개발만큼이나 평가 모형에 대한 채점자들의 엄밀한 이해와 적용이 필요하다는 것을 시사한다.

창의적 융합교육을 위한 무게중심 프로그램 개발과 적용사례 연구 (A Study on the Effects of Creative STEAM System Given by Center of Gravity Experiment)

  • 김수금;유시규;김선배
    • 대한수학교육학회지:수학교육학연구
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    • 제24권3호
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    • pp.333-357
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    • 2014
  • 본 연구에서 제시하는 무게중심 확인실험 프로그램개발은 2013년 '동국대학교 과학영재교육원'에서 융합형 영재프로그램으로 개발되어 초등 영재학생 10개 집단 120명과 중등수학영재학생 24명을 대상으로 진행되었다. 무게중심 확인실험은 한국 과학창의재단에서 제시하는 융합형인재교육(STEAM) 학습준거 틀에서 수행된 3단계 과정을 이행하여 창의적 융합교육의 효과를 극대화하였다. 본 연구가 갖는 3가지 특징은 다음과 같다. 첫째, 연구에서 새롭게 개발된 무게중심 확인실험은 수학과 물리가 융합된 교육방식이다. 둘째, 실험에 사용되는 모형은 학생들의 능동적 활동으로 창의적인 모형 설계가 가능하다. 셋째, 무게중심 확인실험 프로그램은 학습 능력에 따라 수준별 수업으로서 전환이 가능하다. 위에서 제시한 특성들을 바탕으로 무게중심 확인실험을 통하여 창의적 융합교육의 효과를 극대화시킨다. 설문조사 결과는 주어진 지식을 단순 암기하는 학습에서 벗어나 실험에 필요한 배경지식 이해, 실험 설계, 실험 과정, 실험 결과의 단계를 거쳐 학습된다. 설문조사와 학생들의 실험 후 토의 결과, 현재 수학 또는 과학 교육과정이 제시하는 무게중심 학습과 비교하여, 새롭게 개발된 융합형 프로그램이 교육의 효과가 뛰어남을 보여 준다. 본 연구는 수학이 다른 교과영역과 융합되는 새로운 융합형 교육방식을 제시한다. 특히 무게중심을 찾고 이를 확인하는 새로운 형태를 제시한다. 결론적으로 교수자와 학습자가 모두 만족할 수 있는 새로운 무게중심 교육의 틀을 제시한다.

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2022 개정 수학과 교육과정에 대한 초등학교 교사들의 인식 조사 (Survey of elementary school teachers' perceptions of the 2022 revised mathematics curriculum)

  • 권점례
    • 한국수학교육학회지시리즈C:초등수학교육
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    • 제27권2호
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    • pp.111-137
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    • 2024
  • 본 연구는 2022 개정 수학과 교육과정을 초등학교에 적용할 때 예상되는 어려움과 필요한 지원을 파악하여 현장안착을 위한 지원을 파악하는 데 목적이 있다. 이를 위해 2022 개정 수학과 교육과정의 주요 변화를 탐색하고, 이를 토대로 초등학교 교사를 대상으로 설문조사를 실시하여 현장 적용 시 예상되는 어려움과 필요한 지원을 파악하였다. 특히 결과 분석 시 학교가 소재하는 지역 규모와 교사의 교육 경력에 따라 예상되는 어려움과 필요한 지원에서 차이가 있는지도 살펴보았다. 연구 결과, 첫째, 2022 개정 수학과 교육과정 적용 시 어려움을 예상하는 교사의 비율은 대부분 50% 이하로 나타났지만, 지원을 요구하는 교사의 비율은 80% 내외로 훨씬 높게 나타났다. 둘째, 2022 개정 수학과 교육과정 적용 시 예상되는 초등학교 교사들의 어려움은 평가에서 가장 크게 나타났다. 셋째, 에듀테크 활용과 관련해서 학생의 디지털 소양 함양을 위한 교수·학습 방법, 교구나 공학 도구를 활용하는 평가, 온라인 환경에서의 평가 등에서도 초등학교 교사들의 어려움이 예상된다. 넷째, 2022 개정 수학과 교육과정 적용 시 예상되는 초등학교 교사들의 어려움은 수학 교과 역량과 관련해서도 크게 나타났다. 다섯째, 성취기준과 관련해서 성취기준의 추가, 삭제, 조정 등을 포함하는 주요 변화와 그에 따라 다른 성취기준 학습에 미치는 영향을 파악하는 데도 어려움이 예상되는 것으로 나타났다. 마지막으로, 2022 개정 수학과 교육과정 적용 시 예상되는 어려움과 필요한 지원에 대한 초등학교 교사들의 반응이 학교가 소재하는 지역 규모에 따라서는 차이가 없었으나 다수의 항목에서 교사의 교육 경력에 따라 통계적으로 차이가 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 2024년부터 연차적으로 적용될 2022 개정 수학과 교육과정에 대한 다양한 지원이 이루어지길 기대한다.