KR101977038B1 - 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 사용자의 동료, 교사 및 제3의 특수한 방법에 따른 수학문제 해결과정을 학습하여 사용자가 특정 수학문제를 해결하고자 할 때, 상기 학습한 결과에 따라 특정 수학문제 해결을 위한 가이드를 사용자에게 인터렉티브하게 제공하여 상기 사용자가 자기 주도적으로 수학문제를 해결할 수 있도록 함과 동시에 수학문제의 해결원리를 손쉽게 터득할 수 있도록 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR LEARNING MATHEMATICS THROUGH PROBLEM SOLVING BASED ON GUIDES}

본 발명은 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 동료, 교사 및 제3의 특수한 방법에 따른 수학문제 해결과정을 학습하여 사용자가 특정 수학문제를 해결하고자 할 때, 상기 학습한 결과에 따라 특정 수학문제 해결을 위한 가이드를 사용자에게 인터렉티브하게 제공하여 상기 사용자가 자기 주도적으로 수학문제를 해결할 수 있도록 함과 동시에 수학문제의 해결원리를 손쉽게 터득할 수 있도록 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수학이란 물건을 세거나 측정하는 것에서 비롯되어 시작된 수와 양에 관한 것으로, 양, 구조, 공간, 변화 등에 대한 개념을 연구하는 학문이며, 자연과학, 공학, 의학뿐만 아니라, 경제학 등의 사회과학 등과 같이 사회 전반적인 분야에서 활용되고 있으며, 각 분야의 급격한 발전에 밑거름이 되고 있다.

또한 수학은 사회 전반적이 분야에서 깊은 연관을 맺고 있으나, 여느 분야들과는 달리, 자연계에서 관측되지 않는 개념들까지 추상화하여 그 본질적인 성질에 대해 설명하고 진의를 파악할 수 있도록 한다. 즉, 수학은 단순히 물건이나 수를 계산하는 것뿐만 아니라, 복잡하고 어려운 문제를 해결해 가는 과정을 논리적으로 생각하는 방법과 해결원리를 배우도록 하는 학문이다.

종래에는 수학문제에 대한 해결원리를 터득함에 있어, 수학을 배우고자 하는 사용자(즉, 학습자)나 수학을 가르치는 교사(즉, 선생님)를 포함하여 수학문제를 해결하고자하는 대부분의 사람들은 수학의 해결원리를 배울 때, 상기 수학문제에 정확하고 논리적으로 접근하기 보다는 수학문제에 따라 달리하는 해결방법(예: 수학알고리즘 또는 수학공식)을 단순히 기계적으로 암기하여 각 수학문제에 대한 해답을 손쉽게 얻는 데에 더 급급하였다. 이러한 과정을 통한 수학문제에 대한 접근방식의 문제점은 수학문제에 대한 해결원리를 논리적으로 배우기보다는 단시간에 수학문제에 대한 답을 찾는 것에만 초점이 맞춰져 있다는 것이다.

이러한 접근방식에 따라서는 고 난이도의 수학을 배운 사람이라 할지라도 막상 수학의 해결원리를 응용하여 실생활에 적용하거나, 어떤 사회적, 기술적 현상에 대한 문제를 해결하고자 하는 경우, 근본적인 해결원리를 발견하지 못하여 상기 문제를 해결하는데 어려움을 겪는 경우가 많다.

따라서 수학을 배우고자 하는 사람은 아주 기초적인 수학지식이라도 자신이 스스로 생각하여 원하는 방식으로 수학문제에 대한 해결원리를 터득하여야 수학의 해결원리를 다른 현상에 적용하거나 응용할 수 있는 것이다.

이에 본 발명에서는 딥러닝을 포함한 인공지능 알고리즘을 활용하여, 사용자의 동료, 교사 및 제3의 특수한 방법에 따른 수학문제에 대한 해결방법을 학습하고, 상기 학습한 해결과정에 대한 가이드를 사용자의 선택에 따라 순차적으로 제공하여, 특정 수학문제에 대한 해결과정을 사용자가 원하는 형태로 선택하여 특정 수학문제의 해결원리에 논리적이고 효율적으로 접근할 수 있도록 함으로써, 다른 분야로의 활용 및 응용력을 현저하게 향상시킬 수 있도록 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 한국등록특허 제1568028호(2015.11.04.)는 사용자의 학습 수준 및 학습 성향에 따라 재구성이 가능한 디지털 수학학습 장치 및 방법에 관한 것으로, 학습자가 학습해야 할 학습 단원별로 난이도가 상이한 다수의 학습 유형 및 상기 학습 유형에 대한 각각의 개념 이해를 위한 난이도가 상이한 적어도 하나의 수학문제를 저장하여, 사용자가 설정한 학습 유형 및 문제 난이도에 따라 상기 학습유형에 따른 적어도 하나의 수학문제를 학습자에게 제공하여 사용자의 학습수준에 맞도록 수학학습을 수행할 수 있도록 하는 사용자의 학습 수준 및 학습 성향에 따라 재구성이 가능한 디지털 수학학습 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 선행기술은 사용자의 레벨에 부합하는 수학문제를 사용자에게 제공하여 사용자의 학습수준에 맞게 수학학습을 수행할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 대해서 제시한 것으로, 네트워크를 통해 수학학습을 위한 수학문제를 제공하여 해당 수학문제에 대한 해결원리를 사용자가 습득할 수 있도록 하는 점에서 본 발명과 일부 관련이 있으나, 상기 선행기술은 단순히 사용자가 설정한 레벨에 따른 수학문제, 수학원리 및 이에 대한 정답만을 제공하는 것에 그치고 있다. 이는 결국 사용자가 자기 주도적으로 수학학습을 수행하는 것이 아니라 상기 수학학습 장치에서 제공하는 특정 수학문제에 대한 문제해결 원리만을 암기하도록 하는 주입식 수학학습방법에 그치고 있다.

반면에 본 발명은 사용자와 동일 유사한 연령대의 학습자(즉, 동료)와 수학 선생님, 수학 강사 또는 이들의 조합을 포함하는 교사가 제공한 수학문제 해결방법 또는 제3의 특수한 방법을 통한 수학문제 해결방법을 학습하여, 상기 학습한 결과에 따라 특정 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 사용자의 선택에 따라 순차적으로 제공함으로써, 상기 특정 수학문제의 해결과정과 해결원리에 사용자 본인에게 적합한 방식으로 접근할 수 있도록 하여 수학문제를 논리적이고 정확하게 이해할 수 있도록 하는 것으로 상기 선행기술은 이러한 본 발명의 기술적 특징을 기재하거나 시사하고 있지 않다.

또한 한국공개특허 제2013-0089680호(2013.08.13.)는 앱을 이용한 단계별 수학 학습 방법 및 시스템에 관한 것으로, 배포한 앱을 통해 사용자가 접속하면 수학관련 교육 콘텐츠를 제공하여 수학학습을 가능하게 하며, 동영상 강의가 포함된 수학의 각 주제에 대한 개념, 필수 예제, 유제 및 예제 학습을 순차적으로 제공하여 수학을 개념부터 단계적으로 학습하도록 유도하는 앱을 이용한 단계별 수학 학습 방법 및 시스템에 관한 것이다.

상기 선행기술은 온라인상으로 수학문제를 제공하여 수학문제를 해결할 수 있도록 하는 방법에 대해서 제시한 점에 있어서 본 발명과 일부 관련이 있으나, 본 발명은 수학문제에 대한 다양한 유형의 해결방법에 대한 가이드를 사용자에게 제공하여, 사용자가 원하는 자신의 방식을 통해 상기 수학문제에 대한 해결원리를 습득할 수 있도록 하는 것으로, 상기 선행기술은 본 발명의 그 목적, 구성 및 효과에 있어서 상이한 발명이라고 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 대부분의 선행기술은 데이터베이스에 미리 저장된 수학문제에 대한 공식, 개념 및 해결방법을 일방적으로 제공하는 것에 그치고 있을 뿐, 본말명과 같이 사용자의 동료, 교사 또는 제3의 특수한 방법에 대한 수학문제 해결과정을 딥러닝과 같은 인공지능 방법을 통해 학습하고, 상기 학습한 결과에 따라 특정 수학문제에 대한 가이드를 사용자의 선택에 따라 순차적으로 제공함으로써, 상기 특정 수학문제에 대한 해결과정을 사용자와 인터렉티브하게 진행할 수 있도록 함과 동시에 특정 수학문제에 대한 해결과정을 사용자 자신이 주도적으로 수행하여 상기 사용자가 원하는 자신의 방식으로 습득할 수 있도록 하는 기술적 특징에 대해서는 제시된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 사용자의 동료, 교사 및 제3의 특수한 방법에 따라 수학문제에 대한 다양한 해결과정을 학습하여, 특정 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 사용자에게 단계별로 제공함으로써, 특정 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리를 정확하게 터득할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 학습한 결과에 따라 사용자의 동료, 교사 및 제3의 특수한 방법에 따른 피어모드, 티처모드 및 스페셜모드를 포함하는 학습모드별로 특정 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 사용자의 선택에 따라 각각 제공하여, 사용자 본인이 원하는 방식으로 상기 특정 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리에 논리적으로 접근할 수 있도록 함으로써, 수학문제에 대한 해결 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 사용자가 선택한 상기 각 모드에 따라 수학문제의 단계별 해결방법에 대한 가이드를 사용자가 선택할 수 있도록 하여, 상기 수학문제를 해결하는 과정을 사용자와 인터렉티브하게 진행할 수 있도록 함으로써, 사용자가 자기 주도적으로 수학에 대한 해결과정 및 해결원리를 학습할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 수학문제를 해결하는 과정에 있어서, 사용자가 선택한 피어모드, 티처모드 및 스페셜모드에 따라 해당 수학문제의 구체적인 해결과정을 단계별로 제시함으로써, 사용자가 자신만의 해결방식을 스스로 습득할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템은 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 학습모델을 생성하는 학습모델 생성부 및 특정 수학문제에 대해서 학습모드별 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공하는 가이드 제공부를 포함하며, 사용자가 상기 특정 수학문제를 상기 학습모델에 입력하여 상기 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공받고, 사용자가 선택한 상기 가이드 중 하나에 따라, 상기 특정 수학문제에 대한 해결방법이 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 학습모델은, 복수의 수학문제에 대하여 상기 복수의 수학문제 각각에 대한 학습자의 해결방법, 교사의 해결방법, 및 제3의 특수한 해결방법을 포함하는 학습모드별로 상기 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 학습모드는, 사용자와 동일 유사한 연령대의 학습자에 의한 수학문제 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 피어모드, 교사에 의한 수학문제 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 티처모드 및 상기 학습자와 교사 이외의 특정인에 의해 제공되는 제3의 특수한 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 스페셜모드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제3의 특수한 해결방법은, 상기 학습모델에서 상기 교사나 학습자에 의한 해결방법으로 채용된 바가 없는 해결방법으로 학습되어 제공되는 것으로, 상기 수학학습 시스템에서 고유하게 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수학학습 시스템은, 상기 선택한 가이드에 따른 상기 특정 수학문제에 대해 해결방법으로 제시된 수식이 최종적인 해답이 아닌 중간 풀이과정의 수식인 경우, 최종적인 해답이 도출될 때 까지, 상기 중간 풀이과정의 수식을 새로운 수학문제로 상기 학습모델에 입력하여 상기 수학문제에 대한 해결방법을 포함하는 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 제공하여, 사용자가 자신이 선택한 가이드에 따라 상기 특정 수학문제의 풀이과정을 사용자 자신의 방식으로 습득하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 학습모델 생성부는, 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 학습모델을 생성하되, 상기 해결방법이 복수인 경우 복수의 각 해결방법마다 사용자에 의해서 선호되는 해결방법에 높은 가중치를 두어 강화학습을 수행하도록 하여 학습모델을 지속적으로 고도화하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 방법은, 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 학습모델을 생성하는 학습모델 생성 단계 및 특정 수학문제에 대해서 학습모드별 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공하는 가이드 제공 단계를 포함하며, 사용자가 상기 특정 수학문제를 상기 학습모델에 입력하여 상기 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공받고, 사용자가 선택한 상기 가이드 중 하나에 따라, 상기 특정 수학문제에 대한 해결방법이 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수학학습 방법은, 상기 선택한 가이드에 따른 상기 특정 수학문제에 대해 해결방법으로 제시된 수식이 최종적인 해답이 아닌 중간 풀이과정의 수식인 경우, 최종적인 해답이 도출될 때 까지, 상기 중간 풀이과정의 수식을 새로운 수학문제로 상기 학습모델에 입력하여 상기 수학문제에 대한 해결방법을 포함하는 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 제공하여, 사용자가 자신이 선택한 가이드에 따라 상기 특정 수학문제의 풀이과정을 사용자 자신의 방식으로 습득하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 학습모델 생성 단계는, 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 학습모델을 생성하되, 상기 해결방법이 복수인 경우 복수의 각 해결방법마다 사용자에 의해서 선호되는 해결방법에 높은 가중치를 두어 강화학습을 수행하도록 하여 학습모델을 지속적으로 고도화하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 따르면, 수학문제를 해결하기 위한 단계별 가이드를 사용자가 순차적으로 선택할 수 있기 때문에, 수학문제의 해결과정을 사용자와 인터렉티브하게 진행할 수 있으며 이를 통해 상기 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리를 사용자가 원하는 방식으로 터득할 수 있도록 하는 효과가 있다. 따라서 사용자는 스스로 생각하여 자신 원하는 방식으로 수학적 원리를 습득할 수 있으며, 습득한 수학적 원리를 다른 분야에 자연스럽게 응용하거나 적용할 수 있다.

또한 본 발명은 사용자의 동료, 교사 및 제3의 특수한 방법에 의한 수학문제 해결방법을 기계학습 기법으로 학습하고, 상기 학습한 결과에 따라 피어모드, 티처모드, 또는 스페셜모드로 수학문제에 대한 구체적인 해결방법을 가이드를 통해 단계별로 제공함으로써, 사용자가 스스로 자신의 해결방식을 습득할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 특정 수학문제에 대한 구체적인 공식을 모르더라도 상기 가이드를 통해 특정 수학문제에 대한 해결방법을 직관적으로 확인할 수 있으며, 상기 가이드를 선택하는 과정을 통해 해당 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리에 논리적으로 접근할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 사용자에 의해 자주 선택되는 상기 가이드를 참조하여 상기 기계학습 네트워크의 가중치를 조정해 가면서 수학문제의 해결과정에 대한 최적의 가이드를 사용자에게 제공할 수 있도록 하여, 사용자가 수학문제를 보다 논리적이고 정확하게 이해할 수 있도록 하는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 강화학습을 통해 학습모델에 대한 정확도와 신뢰성을 고도화시킬 수 있으며, 이를 통해 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리를 사용자가 정확하게 이해할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법을 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치를 통해 제공되는 수학학습 과정을 개략적으로 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자가 가이드 선택하는 과정을 통해 수학문제를 학습하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치를 통해 수학학습을 수행하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법을 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템(10)은 사용자의 동료(즉, 학습자), 교사 또는 제3의 특수한 방법을 통해 수학문제의 해결방법에 대한 학습데이터를 기계학습하여, 특정 수학문제에 대한 단계별 해결방법을 가이드를 통해 제공하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치(100)(이하, 수학학습 장치라 칭함), 수학학습을 위한 수학학습용 디바이스(200) 및 데이터베이스(300)를 포함하여 구성된다.

또한 학습데이터는 기계학습을 위한 데이터로써, 수학문제와 상기 수학문제의 해결방법에 대한 매핑 테이블이며, 학습데이터 데이터베이스(310)에 저장된다.

한편 학습데이터는 학습자, 교사에 의해 각각 제공되는 수학문제에 대한 단계별 해결과정, 상기 학습자, 교사에 의해 활용되지 않는 제3의 특수한 방법을 통한 수학문제에 대한 단계별 해결과정을 토대로 생성된다. 즉, 상기 학습데이터는 수학문제, 해결방법 및 해당 해결방법에 대한 특성(즉, 해당 해결방법을 제공한 학습자, 교사 또는 상기 제3의 특수한 방법을 나타내는 값)이 상호 매핑된 매핑테이블이다. 이때, 상기 특성은 학습자, 교사 또는 제3의 특수한 방법에 따라 P(Peer), T(Teacher), S(Special)로 각각 설정되어 매핑될 수 있다.

예를 들어, 수학문제가 ax - b = 0이면 상기 학습자 A(연령 10대)가 "(1)양 변에 b를 더한다."및 "(2) 양 변에 a로 나누어 x를 구한다."의 1차 및 2차적인 해결과정에 따라 상기 수학문제를 풀이하였다면, 상기 학습데이터는 수학문제(ax - b = 0), 상기 (1)의 해결방법 및 학습자(연령대 10)가 매핑되고, 상기 (1)의 해결과정을 통해 계산되는 수학문제(ax = b), 상기 (2)의 해결방법 및 학습자(연령대 10)가 상호 매핑되어 저장된다. 이때, 상기 1차 및 2차적인 해결과정(즉, (1) 및 (2))은 사용자에게 제공되는 하나의 가이드가 된다.

또한 상기 예에서, 해결방법(1) 및 (2)는 학습자 및 교사에 따라 달라질 수 있음은 당연하며, 이때 상기 해결방법 (1) 및 (2)는 상기 학습자 및 교사에 따라 적어도 하나 이상의 해결방법을 포함하게 된다. 즉, ax - b = 0의 경우, (1)에 대한 해결방법은 "양 변에 b를 더한다.", "b를 이항한다." 등과 같이 적어도 하나 이상의 해결방법을 포함하는 것이다. 따라서 특정 수학문제에 각 단계별로 주어지는 가이드 셋은 상기 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 포함하게 된다.

또한 상기 제3의 특수한 방법은 상기 교사나 학습자에 의한 해결방법으로 채용된 바가 없는 해결방법을 의미하는 것으로, 상기 학습자와 교사 이외의 특정인에 의해 제공된다. 상기 특정인은 상기 수학학습 장치(100)로부터 특정 권한을 부여받은 권한자(예: 수학전문가) 혹은 관리자가 될 수 있다.

이러한 상기 매핑테이블의 매핑관계는 수학학습 장치(100)에서 딥러닝을 위한 학습데이터로 활용된다. 학습데이터는 기계학습의 입력데이터로 사용되고, 그 결과로 수학문제에 대한 단계별 해결방법에 대한 가이드를 제공하기 위한 학습모델이 생성되며, 상기 생성된 학습모델은 수학학습에 활용하기 위해 학습모델 데이터베이스(320)에 저장된다. 여기서 기계학습은 RNN(Recurrent Neural Network) 기법이나 CNN(Convolution Neural Network) 기법으로 수행될 수 있으나, 상기 기계학습 기법에 대한 제한을 두지 않는다. 즉, 본 발명에서는 특정 수학문제의 해결과정에 대한 가이드를 제공하기 위한 다양한 기계학습 기법을 통해 상기 학습데이터를 학습할 수 있다.

또한 수학학습 장치(100)는 피어모드(Peer Mode), 티처모드(Teacher Mode) 또는 스페셜 모드(Special Mode)를 포함하는 학습모드에 따라 특정 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 사용자에게 제공할 수 있다.

피어모드는 사용자의 동료(즉, 사용자와 비슷한 연령대의 학습자)에 의한 해결방법을 제공하는 모드이고, 티처모드는 교사에 의한 해결방법을 제공하는 모드이며, 스페셜 모드는 제3의 특수한 방법에 의한 해결방법을 제공하는 모드이다.

이에 따라 사용자는 상기 각 학습모드를 선택할 수 있으며, 수학학습 장치(100)는 상기 사용자가 선택한 학습모드에 따라 수학문제 해결을 위한 적어도 하나 이상의 가이드를 포함하는 가이드 셋을 단계별로 제공함으로써, 상기 사용자가 학습모드별로 수학학습을 수행할 수 있도록 한다.

또한 수학학습용 디바이스(200)는 스마트폰, 데스크탑 PC, 노트북, 테블릿 PC 등을 포함한 다양한 유무선 단말기로써, 사용자에게 다양한 디바이스의 형태로 제공될 수 있다. 이때, 사용자는 상기 유무선 단말기를 이용하여 네트워크를 통해 상기 수학학습 장치(100)에 접속하여 상기 수학학습 장치(100)에서 제공하는 수학학습을 위한 애플리케이션 또는 프로그램을 다운로드 받아 수행함으로써, 수학학습 장치(100)로부터 제공되는 수학학습 서비스를 제공받을 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치를 통해 제공되는 수학학습 과정을 개략적으로 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치를 통해 제공되는 수학학습 과정은, 우선 수학학습 장치(100)는 특정 수학문제를 사용자에게 제공하고, 학습모델 데이터베이스(320)로부터 학습모델을 로딩하여 상기 특정 수학문제를 상기 로딩한 학습모델에 적용하여 적어도 하나 가이드를 출력하여 사용자가 구비한 수학학습용 디바이스(200)로 제공한다(①). 즉, 사용자는 상기 수학학습 장치(100)로부터 제공되는 복수의 수학문제 중에서 특정 수학문제를 선택함으로써, 상기 선택한 특정 수학문제를 상기 학습모델에 입력하도록 하여, 상기 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공받는다.

여기서 가이드는 특정 수학문제에 대한 해결방법을 의미하는 것으로 사용자의 선택에 따라 피어모드, 티처모드 또는 스페셜모드를 통해 사용자와 동일 유사한 연령대의 학습자에 의한 해결방법, 교사에 의한 해결방법 또는 제3의 특수한 방법에 의한 해결방법으로 각각 구성된다.

다음으로 사용자가 상기 제공한 상기 적어도 하나 이상의 가이드 중에서 하나의 가이드를 선택(②)하게 되면, 수학학습 장치(100)는 선택한 가이드에 따라 상기 특정 수학문제를 연산하여 연산결과를 사용자에게 제공하고, 해당 연산결과가 상기 특정 수학문제에 대한 해(해답)라면 상기 사용자가 선택한 가이드 및 연산결과를 최종적으로 사용자에게 제공한다(④).

한편 상기 연산결과가 최종적인 해답이 아니고, 중간 풀이 과정의 수식인 경우, 상기 중간 풀이 과정의 수식을 새로운 수학문제로 하여 상기 학습모델에 입력하고, 상기 수식의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 사용자에게 제공하여 또 다른 하나의 가이드를 선택할 수 있도록 한다. 이러한 과정은 최종적인 해당이 도출될 때까지 반복적으로 수행된다. 즉, 수학학습 장치(100)는 특정 수학문제에 대해 최종적인 해답을 구할 때 까지 상기 특정 수학문제의 해결과정에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 단계별로 제공한다.

예를 들어, 상기 특정 수학문제가 ax + b = 0이고, 사용자가 선택한 가이드에 다른 연산결과가 수식 ax = b라면, 아직 x에 대한 최종적인 해답이 구해지지 않았으므로, 상기 수식 ax = b를 새로운 수학문제로 하여 상기 학습모델에 적용하고, 상기 학습모델에 따른 적어도 하나 이상의 가이드를 사용자에게 제공하는 것이다. 이러한 과정을 반복하여 상기 x에 대한 최종적인 해답을 찾은 경우에는 상기 해당 특정 수학문제에 대한 해답 및 상기 사용자가 선택한 가이드를 순차적으로 제공한다.

이를 통해 사용자는 수학학습 장치(100)와 인터렉티브하게 수학문제 해결과정을 수행할 수 있으며, 상기 수학학습 장치(100)는 상기 가이드를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 원하는 방식으로 해당 수학문제를 해결할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자가 가이드 선택하는 과정을 통해 수학문제를 학습하는 과정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

이하에서는 사용자가 가이드 선택을 통해 수학문제를 학습하는 과정을 설명하도록 하며, 수학문제 6x - 48 = 0을 일실시예로 하여 설명하도록 한다.

도 3에 도시한 바와 같이 사용자가 가이드 선택을 통해 수학문제를 학습하는 과정은 우선, 사용자는 수학학습용 디바이스(200)를 통해 수학학습 장치(100)에 접속함으로써, 수학문제에 대한 수학학습을 수행할 수 있다.

또한 수학학습 장치(100)는 사용자가 수학문제 및 학습모드를 선택한 경우, 상기 선택한 유형에 대한 특정 수학문제(즉, 6x - 48 = 0)와 함께 상기 선택한 학습모드 따른 해당 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 포함하는 가이드 셋을 제공한다.

즉, 사용자가 수학학습용 디바이스(200)를 통해 피어모드를 선택하고 사용자의 연령이 20대인 경우 수학학습 장치(100)는 상기 수학문제를 학습모델에 입력하여 연령이 20대인 학습자에 의한 해결방법에 대한 가이드를 생성하여 사용자에게 제공하게 된다.

다음으로 사용자는 수학학습용 디바이스(200)를 통해 상기 수학학습 장치(100)로부터 제공받은 가이드 셋에서 자신이 원하는 방식으로 해당 수학문제를 풀기위한 하나의 가이드를 선택한다.

예를 들어, 수학문제, 6x - 48 = 0에 대해 1차적으로 제공받은 가이드 셋에서 가이드 1 및 가이드 2가 각각 "양 변에 48을 더한다."및 "-48을 이항한다."이고 상기 사용자는 자신이 원하는 방식에 따라 상기 가이드 2를 선택할 수 있다. 이때, 수학학습용 디바이스(200)는 상기 선택한 가이드 2에 따라 해당 수학문제를 연산하고 연산한 결과(6x = 48)가 상기 수학문제에 대한 최종적인 해답이 아닌 경우(즉, 상기 연산결과가 상기 수학문제에 대한 중간풀이 과정의 수식인 경우), 상기 연산한 결과(6x = 48)에 대한 가이드 셋을 제공하여 사용자가 또 다른 하나의 가이드를 선택할 수 있도록 한다. 즉, 수학학습 장치(100)는 상기 수학문제에 대한 최종적인 해답(x = 8)을 찾을 때 까지 상기와 같은 과정을 반복적으로 수행하여, 최종적인 해답과 함께 사용자가 선택한 가이드를 순차적으로 제공하게 된다.

상기와 같은 과정은 사용자와 인터렉티브하게 수행되는 것으로, 사용자가 자기 주도적으로 수학문제를 해결할 수 있도록 유도하며, 이를 통해 사용자는 수학문제에 대한 해결원리를 스스로 정확하고 효과적으로 이해할 수 있다.

한편 수학학습 장치(100)는 상기 수학문제에 대해 학습자, 교사, 제3의 방법에 의해 많이 활용한 해결방법, 또는 상기 또 다른 다수의 사용자에 의해 선호되는 해결방법에 의한 가이드를 제공할 수 있다. 이를 통해 사용자는 자신이 가이드를 선택함으로써, 상기 수학문제를 해결하기 위한 해결방법과 상기 수학학습 장치(100)로부터 제공받은 학습자, 교사, 제3의 특수한 방법 또는 또 다른 사용자에 의해 선호되는 해결방법과 상호 비교함으로써 자신이 선택한 해결과정이 효율적인지 분석할 수 있도록 하여 수학문제에 대한 해결원리를 효과적으로 습득할 수 있도록 한다.

이하에서는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치의 세부구성을 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치(100)는 학습데이터 데이터베이스(310)에 저장된 학습데이터를 기계학습하여 학습모델을 생성하는 학습모델 생성부(110), 상기 학습모델에 따라 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 포함하는 가이드 셋을 생성하여 사용자에게 제공하는 가이드 제공부(120), 사용자가 상기 제공받은 가이드 셋에서 하나의 가이드를 선택한 경우, 상기 선택한 가이드에 따라 수학문제를 연산하는 연산부(130), 수학학습을 수행하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 사용자 인터페이스부(140), 수학문제를 포함한 학습콘텐츠를 제공하는 학습콘텐츠 제공부(150), 사용자로 하여금 수학학습을 수행하기 위한 학습모드를 선택하도록 하는 학습모드 선택부(160) 및 상기 수학학습 장치(100)의 구성부분을 전반적으로 제어하기 위한 제어부(170)를 포함하여 구성된다.

학습모델 생성부(110)는 학습데이터를 학습하여 특정 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 생성하여 사용자에게 제공하기 위한 학습모델을 생성한다.

한편 상기 학습데이터는 수학문제, 해결과정 및 해결과정에 대한 특성이 상호 매핑된 매핑테이블로써, 상기 해결과정에 대한 특성은 상기 해결과정이 학습자, 교사 및 기타 방법에 의한 경우, P(Peer), T(Teacher), S(Special)로 설정되어 상기 수학문제 및 해결과정과 매핑되어 저장된다.

따라서 학습모델 생성부(110)는 상기 매핑테이블의 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 특정 수학문제에 대한 적어도 하나 이상의 해결방법을 출력하기 위한 학습모델을 생성하며, 상기 각각의 해결방법이 하나의 가이드가 된다.

또한 학습모델 생성부(110)에 의해 생성한 학습모델의 입력은 특정 수학문제가 되며, 출력은 학습자의 해결방법, 교사의 해결방법 및 제3의 특수한 해결방법 각각에 대한 적어도 하나 이상의 해결방법이며, 상기 적어도 하나 이상의 해결방법은 사용자에게 제공되는 가이드가 된다.

이때, 상기 가이드는 상기 각 특성별로 상기 학습자, 교사 및 제3의 특수한 방법에 따라 많이 사용된 해결방법을 상위 5개로 선택하여 출력될 수 있다. 즉, 학습모델 생성부(110)는 상기 학습자, 교사, 제3의 특수한 방법을 통해 많이 채용한 해결방법 또는 사용자가 다수 선택한 해결방법을 참조하여 상기 기계학습을 구성하는 네트워크에 대한 가중치를 조정함으로써, 상위 5개의 해결과정에 대한 가이드를 상기 특성에 따라 각각 출력할 수 있도록 구현될 수 있다.

또한 학습모델 생성부(110)는 상기 학습데이터를 기계학습하여 학습모델을 생성하되, 수학문제에 대한 해결방법이 복수인 경우, 복수의 각 해결방법마다 사용자에 의해서 선호되는 해결방법에 높은 가중치를 두어 상기 기계학습 네트워크의 가중치를 조정함으로써, 상기 학습모델을 지속적으로 업데이트 할 수 있다. 즉, 상기 학습모델 생성부(110)는 강화학습을 통해 특정 수학문제에 대한 최적화된 해결방법을 출력할 수 있도록 함으로써, 상기 학습모델이 지속적으로 고도화될 수 있도록 한다. 이를 통해, 상기 학습모델은 수학문제에 대한 최적의 해결방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한 사용자 인터페이스부(140)는 사용자가 수학학습용 디바이스(200)를 이용하여 상기 수학학습 장치(100)에 웹(web)을 통해 접속하는 경우, 수학학습을 위한 사용자 인터페이스를 제공한다. 한편 사용자가 수학학습용 디바이스(200)에 설치되는 애플리케이션을 통해 수학학습을 수행하는 경우 상기 애플리케이션을 통해 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.

또한 사용자는 수학학습 장치(100)에 접속하기 위해 상기 사용자 인터페이스를 통해 사용자 인증을 수행(예: 로그인은 통한 인증)하여야 하며, 사용자 인증에 필요한 사용자 ID 및 비밀번호를 포함하는 사용자 정보는 사용자 데이터베이스(미도시)에 저장된다. 즉, 수학학습 장치(100)는 기존에 등록한 해당 사용자의 사용자 ID 및 비밀번호가 상기 사용자가 접속할 때 제공한 사용자 ID 및 비밀번호를 각각 비교하여, 동일한 경우 사용자 인증을 수행하며, 동일하지 않는 경우 사용자 인증을 거부한다.

다만, 상기 사용자 인증은 별도의 인증기관에서 발행한 인증서를 통해서도 수행될 수 있으며, 상기 사용자 인증은 정당한 사용자의 수학학습 장치(100)에 대한 이용을 위해 수행되는 것이므로, 사용자 인증을 수행하기 위한 방법에는 그 제한을 두지 않는다.

또한 학습콘텐츠 제공부(150)는 수학문제를 포함하여 수학학습을 위한 다양한 데이터를 사용자에게 제공하는 기능을 수행한다. 또한 상기 수학문제는 사용자의 레벨, 단원별, 난이도 또는 이들의 조합에 따라 제공되거나, 사용자가 선택함으로써, 제공될 수 있다.

또한 학습모드 선택부(160)는 사용자가 원하는 학습모드에 따라 특정 수학문제에 대한 학습을 수행할 수 있도록 하는 것으로, 상기 학습모드는 피어모드, 티처모드, 스페셜모드 또는 이들의 조합을 포함한다.

즉, 사용자는 자신의 연령대와 비슷한 학습자가 수행한 문제해결과정을 참조하여 상기 특정 수학문제를 해결하고 싶은 경우 피어모드를 선택할 수 있으며, 선생님과 같은 교사가 수행한 문제해결과정을 참조하여 상기 특정 수학문제를 해결하고 싶은 경우 티처모드를 선택하여 상기 특정 수학문제의 해결과정을 습득할 수 있다. 한편 사용자는 수학학습 장치(100)로부터 학습자나 교사 이외의 특정인에 의해 제공되는 제3의 특수한 해결방법에 의한 문제해결과정을 참조하고 싶은 경우 스페셜모드를 선택하여 수학학습을 진행할 수 있다.

한편 상기 제3의 특수한 방법은 상기 학습자 및 교사가에 의한 해결방법으로 채용된 바가 없는 해결방법으로 의미하며, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 수학학습 장치(100)에서 사용자에게 제공되는 고유한 해결방법이다.

또한 가이드 제공부(120)는 학습모델 데이터베이스(320)로부터 학습모델을 로딩하고, 상기 특정 수학문제를 상기 로딩한 학습모델에 입력하여 해당 수학문제의 해결과정에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 포함하는 가이드 셋을 생성하여 사용자에게 제공한다.

한편 학습모델은 상기 특정 수학문제에 대해 연령별 학습자, 교사 및 제3의 특수한 방법에 대한 해결방법을 포함하는 적어도 하나 이상의 가이드를 각각 출력하며, 상기 가이드 제공부(120)는 상기 사용자가 선택한 학습모드에 따라 학습자, 교사 또는 제3의 특수한 방법에 의한 해결방법에 대한 가이드를 선택함으로서, 상기 학습모드에 따른 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 사용자에게 제공한다.

또한 수학학습 장치(100)는 사용자가 상기 제공한 가이드 중 하나의 가이드를 선택한 경우, 상기 특정 수학문제를 상기 선택한 가이드에 따라 연산부(130)를 통해 연산하고, 상기 연산결과가 해당 수학문제에 대한 최종적인 해답이 아닌 경우, 가이드 제공부(120)는 상기 연산결과에 따른 새로운 수학문제를 상기 학습모델에 적용하여, 상기 새로운 수학문제에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 사용자에게 제공한다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 특정 수학문제에 대한 최종적인 해답을 찾을 수 있도록 한다.

또한 제어부(170)는 수학학습 장치(100)의 각 구성부분의 구동, 각 구성부분 간의 데이터 이동 등을 포함하여, 상기 수학학습 장치(100)를 전반적으로 제어하는 기능을 수행한다.

상기에서 설명한 것과 같이 수학학습 장치(100)는 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 단계별로 선택할 수 있도록 함으로서, 사용자 자신에게 맞는 해결원리를 터득할 수 있도록 하며, 사용자가 선택한 가이드를 순차적으로 제공함으로써, 사용자가 스스로 자신의 해결방식을 습득할 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치를 통해 수학학습을 수행하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치를 통해 수학학습을 수행하는 절차는 우선, 수학학습 장치(100)는 사용자의 요청에 따라 특정 수학문제를 제공한다(S110).

수학학습 장치(100)는 단원별 및 난이도별로 다양한 수학문제 유형에 대한 복수의 수학문제를 저장하고 있으며, 상기 수학문제는 사용자의 레벨, 단원별 또는 사용자의 선택에 따라 제공될 수 있다.

다음으로 상기 사용자는 상기 수학학습 장치(100)로부터 특정 수학문제를 제공받은 경우, 해당 수학문제를 해결하기 위한 학습모드를 선택한다(S120).

상기 학습모드는 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이 학습자(즉, 사용자와 동일 유사한 연령대의 학습자)에 의한 해결과정을 통해 상기 수학문제의 해결을 위한 수학학습을 수행하는 피어모드, 교사에 의한 해결과정을 통해 상기 수학문제의 해결을 위한 수학학습을 수행하는 티처모드 및 상기 학습자 또는 교사가 사용하지 않는 제3의 특수한 방법에 의한 해결방법을 통해 상기 수학문제의 해결을 위한 수학학습을 수행하는 스페셜모드로 구성된다.

다음으로 수학학습 장치(100)는 상기 사용자가 학습모드를 선택한 경우, 해당 학습모드에 따라 상기 수학문제에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 사용자에게 제공한다(S130).

수학학습 장치(100)는 수학문제, 상기 수학문제에 대한 해결과정, 상기 해결과정에 대한 특성이 상호 매핑된 학습데이터를 학습하여 특정 수학문제의 해결방법에 대한 가이드를 생성하기 위한 학습모델을 생성하고, 상기 생성한 학습모델에 상기 사용자에게 제공한 특정 수학문제를 입력함으로써, 해당 수학문제의 해결과정에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 생성한다.

이때, 상기 가이드는 학습자, 교사 및 제3의 특수한 방법을 통한 해결방법을 포함하며, 수학학습 장치(100)는 상기 사용자가 선택한 학습모드에 따라 상기 학습자, 교사 또는 제3의 특수한 방법에 의한 적어도 하나 이상의 가이드를 선택하여 사용자에게 제공한다.

다음으로 사용자는 수학학습 장치(100)로부터 자신이 선택한 학습모드에 따라 적어도 하나 이상의 가이드를 수신한 경우, 상기 적어도 하나 이상의 가이드 중 하나의 가이드를 선택한다(S140).

이는 상기 가이드를 통해 특정 수학문제에 대한 복수의 해결방법 중에서 자신이 원하는 방식으로 해당 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리에 접근할 수 있도록 하는 것이다.

즉, 학습자, 교사 또는 제3의 특수한 방법을 통한 복수의 해결방법 중에서 자신이 쉽게 이해하고 습득할 수 있는 해결방법을 선택함으로써, 해당 수학문제를 쉽게 해결할 수 있거나 해결원리를 자신의 방식으로 습득할 수 있도록 한다.

다음으로 수학학습 장치(100)는 사용자가 특정 가이드를 선택한 경우, 상기 선택한 특정 가이드에 따라 사용자에게 제공한 특정 수학문제를 연산(S140)하여 그 결과를 사용자에게 제공하며, 해당 연산결과 상기 특정 수학문제에 대한 최종적인 해답을 도출한 경우(S150), 상기 사용자가 선택한 가이드 및 상기 도출한 해답을 사용자에게 제공한다(S160).

한편 상기 S150단계에서 수학연산결과가 특정 수학문제에 대한 최종적인 해답을 도출하지 못한 경우, 상기 연산결과에 따라 생성된 수식을 새로운 수학문제로 하여 상기 학습모델에 적용시켜 사용자가 선택한 학습모드에 따른 적어도 하나 이상의 가이드를 사용자에게 제공(S151)하여 또 다른 하나의 가이드를 선택할 수 있도록 한다. 이때, 상기 연산결과는 상기 적어도 하나 이상의 가이드와 함께 제공된다.

상기에서 설명한 S130 단계 내지 S151단계는 사용자에게 제공한 특정 수학문제에 대한 최종적인 해답을 도출할 때까지 반복적으로 수행되며, 최종적인 해답을 도출한 경우, 사용자가 선택한 적어도 하나 이상의 가이드와 최종적인 해답을 제공함으로써, 사용자가 스스로 자신의 해결 방법에 따라 상기 특정 수학문제를 해결하는 해결과정 및 해결원리를 습득할 수 있다.

즉, 본 발명은 딥러닝을 포함한 기계학습 방법을 통해 학습자, 교사 또는 제3의 특수한 방법에 따른 수학문제 해결방법을 학습하여 상기 각각의 방법에 따라 특정 수학문제에 대한 구체적인 해결과정을 단계별로 제공함으로써, 사용자가 본인의 방식으로 수학문제에 대한 해결방법 및 해결원리를 효과적으로 습득할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 피어모드, 티처모드, 스페셜모드에 따라 특정 수학문제에 대한 해결과정을 포함하는 적어도 하나 이상의 가이드를 상기 수학문제 해결을 위한 단계별로 인터렉티브하게 제공함으로써, 사용자가 자기 주도적으로 수학문제에 대한 해결과정 및 해결원리를 습득할 수 있도록 하는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10: 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템
100: 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 장치
110: 학습모델 생성부 120: 가이드 제공부
130: 연산부 140: 사용자 인터페이스부
150: 학습콘텐츠 제공부 160: 학습모드 선택부
170: 제어부 300: 데이터베이스
310: 학습데이터 데이터베이스 320: 학습모델 데이터베이스

Claims (12)

1. 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 생성된 학습모델에 특정 수학문제를 적용하여 적어도 하나 이상의 가이드를 출력함으로써, 상기 특정 수학문제에 대해서 학습모드별 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공하는 가이드 제공부; 및
   상기 특정 수학문제를 입력하고, 상기 가이드를 출력하는 사용자 인터페이스부;를 포함하며,
   사용자가 상기 특정 수학문제를 상기 학습모델에 입력하여 상기 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공받고, 사용자가 선택한 상기 가이드 중 하나에 따라, 상기 특정 수학문제에 대한 해결방법이 제공되는 것이며,
   상기 해결방법은, 상기 수학문제의 중간 풀이과정을 포함하며,
   상기 가이드 제공부는, 최종적인 해답이 도출될 때 까지, 상기 중간 풀이과정의 결과를 새로운 수학문제로 상기 학습모델에 입력하여 상기 수학문제에 대한 해결방법을 포함하는 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 제공함으로써, 사용자가 자신이 선택한 가이드에 따라 상기 특정 수학문제의 풀이과정을 사용자 자신의 방식으로 습득하도록 하는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 학습모델은,
   복수의 수학문제에 대하여 상기 복수의 수학문제 각각에 대한 학습자의 해결방법, 교사의 해결방법, 및 제3의 특수한 해결방법을 포함하는 상기 학습모드별로 상기 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 출력하는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 학습모드는,
   상기 사용자와 동일 유사한 연령대의 학습자에 의한 수학문제 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 피어모드, 교사에 의한 수학문제 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 티처모드 및 상기 학습자와 교사 이외의 특정인에 의해 제공되는 제3의 특수한 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 스페셜모드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제3의 특수한 해결방법은,
   상기 학습모델에서, 상기 교사나 학습자에 의한 해결방법으로 채용된 바가 없는 해결방법으로 학습되어 제공되는 것으로, 상기 수학학습 시스템에서 고유하게 제공되는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 학습모델은,
   수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습함으로써, 생성되되, 상기 해결방법이 복수인 경우 복수의 각 해결방법마다 사용자에 의해서 선호되는 해결방법에 높은 가중치를 둠으로써, 강화학습되어 지속적으로 고도화하는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템.
7. 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 시스템에서, 수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습하여 학습모델을 생성하는 단계;
   상기 수학학습 시스템의 가이드 제공부에서, 특정 수학문제를 상기 학습모델에 적용하여 적어도 하나 이상의 가이드를 출력함으로써, 상기 특정 수학문제에 대해서 학습모드별 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공하는 가이드 제공 단계; 및
   상기 수학학습 시스템의 사용자 인터페이스부에서, 상기 생성한 학습모델에 특정 수학문제를 입력하고, 상기 가이드를 출력하는 단계;를 포함하며,
   사용자가 상기 특정 수학문제를 상기 학습모델에 입력하여 상기 특정 수학문제의 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 제공받고, 사용자가 선택한 상기 가이드 중 하나에 따라, 상기 특정 수학문제에 대한 해결방법이 제공되는 것이며,
   상기 해결방법은, 상기 수학문제의 중간 풀이과정을 포함하며,
   상기 가이드 제공 단계는, 최종적인 해답이 도출될 때 까지, 상기 중간 풀이과정의 결과를 새로운 수학문제로 상기 학습모델에 입력하여 상기 수학문제에 대한 해결방법을 포함하는 적어도 하나 이상의 가이드를 생성하여 제공함으로써, 사용자가 자신이 선택한 가이드에 따라 상기 특정 수학문제의 풀이과정을 사용자 자신의 방식으로 습득하도록 하는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 학습모델은,
   복수의 수학문제에 대하여 상기 복수의 수학문제 각각에 대한 학습자의 해결방법, 교사의 해결방법, 및 제3의 특수한 해결방법을 포함하는 상기 학습모드별로 상기 해결방법에 대한 적어도 하나 이상의 가이드를 출력하는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 학습모드는,
   상기 사용자와 동일 유사한 연령대의 학습자에 의한 수학문제 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 피어모드, 교사에 의한 수학문제 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 티처모드 및 상기 학습자와 교사 이외의 특정인에 의해 제공되는 제3의 특수한 해결방법을 토대로 학습하도록 하는 스페셜모드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3의 특수한 해결방법은,
    상기 학습모델에서, 상기 교사나 학습자에 의한 해결방법으로 채용된 바가 없는 해결방법으로 학습되어 제공되는 것으로, 상기 수학학습 시스템에서 고유하게 제공되는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 방법.
11. 삭제
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 학습모델은,
    수학문제와 상기 수학문제에 대한 해결방법 간의 매핑관계를 학습함으로써, 생성되되, 상기 해결방법이 복수인 경우 복수의 각 해결방법마다 사용자에 의해서 선호되는 해결방법에 높은 가중치를 둠으로써, 강화학습되어 지속적으로 고도화하는 것을 특징으로 하는 가이드 기반 문제해결을 통한 수학학습 방법.

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