KR101715323B1 - 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 학습자의 실시간 감성 정보를 분석하여 학업 수준별 및 상호 교감형 맞춤 교육을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 맞춤형 교육을 위한 학습 컨텐츠를 제공하며, 상기 학습 컨텐츠 상에서 학습자 또는 교수자에 의하여 학습 데이터 및 풀이 데이터, 상기 학습자의 감성 데이터, 및 상기 학습자의 감성 상태에 따른 교감 활동 데이터가 입력되고, 상기 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출한 후 상기 감성 지수 정보의 구간별 감성 단어를 매핑하고, 상기 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 상기 학습자의 감성 분석 정보를 생성 및 관리하는 교육 지원 서버; 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 맞춤형 학습 정보를 입력하여 학습 회원으로 등록한 후 학습 컨텐츠를 요청하고, 상기 학습자의 영상 데이터를 촬영하며, 상기 촬영된 영상 데이터를 기초로 상기 학습자의 감성 데이터를 산출하고, 상기 학습 컨텐츠를 통하여 상기 학습 데이터와 상기 학습자의 감성 데이터를 실시간으로 제공하며, 상기 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 수신하는 학습자 단말; 및 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 상기 학습자 단말에 의하여 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터를 입력하며, 상기 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 제공하는 교수자 단말을 포함하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템을 개시한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 맞춤형 교육을 위한 학습 컨텐츠를 제공하며, 상기 학습 컨텐츠 상에서 학습자 또는 교수자에 의하여 학습 데이터 및 풀이 데이터, 상기 학습자의 감성 데이터, 및 상기 학습자의 감성 상태에 따른 교감 활동 데이터가 입력되고, 상기 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출한 후 상기 감성 지수 정보의 구간별 감성 단어를 매핑하고, 상기 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 상기 학습자의 감성 분석 정보를 생성 및 관리하는 교육 지원 서버; 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 맞춤형 학습 정보를 입력하여 학습 회원으로 등록한 후 학습 컨텐츠를 요청하고, 상기 학습자의 영상 데이터를 촬영하며, 상기 촬영된 영상 데이터를 기초로 상기 학습자의 감성 데이터를 산출하고, 상기 학습 컨텐츠를 통하여 상기 학습 데이터와 상기 학습자의 감성 데이터를 실시간으로 제공하며, 상기 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 수신하는 학습자 단말; 및 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 상기 학습자 단말에 의하여 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터를 입력하며, 상기 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 제공하는 교수자 단말을 포함하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템을 개시한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 학습자의 실시간 감성 정보를 분석하여 학업 수준별 및 상호 교감형 맞춤 교육을 제공하기 위한 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템에 관한 것이다.
최근, 이슈화되고 있는 스마트 교육은 21세기 학습자 역량 강화를 위한 지능형 맞춤 학습 체제로 교육 환경, 교육 내용, 교육 방법 및 평가 등 교육 체제를 혁신하는 동력으로 정의된다.
이러한 스마트 교육은 교수와 학습자 간의 소통과 협력을 위해 학습 방식을 수평적, 참여적, 상호 작용적으로 전환하여 학습 효과를 높이고자 하는 총체적인 접근이며, 이에 대하여 정부는 2011년부터 스마트 교육 추진 전략 등 다양한 지원 정책을 추진해 왔다.
그러나, 지금까지의 스마트 교육은 전자 칠판, 스마트 패드 등의 하드웨어적 중심으로 예산 편성이 집중되었고, 학습 지원을 위한 도구 중심으로 기술이 발전해 옴에 따라, 첨단 IT기술의 편의성 이면에 교수자와 학습자 간에 점점 약해지는 유대감 및 상호 작용으로 오히려 교육의 질이 저하되는 문제점이 드러나고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 학습자의 실시간 감성 정보를 분석하여 학업 수준별 및 상호 교감형 맞춤 교육을 제공하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템은 맞춤형 교육을 위한 학습 컨텐츠를 제공하며, 상기 학습 컨텐츠 상에서 학습자 또는 교수자에 의하여 학습 데이터 및 풀이 데이터, 상기 학습자의 감성 데이터, 및 상기 학습자의 감성 상태에 따른 교감 활동 데이터가 입력되고, 상기 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출한 후 상기 감성 지수 정보의 구간별 감성 단어를 매핑하고, 상기 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 상기 학습자의 감성 분석 정보를 생성 및 관리하는 교육 지원 서버; 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 맞춤형 학습 정보를 입력하여 학습 회원으로 등록한 후 학습 컨텐츠를 요청하고, 상기 학습자의 영상 데이터를 촬영하며, 상기 촬영된 영상 데이터를 기초로 상기 학습자의 감성 데이터를 산출하고, 상기 학습 컨텐츠를 통하여 상기 학습 데이터와 상기 학습자의 감성 데이터를 실시간으로 제공하며, 상기 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 수신하는 학습자 단말; 및 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 상기 학습자 단말에 의하여 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터를 입력하며, 상기 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 제공하는 교수자 단말을 포함할 수 있다.
상기 감성 데이터는 상기 학습자의 얼굴 표정을 인식하는 표정 인식 알고리즘에 의하여 산출된 복수 개의 표정 데이터일 수 있다.
상기 감성 지수 산출 알고리즘은 상기 표정 데이터의 변화를 미리 설정된 수치로 계량화할 수 있다.
상기 감성 분석 알고리즘은 상기 감성 데이터의 변화에 따른 학습자 감성 지수를 산출하고, 상기 산출된 학습자 감성 지수를 학습자의 성별 또는 나이 별로 감성 구간을 설정한 후, 상기 설정된 감성 구간 별로 미리 설정된 감성 단어를 매핑하여 감성 분석 정보를 생성할 수 있다.
상기 감성 분석 정보는 목표 감성 정보 및 이상 감성 정보를 포함하고, 상기 교육 지원 서버는 상기 학습자에 대한 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 상기 교수자 단말로 제공할 수 있다.
상기 교수자 단말은 상기 수신된 학습자에 대한 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 상기 교감 활동 데이터를 제공한 상태에서 학습자의 변경 감성 정보와 비교하고, 상기 비교 결과를 상기 교육 지원 서버에 제공할 수 있다.
상기 감성 분석 정보는 상기 학습자 개인 또는 그룹에 대한, 학습 역량 및 성향 분석 정보, 과목별 학습자 관심도 정보, 과목 및 세부 내용별 이해수준 정보, 시간대별 학습 집중도 정보, 학습자 및 과목별 추천 교육 방식 정보, 난이도별 콘텐츠 수준 및 적정성 검증 지표 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 교육 지원 서버는 상기 학습자 단말 또는 교수자 단말과의 데이터 송수신을 위한 통신 모듈; 상기 학습자 단말 또는 교수자 단말로부터 입력된 학습자 정보 또는 교수자 정보를 이용하여 회원으로 등록 및 인증하는 회원 관리 모듈; 상기 학습자 단말의 요청에 의하여 상기 학습 컨텐츠를 개설하는 학습 컨텐츠 개설 모듈; 상기 학습자 단말로부터 제공된 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출하는 감성 지수 정보 산출 모듈; 상기 감성 지수 정보를 상기 학습자의 성별 또는 나이 별로 감성 구간을 설정하는 감성 구간 설정 모듈; 상기 분류된 감성 지수 정보에 따라 구간별 감성 단어를 매핑하는 감성 지수 정보 매핑 모듈; 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 포함하는 감성 분석 정보를 생성하는 감성 분석 정보 생성 모듈; 상기 교감 활동 데이터를 제공한 상태에서 재생성된 학습자의 감성 분석 정보를 기초로 변경 감성 정보를 생성하는 변경 감성 정보 생성 모듈; 상기 목표 감성 정보와 변경 감성 정보가 일치하지 않는 경우 상기 감성 분석 알고리즘을 보정하는 알고리즘 자동 보정 모듈; 상기 학습자에 대한 목표 감성 정보, 이상 감성 정보 또는 변경 감성 정보를 상기 교수자 단말로 제공하고, 상기 교수자 단말로부터 입력된 풀이 데이터, 상기 감성 지수 정보, 및 상기 매핑된 구간별 감성 단어에 대응되는 교감 활동 데이터를 상기 학습자 단말로 제공하는 데이터 제공 모듈; 상기 학습 데이터, 풀이 데이터, 학습자 정보, 교수자 정보, 감성 데이터, 감성 지수 정보, 구간별 감성 단어 정보, 감성 분석 정보, 변경 감성 정보, 표정 인식 알고리즘, 감성 분석 알고리즘 중 적어도 하나를 저장하는 저장 모듈; 상기 학습 컨텐츠 상에서 상기 교수자 단말을 상기 학습자 단말과 매칭시켜 배정하고 관리하는 교수자 관리 모듈; 상기 학습자 단말과의 학습 과정 중 상기 학습자 단말의 잠금 상태를 유보시키는 잠금 유보 모듈; 및 상기 교육 지원 서버를 구성하는 구성요소의 동작을 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 교육 지원 서버는 상기 목표 감성 정보와 변경 감성 정보를 이용하여 상기 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 감성 패턴 정보를 생성하는 감성 패턴 정보 생성 모듈;을 더 포함하고, 상기 데이터 제공 모듈을 통하여 상기 감성 패턴 정보를 상기 교수자 단말로 제공하며, 상기 교수자 단말로부터 상기 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 교감 활동 데이터를 수신하여 각각의 학습자 단말로 제공할 수 있다.
상기 교육 지원 서버는 상기 이상 감성 정보가 생성되는 경우 상기 학습자 단말로 미리 설정된 알람 신호를 전송하는 알람 전송 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 알고리즘 자동 보정 모듈은 상기 이상 감성 정보가 생성되는 경우 상기 학습자 단말로부터 감성 데이터를 수신하여 상기 학습자 감성 지수를 재산출하고, 상기 재산출된 학습자 감성 지수를 기초로 오류가 발생되는 지 여부를 판단하며, 상기 판단 결과 오류가 발생된 경우 상기 감성 분석 알고리즘을 보정할 수 있다.
상기 학습자 단말은 상기 교육 지원 서버와의 데이터 송수신을 위한 제1 통신부; 상기 교육 지원 서버에 접속하여 맞춤형 교육 서비스를 제공받기 위한 학습자 정보 및 맞춤형 학습 정보를 입력하고, 상기 학습 채널의 개설을 요청하는 요청 정보를 입력하며, 상기 학습 컨텐츠 상에서 학습 데이터와 상기 영상 데이터를 입력하는 제1 정보 입력부; 학습 과정을 진행중인 학습자의 영상을 촬영하는 제1 촬영부; 상기 학습 컨텐츠 개설 후에 상기 촬영된 학습자의 영상 데이터를 기초로 상기 학습자의 얼굴 표정을 인식하는 표정 인식 알고리즘에 의하여 상기 학습자의 감성 데이터를 산출하는 감성 데이터 산출부; 상기 학습 컨텐츠 상에서 수행되는 학습 과정 정보를 저장하는 제1 저장부; 상기 교육 지원 서버와 송수신되는 데이터를 표시하되, 상기 학습 과정의 진행시 잠금 상태가 유보되도록 설정되어 상기 학습 과정의 진행 중에는 상기 학습 과정의 데이터만을 표시하는 제1 디스플레이부; 상기 교육 지원 서버로부터 알림 신호를 수신하여, 외부로 미리 설정된 경보 신호를 출력하는 경보 신호 출력부; 및 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 학습자 단말을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함할 수 있다.
상기 교수자 단말은 상기 교육 지원 서버와의 데이터 송수신을 위한 제2 통신부; 상기 교수자가 수행하는 학습 데이터에 대한 강의 영상을 촬영하는 제2 촬영부; 상기 교육 지원 서버에 접속하여 상기 교수자 정보를 입력하고, 상기 강의 영상에 대한 풀이 데이터를 입력하는 제2 정보 입력부; 상기 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어에 대응되는 교감 활동 데이터를 생성하는 교감 활동 데이터 생성부; 상기 강의 영상, 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 편집하여 상기 교육 지원 서버로 제공하는 데이터 업로드부; 상기 교육 지원 서버와 송수신되는 데이터를 표시하는 제2 디스플레이부; 및 상기 교수자 단말을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
상기 교감 활동 데이터 생성부는 상기 감성 분석 정보를 미리 설정된 변경 감성 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 교감 활동 데이터를 생성하며, 상기 제2 제어부는 상기 감성 분석 정보와 상기 변경 감성 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 교육 지원 서버에 통보하여 상기 감성 분석 알고리즘을 보정하도록 하거나, 상기 학습 컨텐츠를 대체하는 대체 콘텐츠를 추천할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템은 학업 수준을 비롯하여 개인별 학습 역량, 관심 과목, 학습 태도 및 성향 등 포괄적인 학습자 분석을 바탕으로 교육 난이도, 학습 자료 선택, 교육 진행 방식 등 학습자 교감형 맞춤 교육을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 교수자가 진행중인 수업에 대한 학습자별 실시간 감성 상태를 파악하여 이상 감성 발견 시 즉시 조치하고, 학습자의 목표 감성 달성 여부에 따라 자동적으로 알고리즘이 진화하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 교수자가 수업 진행 중 끊임없이 변화하는 학습자의 감성상태를 확인하여, 교육 수준을 맞추거나, 수업의 집중도를 향상시킬 수 있도록 신속한 조치가 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 학습자의 감정 분석을 위한 다양한 생체 정보에 의해 수집 및 분석된 감정 데이터를 학습자에게 특화될 수 있도록 세분화하여 학습 감성으로 변환할 수 있는 데이터 분석기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 학습자의 실시간 감성 상태 모니터링을 통한 상호 교감형 맞춤 교육을 가능하게 하며, 또한 누적된 학습자 감성 데이터를 분석하여 지능형 맞춤 학습 구현, 효과적인 교육 정책 수립, 합리적 진로 결정에 대한 기초 자료로 활용되도록 함으로써, 글로벌 창의인재 양성을 위한 국가 교육 패러 다임의 혁신적 전환을 이루는 기반을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 교육 지원 서버를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 학습자 단말을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1의 교수자 단말을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 실시간 학습자 감성 정보를 분석하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자의 감성 지수를 산출하는 알고리즘과 감성 단어를 매핑하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자 감성 정보의 학습자별 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 9a 및 9b는 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자의 감성 패턴 정보 분석을 통한 학습자 및 컨텐츠 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 교육 지원 서버를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 학습자 단말을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1의 교수자 단말을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 실시간 학습자 감성 정보를 분석하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자의 감성 지수를 산출하는 알고리즘과 감성 단어를 매핑하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자 감성 정보의 학습자별 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 9a 및 9b는 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자의 감성 패턴 정보 분석을 통한 학습자 및 컨텐츠 분석 결과를 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 교육 지원 서버를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 4는 도 1의 학습자 단말을 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 5는 도 1의 교수자 단말을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 6은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 실시간 학습자 감성 정보를 분석하는 과정을 나타내는 도면이며, 도 7은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자의 감성 지수를 산출하는 알고리즘과 감성 단어를 매핑하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 8은 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자 감성 정보의 학습자별 분석 결과를 나타내는 도면이며, 도 9a 및 9b는 도 1의 교육 지원 서버를 통하여 학습자의 감성 패턴 정보 분석을 통한 학습자 및 컨텐츠 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템은, 학습자의 실시간 감성 정보를 분석하여 학업 수준별 및 상호 교감형 맞춤 교육을 제공하는 시스템으로서, 교육 지원 서버(10), 학습자 단말(20) 및 교수자 단말(30)을 포함한다.
이러한 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템은, 교수자가 수업을 진행함에 있어서 학습자들의 감성상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 실시간 학습자 감성 정보 분석 기술과 교수자가 수업 전 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 교육 계획을 수립하여 맞춤형 교육을 실시할 수 있도록 다양한 분석 자료를 제공하는 학습자 감성 패턴 분석 기술을 통하여 학습자와의 상호 교감이 가능하도록 할 수 있다.
상기 교육 지원 서버(10)는 유무선 통신망을 통하여 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)에 연결되어 맞춤형 교육을 위한 학습 컨텐츠를 제공하고, 학습 컨텐츠 상에서 학습자 또는 교수자에 의하여 학습 데이터 및 풀이 데이터, 학습자의 감성 데이터, 및 학습자의 감성 상태에 따른 교감 활동 데이터가 업로드되는 웹 서버 장치이다. 또한, 상기 교육 지원 서버(10)는 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘(도 7 참조)에 의하여 감성 지수 정보를 산출한 후 감성 지수 정보의 구간별 감성 단어를 매핑하고, 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘(도 6 참조)에 의하여 학습자의 감성 분석 정보를 생성 및 관리한다.
이러한 동작을 구현하기 위하여, 상기 교육 지원 서버(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 통신 모듈(110), 회원 관리 모듈(115), 학습 컨텐츠 개설 모듈(120), 감성 지수 정보 산출 모듈(130), 감성 구간 설정 모듈(135), 감성 지수 정보 매핑 모듈(140), 감성 분석 정보 생성 모듈(145), 변경 감성 정보 생성 모듈(150), 알고리즘 자동 보정 모듈(155), 데이터 제공 모듈(160), 저장 모듈(165), 교수자 관리 모듈(170), 잠금 유보 모듈(175), 감성 패턴 정보 생성 모듈(180), 알람 전송 모듈(185) 및 제어 모듈(190)을 포함한다.
상기 통신 모듈(110)은 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)과의 데이터 송수신을 위한 장치로서, 통신망에 정의된 프로토콜 스택을 기반으로 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)과 소정의 통신 채널을 연결하고, 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)에 구비된 통신 프로그램에 정의된 통신 프로토콜을 이용하여 학습 컨텐츠, 학습 데이터, 풀이 데이터, 감성 데이터, 교감 활동 데이터 등을 송수신하게 된다. 본 발명에서는 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)과의 데이터 송수신을 위하여 네트워크를 통해 유선 통신(예, 시리얼 통신 등), 또는 근거리 무선 통신(예, 블루투스, 지그비, NFC(Near Field Communication) 등) 등의 통신 방식에 따른 신호로 통신할 수 있으며, 경우에 따라 CDMA, 3G(WCDMA), 4G(LTE, LTE-A), 5G 등 이동 통신 방식 또는 유선 또는 무선 IP(Internet Protocol) 통신 방식(예, WiBro 등), WAP(Wireless Application Protocol) 또는 WEB 등을 통하여 통신할 수도 있다.
상기 회원 관리 모듈(115)은 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)로부터 입력된 맞춤형 학습 정보 또는 교수자 정보를 이용하여 회원으로 등록 및 인증하는 장치이다. 이때, 상기 맞춤형 학습 정보는 학습자의 성별, 나이, 학습 레벨(예를 들면, 초등, 중등, 고등, 대학, 일반), 학습 과목(예를 들면, 언어, 과학, 상식), 학습 목적(예를 들면, 고시, 취업, 자격증), 학습 시간 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 교수자 정보는 교수자의 성별, 나이, 전문 분야, 풀이 과목, 풀이 시간 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.
상기 학습 컨텐츠 개설 모듈(120)은 학습자 단말(20)에 의하여 선택된 학습 컨텐츠를 개설하는 장치로서, 학습 컨텐츠는 학습자 단말(20)에 설치된 맞춤형 교육 어플리케이션 상에서 하나의 창으로 구현되어, 해당 창 내에서 학습자 개인이나 학습자 그룹에 의하여 학습 데이터가 입력되고 교수자 단말(30)로부터 입력되는 풀이 데이터를 수신하여 표시하는 방식으로 제공될 수 있다.
상기 감성 지수 정보 산출 모듈(130)은 학습자 단말로부터 제공된 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출하는 장치이다. 상기 감성 지수 산출 알고리즘은 도 7에 도시된 바와 같이, 학습자의 1차 감정에 해당하는 값과 변화된 2차 감정에 해당하는 값을 각각 미리 설정된 계량화값으로 산출한 후, 산출된 값의 합 또는 차 또는 평균값을 감성 지수로 변환하는 알고리즘이다.
상기 감성 구간 설정 모듈(135)은 감성 지수 정보 산출 모듈(130)에 의하여 산출된 감성 지수 정보를 학습자의 성별 또는 나이 별로 감성 구간을 설정하는 장치이다.
상기 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)은 감성 구간 설정 모듈(135)에 의하여 분류된 감성 지수 정보에 따라 구간별 감성 단어를 매핑하는 장치이다. 이러한 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)은 감성 구간이 설정된 감성 지수 정보를 각각 학습자 감성 단어로 매핑한다. 즉, 상기 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)은 도 7에 도시된 바와 같이, A 구간, B 구간, C 구간,..N구간 별로 학습자 감성단어 a, b, c,..n으로 매핑한다.
상기 감성 분석 정보 생성 모듈(145)은 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)에 의하여 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 포함하는 감성 분석 정보를 생성하는 장치이다. 즉, 상기 감성 분석 알고리즘은 도 6에 도시된 바와 같이, 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)에 의하여 매핑된 구간별 감성 단어(예를 들면, 평상, 흥미, 즐거움, 집중(수업몰입), 신기함, 의문, 흥미감소, 집중(이해 안됨), 지루함, 절망함 등)를 집중도가 양호한 목표 감성 정보와 관심이 필요한 이상 감성 정보로 분류한다.
상기 변경 감성 정보 생성 모듈(150)은 교수자 단말(30)로부터 입력된 교감 활동 데이터를 제공한 상태에서 재생성된 학습자의 감성 분석 정보를 기초로 변경 감성 정보를 생성하는 장치이다.
상기 알고리즘 자동 보정 모듈(155)은 교수자 단말(30)에 의하여 목표 감성 정보와 변경 감성 정보가 일치하지 않는 것으로 판단되는 경우, 학습 컨텐츠에 대한 감성 분석 알고리즘을 보정하는 장치이다. 상기 알고리즘 자동 보정 모듈(155)은 이상 감성 정보가 생성되는 경우 학습자 단말(20)로부터 감성 데이터를 수신하여 학습자 감성 지수를 재산출하고, 재산출된 학습자 감성 지수를 기초로 오류가 발생되는 지 여부를 판단하며, 판단 결과 오류가 발생된 경우 감성 분석 알고리즘을 보정할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 학습자의 이상 감성(Abnomal Senitivity, 교수자의 관심이 필요한 감성) 발생에 따른 교수자의 교감 활동 후 학습자의 감성 변화에 따라 학습 컨텐츠에 대한 감성 분석 알고리즘이 자동 보정되도록 할 수 있다.
상기 데이터 제공 모듈(160)은 학습자에 대한 목표 감성 정보, 이상 감성 정보 또는 변경 감성 정보를 교수자 단말(30)로 제공하고, 교수자 단말(30)로부터 입력된 풀이 데이터, 감성 지수 정보, 및 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)에 의하여 매핑된 구간별 감성 단어에 대응되는 교감 활동 데이터를 학습자 단말(20)로 제공하는 장치이다. 즉, 상기 데이터 제공 모듈(160)은 학습 컨텐츠 상에서 학습자 개인 또는 학습자 그룹과 교수자가 각각의 정보를 서로 공유하도록 생성 또는 입력된 정보를 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)로 전송할 수 있다.
상기 저장 모듈(165)은 학습 데이터, 풀이 데이터, 학습자 정보, 교수자 정보, 감성 데이터, 감성 지수 정보, 구간별 감성 단어 정보, 감성 분석 정보, 변경 감성 정보, 표정 인식 알고리즘, 감성 분석 알고리즘 중 적어도 하나를 저장하는 장치로서, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 즉, 이러한 저장 모듈(165)은 진행 중인 학습 컨텐츠 상에서의 학습자의 감성 변화, 과목, 교육 자료, 교수자의 교감 활동 데이터 등을 실시간으로 저장할 수 있다.
상기 교수자 관리 모듈(170)은 학습 컨텐츠 상에서 교수자 단말(30)을 학습자 단말(20)과 매칭시켜 배정하고 관리하는 장치이다. 상기 교수자 관리 모듈(160)은 학습 컨텐츠 상에서 교수자를 학습자 단말(20)과 매칭시켜 배정하고 관리하는 장치이다. 또한, 상기 교수자 관리 모듈(160)은 맞춤형 교육 서비스를 제공하기 위하여 지원한 교수자 정보와 강사의 학습 진행 상황 및 결과를 저장 및 관리할 수 있다.
상기 잠금 유보 모듈(175)은 학습자 단말(20)과의 학습 과정 중 학습자 단말(20)의 잠금 상태를 유보시키는 장치이다. 상기 잠금 유보 모듈(165)은 학습자 단말(20)과의 학습 과정 중 학습자 단말(20)의 잠금 상태를 유보시키는 장치이다. 즉, 상기 잠금 유보 모듈(165)은 학습자 단말(20)이 지문 인식, 얼굴 인식 또는 패턴 인식 등의 방식으로 잠금 상태인 지 여부에 상관없이 학습 컨텐츠를 유지시켜 연속적인 학습 과정을 제공할 수 있다. 다르게 설명하면, 상기 잠금 유보 모듈(165)은 잠금 상태 해제 전 또는 해제 후를 불문하고 본 맞춤형 교육 서비스를 제공하도록 설계되어 있다.
상기 감성 패턴 정보 생성 모듈(180)은 목표 감성 정보와 변경 감성 정보를 이용하여 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 감성 패턴 정보를 생성하는 장치이다. 이에 따라, 상기 감성 패턴 정보 생성 모듈(180)은 데이터 제공 모듈(160)을 통하여 감성 패턴 정보를 교수자 단말(30)로 제공하며, 교수자 단말(30)로부터 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 교감 활동 데이터를 수신하여 각각의 학습자 단말(20)로 제공할 수 있다. 즉, 상기 감성 패턴 정보 생성 모듈(180)은 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 학습자 본인의 맞춤 학습을 위한 기초 자료로 활용하거나 교수자의 맞춤형 교육 계획을 수립하기 위한 기초 자료로 활용하기 위한 학습자 개인 또는 그룹에 대한 과목, 교육 유형, 교육 자료, 교수자 등 다양한 항목에 대한 감성도 분석 정보나, 맞춤형 교육 지표를 제시하기 위하여 교육 유형, 교육 자료(컨텐츠) 등에 대한 학습자들의 평균 감성 패턴을 분석한 분석 정보를 생성하여 학습자 단말(20) 또는 교수자 단말(30)에 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 실시간 학습자 감성 분석 정보를 통해 저장된 학습자 감성 데이터를 활용하여 교수자의 맞춤형 교육, 학습자의 지능형 맞춤 학습, 효과적인 교육 정책 수립 등을 위한 지표로 활용할 수 있다.
나아가, 본 발명에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 학습자 감성 기반의 유형별(교수자별, 과목별, 학생별 등) 실시간 분석 결과를 기반으로 교수자는 합리적인 교수 학습 방향 및 정책을 수립할 수 있는 근간을 마련할 수 있으며, 학습자는 본인의 학습 태도를 모니터링하도록 함으로써 스스로도 인지하지 못한 학습 패턴에 대한 인식과 문제점을 찾아 학습에 대한 집중도를 향상시킬 수 있다.
상기 알람 전송 모듈(185)은 이상 감성 정보가 생성되는 경우 학습자 단말(20)로 미리 설정된 알람 신호를 전송하는 장치이다. 또한, 상기 알람 전송 모듈(185)은 학습자의 감성 모니터링 중 교수자의 관심이 필요한 이상 감성 발생시 교수자 단말(30)로 안내할 수 있다. 이를 통하여, 교수자가 학습자의 이상 감성에 대응한 교감 활동을 효율적으로 지원할 수 있다.
상기 제어 모듈(190)은 교육 지원 서버를 구성하는 구성요소의 동작을 제어하는 장치로서, 미리 설치된 구동 프로그램의 실행에 의하여 맞춤형 교육을 위한 학습 컨텐츠, 학습 컨텐츠 상에서 학습자 또는 교수자에 의하여 학습 데이터 및 풀이 데이터, 학습자의 감성 데이터, 및 습자의 감성 상태에 따른 교감 활동 데이터가 업로드되는 웹 서버 장치이다. 또한, 상기 교육 지원 서버(10)는 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출한 후 감성 지수 정보의 구간별 감성 단어를 매핑하고, 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 학습자의 감성 분석 정보를 생성 및 관리한다.
상기 학습자 단말(20)은 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 교육 지원 서버(10)에 접속하여 맞춤형 학습 정보를 입력하여 학습 회원으로 등록한 후 학습 컨텐츠를 요청하고, 학습자의 영상 데이터를 촬영하며, 상기 촬영된 영상 데이터를 기초로 학습자의 감성 데이터를 산출하고, 학습 컨텐츠를 통하여 학습 데이터와 학습자의 감성 데이터를 실시간으로 제공하며, 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 학습자 단말(20)은 유무선 인터페이스를 구비하여 무선 인터넷 통신이 가능하도록 웹의 내용을 디스플레이 할 수 있는 인터넷 브라우저를 구비하고 있고, 외부 단말 장치와 연결되어 이미지, 동영상, 음향 데이터의 송수신이 가능하며, 이러한 동작을 구현하는 어플리케이션 구동이 가능한 장치로서, 스마트폰 뿐만 아니라 PDA(Personal Digital Assistant), HPC(Hand Personal Computer), 웹패드, 노트북, WAP(Wireless Application Protocol)폰, 팜PC, e-Book단말기, HHT(Hand Held Terminal) 등의 개인 정보 단말기를 포함할 수 있다.
이러한 동작을 구현하기 위하여, 상기 학습자 단말(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 통신부(210), 제1 정보 입력부(220), 제1 촬영부(230), 감성 데이터 산출부(240), 제1 저장부(250), 제1 디스플레이부(260), 경보 신호 출력부(270) 및 제1 제어부(280)를 포함한다.
상기 제1 통신부(210)는 교육 지원 서버(10)과의 데이터 송수신을 위한 장치로서, 통신망에 정의된 프로토콜 스택을 기반으로 교육 지원 서버(10)와소정의 통신채널을 연결하고, 교육 지원 서버(10)에 구비된 통신 프로그램에 정의된 통신 프로토콜을 이용하여 학습 컨텐츠, 맞춤형 학습 정보, 학습 데이터, 감성 데이터 및 풀이 데이터 등을 송수신하게 된다. 본 발명에서는 상기 제1 통신부(210)가 교육 지원 서버(10)와의 데이터 송수신을 위하여 와이파이 방식, 지그비 방식, 블루투스 방식, 3G 방식, 4G 방식, LTE 방식 및 그 등가 방식 등의 무선 기술이나 다양한 유선 기술이 적용될 수 있다.
상기 제1 정보 입력부(220)는 교육 지원 서버(10)에 접속하여 맞춤형 교육 서비스를 제공받기 위한 맞춤형 학습 정보를 입력하고, 원하는 학습 컨텐츠를 선택하며, 학습 컨텐츠 상에서 학습 데이터를 입력하는 장치이다. 이때, 상기 맞춤형 학습 정보는 학습자의 성별, 나이, 학습 레벨, 학습 과목, 학습 목적, 학습 시간 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.
상기 제1 촬영부(230)는 학습 과정을 진행중인 학습자의 영상을 촬영하는 장치로서, 적어도 하나의 웹 캠 카메라일 수 있다. 상기 제1 촬영부(230)는 학습 컨텐츠 상에서 학습 진행 중인 학습자의 영상을 촬영하여 교육 지원 서버(10)에 전송하도록 할 수 있다. 본 발명에서는 제1 촬영부(230)를 통하여 학습자로 하여금 발표 가능하도록 할 수 있고, 이를 통하여 학습자 스스로 학습 과정에 참여할 수 있도록 함과 동시에, 실시간으로 학습 진행 중인 학습자의 태도를 촬영하여 감성 데이터 산출부(240)에 전송함으로써, 학습자의 감성 데이터를 산출하도록 할 수 있다.
상기 감성 데이터 산출부(240)는 학습 컨텐츠 개설 후에 제1 촬영부(230)에 의하여 촬영된 학습자의 영상 데이터를 기초로 학습자의 얼굴 표정을 인식하는 표정 인식 알고리즘에 의하여 학습자의 감성 데이터를 산출한다. 상기 감성 데이터 산출부(240)는 학습자의 학습 태도 영상을 실시간 분석하여 학습자의 감성 상태를 산출한다. 이를 위하여, 상기 감성 데이터 산출부(240)는 일반적인 표정 인식 프로그램이나 동작인식 프로그램에 의하여 학습자의 학습 태도 영상을 분석하여 학습자가 학습 과정중 얼굴 표정이 의문, 산만, 분노, 놀람, 기쁨, 슬픔, 역겨움, 공포, 경멸, 졸림 등의 경우를 각각 수치화하여 감성 데이터를 산출한다. 본 발명에서는 감성 데이터 산출을 위하여 대표적인 비 접촉식 측정 데이터로서 사람의 심리 상태와 매칭되는 학습자의 얼굴 표정을 인식하는 표정 인식 프로그램을 일 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 일반적인 영상 인식 처리 기술이나 음성 인식 처리 기술을 이용하여 영상이나 음성 데이터를 인식하여 감성 데이터로 활용할 수도 있다.
상기 제1 저장부(250)는 학습 컨텐츠 상에서 수행되는 학습 과정 정보를 저장하는 장치로서, 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리, 램, SRAM, 롬, EEPROM, PROM, 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 상기 학습 과정 정보는 학습 데이터, 풀이 데이터, 감성 데이터, 교감 활동 데이터, 감성 패턴 정보 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 디스플레이부(260)는 교육 지원 서버(10)와 송수신되는 데이터를 표시하는 장치로서, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Liquid Emitting Diode), OLED(Organic LED), AMOLED(Active Matrix OLED) 방식을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제1 디스플레이부(260)는 맞춤형 교육 어플리케이션을 실행시켜 학습 과정을 진행하는 경우 잠금 상태가 유보되도록 설정되어 학습 과정의 진행 중에는 학습 과정의 데이터만을 표시하도록 설정될 수 있다. 또한, 상기 제1 디스플레이부(260)는 학습 과정에 참여하는 학습자가 다수인 경우에는 해당 학습자의 인원수 대로 화면이 분할되도록 설정될 수도 있다.
상기 경보 신호 출력부(270)는 교육 지원 서버(10)로부터 알림 신호를 수신하여, 외부로 미리 설정된 경보 신호를 출력한다. 상기 경보 신호 출력부(270)는 교육 지원 서버(10)의 감성 분석 정보 생성 모듈(145)에 의하여 이상 감성 정보가 생성되는 경우, 알람 전송 모듈(185)로부터 전송된 알람 신호에 따라 미리 설정된 경보 신호를 출력하여 학습자의 집중을 유지하도록 유도할 수 있다.
상기 제1 제어부(280)는 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 학습자 단말(20)을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 장치이다. 즉, 상기 제1 제어부(280)는 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 교육 지원 서버(10)에 접속하여 맞춤형 학습 정보를 입력하여 학습 회원으로 등록한 후 학습 컨텐츠를 요청하고, 학습자의 영상 데이터를 촬영하며, 상기 촬영된 영상 데이터를 기초로 학습자의 감성 데이터를 산출하고, 학습 컨텐츠를 통하여 학습 데이터와 학습자의 감성 데이터를 실시간으로 제공하며, 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 수신하도록 제어할 수 있다. 한편, 상기 제1 제어부(280)는 교육 지원 서버(10)로부터 본 맞춤형 교육 서비스를 제공할 수 있는 맞춤형 교육 어플리케이션을 다운로드받아 저장하고 있다.
상기 교수자 단말(30)은 학습자 단말(20)로부터 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터와 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 교육 지원 서버(10)에 제공하는 장치이다. 즉, 상기 교수자 단말(30)은 맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 교육 지원 서버(10)에 접속하여 학습자 단말(20)에 의하여 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터를 입력하며, 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 제공한다. 이러한 교수자 단말(30)은 유무선 인터페이스를 구비하여 무선 인터넷 통신이 가능하도록 웹의 내용을 디스플레이 할 수 있는 인터넷 브라우저를 구비하고 있고, 외부 단말 장치와 연결되어 이미지, 동영상, 음향 데이터의 송수신이 가능하며, 이러한 동작을 구현하는 어플리케이션 구동이 가능한 장치로서, 스마트폰 뿐만 아니라 PDA, HPC, 웹패드, 노트북, WAP폰, 팜PC, e-Book단말기, HHT 등의 개인 정보 단말기를 포함할 수 있다.
이러한 동작을 구현하기 위하여, 상기 교수자 단말(30)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 통신부(310), 제2 촬영부(320), 제2 정보 입력부(330), 교감 활동 데이터 생성부(340), 데이터 업로드부(350), 제2 디스플레이부(360) 및 제2 제어부(370)를 포함한다.
상기 제2 통신부(310)는 교육 지원 서버(10)와의 데이터 송수신을 위한 장치로서, 통신망에 정의된 프로토콜 스택을 기반으로 교육 지원 서버(10)와 소정의 통신채널을 연결하고, 교육 지원 서버(10)에 구비된 통신 프로그램에 정의된 통신 프로토콜을 이용하여 풀이 데이터, 감성 분석 정보, 변경 감성 정보, 교감 활동 데이터 등을 송수신하게 된다. 본 발명에서는 교육 지원 서버(10)와 데이터 송수신을 위하여 이더넷, RS-232C, RS-485, TCP/IP, RS-232, IEEE 1394 등과 같은 유선 기술과, IEEE 802.11 WLAN, IEEE 802.15 WPAN, UWB, 와이파이 방식, 지그비 방식, 블루투스 방식, 3G 방식, 4G 방식, LTE 방식 및 그 등가 방식 등의 무선 기술을 적용할 수도 있다.
상기 제2 촬영부(320)는 교수자가 수행하는 학습 데이터에 대한 강의 영상을 촬영하는 장치로서, 적어도 하나의 웹 캠 카메라일 수 있다.
상기 제2 정보 입력부(330)는 교육 지원 서버(10)에 접속하여 교수자 정보를 입력하고, 학습 데이터에 대한 풀이 데이터, 감성 분석 정보, 교감 활동 데이터 등을 입력하는 장치이다. 여기서, 상기 교수자 정보는 교수자의 성별, 나이, 전문 분야, 풀이 과목, 풀이 시간 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 정보 입력부(330)는 교수자로부터 목표 감성 정보와 변경 감성 정보의 일치 여부에 관한 데이터, 컨텐츠 대체에 관한 추천 정보를 입력받을 수 있다.
상기 교감 활동 데이터 생성부(340)는 감성 지수 정보와, 감성 지수 정보 매핑 모듈(140)에 의하여 매핑된 구간별 감성 단어에 대응되는 교감 활동 데이터를 생성한다.
상기 데이터 업로드부(350)는 강의 영상, 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 편집하여 교육 지원 서버(10)로 제공한다. 즉, 상기 데이터 업로드부(350)는 디지털 편집 시스템을 구축하여 강의 영상, 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 편집한 후, 교육 지원 서버(10)를 통하여 학습자 단말(20)로 제공되도록 할 수 있다.
상기 제2 디스플레이부(360)는 교육 지원 서버(10)와 송수신되는 데이터를 표시하는 장치로서, LCD, LED, OLED, AMOLED 방식이 사용될 수 있다.
상기 제2 제어부(370)는 교수자 단말(30)을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 장치로서, 미리 설치된 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 교육 지원 서버(10)에 접속하여 학습자 단말(20)에 의하여 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터를 입력하며, 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 제공하도록 제어할 수 있다. 한편, 상기 제2 제어부(370)는 교육 지원 서버(10)로부터 본 맞춤형 교육 서비스를 제공할 수 있는 맞춤형 교육 어플리케이션을 다운로드받아 저장하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템에 따르면, 학업 수준을 비롯하여 개인별 학습 역량, 관심 과목, 학습 태도 및 성향 등 포괄적인 학습자 분석을 바탕으로 교육 난이도, 학습 자료 선택, 교육 진행 방식 등 학습자 교감형 맞춤 교육을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 교수자가 진행중인 수업에 대한 학습자별 실시간 감성 상태를 파악하여 이상 감성 발견 시 즉시 조치하고, 학습자의 목표 감성 달성 여부에 따라 자동적으로 알고리즘이 진화하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 교수자가 수업 진행 중 끊임없이 변화하는 학습자의 감성상태를 확인하여, 교육 수준을 맞추거나, 수업의 집중도를 향상시킬 수 있도록 신속한 조치가 가능하다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 학습자의 감정 분석을 위한 다양한 생체 정보에 의해 수집 및 분석된 감정 데이터를 학습자에게 특화될 수 있도록 세분화하여 학습 감성으로 변환할 수 있는 데이터 분석기술을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 학습자의 실시간 감성 상태 모니터링을 통한 상호 교감형 맞춤 교육을 가능하게 하며, 또한 누적된 학습자 감성 데이터를 분석하여 지능형 맞춤 학습 구현, 효과적인 교육 정책 수립, 합리적 진로 결정에 대한 기초 자료로 활용되도록 함으로써, 글로벌 창의인재 양성을 위한 국가 교육 패러 다임의 혁신적 전환을 이루는 기반을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 교육 지원 서버 20: 학습자 단말
30: 교수자 단말 110: 통신 모듈
115: 회원 관리 모듈 120: 학습 컨텐츠 개설 모듈
130: 감성 지수 정보 산출 모듈 135: 감성 구간 설정 모듈
140: 감성 지수 정보 매핑 모듈 145: 감성 분석 정보 생성 모듈
150: 변경 감성 정보 생성 모듈 155: 알고리즘 자동 보정 모듈
160: 데이터 제공 모듈 165: 저장 모듈
170: 교수자 관리 모듈 175: 잠금 유보 모듈
180: 감성 패턴 정보 생성 모듈 185: 알람 전송 모듈
190: 제어 모듈 210: 제1 통신부
220: 제1 정보 입력부 230: 제1 촬영부
240: 감성 데이터 산출부 250: 제1 저장부
260: 제1 디스플레이부 270: 경보 신호 출력부
280: 제1 제어부 310: 제2 통신부
320: 제2 촬영부 330: 제2 정보 입력부
340: 교감 활동 데이터 생성부 350: 데이터 업로드부
360: 제2 디스플레이부 370: 제2 제어부
30: 교수자 단말 110: 통신 모듈
115: 회원 관리 모듈 120: 학습 컨텐츠 개설 모듈
130: 감성 지수 정보 산출 모듈 135: 감성 구간 설정 모듈
140: 감성 지수 정보 매핑 모듈 145: 감성 분석 정보 생성 모듈
150: 변경 감성 정보 생성 모듈 155: 알고리즘 자동 보정 모듈
160: 데이터 제공 모듈 165: 저장 모듈
170: 교수자 관리 모듈 175: 잠금 유보 모듈
180: 감성 패턴 정보 생성 모듈 185: 알람 전송 모듈
190: 제어 모듈 210: 제1 통신부
220: 제1 정보 입력부 230: 제1 촬영부
240: 감성 데이터 산출부 250: 제1 저장부
260: 제1 디스플레이부 270: 경보 신호 출력부
280: 제1 제어부 310: 제2 통신부
320: 제2 촬영부 330: 제2 정보 입력부
340: 교감 활동 데이터 생성부 350: 데이터 업로드부
360: 제2 디스플레이부 370: 제2 제어부
Claims (14)
- 맞춤형 교육을 위한 학습 컨텐츠를 제공하며, 상기 학습 컨텐츠 상에서 학습자 또는 교수자에 의하여 학습 데이터 및 풀이 데이터, 상기 학습자의 감성 데이터, 및 상기 학습자의 감성 상태에 따른 교감 활동 데이터가 입력되고, 상기 감성 데이터를 기초로 감성 지수 산출 알고리즘에 의하여 감성 지수 정보를 산출한 후 상기 감성 지수 정보의구간별 감성 단어를 매핑하고, 상기 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 상기 학습자의 감성 분석 정보를 생성 및 관리하는 교육 지원 서버;
맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 맞춤형 학습 정보를 입력하여 학습 회원으로 등록한 후 학습 컨텐츠를 요청하고, 상기 학습자의 영상 데이터를 촬영하며, 상기 촬영된 영상 데이터를 기초로 상기 학습자의 감성 데이터를 산출하고, 상기 학습 컨텐츠를 통하여 상기 학습 데이터와 상기 학습자의 감성 데이터를 실시간으로 제공하며, 상기 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 수신하는 학습자 단말; 및
맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 교육 지원 서버에 접속하여 상기 학습자 단말에 의하여 입력된 학습 데이터에 대한 풀이 데이터를 입력하며, 상기 감성 분석 정보에 대응되는 교감 활동 데이터를 제공하는 교수자 단말을 포함하고,
상기 감성 분석 알고리즘은 상기 감성 데이터의 변화에 따른 학습자 감성 지수를 산출하고, 상기 산출된 학습자 감성 지수를 학습자의 성별 또는 나이 별로 감성 구간을 설정한 후, 상기 설정된 감성 구간 별로 미리 설정된 감성 단어를 매핑하여 감성 분석 정보를 생성하고,
상기 감성 분석 정보는 학습자의 집중도가 양호한 목표 감성 정보 및 학습자에 대한 관심이 필요한 이상 감성 정보를 포함하고,
상기 교육 지원 서버는 상기 학습자에 대한 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 상기 교수자 단말로 제공하고,
상기 교육 지원 서버는
상기 학습자 단말 또는 교수자 단말과의 데이터 송수신을 위한 통신 모듈; 상기 학습자 단말 또는 교수자 단말로부터 입력된 학습자 정보 또는 교수자 정보를 이용하여 회원으로 등록 및 인증하는 회원 관리 모듈; 상기 학습자 단말의 요청에 의하여 상기 학습 컨텐츠를 개설하는 학습 컨텐츠 개설 모듈;
상기 학습자 단말로부터 제공된 감성 데이터를 기초로, 학습자의 1차 감정에 해당하는 값과 변화된 2차 감정에 해당하는 값을 각각 미리 설정된 계량화값으로 산출한 후 산출된 값의 합 또는 차 또는 평균값을 감성 지수로 변환하는 감성 지수 산출 알고리즘에 따라 감성 지수 정보를 산출하는 감성 지수 정보 산출 모듈;
상기 감성 지수 정보를 상기 학습자의 성별 또는 나이 별로 감성 구간을 설정하는 감성 구간 설정 모듈;
상기 분류된 감성 지수 정보에 따라 구간별 감성 단어를 매핑하는 감성 지수 정보 매핑 모듈;
상기 매핑된 구간별 감성 단어를 기초로 감성 분석 알고리즘에 의하여 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 포함하는 감성 분석 정보를 생성하는 감성 분석 정보 생성 모듈;
상기 교감 활동 데이터를 제공한 상태에서 재생성된 학습자의 감성 분석 정보를 기초로 변경 감성 정보를 생성하는 변경 감성 정보 생성 모듈; 및
상기 목표 감성 정보와 변경 감성 정보가 일치하지 않는 경우 상기 감성 분석 알고리즘을 보정하는 알고리즘 자동 보정 모듈을 포함하고,
상기 교육 지원 서버는, 상기 목표 감성 정보와 변경 감성 정보를 이용하여 상기 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 감성 패턴 정보를 생성하는 감성 패턴 정보 생성 모듈을 더 포함하고, 데이터 제공 모듈을 통하여 상기 감성 패턴 정보를 상기 교수자 단말로 제공하며, 상기 교수자 단말로부터 상기 학습자 개인 또는 학습자 그룹별 교감 활동 데이터를 수신하여 각각의 학습자 단말로 제공하고,
상기 알고리즘 자동 보정 모듈은, 상기 이상 감성 정보가 생성되는 경우 상기 학습자 단말로부터 감성 데이터를 수신하여 상기 학습자 감성 지수를 재산출하고, 상기 재산출된 학습자 감성 지수를 기초로 오류가 발생되는 지 여부를 판단하며, 상기 판단 결과 오류가 발생된 경우 상기 감성 분석 알고리즘을 보정하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 감성 데이터는 상기 학습자의 얼굴 표정을 인식하는 표정 인식 알고리즘에 의하여 산출된 복수 개의 표정 데이터인 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 감성 지수 산출 알고리즘은 상기 표정 데이터의 변화를 미리 설정된 수치로 계량화하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 감성 분석 정보는 목표 감성 정보 및 이상 감성 정보를 포함하고,
상기 교육 지원 서버는 상기 학습자에 대한 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 상기 교수자 단말로 제공하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교수자 단말은 상기 수신된 학습자에 대한 목표 감성 정보 또는 이상 감성 정보를 상기 교감 활동 데이터를 제공한 상태에서 학습자의 변경 감성 정보와 비교하고, 상기 비교 결과를 상기 교육 지원 서버에 제공하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 감성 분석 정보는 상기 학습자 개인 또는 그룹에 대한, 학습 역량 및 성향 분석 정보, 과목별 학습자 관심도 정보, 과목 및 세부 내용별 이해수준 정보, 시간대별 학습 집중도 정보, 학습자 및 과목별 추천 교육 방식 정보, 난이도별 콘텐츠 수준 및 적정성 검증 지표 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교육 지원 서버는
상기 학습자에 대한 목표 감성 정보, 이상 감성 정보 또는 변경 감성 정보를 상기 교수자 단말로 제공하고, 상기 교수자 단말로부터 입력된 풀이 데이터, 상기 감성 지수 정보, 및 상기 매핑된 구간별 감성 단어에 대응되는 교감 활동 데이터를 상기 학습자 단말로 제공하는 데이터 제공 모듈;
상기 학습 데이터, 풀이 데이터, 학습자 정보, 교수자 정보, 감성 데이터, 감성 지수 정보, 구간별 감성 단어 정보, 감성 분석 정보, 변경 감성 정보, 표정 인식 알고리즘, 감성 분석 알고리즘 중 적어도 하나를 저장하는 저장 모듈;
상기 학습 컨텐츠 상에서 상기 교수자 단말을 상기 학습자 단말과 매칭시켜 배정하고 관리하는 교수자 관리 모듈;
상기 학습자 단말과의 학습 과정 중 상기 학습자 단말의 잠금 상태를 유보시키는 잠금 유보 모듈; 및
상기 교육 지원 서버를 구성하는 구성요소의 동작을 제어하는 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 교육 지원 서버는
상기 이상 감성 정보가 생성되는 경우 상기 학습자 단말로 미리 설정된 알람 신호를 전송하는 알람 전송 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 학습자 단말은
상기 교육 지원 서버와의 데이터 송수신을 위한 제1 통신부;
상기 교육 지원 서버에 접속하여 맞춤형 교육 서비스를 제공받기 위한 학습자 정보 및 맞춤형 학습 정보를 입력하고, 학습 채널의 개설을 요청하는 요청 정보를 입력하며, 상기 학습 컨텐츠 상에서 학습 데이터와 상기 영상 데이터를 입력하는 제1 정보 입력부;
학습 과정을 진행중인 학습자의 영상을 촬영하는 제1 촬영부;
상기 학습 컨텐츠 개설 후에 상기 촬영된 학습자의 영상 데이터를 기초로 상기 학습자의 얼굴 표정을 인식하는 표정 인식 알고리즘에 의하여 상기 학습자의 감성 데이터를 산출하는 감성 데이터 산출부;
상기 학습 컨텐츠 상에서 수행되는 학습 과정 정보를 저장하는 제1 저장부;
상기 교육 지원 서버와 송수신되는 데이터를 표시하되, 상기 학습 과정의 진행시 잠금 상태가 유보되도록 설정되어 상기 학습 과정의 진행 중에는 상기 학습 과정의 데이터만을 표시하는 제1 디스플레이부;
상기 교육 지원 서버로부터 알림 신호를 수신하여, 외부로 미리 설정된 경보 신호를 출력하는 경보 신호 출력부; 및
맞춤형 교육 어플리케이션이 설치되고, 상기 맞춤형 교육 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 학습자 단말을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교수자 단말은
상기 교육 지원 서버와의 데이터 송수신을 위한 제2 통신부;
상기 교수자가 수행하는 학습 데이터에 대한 강의 영상을 촬영하는 제2 촬영부;
상기 교육 지원 서버에 접속하여 상기 교수자 정보를 입력하고, 상기 강의 영상에 대한 풀이 데이터를 입력하는 제2 정보 입력부;
상기 감성 지수 정보와 상기 매핑된 구간별 감성 단어에 대응되는 교감 활동 데이터를 생성하는 교감 활동 데이터 생성부;
상기 강의 영상, 풀이 데이터 및 교감 활동 데이터를 편집하여 상기 교육 지원 서버로 제공하는 데이터 업로드부;
상기 교육 지원 서버와 송수신되는 데이터를 표시하는 제2 디스플레이부; 및
상기 교수자 단말을 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 교감 활동 데이터 생성부는
상기 감성 분석 정보를 미리 설정된 변경 감성 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 교감 활동 데이터를 생성하며,
상기 제2 제어부는 상기 감성 분석 정보와 상기 변경 감성 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 교육 지원 서버에 통보하여 상기 감성 분석 알고리즘을 보정하도록 하거나, 상기 학습 컨텐츠를 대체하는 대체 콘텐츠를 추천하는 것을 특징으로 하는 학습자 감성 기반의 스마트 교육 시스템.
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