KR101993299B1 - System and method for diagnosing mass attributes of leaner - Google Patents

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Abstract

본 발명은 학습자의 학습 능력을 다수의 개념들로 세분화하여 진단하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 학습자의 다수 개념 진단 방법은 진단하고자 하는 다수 개념을 선택하는 단계와, 선택된 다수 개념에 대한 문제를 제공하고, 문제 및 개념의 연관 관계를 구성하는 단계와, 문제에 대한 반응 정보 및 학생의 각 문제에 대한 정답 여부에 대한 행렬을 구성하는 단계와, 문제의 문항 파라미터를 구성하는 단계와, 선택된 개념에 대한 사전적 확률 정보를 구성하는 단계 및 학습자의 개념별 이해도를 추정하고 그 결과를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a system and method for diagnosing a learner's learning ability by dividing it into a plurality of concepts.
The learner's multiple conceptual diagnosis method according to the present invention includes a step of selecting a plurality of concepts to be diagnosed, a step of providing a problem with a plurality of selected concepts, a step of constructing a relationship between a problem and a concept, A step of constructing a matrix of correct answers to each question of the student, a step of constructing item parameter of the question, a step of constructing dictionary probability information about the selected concept, The method comprising the steps of:

Description

학습자의 다수 개념 진단 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING MASS ATTRIBUTES OF LEANER}[0001] SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING MASS ATTRIBUTES OF LEANER [0002]

본 발명은 학습자의 학습 능력을 다수의 개념들로 세분화하여 진단하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for diagnosing a learner's learning ability by dividing it into a plurality of concepts.

종래 기술에 따른 DINA(deterministic input, noisy "and" gate)모델의 MLE(Maximum Likelihood Estimation) 방법은 uniform distribution을 이용하여 확률을 구하게 되는데, 개념 수가 다수인 경우 사전적 확률을 저장하는 메모리가 기하급수적으로 증가하게 되어(개념의 전체 패턴수: 2K), DB 구현의 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) KR10-2013-0037541 A
The MLE (Maximum Likelihood Estimation) method of the DINA (deterministic input, noisy "and" gate) model according to the prior art finds a probability using a uniform distribution. In the case of a large number of concepts, (The total number of patterns of the concept: 2K ), which makes it difficult to implement the DB.
(Patent Document 1) KR10-2013-0037541 A

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 개념의 전체 패턴수를 모두 저장하지 않고, 각 개념에 대한 marginal 확률만을 계산하여 K개의 저장소를 사용하여 학습자 진단에 필요한 사전적 확률을 산출하고, 학습자의 학습 능력을 다수의 개념들로 세분화하여 진단하는 것이 가능한 시스템 및 그 방법을 제안하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problem. The present invention calculates only the marginal probability for each concept without storing all the number of patterns of the concept, calculates the dictionary probability necessary for learner diagnosis using K stores , And to propose a system and method capable of diagnosing a learner's learning ability by dividing it into a plurality of concepts.

본 발명에 따른 학습자의 다수 개념 진단 방법은 진단하고자 하는 다수 개념을 선택하는 단계와, 선택된 다수 개념에 대한 문제를 제공하고, 문제 및 개념의 연관 관계를 구성하는 단계와, 문제에 대한 반응 정보 및 학생의 각 문제에 대한 정답 여부에 대한 행렬을 구성하는 단계와, 문제의 문항 파라미터를 구성하는 단계와, 선택된 개념에 대한 사전적 확률 정보를 구성하는 단계 및 학습자의 개념별 이해도를 추정하고 그 결과를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The learner's multiple conceptual diagnosis method according to the present invention includes a step of selecting a plurality of concepts to be diagnosed, a step of providing a problem with a plurality of selected concepts, a step of constructing a relationship between a problem and a concept, A step of constructing a matrix of correct answers to each question of the student, a step of constructing item parameter of the question, a step of constructing dictionary probability information about the selected concept, The method comprising the steps of:

DINA 모델은 한번에 추정할 수 있는 개념 수가 제한적이기 때문에, 실제 교육 현장에서 활용하기 위해서는 다수의 개념에 대한 추정 방법이 필요하며, 본 발명의 실시예에 따르면 문제를 기준으로 입력 정보를 분할한 후 DINA 모형을 반복 사용하여 다수 개념에 대한 이해도 추정을 빠르게 수행함이 가능하고, 사전적 정보를 저장하는 방법을 통해 추정 정확도를 향상시키는 효과가 있다. Since the number of concepts that can be estimated at a time is limited, the DINA model requires a plurality of concept estimation methods in order to utilize in the actual education field. According to the embodiment of the present invention, It is possible to estimate the degree of understanding of a number of concepts quickly by using the model repeatedly and to improve the estimation accuracy by storing the dictionary information.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 진단을 위한 사전 준비 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 개별 학습자의 다수 개념에 대한 이해도 추정 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 방법의 학습자 진단을 위한 사전 준비 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 방법의 학습자 진단 과정을 나타내는 순서도이다.
1 is a diagram illustrating a configuration of a learner's multiple conceptual diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a preparatory process for diagnosing a learner's multiple conceptual diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a process of estimating the degree of understanding of a plurality of concepts of individual learners in a multiple concept diagnosis system of a learner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a preparatory process for learner diagnosis of a learner's multi-concept diagnosis method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a learner diagnostic process of a learner's multiple concept diagnosis method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, advantages and features of the present invention and methods of achieving them will be apparent from the following detailed description of embodiments thereof taken in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the exemplary embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, And advantages of the present invention are defined by the description of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises "and / or" comprising ", as used herein, unless the recited component, step, operation, and / Or added.

본 발명의 실시예에 대하여 서술하기에 앞서, 당업자의 이해를 돕기 위하여 DINA 모델에 대하여 먼저 서술하기로 한다.Before describing the embodiments of the present invention, the DINA model will be described first to help those skilled in the art understand it.

DINA(deterministic input, noisy "and" gate) 모델은 대표적인 인지진단모델로서, 단체 시험 정보로부터 학습자들이 각 개념에 대하여 숙달하였는지 여부를 추정한다. The DINA (deterministic input, noisy "and" gate) model is a representative cognitive diagnostic model that estimates whether learners master each concept from group test information.

즉, DINA 모델은 단체시험 정보로부터 각 학생들의 개념별 이해도를 추정하게 되는데, 시험을 본 학생 수를 I명, 문제 수를 J개, 개념수를 K라고 할 때, DINA 모델의 입력으로 들어갈 정보는 크게 두 가지이다. In other words, the DINA model estimates each student's conceptual understanding from the group test information. When the number of students who have taken the test is I, the number of problems is J, and the number of concepts is K, There are two main types.

첫 번째는 Q-행렬로, 단체시험에서 사용된 문제들이 어떠한 개념과 연관되었는지를 가리키는 J×K 크기의 이진행렬이고, 두 번째는 R-행렬로, 학생들이 각 문제에 대한 정답 여부를 알려주는 I×J크기의 이진행렬이다. The first is a Q-matrix, a J × K binary matrix indicating the concepts associated with the concepts used in the group trials, and the second is an R-matrix, in which the students are informed of the correct answer It is an I x J binary matrix.

이 두 가지 정보로부터 각 학생별로 각각의 개념에 대해서 이해하고 있는지 없는지 추정하여 그 결과를 I×K 크기의 이진행렬로 출력한다. Based on these two pieces of information, it is estimated whether or not each concept is understood by each student, and the result is output as an I × K binary matrix.

문제-개념 간의 매핑 정보인 Q-행렬은 교육 전문가들에 의해 사전에 정의되는데, 문제를 풀기 위해 필요한 개념들을 세부적으로 정의하여, 각 문제별로 세부 개념과 매핑시키게 된다. The Q-matrix, which is the mapping between problem and concept, is defined in advance by educational experts. The concepts necessary to solve the problem are defined in detail and mapped to the detailed concept for each problem.

i번째 학생의 k번째 개념에 대한 이해 벡터, 즉 학습자 i의 개념별 이해도를 나타내는 αi는 binary vector이며, 각 요소별로 1이면 해당 개념을 이해하고 있다는 의미이고, 0이면 이해하지 못한다는 의미이다. The i-th student's understanding vector for the k-th concept, ie, α i, which represents the understanding of the concept of learner i, is a binary vector. A value of 1 for each element means that the concept is understood. .

DINA 모델의 "AND" 게이트는 학생이 문제의 정답을 맞히기 위해서는 문제와 매핑된 개념 모두를 알고 있어야 한다는 가정이다. The "AND" gate in the DINA model assumes that the student needs to know both the problem and the mapped concept in order to get the correct answer.

i번째 학생이 j번째 문제를 풀 수 있는 능력을 갖추었는지 판별하는 요소로서 잠재적 응답 벡터 ηij가 [수학식 1]과 같이 모델링된다. The potential response vector η ij is modeled as [Equation 1] as an element for determining whether the i th student has the ability to solve the j th problem.

Figure 112016117627881-pat00001
Figure 112016117627881-pat00001

[a]는 a를 넘지 않는 최대의 정수로서, ηij는 학습자 i가 문제 j를 맞출 수 있는 능력을 갖춘 경우 1로, 해당 능력을 갖추지 못하는 경우 0으로 표현되며, i번째 학습자가 j번째 문제와 관련된 개념을 모두 알고 있어야 1이 되며, 다음 [수학식 2]와 같다. [a] is the maximum integer not exceeding a, η ij is expressed as 1 if the learner i has the ability to match the problem j, 0 if the learner i is not capable of the problem, 1 "," (2) "

Figure 112016117627881-pat00002
Figure 112016117627881-pat00002

여기서 qjk 는 Q-행렬의 원소로서, 문제 j를 푸는데 개념 k의 지식이 필요한지 여부를 나타내며, 1이면 해당 개념이 필요한 것을 나타내고, 0이면 해당 개념이 필요하지 않은 것을 나타낸다. Where q jk is an element of the Q-matrix and indicates whether knowledge of concept k is needed to solve problem j, 1 indicates that the concept is needed, and 0 indicates that the concept is not needed.

k는 해당 모델에서 전체 개념의 수를 의미한다. αik는 학습자 i가 개념 k를 이해하고 있는 지 여부를 의미하며, 전술한 αi는 αik들을 요소로 갖는 벡터이다.k means the total number of concepts in the model. α ik means whether learner i understands concept k, and α i is a vector having α ik as an element.

DINA 모델의 "NOISE"는 문제의 특성을 의미하는 노이즈 파라미터(noise parameter)로서, 잠재적 응답이 1임에도 불구하고 실수해서 틀릴 확률인 sj와, 반대로 잠재적 응답이 0임에도 불구하고 찍어서 맞을 확률인 gj를 추가한 가정을 의미하며, 아래 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같다. The "NOISE" of the DINA model is a noise parameter that indicates the nature of the problem. The noise parameter, s j , which is the probability that a potential response will be mistakenly missed despite the 1, and the probability that a potential response will be met j , and is expressed by Equation (3) and Equation (4) below.

Figure 112016117627881-pat00003
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Figure 112016117627881-pat00004
Figure 112016117627881-pat00004

이러한 문제 파라미터는 문제에 따라 값이 다르며, 학생에 따라 변하지 않는 문제 고유의 파라미터이다. These problem parameters are problem-specific parameters that vary in value depending on the problem and do not vary from student to student.

이러한 가정으로부터, 학습자들의 개념 벡터 α가 주어졌을 때 i번째 학습자 응답 Xij의 확률 밀도 함수는 다음 [수학식 5] 및 [수학식 6]와 같으며, Xij는 학습자 i가 문제 j를 풀었을 때의 정오답 여부로서, 1이면 정답, 0이면 오답을 의미한다. From this assumption, given the learner's concept vector α, the probability density function of the i-th learner response X ij is given by [Equation 5] and [Equation 6], where X ij is the learner i solving the problem j If the answer is positive, it means correct answer. If it is 0, it means bad answer.

Figure 112016117627881-pat00005
Figure 112016117627881-pat00005

Figure 112016117627881-pat00006
Figure 112016117627881-pat00006

이를 한 개의 수식으로 정리하면 아래와 같다.This can be summarized as a single equation.

Figure 112016117627881-pat00007
Figure 112016117627881-pat00007

Figure 112016117627881-pat00008
Figure 112016117627881-pat00008

이러한 DINA 모델을 Maximum likelihood estimation 방법으로 개념 벡터를 추정할 수 있다. The concept of the DINA model can be estimated by the maximum likelihood estimation method.

먼저, 주어진 개념 벡터 α에 대해 Xij들이 조건부 독립이고 같은 확률분포임을 가정하면, 아래 [수학식 9]와 같이 정리된다.First, assuming that X ij are conditionally independent and have the same probability distribution with respect to a given concept vector α, the following is summarized as follows.

Figure 112016117627881-pat00009
Figure 112016117627881-pat00009

이로부터 베이지안 방법으로 학습자 개념 벡터의 추정 결과

Figure 112016117627881-pat00010
를 구하면 아래 [수학식 10]과 같다.From this, the Bayesian method estimates the learner concept vector
Figure 112016117627881-pat00010
(10). ≪ EMI ID = 10.0 >

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112016117627881-pat00011
Figure 112016117627881-pat00011

이 때, 위 수식을 Expectation maximization 알고리즘으로 구현하여 사후적 확률

Figure 112016117627881-pat00012
과 문제 파라미터 sj, gj를 동시에 추정할 수 있다.In this case, the above equation is implemented by the Expectation maximization algorithm,
Figure 112016117627881-pat00012
And problem parameters s j and g j can be estimated at the same time.

하지만 위 모델을 실제로 구현할 때, 개념 수가 많아지면 개념 패턴 수가 기하 급수적으로 증가하게 되고(개념 수가 K 개 일 때, 개념 패턴 수는 2K 개), 이에 따라 사전적 확률 P(α) 과 사후적 확률

Figure 112016117627881-pat00013
을 저장하는 메모리가 급증하여 한 번에 추정 가능한 개념 수는 제한적이다(컴퓨터 사양에 따라 다르지만, 보통 추정 가능한 개념 수는 약 12개 정도이다).However, when the above model is actually implemented, the number of concept patterns increases exponentially as the number of concepts increases (the number of concept patterns is 2 K when the number of concepts is K), so that the dictionary probability P (α) percentage
Figure 112016117627881-pat00013
, The number of concepts that can be estimated at one time is limited (usually about 12 concepts are available, depending on the computer specification).

또한, 개념 수가 많아질수록 EM 알고리즘의 계산 시간이 기하 급수적으로 늘어난다. Also, as the number of concepts increases, the computation time of the EM algorithm exponentially increases.

따라서 위 모델로 많은 수의 개념에 대한 이해도를 추정할 때, 개념들을 적당한 수들로 나누어 여러 번 추정하는 것이 불가피하다. Therefore, when estimating the understanding of a large number of concepts with the above model, it is inevitable to divide the concepts into appropriate numbers and estimate them several times.

특히, 사전적 확률은 추정하고자 하는 개념에 따라 전체 패턴이 제각각이기 때문에 기존의 방법으로 저장하고 활용하기 어려움이 있다.In particular, the dictionary probability is difficult to store and utilize in the existing method because the entire pattern is different according to the concept to be estimated.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 진단을 위한 사전 준비 과정을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 개별 학습자의 다수 개념에 대한 이해도 추정 과정을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a learner's multiple conceptual diagnosis system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a learner's multiple concept diagnosis system according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating a process of estimating the degree of understanding of a plurality of concepts of individual learners of a multiple concept diagnosis system of a learner according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

다수 개념에 대한 진단을 위해 학습자의 다수 개념 진단 시스템을 도 1과 같이 구성한다. In order to diagnose a number of concepts, a learner's multiple concept diagnosis system is constructed as shown in Fig.

본 발명의 실시예에 따른 학습 행위 DB(200)는 R-행렬(X={Xij})을 저장하여, 학습자들이 푼 문제에 대한 정답 여부 정보를 모두 저장한다. The learning behavior DB 200 according to the embodiment of the present invention stores the R-matrix (X = {X ij }), and stores all the correct answer information about the problem solved by the learners.

콘텐츠 정보 DB(300)는 전체 개념 및 문제에 대한 Q-행렬(Q={Qjk})을 저장한다. 학습자에게 제공되는 모든 문제들은 사전에 정의된 개념과 매칭되어야 하고, 그 정보가 콘텐츠 정보 DB(300)에 저장되며, 진단 과정에서 함께 추정되는 문항 파라미터(sj, gj) 도 저장된다. The content information DB 300 stores the entire concept and a Q-matrix (Q = {Q jk }) for the problem. All the problems provided to the learner must be matched with a predefined concept, the information is stored in the contents information DB 300, and the item parameters s j , g j , which are estimated together in the diagnosis process, are also stored.

학습자 이해도 DB(400)는 학습자들의 개념별 이해도 진단 결과가 진단 시간과 함께 저장되며, 전체 학습자에 대한 전체 개념 이해도가 시간축상에 표현된다. The learner's understanding DB 400 is stored with the diagnosis time of the learner's conceptual understanding diagnosis result and the whole conceptual understanding degree of the whole learner is expressed on the time axis.

콘텐츠 DB(100)는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 시스템의 내부에 함께 구성될 수도 있고, 타 LMS(Learning Management System)의 외부 DB로 구성될 수도 있다. 콘텐츠 DB(100)에는 학습자에게 실제로 제공되는 학습 콘텐츠가 저장된다.The content DB 100 may be configured together with the learner's multiple conceptual diagnosis system according to an embodiment of the present invention or may be configured with an external DB of another Learning Management System (LMS). The contents DB 100 stores learning contents actually provided to the learner.

이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 진단을 위한 사전 준비 과정에 대하여 설명한다. Hereinafter, a preparation process for diagnosis according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

콘텐츠 DB(100)로부터 학습자 단말(500)에게 사전 준비과정을 위한 테스트 문제가 제공되고, 학습자가 문제를 풀면 학습자 반응 데이터(문제 ID, 개념 ID, 학습자 ID, R행렬 원소)가 축적된다.When the learner solves the problem, the learner response data (question ID, concept ID, learner ID, R matrix elements) are accumulated from the contents DB 100 to the learner terminal 500 by providing the test questions for the preparation process.

각 문제에 대한 학습자 반응 정보가 학습 행위 DB(200)에 충분히 누적면, 이로부터 DINA 모델을 이용하여 각 문항의 문항 파라미터(찍어서 맞출 확률, 실수로 틀릴 확률)를 추정한다.  If the learner response information for each problem is sufficiently accumulated in the learning activity DB 200, the item parameters of the respective items (probability of matching with a shot, probability of being mistakenly mistaken) are estimated from the DINA model.

학습 행위 DB(200)에는 전체 학습자 및 반응에 대한 R 행렬에 정보가 축적되며, 문항 파라미터 추정을 위한 DINA 모델 입력 구성이다. The learning behavior DB 200 accumulates information in the R matrix for all learners and responses, and is a DINA model input configuration for item parameter estimation.

이 때, 개념의 수가 많아 전체 Q-행렬과 전체 R-행렬을 그대로 이용할 수 없으므로 Q-행렬과 R-행렬을 부분집합으로 나누어 여러 번 추정한다. In this case, because the number of concepts is large, the entire Q-matrix and the entire R-matrix can not be used as they are, so the Q-matrix and the R-matrix are divided into subsets and estimated several times.

본 발명의 실시예에서는 당업자의 이해를 돕기 위하여 분할된 Q-행렬를 Q'-행렬로, 분할된 R-행렬을 R'-행렬이라 지칭하고, 각 부분집합은 임의의 크기일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the divided Q-matrix is referred to as a Q'-matrix and the divided R-matrix as an R'-matrix, and each subset may be of arbitrary size.

이 때, 문제를 기준으로 나누되 문제와 연관되는 개념 수가 8개를 넘지 않고, 서로 겹치지 않도록 분할한다. At this time, the problem is divided into groups based on the problem, and the number of concepts related to the problem is not more than eight and the groups do not overlap with each other.

이로부터 얻어진 학습 행위 DB(200)의 R'-행렬들과, 콘텐츠 정보 DB(300)의 Q'-행렬들로부터 기존의 DINA 모델을 활용하여 EM 알고리즘으로 해당 문제에 대한 문항 파라미터를 추정하고, 그 결과를 콘텐츠 정보 DB(300)에 저장한다.From the R'-matrices of the learning behavior DB 200 obtained therefrom and the Q'-matrices of the contents information DB 300, an item parameter for the problem is estimated by the EM algorithm using the existing DINA model, And stores the result in the content information DB 300.

이러한 사전 준비 과정을 거쳐 모든 문항 파라미터에 대한 추정이 끝나면, 도 3에 도시된 바와 같이 개별 학습자의 다수 개념에 대한 이해도를 추정한다. When the estimation of all the item parameters is completed through the preliminary preparation process, as shown in FIG. 3, the understanding degree of a plurality of concepts of individual learners is estimated.

학습자 또는 학습 관리자가 진단하고자 하는 개념을 여러 개 선택하면, 콘텐츠 정보 DB(300)에서 개념-문제 연결고리를 참고하여 해당 개념에 대한 문제들을 학습자 단말(500)로 제공한다. If a learner or a learning manager selects a plurality of concepts to be diagnosed, the learner terminal 500 provides problems regarding the concept by referring to the concept-problem link in the contents information DB 300. [

학습자의 문제에 대한 반응 정보는 학습 행위 DB(200)에 저장된 후 R’-행렬로 구성되며(학습자 수 1명, 푼 문제는 제한 없음), 학습자에게 제공된 문제들의 Q’-행렬을 콘텐츠 정보 DB(300)로부터 로드하여 구성한다. The response information to the learner's problem is stored in the learning activity DB 200 and then composed of R'-matrices (one learner, no problem is unlimited), and the Q'- (300).

학습자 개념별 이해도의 사후적 확률은 R’-행렬과 Q’-행렬, 문항 파라미터 정보들로부터 전술한 [수학식 10]의 MLE(maximum likelihood estimation) 방법으로 구할 수 있는데, 이 과정은 EM 알고리즘이 필요 없으므로 연산 속도가 매우 빨라 실시간으로 구현이 가능한 이점이 있다. The posterior probabilities of the learners' understanding according to the learner concept can be obtained from the R'-matrices and the Q'-matrices and the item parameter information by the maximum likelihood estimation (MLE) method of Equation (10) There is an advantage that the operation speed is very fast and can be implemented in real time.

이러한 과정만으로도 다수 개념에 대한 진단을 할 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따르면 더 정확한 결과 도출을 위해 사전적 확률 정보를 활용하는 방법을 제안한다.According to the embodiment of the present invention, a method of utilizing the dictionary probability information to derive a more accurate result is proposed.

기존 MLE 방법에서 사전적 확률 P(α) 는 uniform distribution을 이용하여 사후적 확률을 구한다. In the conventional MLE method, the dictionary probability P (α) is obtained by using a uniform distribution.

본 발명의 실시예에 따르면 학습자 이해도 DB(400)를 누적하여, 전체 학습자의 개념별 이해도 사전적 확률을 구성하고 이를 사전적 확률로 활용할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the learners' understanding degree DB 400 can be accumulated to constitute a dictionary probability of understanding of concepts of all learners and utilize them as dictionary probabilities.

하지만 개념 수가 다수일 때, 사전적 확률을 저장하는 메모리가 기하 급수적으로 증가하여 실제로 DB를 구성할 때 어려움이 있다. However, when the number of concepts is large, the memory for storing the dictionary probability increases exponentially, which makes it difficult to construct the DB in practice.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개념의 전체 패턴 수 2K개를 모두 저장하지 않고, 각 개념에 대한 marginal 확률(P(α1=1), P(α2=1), ..., P(αK=1))만을 저장하여, K 개의 저장소를 사용한다. Thus, in accordance with an embodiment of the present invention does not store all of the entire pattern can be 2 K pieces of the concept to solve these problems, marginal probability for each concept (P (α 1 = 1) , P (α 2 = 1 ), ..., P (? K = 1)), and uses K repositories.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 개념에 대한 확률들이 독립(independent)적 특성을 가진다는 가정 하에, 학습자를 진단할 때 필요한 사전적 확률을 산출하는 것이 가능하며, 가령, 학습자가 개념 1과 개념 3을 선택하여 진단하는 경우, P(α1=1), P(α3=1) 의 정보를 학습자 이해도 DB(400)로부터 불러와 아래 [수학식 11]과 같이 개별 학습자의 다수 개념에 대한 이해도를 추정한다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to calculate the dictionary probability required for diagnosing a learner, assuming that the probabilities for each concept have independent characteristics. For example, 3 is selected, the information of P (? 1 = 1) and P (? 3 = 1) is retrieved from the learner's understanding DB 400 and the information of the individual learners Estimate the degree of comprehension.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112016117627881-pat00014
Figure 112016117627881-pat00014

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 방법의 학습자 진단을 위한 사전 준비 과정을 나타내는 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 학습자의 다수 개념 진단 방법의 학습자 진단 과정을 나타내는 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a preparatory process for learner diagnosis of a learner's multiple concept diagnosis method according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart illustrating a learner diagnostic process of a learner's multiple concept diagnosis method according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 학습자 진단을 위한 사전 준비 과정은 개념 정의 및 Q-행렬을 구성하는 단계(S110) 후, 학습자 문제 반응 정보를 획득하여 R-행렬을 구성한다(S120).Referring to FIG. 4, the preliminary preparation process for learner diagnosis according to an embodiment of the present invention constructs an R-matrix by obtaining learner problem response information after constructing a concept definition and Q-matrix (S110) S120).

학습 행위 DB에 학습자 반응 정보가 충분히 쌓였는지 여부를 판단하여(S130), 충분히 쌓이지 않은 경우 S120 단계를 반복 수행하고, 충분히 쌓인 경우에는 분할된 Q-행렬 및 분할된 R-행렬로서, 부분집합 Q'-행렬, R'-행렬을 구성한다(S140). In step S130, it is determined whether the learner response information is sufficiently accumulated in the learning activity DB. If the learner response information is not sufficiently accumulated, step S120 is repeatedly performed. If the accumulated Q- '- matrix and an R'-matrix (S140).

이후, 학습 행위 DB(200)의 R'-행렬들과 콘텐츠 정보 DB(300)의 Q'-행렬로부터 해당 문제에 대한 문항 파라미터를 추정한다(S150).  Subsequently, an item parameter for the problem is estimated from the R'-matrices of the learning behavior DB 200 and the Q'-matrix of the contents information DB 300 (S150).

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 학습자 진단 과정은 학습자 또는 학습관리자로부터 진단을 요하는 다수 개념이 선택되는 단계(S210)와, 선택된 개념과 연결된 문제를 제공하고, 학습자에게 제공된 Q'-행렬을 콘텐츠 정보 DB(300)로부터 로드하는 단계(S220)를 수행한다. 5, a learner diagnostic process according to an embodiment of the present invention includes a step S210 in which a plurality of concepts requiring diagnosis are selected from a learner or a learning manager, a problem associated with a selected concept, '- matrix from the contents information DB 300 (S220).

이후, 학습자 문제 반응 정보 및 R'-행렬을 구성하고(S230), 해당 문제의 문항 파라미터 정보를 구성한다(S240). Then, the learner problem reaction information and R'-matrix are constructed (S230), and item parameter information of the question is configured (S240).

선택한 개념의 사전적 확률 정보를 구성하는 단계(S250)는 전술한 각 개념에 대한 확률들이 독립적인 특성을 가지는 가정에 따라, [수학식 11]과 같이 선택된 개념에 대한 사전적 확률을 구성한다.Step S250 of constructing the dictionary probability information of the selected concept constructs a dictionary probability for the selected concept as shown in Equation (11) according to the assumption that the probabilities for the respective concepts described above have independent characteristics.

학습자의 개념별 이해도를 추정하여 결과를 저장하고(S260), 학습 종료 명령 여부에 따라(S270) 학습을 종료하거나 S210단계로 회귀한다. Estimates the understanding degree of each learner according to the concept, stores the result (S260), terminates the learning according to whether the instruction is terminated (S270), or returns to the step S210.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. The embodiments of the present invention have been described above. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100: 콘텐츠 DB 200: 학습 행위 DB
300: 콘텐츠 정보 DB 400: 학습자 이해도 DB
100: contents DB 200: learning activity DB
300: contents information DB 400: learner understanding DB

Claims (9)

(a) 콘텐츠 정보 DB가, 학습자 또는 학습 관리자로부터 진단하고자 하는 다수 개념에 대한 선택 정보를 수신하는 단계;
(b) 상기 콘텐츠 정보 DB가 개념-문제 연결고리를 참고하여 상기 선택된 다수 개념에 대한 문제를 학습자 단말로 제공하고, 문제 및 개념의 연관 관계를 구성하는 단계;
(c) 학습 행위 DB가 상기 문제에 대한 반응 정보 및 학생의 각 문제에 대한 정답 여부에 대한 행렬을 구성하되, 학습자들이 푼 문제에 대한 정답 여부 정보를 저장하는 R 행렬 및 전체 개념 및 문제에 대한 Q 행렬을 각각의 부분 집합으로 나누어 구성하는 단계;
(d) 상기 콘텐츠 정보 DB가 상기 문제의 문항 파라미터를 구성하는 단계;
(e) 학습자 이해도 DB가 상기 선택된 개념에 대한 학습자 이해도 데이터를 누적하여 학습자의 개념별 이해도에 대한 사전적 확률을 구성하되, 각 개념에 대한 marginal 확률을 이용하고 각 개념에 대한 독립적 특성을 고려하여 학습자 진단에 필요한 상기 사전적 확률을 산출하는 단계; 및
(f) 상기 학습자 이해도 DB가 학습자의 개념별 이해도의 사후적 확률을 추정하고 그 결과를 저장하되, 개별 학습자의 다수 개념에 대한 이해도를 추정하는 것
인 학습자의 다수 개념 진단 방법.
(a) receiving, by the content information DB, selection information on a plurality of concepts to be diagnosed from a learner or a learning manager;
(b) providing the problem of the selected plurality of concepts to the learner terminal by referring to the concept-problem link in the contents information DB, and constructing a relationship between the problem and the concept;
(c) a matrix of the learning behavior DB about the response information to the question and whether the student answered each question correctly, and an R matrix for storing information on whether or not the students answered correctly, Constructing the Q matrix by dividing each subset;
(d) the contents information DB configuring the item parameter of the question;
(e) Learner understanding The DB accumulates learner understanding data on the selected concept to construct a dictionary probability of the learner's conceptual understanding. Using the marginal probability for each concept, Calculating the dictionary probability necessary for the learner's diagnosis by taking into consideration; And
(f) The learner understanding DB estimates the posteriori probability of the learner's understanding according to the concept and stores the result, and estimates the understanding degree of the plural learner's concepts
A number of conceptual diagnostic methods for learners.
제1항에 있어서,
상기 학습 행위 DB가 상기 (a) 단계 이전에, 학습 행위 데이터베이스에 학습자 반응 정보의 축적 여부를 확인하고, 단체 시험에서 사용된 문제와 개념의 연관관계를 나타내는 상기 Q행렬을 분할한 행렬 및 학생들의 각 문제에 대한 정답 여부를 나타내는 상기 R행렬을 분할한 행렬을 구성하며, 문항 파라미터를 추정하는 단계를 더 포함하는 것
인 학습자의 다수 개념 진단 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the learning behavior DB confirms whether the learner response information is accumulated in the learning behavior database before the step (a), and a matrix obtained by dividing the Q matrix representing a relation between the problem and concept used in the group test, Constructing a matrix obtained by dividing the R matrix representing the correct answer to each question, and estimating the item parameter
A number of conceptual diagnostic methods for learners.
제2항에 있어서,
상기 행렬은 문제와 연관되는 개념수가 기설정 개수 이하가 되도록 분할되는 것
인 학습자의 다수 개념 진단 방법.
3. The method of claim 2,
The matrix is divided so that the number of concepts associated with the problem is less than or equal to the predefined number
A number of conceptual diagnostic methods for learners.
삭제delete 삭제delete 학습자의 다수 개념 진단 프로그램이 저장된 데이터베이스; 및
상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 사전 준비과정을 위한 테스트 문제에 대한 학습자 반응 데이터를 수신하여, 단체 시험에서 사용된 문제와 개념의 연관관계를 나타내는 Q행렬을 분할한 행렬 및 학생들의 각 문제에 대한 정답 여부를 나타내는 R행렬을 분할한 행렬을 구성하며, 문항 파라미터를 추정하고,
학습자 이해도 데이터를 누적하여 학습자의 개념별 이해도 사전적 확률을 구성하되, 각 개념에 대한 marginal 확률을 이용하고 각 개념에 대한 독립적 특성을 고려하여 학습자 진단에 필요한 사전적 확률을 산출하고, 개별 학습자의 다수 개념에 대한 이해도를 추정하는 것
인 학습자의 다수 개념 진단 시스템.
A database in which the learner's multiple conceptual diagnostic programs are stored; And
And a processor for executing the program,
The processor receives the learner response data for the test problem for the preliminary preparation process, and generates a matrix by dividing the Q matrix representing the relationship between the problem and the concept used in the group test, and R Constructs a matrix that divides the matrix, estimates the item parameters,
The learner 's understanding data is accumulated to construct the learner' s conceptual understanding probability. The marginal probability for each concept is used and the learner ' Estimating understanding of many concepts of learners
Multiple conceptual diagnosis system of learners.
제6항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 행렬을 분할함에 있어 문제를 기준으로 그 문제와 연관되는 개념 수가 기설정 개수 이하가 되도록 분할하는 것
인 학습자의 다수 개념 진단 시스템.
The method according to claim 6,
The processor divides the matrix so that the number of concepts associated with the problem is less than a predetermined number based on the problem
Multiple conceptual diagnosis system of learners.
삭제delete 삭제delete
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102405303B1 (en) * 2022-01-05 2022-06-07 (주)개념원리 Method of diagnosing learner’s understanding in online math learning
KR102465634B1 (en) * 2022-07-20 2022-11-11 주식회사 튜링 Technique for providing customized problems to improve problem solving skills of users
KR102518474B1 (en) * 2022-07-21 2023-04-05 주식회사 튜링 Technique for updating a skill of a user

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102274984B1 (en) * 2020-11-12 2021-07-09 태그하이브 주식회사 Method of deciding suitability skill labeling of contents and system performing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101285217B1 (en) * 2011-10-06 2013-07-11 주식회사 퀀트랩 System of generating problems using q vector and method thereof
KR101642577B1 (en) * 2014-07-15 2016-07-27 한양대학교 산학협력단 Method and System for Smart Personalized Learning Tutoring to Provide Service of Effective Study Encouragement and Tutoring and Learning Strategy Establishment

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김지효. DINA 모형에서 응시생 분류 정확성에 영향을 미치는 요인 탐구-응시생 분류방법을 중심으로. 한국산학기술학회 논문지. 한국산학기술학회. 2013.08., 제14권, 제8호, pp.3748-3759.*
유호영 외 2명. 교차검증 기법을 이용한 DINA 모델의 정확성 평가. 대한전자공학회 하계학술대회 논문집. 대한전자공학회. 2016.06., pp.1833-1835.*

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102405303B1 (en) * 2022-01-05 2022-06-07 (주)개념원리 Method of diagnosing learner’s understanding in online math learning
KR102465634B1 (en) * 2022-07-20 2022-11-11 주식회사 튜링 Technique for providing customized problems to improve problem solving skills of users
KR102518474B1 (en) * 2022-07-21 2023-04-05 주식회사 튜링 Technique for updating a skill of a user

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