KR20090062735A

KR20090062735A - 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법

Info

Publication number: KR20090062735A
Application number: KR1020070130160A
Authority: KR
Inventors: 이상구; 김덕선
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17

Abstract

본 발명은 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 클라이언트로부터 문제 생성 명령이 입력될 때마다, 데이터베이스에 저장된 정형화된 패턴의 문제세트에서 클라이언트별로 매회 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 출력하고, 각각의 클라이언트로부터 그 제공된 문제세트에 대한 답이 입력되면 이를 계산된 정답과 비교하여 매회 평가결과 및 통계분석 정보를 각 클라이언트로 제공하는 서버; MathML 형식의 수학문제 패턴 및 문제 패턴에 따른 정답 계산식과, 학습자별 학습내역 관련정보가 저장되는 데이터베이스; 및 학습자 및 교수자 측에 구비되며 인터넷을 통해 상기 서버에 연결되는 적어도 하나 이상의 클라이언트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 구비하여, 정형화된 패턴의 문제를 임의로 변형하여 학습자가 원하는 횟수만큼 생성하고 문제의 해결과정을 연습할 수 있도록 함과 동시에, 이에 대한 평가결과를 즉시 제공함으로써, 학습자 스스로 일정수준의 성취도를 달성하기 위하여 자기 주도적으로 학습할 수 있도록 하는 효과가 있다.

자기 주도적 학습, 문제 임의생성, 수학, 교육서비스

Description

수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법{RANDOM PROBLEM GENERATOR AND EDUCATION PROVIDING METHOD THEREOF FOR SELF-DIRECTED LEARNING IN MATHEMATICS EDUCATION}

본 발명은 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 블랜디드 학습(Blended Learning)을 기반으로 한 수업과정에 적용되어 자기 주도적 학습을 도모할 수 있는 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법에 관한 것이다.

최근 인터넷과 컴퓨터 활용에 따른 다양한 주변환경의 변화를 통하여 우리의 교육환경은 빠르게 변화하고 있다. 특히, 다양한 교육매체의 발달로 학습자는 보다 폭넓은 학습방법을 선택하고 이용할 수 있게 되었는데, 그 중 인터넷을 통한 교육서비스는 시간적, 공간적 제약을 극복하고 저비용의 교육이 가능하다는 이점 때문에 각광받는 교수 학습 수단 중 하나로 자리매김하게 되었다.

이러한 경향에 부응하여 e-러닝 관련 기술이 급속히 발달하게 되었고, 이제는 제한된 인적·물적 자원으로 오프라인 교육에서는 불가능했던 맞춤형 교육서비스도 가능하게 되었다. 예컨대, 학습자의 개성과 능력에 따라 세분화된 수준별 학습을 제공함으로써, 과거의 획일적인 교육방법에서 탈피하여 학습자의 개인 역량에 따른 교육컨텐츠를 제공할 수 있게 되었다.

그러나, 이와 같은 맞춤형 교육서비스에 있어서도 현재까지 제공되고 있는 대부분의 교육컨텐츠는 일방적인 주입식 교육형태를 취하고 있다. 즉, 교수자가 먼저 학습자의 수준에 맞는 강의를 제공하면, 이를 수강한 학습자는 오프라인 상에서 별도의 학습과정을 거친 후, 평가과정을 통해 학습성과를 확인할 수 있었다. 이와 같이 현재까지 인터넷을 통해 제공되고 있는 교육서비스는 강의를 수강한 학습자의 오프라인 상에서의 노력 여하에 따라 학습성과가 좌우된다는 점에서, 종래 오프라인 상의 교수법과 별반 차이가 없었다. 이에 따라, 학습자의 실질적인 실력향상을 도모하기 위하여, 양방향 교육이 가능한 인터넷 교육환경에서 제대로 그 기능을 활용하지 못하고 있다는 지적이 있어 왔다.

따라서, 최근에는 학습자의 개성을 존중하고 개인의 잠재능력을 최대한 살리기 위한 능동적 학습방법의 일 형태로서, 자기 주도적 학습방법에 관한 관심이 고조되고 있다. 자기 주도적 학습은 특정 학습과정에서 개인이 솔선수범하여 고취된 학습욕구를 만족하기 위하여 학습에 대한 인적, 물적 자원을 탐색하고, 이에 대한 적절한 접근전략을 이용하여 학습결과를 평가하는 과정으로 이루어진다.

이와 관련하여 본 발명자 등은 'A Research on a Model of BL-PBL Self -Directed Linear Algebra Lecture at College'(Journal of Korean Soc. Math. Ed. Ser. E: Comm. of Mathematical Education, Nov. 2005, Vol. 19, No. 4, pp. 769-785)에서, PBL모델과 블랜디드 학습(Blended Learning)에서 자기 주도형 학습을 위하여 학생들에게 어떠한 인적, 물적 자원을 제공하고, 어떤 환경을 구성해야 하는지 소개한 바 있다. 또한, 본 발명자들은 이렇게 구성된 교육환경에서 좀 더 효율적인 수업운영을 위하여, "선형대수학에서의 양방향 콘텐츠에서 MathML과 JAVA 도구"(Journal of Korean Soc. Math. Ed. Ser. E: Comm. of Mathematical Education, 2007)에서 Java와 같은 도구를 이용한 새로운 교육환경을 제시하였다. 그리고, 이제는 학생들의 학습동기를 고취시키면서, 이를 이용하여 좀 더 효율적인 자기 주도적 학습환경을 제공할 수 있는 방안으로 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 학습자가 인터넷 환경을 통하여 직접 문제를 생성하고 해결하는 과정을 연습하면서 스스로 평가할 수 있도록 함으로써, 학습자가 직접 자신의 성취목적을 설정하고 달성할 수 있도록 도모하는 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스의 제공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 놀스(Knolwes)가 제시한 자기 주도형 학습모델에 부합하는 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스의 제공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나 이상의 클라이언트로부터 문제 생성 명령이 입력될 때마다, 데이터베이스에 저장된 정형화된 패턴의 문제세트에서 클라이언트별로 매회 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 출력하고, 각각의 클라이언트로부터 그 제공된 문제세트에 대한 답이 입력되면 이를 계산된 정답과 비교하여 매회 평가결과 및 통계분석 정보를 각 클라이언트로 제공하는 서버; MathML 형식의 수학문제 패턴 및 문제 패턴에 따른 정답 계산식과, 학습자별 학습내역 관련정보가 저장되는 데이터베이스; 및 학습자 및 교수자 측에 구비되며 인터넷을 통해 상기 서버에 연결되는 적어도 하나 이상의 클라이언트를 포함하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템이 제공된다.

또한, 상기 문제 임의생성 시스템에 있어서, 상기 서버는 클라이언트의 요청에 따라 데이터베이스에 저장된 문제패턴에서 임의로 수치를 변형하여 클라이언트별로 매회 서로 다른 새로운 문제세트를 생성하여 제공하는 문제 임의생성 모듈; 데이터베이스에 저장된 문제 패턴에 따른 정답 계산식에 따라 생성된 문제세트에 대한 정답을 각각 계산하고, 클라이언트로부터 입력된 답을 상기 계산된 정답과 비교 채점하여 평가결과 및 정답해설을 출력하는 평가모듈; 해당 학습자가 학습한 시행차수별 문제세트와 그에 대한 평가결과를 데이터베이스에 누적하여 기록하는 누적기록모듈; 및 클라이언트의 요청에 따라 데이터베이스에 저장된 해당 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 출력하는 통계분석모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 인터넷을 통하여 접속한 적어도 하나 이상의 클라이언트가 서버에 문제 생성을 요청하는 단계; (b) 상기 클라이언트의 문제 생성 요청에 따라, 서버의 문제 임의생성 모듈이 데이터베이스에 저장된 정형화된 패턴의 문제세트에서 클라이언트별로 매회 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 제공하는 단계; (c) 서버의 평가모듈이 데이터베이스에 저장된 문제패턴에 따른 정답 계산식에 기초하여 상기 생성된 문제세트에 대한 정답을 각각 계산하고, 클라이언트로부터 입력된 답을 상기 계산된 정답과 비교 채점하여 평가결과 및 정답해설을 제공하는 단계; (d) 서버의 누적기록모듈이 클라이언트별로 학습한 시행차수별 문제세트와 그에 대한 평가결과를 데이터베이스에 누적하여 기록하 는 단계; (e) 클라이언트로부터 새로운 문제생성 요청이 입력된 경우, 상기 (b) 내지 (d) 단계를 순차적으로 반복하여 실행하는 단계를 구비하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법이 제공된다.

또한, 상기 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 방법에 있어서, 상기 (e)단계의 후속단계로, (f) 학습자 측 클라이언트로부터 통계정보의 요청이 입력된 경우, 서버의 통계분석모듈이 데이터베이스에 저장된 해당 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 출력하거나, 교수자 측 클라이언트로부터 통계정보의 요청이 입력된 경우, 서버의 통계분석모듈이 데이터베이스에 저장된 모든 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 출력하는 단계가 추가로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법을 수행하기 위하여, 상기 서버에 의해 실행될 수 있는 Java와 MathML 기반의 명령어들의 프로그램이 기록된 기록 매체가 제공된다.

본 발명의 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 방법에 의하면, 인터넷을 통하여 정형화된 패턴의 문제를 임의로 변형하여 학습자가 원하는 횟수만큼 생성하고 문제의 해결과정을 연습할 수 있도록 함과 동시에, 이에 대한 평가결과를 즉시 제공함으로써, 학습자 스스로 일정수준의 성취도를 달성하기 위하여 자기 주도적으로 학습할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 방법은, 해당 교과의 교수자에게 모든 학습자의 학습내역을 열람할 수 있도록 하고 통계정보를 제공함으로써, 전체적인 수업과정에서 학습자들에게 적절한 지도방침을 수립할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명에 의한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법은 도 8에 도시된 바와 같은 블랜디드 학습(Blended Learning)과 같은 수업과정에서 자기 주도적 학습과정(Self-Directed Learning, 도 8의 점선표시 부분)을 위한 도구로서 활용될 수 있다. 본 발명은, 예컨대 학습효과를 극대화하기 위하여 온라인과 오프라인 교육 및 다양한 학습방법이 혼합된 수업과정에서, 해당 교과의 기본개념에 대한 강의가 이루어진 후, 학습자가 스스로 학습내용과 관련한 예제를 풀어보는 과정에 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 문제 임의생성 시스템은 서버(100) 및 데이터베이스(200)와, 인터넷(300)을 통해 상기 서버에 접속할 수 있는 적어도 하나 이상의 클라이언트(400)로 구성된다. 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상기 서버(100)는 운영자가 접근하여 직접 조작할 수 있는 서버용 컴퓨터로 구성하는 것이 바람직하며, 클라이언트(400)는 유무선 인터넷 등 네트워크를 통하여 상기 서버에 접속할 수 있는 PC, 모바일폰, PDA 등 유무선 단말기로 구성될 수 있다. 또한, 상기 데이터베이스(200)는 서버(100)에 포함되도록 구성될 수 있으며, 별도의 데이터베이스 서버를 이용하여 구축되는 것도 가능하다.

상기 데이터베이스(200)에는 MathML(Mathematical Markup Language) 형식의 적어도 하나 이상의 수학문제 패턴 및 상기 수학문제 패턴에 따른 정답 계산식이 적어도 한 세트 이상 저장되고, 학습자별 학습내역 관련 정보 등이 저장된다. 이때, 문제세트의 개수 및 각 문제세트를 구성하는 문항의 개수는 해당 과목의 개념 학습 진도에 따라 적절한 수로 선택될 수 있다. 또한, 상기 MathML 형식의 수학문제 패턴은, 예를 들면 선형대수학 과목의 각 단원별 예제문제 패턴으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 서버(100)는 문제 임의생성모듈(101), 평가모듈(102), 누적기록모듈(103) 및 통계분석모듈(104)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 서버의 문제 임의생성모듈(101)은, 학습자 측에 마련된 클라이언트(400)의 요청이 있을 때마다 데이터베이스(200)에 저장된 정형화된 패턴의 수학 문제 세트에서 임의로 수치를 변형하여 매회 새로운 문제세트를 생성하여 클라이언 트로 제공한다. 즉, 동일한 클라이언트로부터 시차를 두고 문제생성 요청이 여러 번 입력되는 경우뿐만 아니라, 복수의 클라이언트로부터 동시에 문제생성 요청이 입력된 경우에도, 매 요청마다 데이터베이스에 저장된 문제패턴에서 임의로 수치를 변형하여 서로 다른 문제세트를 생성하여 클라이언트로 제공한다.

이때, 상기 문제 임의생성모듈(101)은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 매번 문제를 생성할 때마다 데이터베이스에 저장된 문제 패턴별로 해당 문제를 구성하는 수치를 일정한 조건값의 범위내에서 랜덤하게 선택하여 변형할 수 있다. 예컨대, 문제를 구성하는 수치를 일정 범위의 자연수, 정수 등으로 한정하여 임의로 변경하는 방식을 채택하거나, 행렬식의 값을 고정하고 각 원소의 수치를 임의로 변경하거나, 문제를 구성하는 수치의 일부 값만을 임의로 변경시키는 등 다양한 방식을 통해 문제를 생성할 수 있다.

상기 서버의 평가모듈(102)은, 데이터베이스(200)에 저장된 문제패턴에 따른 정답 계산식에 기초하여 상기 문제 임의생성모듈(101)에서 생성한 문제세트에 대한 정답을 계산한다. 그리고, 클라이언트로부터 해당 문제세트에 대한 학습자의 답이 입력되면, 즉시 이를 상기 계산한 정답과 비교하여 채점하고, 평가결과 및 정답해설을 해당 클라이언트로 제공한다.

상기 서버의 누적기록모듈(103)은, 생성된 문제세트와 그에 대한 평가결과를 데이터베이스(200)에 누적하여 기록한다. 즉, 데이터베이스(200)의 상기 학습자별 학습내역 관련정보란, 상기 누적기록모듈(103)에 의해 저장되는 학습자별 문제생성 및 풀이연습의 시행차수에 따른 학습과정과 결과를 의미한다.

상기 서버의 통계분석모듈(104)은, 클라이언트의 요청에 따라 데이터베이스에 저장된 해당 학습자의 시행차수별 학습내역 정보를 통계적으로 분석하여 제공한다. 구체적으로 상기 시행차수별 학습정보는, 해당 학습자에 대해 시행차수별로 적용된 문제세트, 획득 점수, 문제항목별 정답 및 오답여부를 그래프 또는 표 형식으로 나타낸 데이터로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 통계분석모듈(104)은 블랜디드 학습(Blended Learning)과 같은 교육과정에서 오프라인 교육을 담당하는 교수자(이하, '시스템 관리자'라고 함) 측에 마련된 클라이언트의 요청에 대해서는, 본 발명의 문제 임의생성 시스템에 가입된 모든 학습자의 시행차수별 적용 문제세트, 획득 점수, 문제항목별 정답 및 오답여부를 그래프 또는 표 형식으로 제공하도록 구성된다.

상술한 본 발명의 문제 임의생성 시스템의 서버(100) 및 데이터베이스(200)는 수학식의 표현과 연산을 위하여 MathML(Mathematical Markup Language)과 JAVA를 기반으로 구축된다. 따라서, 서버의 각 모듈 간 또는 서버와 클라이언트 간의 모든 명령어는 서버에서 JAVA로 파싱(parsing)하여 처리되도록 구성된다.

한편, 상기한 구성 이외에도 본 발명의 서버(100)와 클라이언트(400)는 환경설정 및 제반 상태를 모니터링하는 관리모듈과, 클라이언트와 서버간에 명령어를 송수신하는 통신모듈 및 명령어 처리모듈 등을 각각 추가로 구비할 수 있다. 이들 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사항이므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

상술한 구성의 문제 임의생성 시스템에 의하면, 인터넷을 통하여 정형화된 패턴의 문제를 임의로 변형하여 학습자가 원하는 횟수만큼 제공하고 이에 대한 평가결과를 즉시 제공할 수 있게 됨으로써, 학습자 스스로 일정수준의 성취도를 달성하기 위하여 자기 주도적으로 학습할 수 있도록 하는 이점이 있다. 또한, 시스템 관리자에는 모든 학습자의 학습내역을 열람할 수 있도록 하고 통계정보를 제공함으로써, 해당 교과의 전체적인 수업과정에서 학습자들에게 적절한 지도방침을 수립할 수 있도록 도모한다.

다음으로 본 발명에 의한 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 문제 임의생성 시스템에 의한 교육서비스 제공방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 본 발명에 의한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법은, 학습자의 요청에 따라 매회 정형화된 패턴의 문제를 새롭게 생성하여 제공하고 그에 대한 평가결과를 학습자에게 제공하는 문제생성 및 평가결과 제공과정과, 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 제공하는 통계정보 제공과정으로 크게 구별할 수 있다.

도 2를 참조하여 살펴보면, 먼저 상기 문제생성 및 평가결과 제공과정은, 클라이언트로부터 문제생성 요청이 입력되는 단계(S10)와, 클라이언트의 요청에 따라 서버가 정형화된 패턴의 문제세트에서 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 제공하는 단계(S20)와, 클라이언트로부터 해당 문제세트에 대한 답이 입력되면 그에 대한 평가 및 정답해설을 출력하는 단계(S30)와, 시행된 문제세트와 평가결과를 저장하는 단계(S40)와, 클라이언트로부터 새로운 문제생성 요청시 상기 S20 내지 S40 단계를 반복하여 수행하는 단계(S50)로 이루어진다.

구체적으로 상기 S10 단계는, 인터넷 등 네트워크를 통하여 접속한 적어도 하나 이상의 클라이언트가 서버에 문제생성을 요청하는 단계로서, 문제생성 요청을 입력받기에 앞서 서버는 접속한 클라이언트에게 아이디 및 패스워드 입력을 요청하여 회원으로 가입된 학습자만 서비스를 이용할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 3에 클라이언트에서 서버로 접속시 출력되는 초기 화면을 예시적으로 나타내었다.

상기 S20 단계에서는, 클라이언트의 문제 생성 요청에 따라, 서버의 문제 임의생성 모듈이 데이터베이스에 저장된 정형화된 패턴의 문제세트에서 클라이언트별로 매회 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 제공한다. 이때, 상기 문제 임의생성 모듈은 문제 패턴별로 해당 문제를 구성하는 수치를 일정한 조건값의 범위내에서 랜덤하게 선택하여 변형하는 방식으로 문제를 생성한다. 도 4에 상기 S20 단계의 실행결과에 따라 제공되는 문제생성 화면을 예시적으로 나타내었다.

상기 S30 단계에서는, 서버의 평가모듈이 데이터베이스에 저장된 문제패턴에 따른 정답 계산식에 의거하여 상기 S20 단계에서 생성된 문제세트에 대한 정답을 각각 계산하고, 상기 계산된 정답과 클라이언트로부터 입력된 답을 비교하여 평가결과 및 정답해설을 제공한다. 도 5에 상기 S30 단계의 실행결과에 따라 제공되는 평가결과 및 정답해설 화면을 예시적으로 나타내었다.

다음으로 상기 S40 단계에서는, 서버의 누적기록모듈이 상기 S20 단계에서 생성된 문제세트와 상기 S30 단계를 통하여 얻어진 해당 문제세트에 대한 평가결과 를 데이터베이스에 기록한다. 이때, 서버의 누적기록모듈은 데이터베이스에 학습자별로 학습한 시행차수별 문제세트와 그에 대한 평가결과를 누적하여 기록함으로써, 학습자 또는 관리자 측에 마련된 클라이언트의 요청시 관련 통계정보를 제공할 수 있게 된다.

마지막으로 상기 S50 단계에서는, 클라이언트로부터 새로운 문제생성 요청이 입력된 경우, 상기 S20 내지 S40 단계를 순차적으로 반복하여 실행한다.

본 발명은 상기 S10 내지 S50 단계로 이루어지는 문제생성 및 평가결과 제공과정을 통하여, 학습자가 원하는 횟수만큼 반복적으로 수치가 변형된 새로운 문제세트를 생성하여 학습자 스스로 웹상에서 해당 문제패턴의 풀이과정을 연습할 수 있도록 하고, 그에 대한 학습자의 평가결과를 바로 제공함으로써, 자기 주도적 학습의 범주 중 자기교수(self-teaching)와 자기평가(self-evaluation)를 수행할 수 있는 수단을 제공할 수 있게 된다.

한편, 상기 통계정보 제공과정으로서, 학습자의 시행 차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 제공하는 단계(S60)가 추가적으로 구비될 수 있다.

즉, 클라이언트로부터 통계정보의 요청이 입력된 경우, 서버의 통계분석모듈은 상기 S40 단계를 통하여 데이터베이스에 저장된 해당 학습자의 시행 차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 제공한다. 구체적으로, 상기 해당 학습자의 시행차수별 학습정보는 해당 학습자에 시행차수별로 제공된 문제세트와, 그에 대한 획득 점수, 문제항목별 정답 및 오답 여부에 관한 데이터로 구성될 수 있으며, 상기 정보는 그래프 또는 표 형식으로 제공될 수 있다. 도 6에 본 발명에 의한 통계정보 제공화면을 예시적으로 나타내었다. 도 6의 실시예에서는 테스트(Test) 항목을 클릭하면 시행 차수별로 제공된 문제세트가 제공되는 웹페이지로 링크될 수 있도록 구성하였다.

또한, 통계정보의 요청이 시스템 관리자 측의 클라이언트로부터 입력된 경우, 서버의 통계분석모듈은 본 발명의 문제 임의생성 시스템에 가입된 모든 학습자의 시행차수별 적용 문제세트, 획득 점수, 문제항목별 정답 및 오답여부를 그래프 또는 표 형식으로 제공하도록 구성될 수 있다. 도 7에 시스템 관리자 측에 제공되는 통계정보 제공화면을 예시적으로 나타내었다.

상기 S60 단계로 이루어지는 통계정보의 제공과정을 통하여, 학습자는 스스로 자신의 학습목표를 설정하고 그 목표에 도달하기 위해 더욱 노력할 수 있게 되며, 교수자는 블랜디드 학습(Blended Learning) 기반으로 이루어진 전체적인 수업과정에서 학습자들에게 적절한 지도방침을 수립할 수 있게 되는 이점이 있다.

한편, 상술한 S10 단계 내지 S60 단계에 부가하여, 본 발명에 의한 교육서비스 제공방법은 상기 각 단계들의 실행 전 또는 실행 후 어느 시점에서나 Q & A 게시판에 학습자 클라이언트가 질문을 올리고 교수자 또는 다른 학습자로부터 답변을 제공받는 단계를 추가로 구비할 수 있다. 상기 단계를 통해 시스템 관리자는 이용자들의 피드백을 얻을 수 있으며, 적절한 답변을 제공함으로써 교육효과를 극대화할 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 의한 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육서비스 제공방법에 의하면, 학습자들은 여러 회에 걸쳐 직접 문제생성, 풀이과정 연습, 평가 및 채점결과의 통계적 확인이라는 일련의 과정들을 수행하면서, 자신이 현재 학습해야 할 분량을 스스로 파악하여 일정 수준에 도달하기 위해 노력함으로써 자기 주도적인 학습을 행할 수 있게 된다.

도 8에는 실제 수학학습을 위한 교육현장에서 본 발명에 의한 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법의 적용예를 나타내었다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 전통적인 면대면 교육훈련 방식과 e-러닝의 장점들을 효과적으로 접목시켜 구성되는 블랜디드 학습(Blended Learning)과 같은 수업과정에서 자기 주도적 학습과정(Self-Directed Learning)을 위한 도구로서 활용될 수 있다. 도 9에는 본 발명을 포함하여 상기 도 8에 예시된 블랜디드 학습(Blended Learning) 과정에서 활용될 수 있는 각종 기술을 참고적으로 나타내었다.

상술한 본 발명의 구성을 도 8에서와 같은 블랜디드 학습과정에 적용할 경우, 학생들로 하여금 학습에 대한 동기를 부여할 수 있으며, 학생들 스스로 자신의 이해도를 평가하여 자기 주도적 학습을 진행하는데 크게 기여할 수 있을 것이다. 예컨대, 선형대수학 과목의 학습을 위하여 본 발명의 문제 임의생성 시스템을 적용하였을 경우에, 본 발명의 효과적인 측면을 놀스(Knowles)가 소개한 자기 주도적 학습방법의 범주에서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

1) 학습 욕구 진단

학습자들은 선형대수학 강의를 통하여 다양한 교양지식을 습득하기 위하여 학습에 참여한다. 실제로 선형대수학은 최근 많은 수학적 모델을 바탕으로 다양한 공학 및 사회문제에 쓰이고 있다. 따라서 본 발명에 의한 선형대수학 과목의 문제 임의생성 시스템은, 학습자들이 자신의 전공분야에서 스스로의 역량을 향상시키기 위한 충분한 학습동기를 부여할 수 있을 것이며, 관련 멀티미디어 컨텐츠와 인터넷을 통해 스스로 충분한 연습이 가능한 학습공간을 제공함으로써, 바람직한 학습환경을 제공할 수 있다.

2) 학습목표설정

본 발명의 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육서비스는, 학생들 개개인이 스스로 어떠한 기준점에 도달할 수 있도록, 학습자 개개인이 원하는 만큼 랜덤(Random)화된 문제를 여러 차례 생성하여 제공할 수 있다. 즉, 본 발명을 통해서 학습자들은 랜덤하게 생성된 문제를 해결해가면서, 동일한 문제를 푸는 반복숙달의 학습과정에서 벗어날 수 있을 뿐 아니라, 자신의 학습목표를 스스로 설정하고 그 목표에 도달하기 위한 노력을 기울이게 된다. 실제로 후술할 사례를 통해서 본 발명을 실제의 수업과정에 적용하였을 때 학생들이 스스로 목표의식을 가지고 노력하는 것을 확인할 수 있었다.

3) 학습을 위한 인적 및 물적 자원 파악

자기 주도형 학습방법은 우선 학습자를 중심으로 구성된다. 그러나 처음의 학습동기를 중간에 잃지 않고 의도된 교육목표에 도달하기 위해서는, 학습과정을 돕는 인적자원과 물적자원이 반드시 필요하다.

인적자원이란 일종의 조언자(Mentor)로서 일방적으로 지식을 전달하는 교수자가 아닌 교육과정에서 언제나 상호 정보교류를 할 수 있는 조언자를 의미한다. 인적자원의 제공을 위해서는, 학생이 학습과정 중 교육을 진행하는 교수자와 계속적으로 접촉하여 의견을 교환할 수 있는 공간이 마련되어야 한다. 이는 도 8에 도시된 바와 같은 블랜디드 학습과정에서 게시판을 이용한 피드백(Feedback) 등을 통하여 해결할 수 있다. 물적자원은 학생이 항상 접촉할 수 있는 교육자료로서, 멀티미디어 컨텐츠를 들 수 있다. 멀티미디어 컨텐츠는 웹을 통해 다양한 매체 등으로 공개되어 있으며, 학생들이 이를 적절하게 활용할 수 있는 방법이 제공되어야 한다.

도 8에 도시된 바와 같은 블랜디드 학습과정에 의하면, 학습을 위한 인적 및 물적자원이 충족될 수 있고, 특히 상기 블랜디드 학습과정에 본 발명의 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육과정을 적극 활용함으로써, 자기 주도형 학습을 효과적으로 유도할 수 있게 된다.

4) 적절한 학습 전략 선정 및 이행

본 발명의 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육서비스에서는 학습자가 스스로 문제의 생성 및 해결과정을 여러 번 시행할 수 있으며, 해당 학생의 시행횟수 및 시행차수별 평가결과 등을 저장하여 학습자에게 제공할 수 있다. 더욱이, 관리자는 전체 학생의 시스템 이용현황 및 결과를 확인할 수 있으며 이를 기록하고 분석할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 학습자에게 자신의 실력에 대한 정보와, 오답정보 및 이전에 풀어보았던 문제 등을 학습자가 원할 때는 언제든지 제공함으로써, 학습자가 자신에게 맞는 적절한 학습전략을 수립하는데 크게 기여할 수 있다.

5) 학습결과평가

앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 의한 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육서비스에서는 학습자의 학습과정과 결과를 모두 저장할 수 있으며, 교수자인 관리자는 전체 학생들의 상기 정보를 열람하여 학생들에게 적절한 지도방침을 수립할 수 있는 이점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육서비스는 블랜디드 학습(Blednded Learning)이라는 교육환경하에 활용될 때, 놀스(Knolwes)가 제안한 자기 주도형 학습방안을 실시하기 위한 적절한 학습도구를 제공할 수 있게 되며, 그 결과 학생들 스스로에 의한 자기 주도적 학습이 효율적으로 달성될 수 있을 것이다.

본 발명자들은 본 발명에 의한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 제공방법이 학습자의 자기 주도적 학습에 기여하는 바를 평가하기 위하여, 2007학년도 2학기에 진행한 선형대수학 수업을 통하여 학생들에게 직접 본 발명을 활용해 보았다. 시스템에서 제공하는 문제세트는 총 5문항이고, 전체 69명의 학생에게 7일 동안 자유롭게 시스템에 접속하여 문제를 풀어보도록 유도하였다. 그 결과 표 1과 같은 결과가 나왔다.

대상인원	69명
평균점수	91.3점
평균시도횟수	3.2회

표 1의 평균 시도횟수로부터 알 수 있듯이, 학생들은 평균적으로 최소 3회 이상 문제를 생성하여 풀어보았으며, 많게는 12회에 걸쳐 문제를 생성하고 풀어본 학생도 있었다. 특히, 이와 같이 다수의 시도를 한 학생들의 성적분포를 도 10에 나타내었다. 도 10은 9회 이상 시도한 학생들의 성적분포도이다.

본 실험을 실시함에 있어서, 학생들에게 시스템에 접속하여 문제 풀기를 시도해 볼 것을 과제로 부여했을 뿐, 100점을 목표로 삼으라는 권고는 없었다. 그러나, 학생들은 자기 스스로 연습할 수 있는 공간이 주어지고 이를 활용할 물적 자원이 제공되자, 관심을 가지고 학습동기를 부여받고 이를 통하여 직접 자신의 점수를 높이고자 다양한 시도를 하였음을 확인할 수 있었다. 예컨대, 처음 1회 및 2회의 시도에서 20점을 받고, 노력하여 바로 다음 횟수에서는 80점을 받는 등, 다양한 경우가 발견되었고, 도 11에 나타낸 바와 같이 학생들의 성적이 전체적으로 증가 양상을 띄는 것을 알 수 있었다.

또한, 본 실험을 통해서, 각 학생들의 최고점과 시행횟수는 매우 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 도 12는 학생이 시도한 횟수와 최종적으로 받은 점수를 10으로 나눈 값과의 관계를 도식화한 것이다. 도시된 바로부터, 실제로 두 수치는 크게 차이가 나지 않으며, 시행횟수가 많으면 최고점수가 높게 나타났고, 시행횟수가 적은 학생의 경우 최고점수가 낮게 나타났음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 문제 임의생성 시스템을 운영하는데 있어서 주목할 만한 점은, 학생들은 시스템을 통하여 스스로 생성한 문제를 해결하는 과정에서, 스스로 어떠한 기준점에 도달하기 위하여 더욱 많은 노력을 기울였고, 부여된 문제를 스스로 해결하지 못하는 경우에는 교수자 및 다른 학생들에게 질의 및 응답을 하는 방식으로 자기 주도적 학습을 수행하였다는 사실이다. 본 발명의 시스템을 운영하는 1주일 동안 해당 Q & A 게시판에는 문제해결과 관련한 학생 및 교수자들 간의 질문 및 답변 정보가 게시판 9페이지 분량의 총 180여 개에 달한 사례를 보더라도, 본 시스템을 이용한 교육서비스를 이용하면 학생들의 자기 주도적 학습에 결정적으로 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 문제 임의생성 시스템을 이용한 교육서비스 제공방법을 나타내는 순서도,

도 3은 본 발명의 교육서비스 제공방법에서 서버 접속시 출력되는 초기화면을 예시적으로 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 교육서비스 제공방법에서 문제생성 화면을 예시적으로 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 교육서비스 제공방법에서 평가결과 및 정답해설 화면을 예시적으로 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 교육서비스 제공방법에서 통계정보 제공화면을 예시적으로 나타내는 도면,

도 7은 본 발명의 교육서비스 제공방법에서 통계정보 제공화면을 예시적으로 나타내는 도면,

도 8은 블랜디드 학습과정(Blended Learning)에 본 발명에 의한 문제 임의생성 시스템 및 이를 이용한 교육서비스 방법이 적용된 예를 나타내는 도면,

도 9는 도 8에 예시된 학습과정에 활용될 수 있는 각종 기술을 참고적으로 나타내는 도면,

도 10 내지 도 12는 본 발명의 효과를 확인하기 위한 실험의 결과 그래프로 서, 도 10은 본 발명의 시스템을 이용한 교육서비스를 9회 이상 시도한 학생들의 성적분포도, 도 11은 본 발명의 시스템을 이용한 전체 학생의 성적분포도, 도 12는 학생이 시도한 횟수와 최종적으로 받은 점수를 10으로 나눈 값과의 관계를 도식화한 도면.

Claims

적어도 하나 이상의 클라이언트로부터 문제 생성 명령이 입력될 때마다, 데이터베이스에 저장된 정형화된 패턴의 문제세트에서 클라이언트별로 매회 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 출력하고, 각각의 클라이언트로부터 그 제공된 문제세트에 대한 답이 입력되면 이를 계산된 정답과 비교하여 매회 평가결과 및 통계분석 정보를 각 클라이언트로 제공하는 서버;

MathML 형식의 수학문제 패턴 및 문제 패턴에 따른 정답 계산식과, 학습자별 학습내역 관련정보가 저장되는 데이터베이스; 및

학습자 및 교수자 측에 구비되며 인터넷을 통해 상기 서버에 연결되는 적어도 하나 이상의 클라이언트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템.
제1 항에 있어서,

상기 서버는,

클라이언트의 요청에 따라 데이터베이스에 저장된 문제패턴에서 임의로 수치를 변형하여 클라이언트별로 매회 서로 다른 새로운 문제세트를 생성하여 제공하는 문제 임의생성 모듈;

데이터베이스에 저장된 문제 패턴에 따른 정답 계산식에 따라 생성된 문제세 트에 대한 정답을 각각 계산하고, 클라이언트로부터 입력된 답을 상기 계산된 정답과 비교 채점하여 평가결과 및 정답해설을 출력하는 평가모듈;

해당 학습자가 학습한 시행차수별 문제세트와 그에 대한 평가결과를 데이터베이스에 누적하여 기록하는 누적기록모듈; 및

클라이언트의 요청에 따라 데이터베이스에 저장된 해당 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 출력하는 통계분석모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템.
제2 항에 있어서,

상기 데이터베이스에는, 선형대수학 과목의 각 단원별 문제패턴이 MathML 기반으로 구축되는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템.
제3 항에 있어서,

상기 문제 임의생성 모듈은,

문제패턴별로 해당 문제를 구성하는 수치를 일정한 조건값의 범위내에서 랜덤하게 선택하여 변형하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템.
제4 항에 있어서,

상기 통계분석모듈은,

학습자 측 클라이언트의 요청에 따라, 해당 학습자에 시행차수별로 적용된 문제세트, 획득 점수, 문제항목별 정/오답 여부를 그래프 또는 표 형식으로 제공하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템.
제5 항에 있어서,

상기 통계분석모듈은,

교수자 측 클라이언트의 요청에 따라, 시스템에 가입된 모든 학습자의 시행 차수별 적용 문제세트, 획득 점수, 문제항목별 정/오답 여부를 그래프 또는 표 형식으로 제공하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템.
(a) 인터넷을 통하여 접속한 적어도 하나 이상의 클라이언트가 서버에 문제 생성을 요청하는 단계;

(b) 상기 클라이언트의 문제 생성 요청에 따라, 서버의 문제 임의생성 모듈이 데이터베이스에 저장된 정형화된 패턴의 문제세트에서 클라이언트별로 매회 수치를 변형한 수학문제를 임의로 생성하여 제공하는 단계;

(c) 서버의 평가모듈이 데이터베이스에 저장된 문제패턴에 따른 정답 계산식에 기초하여 상기 생성된 문제세트에 대한 정답을 각각 계산하고, 클라이언트로부터 입력된 답을 상기 계산된 정답과 비교 채점하여 평가결과 및 정답해설을 제공하는 단계;

(d) 서버의 누적기록모듈이 클라이언트별로 학습한 시행차수별 문제세트와 그에 대한 평가결과를 데이터베이스에 누적하여 기록하는 단계;

(e) 클라이언트로부터 새로운 문제생성 요청이 입력된 경우, 상기 (b) 내지 (d) 단계를 순차적으로 반복하여 실행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법.
제7 항에 있어서,

상기 (e) 단계의 후속단계로서,

(f) 학습자 측 클라이언트로부터 통계정보의 요청이 입력된 경우, 서버의 통계분석모듈이 데이터베이스에 저장된 해당 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 출력하는 단계가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학 습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법.
제7 항에 있어서,

상기 (e) 단계의 후속단계로서,

(f) 교수자 측 클라이언트로부터 통계정보의 요청이 입력된 경우, 서버의 통계분석모듈이 데이터베이스에 저장된 모든 학습자의 시행차수별 학습정보를 통계적으로 분석하여 출력하는 단계가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법.
제7 항에 있어서,

상기 (b)단계에서는,

선형대수학 과목의 각 단원에 해당하는 문제세트에서, 각각의 문제를 구성하는 수치를 일정한 조건값의 범위내에서 랜덤하게 선택하여 변형하는 것을 특징으로 하는 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법.
제7 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 기재된 수학 교수 학습 과정의 자기 주도형 학습을 위한 문제 임의생성 시스템의 교육서비스 제공방법을 수행하기 위하여, 상기 서버에 의해 실행될 수 있는 Java와 MathML 기반의 명령어들의 프로그램이 기록된 기록 매체.