KR20190021752A - Method and apparatus of cognitive load decision using the prior knowledge and psychophysiological responses - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cognitive load decision method and a cognitive load decision apparatus using prior knowledge and psychophysiological response. More specifically, the cognitive load decision method uses the psychophysiological response of a learner who learns a learning video in accordance with prerequisite knowledge of the learner and assignment complexity of the learning video, and determines a cognitive load of the learner by a learning section of the learning video. In addition, the cognitive load decision method comprises the following steps: collecting the psychophysiological response on a first learning video from the learner; providing a second learning video to the learner; collecting the psychophysiological response on the second learning video from the learner; analyzing the psychophysiological response; and determining the cognitive load of the learner.

Description

사전 지식 및 생리 심리 반응을 이용한 인지 부하 판단 방법 및 인지 부하 판단 장치{METHOD AND APPARATUS OF COGNITIVE LOAD DECISION USING THE PRIOR KNOWLEDGE AND PSYCHOPHYSIOLOGICAL RESPONSES}[0001] METHOD AND APPARATUS FOR COGNITIVE LOAD DECISION USING THE PRIOR KNOWLEDGE AND PSYCHOPHYSIOLOGICAL RESPONSES [0002]

본 발명은 사전 지식 및 생리 심리 반응을 이용한 인지 부하 판단 방법 및 인지 부하 판단 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 학습자의 사전 지식 및 학습 영상의 학습 구간별 과제복합도를 기반으로 학습 과정에서의 학습자의 인지 부하를 판단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cognitive load judgment method and a cognitive load judgment apparatus using prior knowledge and physiological psychological reaction, and more particularly, to a cognitive load judgment method and a cognitive load judgment apparatus using learner's prior knowledge and learning complexity, And more particularly, to a method and apparatus for determining a cognitive load.

학습 분석학 연구들은 SIS(student information system), LMS(learning management system) 데이터를 바탕으로 학습자들의 학습행동 패턴을 규명하고, 규명된 학습 행동 패턴에 따른 학업성취도 및 중도탈락자를 예측하는 등, 데이터에 기반한 분석과 예측을 통해 학습성과를 향상시키기 위한 노력을 기울여 왔다.Learning analytic studies are based on data based on student information system (SIS) and learning management system (LMS) data, which are used to identify learners' learning behavior patterns and to predict academic achievement and dropout according to identified learning behavior patterns. Efforts have been made to improve learning outcomes through analysis and forecasting.

그러나, 학습 분석학 연구들은 학습행동 패턴에 대한 이유로 학습자 행동 기저에 작용하는 학습 심리를 파악하기에 다소 어려움이 있다. 또한 학습분석학의 결과가 실제 학습 맥락에서 유효한 처방으로 이어지기 위해서는 분석의 과정이 교수 설계와 긴밀하게 연관되어 해석, 피드백 되어야 하는데, 수집한 데이터를 상황 맥락적으로 해석할 수 있는 연결 고리나 모델을 제시하는 데는 미흡한 부분이 있었다.However, learning analytical research is somewhat difficult to grasp the learning psychology that acts on the basis of the learner 's behavior as a reason for the learning behavior pattern. In addition, in order for the results of learning analysis to lead to effective prescriptions in the actual learning context, the process of analysis must be closely related to the teaching design and be interpreted and fed back. The linkage or model that can interpret the collected data contextually There was an insufficient part to present.

최근에는 학습 과정에서의 학습자의 행동과 인지적·정서적 변화를 파악하는 것에 관한 중요성이 강조되면서, 생리심리 반응을 통해 학습 과정에서 변화하는 학습자의 인지적, 심리적 상태를 분석하고, 해석하려는 시도가 확대되고 있다. 특히나 현대와 같이, 공개 강조에 대한 사회적 관심이 증대되고, 이에 따른 학습할 수 있는 대체 학습자원이 넘쳐남에 따라 정보 과잉으로 인한 인지부하가 폭발적으로 증가하는 환경에서는, 늘어만 가는 학습자의 인지 부담을 효과적으로 관리할 수 있는 대책이 요구된다.In recent years, it has been emphasized the importance of understanding the learner's behavior and cognitive and emotional changes in the learning process, and attempts to analyze and analyze the learner's cognitive and psychological state in the learning process through the physiological response It is expanding. In particular, as in modern times, as social interest in public emphasis increases, and as the alternative learning resources that can be learned are overflowing, the environment in which the cognitive load due to information overload is increasing explosively increases the cognitive burden of the learner Measures for effective management are required.

이를 해결하기 위해, 교육공학에서는 학습자의 인지적 상황을 설명하고 이를 지원하는 교수설계를 제공하기 위한 토대로 인지부하 이론이 활발히 적용되어 왔다. 인지부하 이론은 궁극적으로 교육의 주된 목표가 스키마의 구성과 자동화에 있음을 강조하며, 교수설계는 세 가지 유형의 인지부하들의 관계와 활용 가능한 인지 능력의 한계를 고려한 상태에서, 본유적 인지부하를 최대한 촉진할 수 있도록 이루어져야 한다고 설명한다.In order to solve this problem, cognitive load theory has been actively applied as a basis to provide learner 's cognitive situation and instructional design to support it. Cognitive load theory ultimately emphasizes that the main goal of education lies in the construction and automation of the schema. The instructional design is based on the relationship between three types of cognitive loads and the limits of available cognitive abilities, Explain that it should be done to facilitate.

다시 말해, 학습의 궁극적인 목표가 되는 본유적 인지부하를 촉진하기 위해서는 학습자의 외재적 인지부하를 최소화하고 내재적 인지부하를 효과적으로 조정함으로써 본유적 인지부하를 최대화할 수 있는 환경을 제공해야 함은 물론 본유적 인지부하가 충분히 발현될 수 있도록 지원해야 할 것이다.In other words, in order to promote the burdens perceived as the ultimate goal of learning, it is necessary to minimize the external cognitive load of the learner and effectively adjust the intrinsic cognitive load to provide an environment that maximizes the cognitive burden. We need to support the relics or the burden sufficiently.

그러나 인지부하 이론과 관련한 선행연구들은 주로 외재적 인지부하 감소에 초점을 맞춰 왔으며, 교수설계와 학습자 특성을 고려한, 학습자의 내재적 정보처리과정에 관한 연구는 부족한 편이며, 실제 동영상 학습이 이루어지는 과정에서 학습자의 인지부하를 객관적으로 측정하는 방법은 다소 어려운 점이 있다.However, previous researches on cognitive load theory have mainly focused on external cognitive load reduction. Research on intrinsic information processing of learners considering instructional design and learner characteristics is insufficient, There are some difficulties in objectively measuring learner's cognitive load.

이에 따라 실제 동영상 학습 이루어지는 과정에서의 학습자의 인지 부하를 객관적으로 측정할 수 있는 방법이 필요하다.Therefore, a method to objectively measure learner 's cognitive load in the course of actual video learning is needed.

본 발명은 학습 영상을 학습하는 학습자의 선수 지식 및 과제 복합성을 분석함으로써, 학습 영상의 학습 과정에서 발생하는 학습자의 인지 부하를 결정하는 인지 부하 판단 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a cognitive load determination method and apparatus for determining a cognitive load of a learner occurring in a learning process of a learning image by analyzing a player's knowledge and complexity of a learning learner's learning.

본 발명은 학습 영상을 학습하는 과정에서 변화하는 학습자의 행동, 인지 및 정서 상태를 파악하기 위한 학습자의 생리 심리 반응을 분석함으로써, 학습자의 사전 지식 및 학습 내용에 포함된 과제 복합성에 따른 학습자의 인지 부하에 대한 발생 여부를 판단하는 인지 부하 판단 방법 및 장치를 제공한다.The present invention analyzes the learner's physiological psychological reaction to grasp the behavior, cognition, and emotional state of the learner changing during the process of learning the learning image, and thereby, learners' perceptions according to the learner's prior knowledge and the complexity of the tasks included in the learning contents The present invention provides a method and an apparatus for determining a cognitive load to determine whether a load occurs.

일실시예에 따른 인지 부하 판단 방법은 학습자의 선수 지식에 기초한 제1 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 단계; 상기 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료된 경우. 상기 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 상기 학습자에게 제공하는 단계; 상기 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 단계; 상기 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하는 과정에서 수집한 상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계; 및 상기 분석한 생리 심리 반응에 따른 학습 구간별 상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of determining a cognitive load, the method comprising: collecting a physiological psychological reaction for a first learning image from a learner learning a first learning image based on player knowledge of the learner; And the learning of the first learning image is completed. Providing a second learning image having a difference in the complexity of the first learning image and the second learning image to the learner; Collecting a physiological psychological reaction for a second learning image from a learner learning the second learning image; Analyzing the physiological psychological reaction collected in the process of learning the first learning image and the second learning image according to the player knowledge and complexity of the task; And determining a cognitive load of the learner according to the analyzed learning period according to the physiological psychological reaction.

일실시예에 따른 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 단계는, 상기 제1 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자가 학습할 예정인 학습 내용으로 구성된 사전 테스트를 통해 학습자의 선수 지식 수준에 파악하는 단계; 및 상기 선수 지식 수준에 대응하여 상기 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류하는 단계를 포함할 수 있다.The step of collecting the physiological psychological reaction for the first learning image according to an embodiment may include a step of acquiring a physiological psychological reaction based on a learner's knowledge level of the learner through a pre-test composed of learning contents to be learned by the learner, Identifying; And classifying the learner into an upper group or a lower group corresponding to the athlete knowledge level.

일실시예에 따른 생리 심리 데이터는 상기 학습자의 눈의 변화를 나타내는 동공 크기 및 심장 박동에 의한 변화를 나타내는 심박변이도를 포함하고, 상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계는, 상기 동공 크기 및 심박변이도 각각에 대응하는 평균값을 생성하여 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 구성하는 학습 구간별 학습자의 생리 심리 반응을 분석할 수 있다.The physiological psychological data according to an exemplary embodiment may include a heart rate variability indicating a variation of a pupil size and a heart rate indicating a change of the eye of the learner, and the step of analyzing the physiological response may include calculating the pupil size and heart rate variability And the physiological psychological reaction of the learner according to the learning section constituting the first learning image and the second learning image can be analyzed.

일실시예에 따른 생리 심리 반응을 분석하는 단계는 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상이 진행되는 시점에 따라 변화하는 과제 복합성을 고려하여 학습 구간별 학습자의 동공 크기 및 심박 변이도에 따른 학습자의 생리 심리 반응을 분석할 수 있다.The analysis of the physiological psychological reaction according to an embodiment may include analyzing a physiological response according to a pupil size and a heart rate variability of a learner according to a learning interval in consideration of a task complexity that varies according to a time point of the first learning image and a second learning image, The physiological psychological reaction can be analyzed.

일실시예에 따른 학습자의 인지 부하를 판단하는 단계는, 상기 분석한 학습자의 상기 생리 심리 반응에 따른 상위 그룹 또는 하위 그룹 중 학습자가 속한 그룹의 사전 지식 수준을 기준으로 상기 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다.The step of determining the cognitive load of the learner according to the embodiment may include determining the cognitive load of the learner based on the prior knowledge level of the group to which the learner belongs among the upper group or the lower group according to the physiological response of the analyzed learner can do.

일실시예에 따른 인지 부하 판단 장치는 학습자의 선수 지식에 기초한 제1 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 제1 수집부; 상기 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료된 경우. 상기 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 상기 학습자에게 제공하는 제공부; 상기 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 제2 수집부; 상기 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하는 과정에서 수집한 생리 심리 반응을 분석하는 분석부; 및 상기 분석한 생리 심리 반응에 따른 학습 구간별 상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.A cognitive load determination device according to an exemplary embodiment includes a first collection unit for collecting physiological psychological responses to a first learning image from a learner who learns a first learning image based on player knowledge of the learner; And the learning of the first learning image is completed. A providing unit for providing the learner with a second learning image in which there is a difference in the complexity between the first learning image and the task; A second collecting unit for collecting a physiological psychological reaction for a second learning image from a learner learning the second learning image; An analyzer for analyzing a physiological psychological reaction collected in the process of learning the first learning image and the second learning image according to the athletic knowledge and the complexity of the task; And a determination unit for determining a cognitive load of the learner for each learning interval according to the analyzed physiological response.

일실시예에 따른 제1 수집부는, 상기 제1 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자의 사전 학습 능력에 기초한 학습자의 선수 지식 수준에 파악하고, 상기 선수 지식 수준에 대응하여 상기 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수있다.The first collecting unit according to an embodiment grasps the player's knowledge level of the learner based on the learner's prior learning ability before learning the first learning video and sets the learner to a higher group It can be classified into subgroups.

일실시예에 따른 생리 심리 데이터는, 상기 학습자의 눈의 변화를 나타내는 동공 크기 및 심장 박동에 의한 변화를 나타내는 심박변이도를 포함하고, 상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계는, 상기 동공 크기 및 심박변이도 각각에 대응하는 평균값을 생성하여 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 구성하는 학습 구간별 학습자의 생리 심리 반응을 분석할 수 있다.The physiological psychological data according to an exemplary embodiment may include a heart rate variation indicating a change in pupil size and a heart rate indicating a change in the eye of the learner, and the step of analyzing the physiological response may include: And the physiological psychological reaction of the learner according to the learning section constituting the first learning image and the second learning image can be analyzed.

일실시예에 따른 분석부는, 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상이 진행되는 시점에 따라 변화하는 과제 복합성을 고려하여 학습 구간별 학습자의 동공 크기 및 심박 변이도에 따른 학습자의 생리 심리 반응을 분석할 수 있다.The analyzer according to an embodiment analyzes the physiological response of the learner according to the pupil size and heart beat variability of the learner according to the learning interval considering the complexity of the task which changes according to the time of the first learning image and the second learning image can do.

일실시예에 따른 판단부는, 상기 분석한 학습자의 상기 생리 심리 반응에 따른 상위 그룹 또는 하위 그룹 중 학습자가 속한 그룹의 사전 지식 수준을 기준으로 상기 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다..The determination unit may determine the cognitive load of the learner based on the prior knowledge level of the group to which the learner belongs among the upper group or the lower group according to the analyzed physiological response of the learner.

일실시예에 따른 인지 부하 판단 방법 및 장치는 학습 영상을 학습하는 학습자의 선수 지식 및 과제 복합성을 분석함으로써, 학습 영상의 학습 과정에서 발생하는 학습자의 인지 부하를 결정할 수 있다.A cognitive load determination method and apparatus according to an exemplary embodiment can determine a cognitive load of a learner occurring in a learning process of a learning image by analyzing a player's knowledge and task complexity of a learner learning a learning image.

일실시예에 따른 인지 부하 판단 방법 및 장치는 학습 영상을 학습하는 과정에서 변화하는 학습자의 행동, 인지 및 정서 상태를 파악하기 위한 학습자의 생리 심리 반응을 분석함으로써, 학습자의 생리 심리 반응에 따른 학습 과정에서의 학습자의 인지 부하에 대한 발생 여부를 판단할 수 있다.The cognitive load determination method and apparatus according to an embodiment analyze the learner's physiological psychological reaction to grasp the changing learner's behavior, cognition, and emotion state in learning image learning, It is possible to determine whether the learner has a cognitive load in the process.

일실시예에 따른 인지 부하 판단 방법 및 장치는 과제 복합성이 높은 학습 구간과 과제 복합성이 낮은 학습 구간을 통한 학습자의 인지부하 상의 차이를 이용함으로써, 각 학습 구간에서 나타나는 학습자의 지식 수준에 적절한 학습 지원 체계를 제공할 수 있다.The method and apparatus for determining the cognitive load according to an embodiment of the present invention can be applied to a learning support system suitable for a learner's knowledge level displayed in each learning section by using the difference in learner's cognitive load through a learning section having a high complexity and a low complexity System can be provided.

도 1은 일실시예에 따른 인지 부하 판단 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 인지 부하 판단 장치의 세부 구성을 설명한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 학습자의 사전 지식 및 학습자의 생리 심리 반응을 수집하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 사전 지식 및 과제 복합성 간에 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 학습자의 사전 지식에 기초한 학습자의 생리 심리 반응 중 동공 크기의 변화 추이를 나타낸 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 학습자의 사전 지식에 기초한 학습자의 생리 심리 반응 중 심박변이도의 변화 추이를 나타낸 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 인지 부하 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a cognitive load determination apparatus according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a cognitive load determination apparatus according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration for collecting prior knowledge of a learner and physiological psychological reaction of a learner according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining a correlation between prior knowledge and task complexity according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in a pupil size during a learner's physiological psychological reaction based on a learner's prior knowledge according to an embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in heart beat variability during a learner's physiological psychological reaction based on a learner's prior knowledge according to an embodiment.
7 is a flowchart for explaining a cognitive load determination method according to an embodiment.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일실시예에 따른 인지 부하 판단 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a cognitive load determination apparatus according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 인지 부하 판단 장치(101)는 학습 영상(103)을 학습하기 이전에 학습자(102)가 기 습득한 사전 지식 및 학습 영상(103)을 학습하는 과정에서 학습자(102)의 생리 심리 반응을 수집하여 학습자(102)의 사전 지식 및 생리 심리 반응을 통한 학습자(102)의 인지 부하를 판단할 수 있습니다.1, the cognitive load determination apparatus 101 determines the cognitive load of the learner 102 in the process of learning the prior knowledge and the learning image 103 learned by the learner 102 before learning the learning image 103. [ The physiological response can be collected to determine the cognitive load of the learner 102 through the learner 102 prior knowledge and physiological response.

다시 말해, 인지 부하 판단 장치(101)는 동영상 학습 환경의 학습 영상(103)에 대한 학습 과정에서의 학습자(102)의 인지 부하를 판단할 수 있다. 여기서, 동영상 학습 환경(video-based learning environment)은 인터넷을 비롯한 디지털 테크놀로지를 활용하여 새로운 학습 경험을 창조하는 학습을 위한 환경을 의미할 수 있다. 일례로, 인지 부하 판단 장치(101)는 교사의 별도 개입없이 텍스트로 구성된 수학의 명제 과목에 대한 학습 영상(103)을 이용한 동영상 학습 환경에서의 학습 과정을 통한 학습자(102)의 인지 부하를 판단할 수 있다.In other words, the cognitive load determination apparatus 101 can determine the cognitive load of the learner 102 in the learning process for the learning image 103 of the moving image learning environment. Here, a video-based learning environment can mean an environment for learning to create new learning experiences utilizing digital technologies including the Internet. For example, the cognitive load determination apparatus 101 determines the cognitive load of the learner 102 through a learning process in a moving image learning environment using a learning image 103 for a proposition subject of mathematics composed of text without any intervention of a teacher can do.

학습 영상(103)은 학습자(102)의 인지 부하를 판단하기 위해, 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 하나 이상의 학습 영상을 포함할 수 있다. 일례로, 학습 영상(103)은 영상이 진행되는 시점에 따라 변화하는 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 포함할 수 있으며, 제1 학습 영상은 수학 중 '전칭명제/존재명제'에 관한 학습 구간을 포함하고, 제2 학습 영상은 수학 중 '양항명제'에 관한 학습 구성을 포함할 수 있다.The learning image 103 may include one or more learning images in which there is a difference in the complexity of the task in order to determine the cognitive load of the learner 102. [ For example, the learning image 103 may include a first learning image and a second learning image that change according to a time point at which the image progresses, and the first learning image may include learning about the < RTI ID = 0.0 & And the second learning image may include a learning configuration related to the " dual proposition " in mathematics.

구체적으로, 학습 상황은 과제 복합성이 보다 높은 후속 학습 내용이, 복합성이 낮은 선수 학습내용 뒤에 전개되게 된다. 제1 학습 영상과 제2 학습 영상은 학습자의 학습 상황을 대변하는 것으로, 이에, 제1 학습 영상은 제2 학습 영상의 선수 학습 내용에 해당하는 동시에 과제 복합성이 낮은 학습 내용을 포함하고 있다.Specifically, the learning situation is followed by a follow-up learning content with a higher task complexity, followed by less complex player learning content. The first learning image and the second learning image represent the learning situation of the learner. Accordingly, the first learning image includes the learning contents corresponding to the player learning contents of the second learning image and having a low complexity of the task.

일례로, 제1 학습 영상은 전칭 명제, 존재 명제에 대한 학습 내용을 포함하며, 전칭 명제, 존재 명제는 제2 학습 영상에 구성된 양향 명제에 대한 학습 내용에 대한 선수 학습 내용으로 양향 명제보다 과제 복합성 및 학습 내용의 요소간에 상호작용성이 낮은 구간을 가질 수 있다. 이에, 양향 명제는 전칭 명제, 존재 명제에 포함된 학습 내용뿐만 아니라, 학습자에게 새로운 학습 내용의 구간을 포함할 수 있다. 또한, 양향 명제는 전칭 명제와 존재 명제가 결합된 형태로, 학습 내용으로 이해해야 할 요소의 수나 각 요소들 간의 상호작용이 상당히 복잡한 과정으로 구현될 수 있다.For example, the first learning image includes the contents of learning about the propositional proposition and existence proposition, and the propositional proposition and existence proposition are the player learning contents about the learning contents of the propositional proposition constructed in the second learning image, And the elements of the learning content. Thus, the bilingual proposition can include not only the learning contents included in the propositional propositions and existing propositions but also the section of new learning contents to the learner. In addition, complex propositions are a combination of propositional propositions and existential propositions, and the number of elements to be understood as learning contents or the interaction between each element can be implemented as a complicated process.

인지 부하 판단 장치(101)는 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하면서 각 영상의 과제 복합성에 따라 구간 별로 학습자(102)에게 발생하는 인지 부하를 판단할 수 있다.The cognitive load determination apparatus 101 can determine the cognitive load that occurs to the learner 102 according to the task complexity of each image while learning the first learning image and the second learning image.

그리고, 인지 부하 판단 장치(101)는 학습 환경에서 일어나는 환경에 대한 이해와 최적화를 위해 학습자들의 맥락에 대한 데이터를 측정, 수집, 분석 등을 수행함으로써, 학습자의 학문적 과정을 평가하고, 이에 따른 학습자의 학습 성과를 예측할 수 있다. 이 때, 학습자의 학습 성과는 학습 영상의 유형과 학습 영상을 학습하는 학습자의 사전 지식 수준 등에 따라 서로 상이한 결과를 나타낼 수 있다.Then, the cognitive load determination device 101 evaluates the learner's academic process by measuring, collecting, and analyzing data on the context of the learner in order to understand and optimize the environment occurring in the learning environment, Can be predicted. In this case, the learner 's learning outcomes can be different from each other depending on the type of the learning image and the learner' s prior knowledge level of learning the learning image.

이를 위해, 인지 부하 판단 장치(101)는 학습자의 사전 지식 수준을 파악할 수 있다. 다시 말해, 인지 부하 판단 장치(101)는 학습자가 학습하려고 하는 학습 영상의 학습 내용에 기초한 사전 테스트를 실행하고, 실행된 사전 테스트에 따른 학습자의 사전 지식 수준을 파악할 수 있다. 일례로, 인지 부하 판단 장치(101)는 수학의 명제 과목에 대한 사전 테스트를 통해 학습자가 기 습득한 사전 지식에 대한 수준을 확인할 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치(101)는 파악한 수준에 대응하여 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수 있다. To this end, the cognitive load determination device 101 can grasp the learner's prior knowledge level. In other words, the cognitive load determination apparatus 101 can execute a pre-test based on the learning content of the learning image to be learned by the learner and grasp the prior knowledge level of the learner according to the executed pre-test. For example, the cognitive load determination device 101 can confirm the level of the prior knowledge learned by the learner through a preliminary test on the propositional subject of mathematics. Then, the cognitive load determination apparatus 101 can classify the learner into an upper group or a lower group corresponding to the determined level.

인지 부하 판단 장치(101)는 학습 영상을 학습하는 과정에서 변화하는 학습자의 생리 심리 반응을 수집할 수 있다. 여기서, 학습자의 생리 심리 반응은 사람의 생리적 원리와 현상을 통해 관찰되는 인지적 반응, 감정적 반응 그리고, 행동적 반응을 나타낼 수 있다. 학습자의 생리 심리 반응은 동공크기(pupil size)와 심박변이도(heart rate variability, HRV)의 교감신경과 부교감신경의 비율(LF/HF ratio)로 나타날 수 있다. 동공 크기는 학습자의 눈의 동공에 대한 지름 크기를 의미하는 것으로, 동공 크기의 변화는 인지 부하와 인지 부하가 발생한 원인을 추정하기 위한 지표로 사용할 수 있다. 심박변이도는 시간에 따른 심장 박동에 의한 변화를 나타낸 것으로, 심장 박동은 교감신경계와 부교감신경계의 상호작용에 의해 일어나는 반응일 수 있다.The cognitive load determination apparatus 101 can collect the physiological psychological reaction of the learner changing during the process of learning the learning image. Here, the learner 's physiological response can show the cognitive response, emotional response, and behavioral response observed through the physiological principle and phenomenon of a person. The learner 's physiological response can be represented by the pupil size and the ratio of the sympathetic and parasympathetic nerves (LF / HF ratio) of heart rate variability (HRV). Pupil size means the size of the pupil's pupil diameter. The change in pupil size can be used as an index to estimate the cause of cognitive load and cognitive load. Heart rate variability is a change in heart rate with time. Heart rate can be a reaction caused by the interaction of sympathetic and parasympathetic nervous system.

인지 부하 판단 장치(101)는 학습자의 사전 지식 수준을 기반으로 학습 영상을 학습하는 과정에서 변화하는 학습자의 생리 심리 반응을 통해 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다. 다시 말해, 학습하고자 하는 학습 영상을 구성하는 학습 내용에 대한 학습자의 사전 지식에 따라 학습 영상을 학습하는 과정에서의 학습자의 인지 능력을 파악할 수 있다. 즉, 본 발명은 학습자가 이미 알고 있는 내용의 정도, 또는 공부해서 배운 정도에 기초하여 학습 영상을 학습하고, 학습 영상의 학습 내용을 학습자의 뇌의 기억 장소에 처리, 저장 등을 수행하면서, 학습자에게 발생하는 인지 부하를 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 인지 부하는 학습자의 사전 지식 수준이 높을수록 학습 영상을 학습하는 과정에서의 학습자의 인지 부하가 적게 나타나고, 학습자의 사전 지식 수준이 낮을수록 학습 영상을 학습하는 과정에서의 학습자의 인지 부하가 높게 나타날 수 있다.The cognitive load determination apparatus 101 can determine the cognitive load of the learner through the physiological psychological reaction of the learner changing in the process of learning the learning image based on the prior knowledge level of the learner. In other words, according to the learner's prior knowledge about the learning contents constituting the learning image to be learned, the learner's cognitive ability in the process of learning the learning image can be grasped. That is, according to the present invention, a learning image is learned on the basis of a degree of content already known to the learner or a degree learned by studying, and the learning contents of the learning image are processed and stored in a storage place of the learner's brain, It is possible to determine the cognitive load that occurs to the user. Therefore, according to the present invention, the cognitive load shows that the learner's cognitive load in the course of learning image learning is lower as the learner's prior knowledge level is higher, and as the learner's prior knowledge level is lower, The learner's cognitive load may be high.

결국, 본 발명은 학습자의 사전 지식 및 학습 영상의 과제 복잡도를 기반으로 학습 영상을 학습하는 과정에서 학습자에게 일어나는 생리 심리 반응을 통해 학습 영상을 학습하는 학습 환경에서의 학습 내용에 대한 각성 수준으로부터 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다.As a result, the present invention provides a method and apparatus for learning a learning image from a learning environment in which a learning image is learned through a physiological psychological reaction that occurs in a learning image based on a learner's prior knowledge and a task complexity of the learning image, Can be determined.

도 2는 일실시예에 따른 인지 부하 판단 장치의 세부 구성을 설명한 도면이다.2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a cognitive load determination apparatus according to an embodiment.

도 2를 참고하면, 인지 부하 판단 장치(201)는 제1 수집부(202), 제공부(203), 제2 수집부(204), 분석부(205) 및 판단부(206)를 포함할 수 있다.2, the cognitive load determination apparatus 201 includes a first collecting unit 202, a providing unit 203, a second collecting unit 204, an analyzing unit 205, and a determining unit 206 .

제1 수집부(202)는 학습자의 선수 지식에 기초한 제1 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집할 수 있다. 자세하게, 제1 수집부(202)는 제1 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자의 사전 학습 능력에 기초한 학습자의 선수 지식 수준에 파악할 수 있다. 다시 말해, 제1 수집부(202)는 학습할 예정인 학습 영상과 관련하여 학습자에게 형성된 배움 정도를 파악하기 위한 사전 테스트를 수행할 수 있다. 사전 테스트를 마친 후, 제1 수집부(202)는 학습자의 사전 지식 수준에 대응하도록 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수 있다. 자세하게, 제1 수집부는 사전 테스트를 수행한 전체 학습자의 평균 대비 중위수 이상일 경우, 상위 그룹으로 학습자를 분류하고, 반대로, 중위수 미만일 경우, 하위 그룹으로 학습자를 구분할 수 있다.The first collecting unit 202 can collect the physiological psychological reaction for the first learning image from the learner who learns the first learning image based on the athlete knowledge of the learner. In detail, the first collecting unit 202 can grasp the player's knowledge level of the learner based on the learner's prior learning ability before learning the first learning image. In other words, the first collecting unit 202 can perform a pre-test for grasping the degree of learning formed for the learner in relation to the learning image to be learned. After the pre-test is completed, the first collecting unit 202 may classify the learner into an upper group or a lower group so as to correspond to the learner's prior knowledge level. In detail, the first collecting unit classifies the learner into a higher group when the learner is equal to or more than the median of the average of all the learner performing the pretest, and conversely, when the learner is less than the median, the learner can be classified into the lower group.

제1 수집부(202)는 학습자의 사전 지식을 기반으로 제1 학습 영상을 학습하고 있는 학습자의 생리 심리 반응을 수집할 수 있다. 여기서, 생리 심리 반응은 제1 학습 영상으로부터 자극된 학습자의 동공 크기 및 심박변이도를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명은 학습하는 과정에서 학습자에게 나타나는 행동, 인지적, 정서적 변화를 파악하기 위해 생리심리 반응(psychophysiological response)을 수집할 수 있다.The first collecting unit 202 may collect the physiological psychological reaction of the learner who is learning the first learning image based on the learner's prior knowledge. Here, the physiological psychological reaction may include the pupil size and the heart rate variability of the learner stimulated from the first learning image. At this time, the present invention can collect psychophysiological responses to grasp the behavior, cognitive, and emotional changes appearing to learners in the process of learning.

제공부(203)는 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료된 경우. 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 학습자에게 제공할 수 있다. 여기서, 제공부(203)는 학습자로 하여금 외재적 부하를 최소화하면서, 학습자의 선수 지식 수준에 따른 인지 부하를 측정하기 위한, 과제 복잡도가 낮은 제1 학습 영상과 과제 복잡도가 높은 제2 학습 영상을 순차적으로 학습자에게 제공할 수 있다.The providing unit 203 completes the learning of the first learning image. It is possible to provide the learner with the second learning image in which the difference between the first learning image and the task complexity exists. Here, the providing unit 203 may include a first learning image having a low task complexity and a second learning image having a high task complexity for measuring a cognitive load according to a learner's knowledge level, while minimizing the external load on the learner And can be provided to learners sequentially.

여기서, 제1 학습 영상과 제2 학습 영상의 과제 복잡도는 학습 영상을 학습하기 이전에 학습자가 수행한 사전 테스트의 각 학습 구간별 학습자들의 평균 점수를 기준으로 결정될 수 있다. 다시 말해, 사전 테스트를 수행한 전체 학습자들을 대상으로 사전 테스트의 학습 구간별 평균 점수가 중위수 미만의 학습 구간인 경우, 해당 학습 구간의 과제 복합성을 '상'으로 설정할 수 있다. 그리고, 사전 테스트의 학습 구간별 평균 점수가 중위수 이상의 학습 구간인 경우, 해당 학습 구간의 과제 복합성을 '하'로 설정할 수 있다.Here, the task complexity of the first learning image and the second learning image can be determined on the basis of the average score of the learners of each learning section of the pre-test performed by the learner before learning the learning image. In other words, if the average score of each test section in the pre-test is less than the median of all the learners who have performed the pre-test, the task complexity of the corresponding learning section can be set to 'up'. If the average score of each learning section in the pre-test is a middle or higher learning interval, the complexity of the task in the corresponding learning interval can be set to be "low".

제2 수집부(204)는 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집할 수 있다. 여기서, 제2 수집부(204)는 제1 학습 영상보다 과제 복잡도가 높은 제2 학습 영상을 학습하는 학습자의 생리 심리 반응을 수집할 수 있다.The second collecting unit 204 may collect the physiological psychological reaction for the second learning image from the learner learning the second learning image. Here, the second collecting unit 204 can collect the physiological psychological reaction of the learner who learns the second learning image having a higher task complexity than the first learning image.

분석부(205)는 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하는 과정에서 수집한 생리 심리 반응을 분석할 수 있다. 구체적으로, 분석부(205)는 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상 간에 존재하는 과제 복합성 중 높은 과제 복합성을 나타내는 학습 구간과 낮은 과제 복합성을 나타내는 학습 구간을 구분할 수 있다. 분석부(205)는 높은 과제 복합성을 나타내는 학습 구간과 낮은 과제 복합성을 나타내는 학습 구간 각각에서의 상기 학습자의 생리 심리 반응을 판단할 수 있다.The analysis unit 205 can analyze the physiological psychological reaction collected in the process of learning the first learning image and the second learning image according to the player knowledge and complexity of the task. Specifically, the analyzing unit 205 can distinguish between a learning interval exhibiting a high complexity of a task complexity existing between the first learning image and a second learning image and a learning interval indicating a low complexity of the task. The analyzing unit 205 can determine the physiological psychological reaction of the learner in each of the learning sections exhibiting high complexity and low complexity of the task.

분석부(205)는 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상이 진행되는 시점에 따라 변화하는 생리 심리 반응을 분석하는 것으로, 과제 복합성에 따른 학습 과제의 난이도가 증가할수록, 상기 학습자의 동공 크기가 확장되며, 학습자의 심박변이도가 높아질 수 있다. 이는 과제 복합성이 높아질수록 학습 내용의 학습 난이도가 비례하여 높아지며, 이러한 학습 난이도는 사전 지식 수준을 기반으로 학습자의 습득 반응이 상이하게 나타날 수 있다.The analysis unit 205 analyzes the physiological psychological reaction that changes according to the progress of the first learning image and the second learning image. As the degree of difficulty of the learning task according to the complexity of the task increases, the pupil size of the learner increases And the learner's heartbeat variability can be increased. As the complexity of the task becomes higher, the learning difficulty of the learning contents increases proportionally, and the learning difficulty of the learners may be different depending on the prior knowledge level.

일례로, 사전 지식 수준이 높은 학습자는 학습 난이도가 증가하더라도, 기 습득한 사전 지식에 따른 학습 내용을 습득하는 반응 시간이 사전 지식 수준이 낮은 학습자보다 짧게 나타날 수 있다. 다시 말해, 사전 지식 수준이 높은 학습자는 학습 난이도가 높은 학습 내용을 이해하는 각성 수준이 사전 지식 수준이 낮은 학습자보다 높을 수 있다. 이러한 학습자의 생리 심리 반응은 학습자로 하여금 학습 내용에 대한 인지 부하가 발생했는지에 대한 여부를 파악할 수 있는 기준이 될 수 있다.For example, a learner with a high level of prior knowledge may experience a shorter response time to acquire learning content based on previously learned knowledge than a learner with a low knowledge level, even though the learning difficulty increases. In other words, a learner with a high level of prior knowledge may have a higher level of arousal level than a learner with a lower level of prior knowledge. The learner 's physiological psychological response can be a criterion for the learner to know whether the cognitive load on the learning contents has occurred or not.

이에 따라, 분석부(205)는 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 학습 영상을 학습하는 과정에서 나타나는 학습자의 인지 부하를 확인하기 위해, 학습자의 생리 심리 반응을 분석할 수 있다.Accordingly, the analyzer 205 can analyze the learner's physiological psychological reaction in order to check the cognitive load of the learner in the process of learning the learning image according to the player knowledge and complexity of the task.

판단부(206)는 분석한 생리 심리 반응에 따른 과제 복합성의 차이가 발생하는 학습 구간에서의 상기 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다. 판단부(206)는 학습자의 사전 지식을 기초로, 학습 영상의 과제 복합성에 따라 상이한 각성 수준을 보일 수 있다. 다시 말해, 본인이 습득할 수 있는 지식 가용 용량이 100%라고 가정할 때, 학습자는 사전에 습득한 사전 지식 수준에 따른 학습 과정에서 본유적(germane cognitive load), 외재적(extraneous cognitive load), 내재적(intrinsic cognitive load)에 해당하는 인지 부하가 발생할 수 있다.The determination unit 206 can determine the cognitive load of the learner in the learning interval in which the difference of the task complexity according to the analyzed physiological response occurs. The determination unit 206 may display different arousal levels according to the complexity of the learning image based on the learner's prior knowledge. In other words, assuming that the amount of knowledge available to me is 100%, the learner learns the germane cognitive load, extraneous cognitive load, A cognitive load corresponding to an intrinsic cognitive load may occur.

- 내재적 인지부하는 정보를 구성하는 요소들의 상호작용 수준에 의해 결정되며, 학습 내용의 과제 복합성에 의해 발생될 수 있다. 내재적 인지부하는 학습 내용의 본질적인 정보가 복잡하거나 또는 정보의 제시가 매우 빠른 경우에 높아지나, 이는 학습자의 선수지식이나 경험 수준에 따라서 인지부하의 발생 빈도가 달라질 수 있다. 이에 따라, 동일한 학습 영상이 주어진 상황에서 선수 지식을 많이 보유한 학습자는 낮은 내재적 인지 부하를 경험하게 되고, 반대로, 선수 지식이 적게 보유한 학습자는 낮은 과제 복합성을 갖는 학습 영상에서도 높은 내재적 인지 부하를 경험할 수 있다.- Intrinsic cognitive load is determined by the level of interaction of the elements that make up the information, and can be generated by the task complexity of the learning contents. Implicit cognitive load increases when intrinsic information of learning contents is complicated or information presentation is very fast, but the frequency of cognitive load can be changed according to learners' athletic knowledge or experience level. Therefore, a learner who has a lot of athletic knowledge in a situation where the same learning image is given experiences a low inherent cognitive load. On the other hand, a learner who has a low athletic knowledge experiences a high inherent cognitive load even in a learning image having a low task complexity have.

- 외재적 인지부하는 학습자료의 제시 형태와 방식, 학습과 관련되지 않은 정보에 의해 발생하는 불필요한 인지부하일 수 있다.- External cognitive load may be an unnecessary cognitive load caused by the presentation style of learning materials, the method, and information not related to learning.

- 본재적 인지부하는 학습자가 새로운 정보를 이해하기 위해 선수 지식과의 통합을 수행하는 과정에서 학습자의 문제를 해결하기 위해 기울이는 학습과 관련된 정신적 노력적인 부분에서 발생하는 인지부하 일 수 있다. 본재적 인지 부하는 학습 내용에 따른 학습 과제에 대한 성과를 발생시키기 위한 해결 과정에서의 발생할 수 있다.- This cognitive load may be a cognitive load resulting from the mental effort involved in learning to tackle a learner's problem in the process of integrating with the athlete's knowledge in order for the learner to understand new information. This cognitive load can occur in the solution process to generate performance for the learning task according to the learning contents.

결국, 내재적 인지부하는 학습 내용의 과제 복합성에 의해 발생하는 인지부하이며, 본유적 인지부하는 학습 내용에 대한 인지 과정에서 발생하는 인지부하이다. 그리고, 본 발명은 학습 영상을 학습하는 과정에서 발생하는 인지 부하에 따라 무의식 또는 의식적인 행동으로써의 동공 크기의 변화 및 생리 심리 반응을 분석함으로써, 학습 영상의 각 구간별 인지 부하의 발생 여부를 확인할 수 있다.Finally, the implicit cognitive load is the cognitive load caused by the complexity of the learning contents, and the cognitive load is the cognitive load that occurs in the cognitive process of the learning contents. The present invention analyzes the changes in the pupil size and the physiological psychological reaction as unconscious or conscious actions according to the cognitive load generated in the process of learning the learning image, thereby determining whether or not the cognitive load of each section of the learning image occurs .

또한, 본 발명은 선수 지식에 따라 분류한 상위 그룹 및 하위 그룹을 구분하여 인지 부하의 발생 여부를 확인함으로써, 단순히 학습자의 인지 부하를 측정하는 것이 아니라, 학습자의 선수 지식에 따라 나타나는 인지 부하의 정도 및 발생 구간을 보다 명확히 확인할 수 있다. 이를 기반으로 각 수준에 맞은 학습 계획을 체계적으로 제공할 수 있다.In addition, the present invention distinguishes the upper group and the lower group classified according to the athletic knowledge to check whether or not the cognitive load is generated, so that the cognitive load of the learner is not simply measured, but the degree of the cognitive load And the occurrence interval can be more clearly confirmed. Based on this, it is possible to systematically provide the learning plan for each level.

보다 구체적으로, 본 발명은 다음의 표 1을 기준으로 학습자로 하여금 학습 과정에서의 인지 부하가 발생했는지 여부를 파악할 수 있다.More specifically, the present invention allows the learner to know whether or not a cognitive load has occurred in the learning process based on the following Table 1.

1유형
(과제복합도 상/ 인지부하 상)
1 Type
(Task complexity / cognitive load)
2유형
(과제복합도 하/ 인지부하 상)
2 Types
(Task complexity / cognitive load)
인지부하 '상'Cognitive load '
3유형
(과제복합도 상/ 인지부하 하)
3 Types
(Task complexity / under cognitive load)
4유형
(과제복합도 하/ 인지부하 하)
4 Types
(Task complexity / cognitive load)
인지부하 '하'Cognitive load 'ha'
과제복잡도 '상'Challenge complexity 'award' 과제복잡도 '하'The task complexity 'ha'

본 발명은 표 1과 같이 인지부하가 발생하는 유형을 구분함으로써, 학습자의 구간별 인지부하 상태를 판단할 수 있다. 여기서, 1 유형 및 4 유형은 과제복합도 수준과 인지부하의 수준이 상응하나, 2유형의 경우는 불필요한 외재적 인지부하를 경험하고 있는 때 나타나는 유형이며, 3 유형은 학습에 제대로 몰두하고 있지 못하고 있을 때 나타나는 유형일 수 있다.The present invention can determine the perceived load state of each learner by classifying the type in which the cognitive load occurs as shown in Table 1. [ In this case, the type 1 and type 4 correspond to the level of the complexity of the task and the level of the cognitive load, while the type 2 is the type that appears when the user experiences unnecessary external cognitive load. It may be the type that appears when there is.

자세하게, 1 유형은 과제복합도가 상인 동시에 인지부하가 상으로 나타날 경우로 높은 수준의 과제복합도 구간에서 학습자가 해당 구간을 제대로 학습하고 있는 상태를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 학습 과정을 푸쉬하는 별도의 실시간 처방을 제공하지 않을 수 있다.In detail, the type 1 is a case where the task complexity is the same as the cognitive load, and the learner is learning the relevant section correctly at the high level task complexity interval. Accordingly, the present invention may not provide a separate real-time prescription for pushing the learning process.

4 유형은 과제복합도 하인 동시에 인지부하가 하로 나타나는 구간으로 다시 말해, 과제복합도가 낮은 구간에서 학습자의 인지부하가 낮은 것은 상태를 나타낼 수 있다. 이러한 상황은 학습 영상을 학습하는 학습자들에게 일반적으로 나타나는 상황임에 따라 학습 과정을 푸쉬하는 별도의 처방을 제공하지 않을 수 있다.4 type is the interval in which the cognitive load appears at the same time as the task complexity. In other words, the cognitive load of the learner may be low in the low complexity interval. This situation may not provide a separate prescription for pushing the learning process as it is a general situation for learners learning the learning image.

2 유형은 과제복합도 하(낮음)임에도 불구하고 학습자가 경험하는 인지부하가 높다는 것은 상태를 나타낼 수 있다. 이러한 상태는 학습자가 사전 지식 수준이 높은 학습자인 경우, 불필요한 학습을 진행함으로 인해 부가적인 외재적 인지부하가 발생하고 있는 상황임을 확인할 수 있다. 반대로, 학습자가 사전 지식 수준이 낮은 학습자인 경우, 사전 지식 수준이 높은 학습자와 같은 이유로 발생한 외재적 인지부하 이거나 또는 혹은 객관적으로는 과제복합도가 낮은 구간이라 할지라도 해당 학습자에게는 과제가 내재한 복합도가 낮지 않음을 의미할 수 있다.2 Although the type is a combination of tasks (low), a high level of cognitive load experienced by a learner may indicate a condition. In this situation, if the learner is a learner with a high level of prior knowledge, it can be confirmed that the additional external cognitive load is generated due to the unnecessary learning. On the other hand, even if the learner is a learner with a low knowledge level, the learner has the same external cognitive load as the learner with a high knowledge level, or objectively, the complexity of the task is low. It can mean that the temperature is not low.

따라서, 사전 지식 수준이 높은 학습자에게는 해당 학습 구간을 넘기고 학습할 수 있는 선택권을 부여하고, 사전 지식 수준이 낮은 학습자에게는 ① 해당 학습 구간을 넘기고 학습할 것인지, ② 보충 학습자료를 학습하고 해당 구간을 계속할 것인지 선택할 수 있게 한다.Therefore, the learner with a high level of prior knowledge is given the option to pass the corresponding learning section and learn, and to the learner with low knowledge level, ① to pass the learning section and learn ② to learn supplementary learning materials, You can choose whether to continue.

3 유형은 과제복합도가 높은 구간임에도 불구하고 인지부하가 낮은 상태를 나타낼 수 있으며, 학습자가 학습에 제대로 몰두하고 있지 않았을 때 나타나는 유형일 수 있다. 이는 해당 학습 구간의 과제복합도가 높아 학습자가 제대로 집중하기 어려웠거나, 또는 해당 구간의 내용이 이해하기 어려워서 제대로 된 학습이 일어나지 않았을 가능성이 있다.3 type can show low cognitive load even though the complexity of the task is high and it can be a type that appears when the learner is not immersed in learning. There is a possibility that the learners did not concentrate properly due to the high complexity of the learning section, or that the contents of the section were difficult to understand.

따라서, 이 경우에는 해당 구간 종료 후 선수지식 상ㆍ하 학습자 모두에게 보충 학습자료를 학습하고 다음 구간을 계속할 것인지를 선택할 수 있게 하여 필요시 보충학습 후 다음 과정으로 넘어갈 수 있도록 함으로써 학습이 원활히 이어질 수 있도록 한다. Therefore, in this case, after completion of the relevant section, it is possible to learn supplementary learning materials to all the learners of the athletic knowledge, and to continue the next section, so that if necessary, .

학습이 종료된 이후에 2유형과 3유형에 해당하는 동영상 구간의 개별 학습자별 동영상 학습 구간별 유형 정보는 온라인 학습 운영 튜터에게 자동으로 발송하여 개별 학습자에게 적합한 교수적 지원이 이루어질 수 있도록 한다.After the learning is completed, the type information of each video learning section of the video segment corresponding to the type 2 and the type 3 is automatically sent to the online learning operation tutor so that appropriate teaching support can be provided to the individual learner.

도 3은 일실시예에 따른 학습자의 사전 지식 및 학습자의 생리 심리 반응을 수집하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration for collecting prior knowledge of a learner and physiological psychological reaction of a learner according to an embodiment.

도 3의 (a)를 살펴보면, 인지 부하 판단 장치는 학습자의 사전 지식을 평가하기 위한 시험 문항을 제시할 수 있다. 자세하게, 인지 부하 판단 장치는 학습 영상의 학습 내용에 따른 과제를 해결하기 위해 학습자로부터 이미 형성된 자원으로의 선수 지식을 파악할 수 있다. 자세하게, 선수 지식은 동일한 맥락에서 학습자가 학습 내용과 관련하여 지니고 있는 스키마로 정의할 수 있으며, 학습 영상의 학습 내용에 대한 주제를 중심으로 형성된 것 일 수 있다. 즉, 사전 지식 수준은 학습자가 사전에 갖추고 있어야 할 출발점 행동으로, 학습자가 학습 내용의 구조나 특성을 이해하고 있음을 판단하기 위한 기준을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 3 (a), the cognitive load determination device can present test items for evaluating the learner's prior knowledge. In detail, the cognitive load determination device can grasp player knowledge from a learner to a resource that has already been formed in order to solve a task according to learning contents of the learning image. In detail, the athlete knowledge can be defined in the same context with the schema that the learner has in relation to the learning contents, and it can be formed around the subject of learning contents of the learning image. In other words, the prior knowledge level is a starting point behavior that the learner should have in advance and can be a criterion for judging that the learner understands the structure and characteristics of the learning contents.

일례로, 선수 지식은 학습 영상을 통해 수집된 학습 내용을 처리하는 과정에서 적용되는 것으로 학습 내용에 대응하여 학습자가 이미 알고 있는 내용의 정도, 또는 공부해서 배운 정도를 나타낼 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치는 학습자가 축척한 다양한 지식 중 학습하고자 하는 학습 영상의 학습 내용과 관련된 사전 지식을 파악할 수 있다.For example, the athlete knowledge is applied in the course of processing the learning contents collected through the learning image, and can indicate the degree of the contents already known by the learner in response to the learning contents, or the degree of learning by learning. Then, the cognitive load determination device can grasp the prior knowledge related to the learning contents of the learning image to be learned among the various knowledge accumulated by the learner.

이를 위해, 인지 부하 판단 장치는 학습자가 축적한 지식을 파악하기 위해 기출된 문제로 구성된 사전 테스트를 학습자에게 제공할 수 있다. 여기서, 사전 테스트로 기출된 문제는 각각의 문항에 따라 서로 다른 난이도를 형성되며, 각각의 난이도에 따라 상이한 배점이 설정될 수 있다. 이는 학습 영상을 진행하기에 앞서 진행되는 테스트로, 사전 테스트는 제1 학습 영상과 제2 학습 영상 각각의 학습 내용에 기초한 문항으로 구성될 수 있다. 일례로, 제1 학습 영상은 수학 중 '전칭명제/존재명제'에 관한 학습 구간을 포함하고, 제2 학습 영상은 수학 중 '양항명제'에 관한 학습 구성을 포함하며, 본 발명은 각 학습 구간별 8문항씩의 총 16개 문항으로 구성되는 사전 테스트를 학습자에게 제공할 수 있다.For this purpose, the cognitive load determination device can provide the learner with a pre-test composed of the problems that are solved to grasp the accumulated knowledge of the learner. Here, the problems that are generated by the pre-test are formed into different difficulty levels according to the respective items, and different points can be set according to the difficulty levels. This is a test to be conducted prior to proceeding with the learning image, and the pre-test may be composed of the items based on the learning contents of the first learning image and the second learning image, respectively. For example, the first learning image includes a learning section related to the " proposition / existence proposition " in mathematics, and the second learning image includes a learning configuration related to the " And a total of 16 questions, each of which consists of eight items.

인지 부하 판단 장치는 사전 테스트의 채점 결과(점수)에 기초하여 학습자의 사전 지식에 대한 수준을 평가할 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치는 평가한 학습자의 수준에 대응하여 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수 있다.The cognitive load determination device can evaluate the level of the learner's prior knowledge based on the scoring result (score) of the pre-test. Then, the cognitive load determination apparatus can classify the learner into an upper group or a lower group corresponding to the level of the learner evaluated.

일례로, 인지 부하 판단 장치는 사전 테스트의 총점을 100점으로 설정하였다고 가정할 때, 채점 결과가 50점 미만인 경우, 학습자를 하위 그룹으로 분류하고, 채점 결과가 50점 이상인 경우, 학습자를 상위 그룹으로 분류할 수 있다.For example, if the cognitive load determination device sets the total score of the pre-test to 100 points, if the score is less than 50 points, the learner is classified as a subgroup. If the score is 50 or more, .

도 3의 (b)를 살펴보면, 인지 부하 판단 장치는 사전 테스트가 완료되면, 사전 테스트와 관련된 영상에서 화면이 전환되면서, 제1 학습 영상을 재생할 수 있다. 제1 학습 영상은 학습자가 학습의 과정에서 경험하는 인지부하의 전반적 경향을 확인하기 위해 제공되는 영상으로, 제2 학습 영상보다 낮은 과제 복잡도의 구간으로 구성된 학습 내용일 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), when the pre-test is completed, the cognitive load determination apparatus can reproduce the first learning image while the screen is switched from the image related to the pre-test. The first learning image is an image provided for confirming the general tendency of the cognitive load experienced by the learner in the course of learning, and may include learning contents composed of sections of task complexity lower than the second learning image.

인지 부하 판단 장치는 제1 학습 영상을 학습하는 학습자의 동공 크기와 심박변이도를 수집할 수 있다. 여기서, 인지 부하 판단 장치는 사전 테스트를 통해 분류된 학습자의 집단을 고려하여 학습의 과정에서 변화하는 생리 심리 반응을 수집할 수 있다.The cognitive load determination device can collect the pupil size and heart beat variability of the learner learning the first learning image. Here, the cognitive load determination device can collect the physiological psychological reaction that changes during the course of learning in consideration of the group of learners classified through the pre-test.

도 3의 (c)를 살펴보면, 인지 부하 판단 장치는 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료되면, 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 학습자에게 제공할 수 있다. 인지 부하 판단 장치는 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 학습자의 동공 크기와 심박변이도를 포함하는 생리 심리 반응을 수집할 수 있다. Referring to FIG. 3C, when the learning of the first learning image is completed, the cognitive load determination apparatus can provide the second learning image with the difference between the first learning image and the task complexity to the learner. The cognitive load determination device can collect the physiological psychological reaction including the pupil size and heart beat variability of the learner with respect to the second learning image from the learner learning the second learning image.

여기서, 동공 크기는 조도나 시각적 이미지, 망막과의 거리와 관계없이 감각적, 정신적, 정서적 사건이 발생한 경우에 변화하는 것으로 동공 확대에는 교감 신경에 의해 반응하며, 동공 축소에는 부교감신경에 의해 반응할 수 있다. 이때, 동공 확대는 인간의 심리적 활동에서의 인지적 과정을 반영하는 것으로, 동공 크기가 확대되는 것은 인지적 과정 중 정신적 작업 부하(mental workload)가 발생한 것으로 파악할 수 있다.Here, the pupil size changes when sensory, mental, and emotional events occur regardless of illumination, visual image, or distance from the retina, responding by sympathetic nerves to pupil dilation, and parasympathetic response to pupil dilation have. At this time, pupil enlargement reflects the cognitive process in human psychological activity, and the enlargement of pupil size can be interpreted as a mental workload during the cognitive process.

본 발명은 동공크기를 기저반응 구간에서의 동공크기 대비 측정 시점에서 동공크기의 변화값으로 계산할 수 있다. 여기서, 동공 크기는 학습자가 경험하는 인지부하의 총량을 나타내는 지표로 사용되었으며, 이에 동공크기가 기저반응 시기에 비해 크게 증가할수록 인지부하가 증가한 것을 확인할 수 있다.The present invention can calculate the pupil size as a change in the pupil size at the time of measurement of the pupil size in the base reaction section. Here, the pupil size is used as an indicator of the total amount of cognitive load experienced by the learner, and it can be seen that the cognitive load increases as the pupil size is greatly increased as compared with the base reaction time.

그리고, 심박변이도(heart rate variability, HRV)는 변화하는 심장 박동 간의 변동을 측정한 것으로, 심장 박동의 변화는 심장이 자극(학습 영상)에 대해 빠르게 반응하고 적응하려는 인체의 생리적 적응 능력으로, 자율신경계의 변화 정도를 평가할 수 있는 요소일 수 있다. 해당 요소로는 교감 신경과 부교감 신경을 이용할 수 있으며, 교감 신경과 부교감 신경의 비율(LF/HF ratio)을 통해 학습자의 학습 환경에서의 각성 수준을 확인할 수 있다. 이때, LF(Low Frequency)는 교감신경에 의한 활성화 정도를 나타내며, 교감 신경은 학습자의 각성, 스트레스, 흥분 등에 의해 발생할 수 있다. HF(High Frequency)는 부교감신경에 의한 활성화 정도를 나타내며, 부교감신경은 학습자의 이완, 안정, 졸음 등에 의해 발생할 수 있다.Heart rate variability (HRV) is a measure of the variation in heart rate. The change in heart rate is the physiological adaptation ability of the human body that the heart responds quickly to stimulation (learning image) It can be an element that can evaluate the degree of change of the nervous system. The sympathetic and parasympathetic nerves can be used as the factors, and the level of awakening in the learner 's learning environment can be confirmed through the ratio of sympathetic to parasympathetic nerves (LF / HF ratio). At this time, LF (Low Frequency) indicates the degree of activation by the sympathetic nerve, and sympathetic nerve can be caused by the learner's arousal, stress and excitement. HF (High Frequency) indicates the degree of activation by parasympathetic nerve, and parasympathetic nerve can be caused by learner's relaxation, stability, drowsiness.

본 발명은 비율(LF/HF ratio)에 의한 지표 수치가 크면 교감신경이 부교감신경에 비해 활성화 되어있다고 파악할 수 있으며, 지표 수치에 따른 학습 상황에서의 각성 수준에 따른 지표 수치가 클수록 학습자가 학습 내용에 대해 보다 각성한 것으로 확인할 수 있다.In the present invention, if the index value by the ratio (LF / HF ratio) is large, it can be understood that the sympathetic nerve is activated compared to the parasympathetic nerve. The larger the index value according to the arousal level in the learning situation according to the index value, As shown in Fig.

따라서, 본 발명은 학습자의 학습 환경에서 변화하는 신체적인 특성 중, 동공 크기 및 심박변이도에 따른 생리 심리 반응을 활용함으로써, 보다 신뢰할 수 있는 학습자의 인지 부하에 대한 발생 여부를 파악할 수 있다. Accordingly, the present invention utilizes the physiological psychological reaction according to the pupil size and the heartbeat variation among the physical characteristics changing in the learning environment of the learner, so that it is possible to grasp the occurrence of the more reliable learner in the cognitive load.

도 4는 일실시예에 따른 사전 지식에 대한 수준 및 과제 복합성 간에 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining the correlation between the level of prior knowledge and complexity of the task according to an embodiment.

도 4를 참고하면, 인지 부하 판단 장치는 학습자의 인지 부하를 확인하기 위해, 학습 영상의 과제 복합도(complexity of learning tasks)와 교수적 지원(instructional help)을 고려해야 한다. 여기서, 과제 복합도와 교수적 지원은 학습자의 수행 능력에 관한 전문성(expertise), 즉 선수 지식 수준을 고려한 상태로 제공되어야 한다.Referring to FIG. 4, the cognitive load determination device should consider the complexity of learning tasks and instructional help of the learning image in order to check the learner's cognitive load. Here, complexity and pedagogical support should be provided considering the expertise of the learner's performance ability, ie, the level of the athlete's knowledge.

학습자는 학습 영상을 학습함에 있어, 과제의 어려움과 쉬움의 정도에 따라 학습자가 새로운 내용을 습득하는 과정에서의 인지 부하가 발생할 수 있다. 다시 말해, 학습 영상에 따른 과제의 쉬운 정도 또는 곤란도가 너무 어려울 경우, 학습자는 해당 과제를 해결하는데 필요한 학습 내용과 기존에 기억된 내용과의 상호 작용이 학습자의 작업기억 용량 수준을 넘어서게 되므로 학습이 제대로 일어나기 어려울 수 있다. 반대로, 학습 영상에 따른 과제의 쉬운 정도 또는 곤란도가 너무 쉬운 경우, 학습자는 해당 과제를 해결하는데 학습자의 작업기억 용량 수준에 비해 너무 낮은 내재적 인지부하를 발생시키므로 학습의 도전이 불가능할 수 있다.In learning the learning image, the learner may experience cognitive burden in the process of learning new contents according to the degree of difficulty and ease of the task. In other words, when the degree of difficulty or difficulty of the task according to the learning image is too difficult, the learner can not learn the contents of learning required for solving the task and the interaction with the memorized contents exceed the level of the learner's working memory capacity This can be difficult to happen properly. On the other hand, if the degree of difficulty or difficulty of the task according to the learning image is too easy, the learner may not be able to challenge the learning because it generates an imminent cognitive load that is too low compared to the learner's working memory capacity level in solving the task.

또한, 학습자의 전문성, 과제복합성(task complexity), 교수적 지원은 학습자가 과제에 대해 경험하는 과제난이도(task difficulty)에 영향을 미칠 수 있다. 여기서, 과제복합성은 학습자의 선수 지식 혹은 학습을 통해 배우는 모든 것을 포함한 개념으로, 학습 내용과 관련된 개념과 절차는 물론 학습의 구성 요소, 상호 작용하는 구성요소의 수와 연관성을 가질 수 있다.In addition, the learner's expertise, task complexity, and instructional support can affect the task difficulty experienced by the learner. Here, the task complexity is a concept that includes all things learned through learners' athletic knowledge or learning, and it can have a relation with learning components and interaction components as well as concepts and procedures related to learning contents.

보다 구체적으로, 과제복합성은 과제를 구성하는 요소 간 상호 연관성이 높다는 의미로 내재적 인지부하와 관련성이 높을 수 있다. 이에 본 발명은 학습 영상 내 이해해야 할 요소가 많거나 동시에 처리해야 할 정보가 많은 학습구간을 과제복합성이 높은 구간으로 규정하고, 규정된 기준에 따라 과제복합성이 높은 학습구간과 과제복합성이 낮은 학습구간을 구분하여 분석할 수 있다.More specifically, task complexity can be highly related to intrinsic cognitive load, meaning that the components of the task are highly correlated. Accordingly, the present invention defines a learning section having a large number of elements to be understood or a lot of information to be processed at the same time as a section having high complexity, and a learning section having a high complexity of tasks and a low complexity of tasks Can be analyzed separately.

상호 작용하는 구성 요소들은 작업기억 내 동시에 처리되어야 의미가 파악되는 각 구성 간 논리적 연관성을 지닐 수 있으며, 하나의 요소는 처리해야 하는 무엇을, 요소들(elements)은 스키마를 의미하게 된다. 상호작용하는 개별 요소들이 스키마로 구성되지 않은 상태에서는 높은 수준의 내용요소 상호작용성(element-interactivity)을 지닌 학습자료가 낮은 수준의 내용요소 상호작용성을 지닌 자료에 비해 더 많은 작업기억 자원을 필요로 할 수 있다.Interactive components can have a logical association between each construct, meaning that they need to be processed simultaneously in the working memory, and one element means a schema, with elements that need to be processed. In the absence of interrelated discrete elements constituted by schemas, learning materials with a high level of element-interactivity have more working memory resources than those with low level content element interactivity You may need it.

그리고, 학습 영상에서의 과제가 지닌 과제복합성은 학습 내용이 내재적 인지부하에 영향을 미치는 것이 아니라, 학습자의 선수지식(전문성) 수준에 영향을 미칠 수 있다. 다시 말해, 학습자에게 동일한 과제가 주어졌다 가정할 때, 전문성이 낮은 학습자(사전 지식이 낮은 학습자)에게는 내용 요소의 상호 작용성이 높아져 내재적 인지부하를 발생시킬 수 있는 반면, 전문성이 높은 학습자에게는 내재적 인지부하를 발생시키지 않을 수 있다.In addition, the task complexity of the task in the learning image may affect the level of the athlete 's athletic knowledge (expertise), not the intrinsic or load effect of the learning contents. In other words, assuming that the learner is given the same task, the learner with low expertise (learner with low knowledge) is able to generate the intrinsic cognitive load by increasing the interactivity of the content element, Cognitive load may not be generated.

결국, 과제복합성은 학습자의 사전 지식에 기초한 상호 작용 여부에 따라 해당 수준이 달라지기 때문에, 사전 지식이 낮은 학습자에게는 일련의 상호작용하는 많은 학습 요소들이 전문적인 학습자에게는 단일 요소로 취급될 수 있는 것이다.As a result, task complexity can be treated as a single factor for a professional learner because a series of interacting learning elements can be treated as a single element for a learner with low knowledge, because the level of the task complexity varies depending on the learner's prior knowledge .

도 5는 일실시예에 따른 학습자의 사전 지식에 기초한 학습자의 생리 심리 반응 중 동공 크기의 변화 추이를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a change in a pupil size during a learner's physiological psychological reaction based on a learner's prior knowledge according to an embodiment.

도 5를 살펴보면, 인지 부하 판단 장치는 학습 과정에서 변화하는 학습자의 인지부하에 대한 경향성을 확인하기 위해 선수지식에 따른 상위 그룹과 하위 그룹에 속하는 학습자들의 동공 크기의 평균선을 이용해 그래프 및 이를 통한 각성 정도를 확인할 수 있다. 이를 위해, 인지 부하 판단 장치는 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자의 선수 지식 수준에 따라 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치는 분류된 그룹 별로 학습 과정에서 변화한 학습자의 동공 크기 변화를 도 5의 (a)와 같은 그래프를 통해 표시할 수 있다.5, the cognitive load determination device uses a mean line of the pupil size of a learner belonging to a higher-order group and a lower-order group according to a player's knowledge to check the tendency of the learner's cognitive load that changes in the learning process, Can be confirmed. To this end, the cognitive load determination device may classify the learner into an upper group or a lower group according to the learner's level of the athlete's knowledge, before learning the learning image. The cognitive load determination apparatus can display the pupil size change of the learner changed in the learning process for each classified group through the graph as shown in FIG. 5 (a).

도 5의 (a)와 같은 그래프는 제1 학습 영상과 제2 학습 영상 간에 구분하는 학습 구간이 중앙의 진한 점선으로 구분될 수 있다. 점선을 기준(Time Index)으로 좌측에 표시된 그래프는 제1 학습 영상이 재생된 구간에서의 학습자의 동공 크기의 변화를 나타낸 것이다. 그리고, 점섬을 기준으로 우측에 표시된 그래프는 제2 학습 영상이 재생된 구간에서의 학습자의 동공 크기의 변화를 나타낸 것이다.In the graph of FIG. 5 (a), a learning segment to be distinguished between the first learning image and the second learning image may be divided into a central dotted line. The graph on the left side of the dotted line (Time Index) shows the pupil size change of the learner in the section in which the first learning image is reproduced. The graph shown on the right side with respect to the point island shows a change in pupil size of the learner in the section in which the second learning image is reproduced.

여기서, 제1 학습 영상의 학습 구간의 후반 영역과 제2 학습 영상의 학습 구간의 후반 영역에 표시된 점선은 제1 학습 영상의 총 재생 시간과 제2 학습 영상의 총 재생 시간을 각각 표시한 것이다. 점선으로 각각 표시된 시점 이후에는 제1 학습영상 및 제2 학습영상이 모두 재생된 이후의 시간으로 기존에 설정된 재생시간을 넘어서 추가적으로 학습한 학습자들에게서 나타난 데이터(동공 크기)를 표시한 것이다.The dotted line indicated in the second half region of the learning section of the first learning image and the second half region of the learning section of the second learning image indicates the total reproduction time of the first learning image and the total reproduction time of the second learning image, respectively. After the point indicated by the dotted line, the data (pupil size) appearing from learners who have learned additional learning beyond the previously set play time is displayed after the first learning image and the second learning image are all reproduced.

본 발명은 학습자의 사전 지식 및 과제 복잡도에 따라 변화하는 동공 크기를 보다 직관적으로 확인하기 위해 원 평균선을 스무딩(smoothing)하여 중앙에 한번 더 표시하였다.In order to more intuitively identify the pupil size which changes according to the learners' prior knowledge and task complexity, the present invention smoothed the circle mean and displayed once more in the center.

도 5의 그래프에 따른 동공 크기는 상위 그룹 및 하위 그룹 간에 폭 차이가 확연하게 표현되지는 않았으나, 평균선의 높이는 선수 지식이 상위 그룹에 속하는 학습자들이 보다 낮게 표현된 것을 확인할 수 있다. 자세하게, 동일한 과제 복잡도를 갖는 학습 영상에 대하여 사전 지식이 낮은 학습자는 학습 영상을 이해해야 할 요소가 많으며 동시에 처리해야 할 정보가 증가함에 따라, 학습자의 심리 변화의 하나로 동공 크기가 확대될 수 있다. 반면, 동일한 과제 복잡도를 갖는 학습 영상에 대하여 사전 지식이 높은 학습자는 사전 지식이 낮은 학습자에 비해 이해해야 하는 요소 및 처리해야 하는 정보가 상대적으로 감소하기 때문에 동공 크기가 축소될 수 있다. The pupil size according to the graph of FIG. 5 is not clearly expressed in the width difference between the upper group and the lower group, but the height of the average line can confirm that the player knowledge is expressed lower than the learner belonging to the upper group. In detail, the learner who has low knowledge about the learning image with the same task complexity has many factors to understand the learning image. As the information to be processed simultaneously increases, the pupil size can be expanded as one of the learner 's psychological changes. On the other hand, the pupil size can be reduced because the learner with high knowledge about the learning image having the same task complexity has a relatively lower factor to understand and information to process than the learner with low prior knowledge.

결국, 사전 지식이 높은 학습자로 구성된 상위 그룹은 사전 지식이 낮은 학습자로 구성된 하위 그룹에서 측정된 동공 크기의 평균선보다 낮은 평균선을 갖는 그래프를 형성할 수 있으며, 이는 제1 학습 영상보다 높은 과제 복잡도를 갖는 제2 학습 영상이 재생되는 구간에서 좀 더 명확하게 표현되고 있다. 여기서, 하위 그룹은 제1 학습 영상이 재생되는 구간에서는 전반적인 학습 과정에 걸쳐 동공 크기의 변동 폭이 작은 평균선으로 나타났으며, 제2 학습 영상이 재생되는 구간에서는 거의 직선에 가까운 평균선으로 나타났다.As a result, a high-level group of high-learner learners can form a graph with a mean line lower than the mean line of pupil size measured in a subgroup of low-learner learners, Is reproduced more clearly in the period in which the second learning image is reproduced. Here, in the subgroup, in the section where the first learning image is reproduced, the fluctuation width of the pupil size is shown as a small average line over the entire learning process, and in the section where the second learning image is reproduced, the average line is almost linear.

인지 부하 판단 장치는 과제복합성이 낮았던 제1 학습 영상의 학습 구간과 과제복합성이 높았던 제2 학습 영상의 학습 구간에서의 선수 지식에 따른 상위 그룹과 하위 그룹 간의 동공 크기에 대한 차이를 판단할 수 있다. 이를 위해, 인지 부하 판단 장치는 위에서 상술한 제1 학습 영상의 학습 구간과 및 제2 학습 영상의 학습 구간에서의 동공 크기를 상위 그룹 및 하위 그룹별로 평균을 계산할 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치는 평균으로 계산된 상위그룹과 하위그룹 간의 동공 크기의 차이를 확인할 수 있다.The cognitive load determination apparatus can determine the difference between the pupil sizes of the upper and lower groups according to the player's knowledge in the learning interval of the first learning image and the learning interval of the second learning image in which the complexity of the task is high . To this end, the cognitive load determination apparatus may calculate an average of the pupil sizes in the learning period of the first learning image and the pupil sizes in the learning period of the second learning image, for each of the upper and lower groups. Then, the cognitive load determination apparatus can confirm the difference in pupil size between the upper group and the lower group calculated by the average.

본 발명에서는 과제복합성이 낮은 학습 구간을 포함하는 제1 학습 영상 (전칭/존재명제)과 과제복합성이 높은 학습 구간을 포함하는 제2 학습 영상 (양항명제)에서 선수지식 수준에 따른 동공크기 차이를 보다 직관적으로 확인하기 위한 도 5의 (b)의 평균 비교 그래프를 나타내었다.In the present invention, the pupil size difference according to the athlete's knowledge level in the second learning image (the propositional proposal) including the first learning image including the learning section with low complexity (full-name / existence proposition) The average comparison graph of FIG. 5 (b) is shown for more intuitive confirmation.

제1 학습 영상 및 제2 학습 영상의 각 구간에서의 동공 크기의 평균은 선수 지식이 상위 그룹이 선수 지식이 하위 그룹에 비해 작았으며, 제2 학습 영상의 학습 구간에서 상위 그룹과 하위 그룹 간의 동공 크기의 차이가 크게 벌어진 것을 확인할 수 있다.The average of the pupil sizes in each section of the first learning image and the second learning image is smaller than that of the lower group in the upper group and the pupil knowledge in the upper learning group in the learning period of the second learning image, It can be confirmed that the difference in size is largely widened.

따라서, 사전 지식이 높은 상위 그룹에 속하는 학습자의 경우, 과제 복잡도가 높아지더라도, 하위 그룹에 속하는 학습자보다 좀 더 안정적으로 학습 영상을 학습할 수 있다.Therefore, in the case of a learner belonging to a higher-level group having a higher prior knowledge, the learning image can be learned more stably than the learner belonging to the lower group even if the task complexity increases.

도 6은 일실시예에 따른 학습자의 사전 지식에 기초한 학습자의 생리 심리 반응 중 심박변이도의 변화 추이를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a change in heart beat variability during a learner's physiological psychological reaction based on a learner's prior knowledge according to an embodiment.

도 6을 살펴보면, 인지 부하 판단 장치는 학습 과정에서 변화하는 학습자의 인지부하에 대한 경향성을 확인하기 위해 선수지식에 따른 상위 그룹과 하위 그룹에 속하는 학습자들의 심박변이도의 평균선을 이용해 그래프 및 이를 통한 각성 정도를 확인할 수 있다. 이를 위해, 인지 부하 판단 장치는 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자의 선수 지식 수준에 따라 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치는 분류된 그룹 별로 학습 과정에서 변화한 학습자의 심박변이도의 변화를 도 6의 (a)와 같은 그래프를 통해 표시할 수 있다.6, the cognitive load determination apparatus determines a tendency of a cognitive load of a learner who changes in a learning process by using a mean line of heartbeat variation of a learner belonging to a higher group and a lower group according to a player's knowledge, Can be confirmed. To this end, the cognitive load determination device may classify the learner into an upper group or a lower group according to the learner's level of the athlete's knowledge, before learning the learning image. The cognitive load determination apparatus can display the change in the heartbeat variation of the learner changed in the learning process for each classified group through the graph as shown in FIG. 6 (a).

인지 부하 판단 장치는 학습 과정에서 나타나는 심박변이도 즉, 교감신경과 부교감신경의 비율 변화를 이용하여 도 6의 (a)와 같이 선수지식에 따른 상위 그룹 및 하위 그룹 각각에 대한 평균선을 표시한 것이다. 본 그래프를 살펴보면, 선수 지식에 따른 상위 그룹은 하위 그룹에 비해 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상에 걸쳐 교감 신경과 부교감신경의 비율을 높게 유지되고 있는 것을 확인할 수 있다.The cognitive load determination device displays a mean line for each of the upper group and the lower group according to the player's knowledge as shown in FIG. 6 (a), using the heartbeat variation in the learning process, that is, the change in the ratio of the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve. As shown in the graph, it can be seen that the ratio of the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve is kept high in the upper group according to the player knowledge over the first learning image and the second learning image, as compared with the lower group.

다시 말해, 상위 그룹에 속하는 학습자는 제1 학습 영상(전칭/존재명제)의 초반에 교감신경과 부교감신경의 비율이 꾸준히 상승하다가 하강하는 양상을 보이는 반면, 하위 그룹에 속하는 학습자는 교감신경과 부교감신경의 비율이 완만한 상승을 양상을 유지하고 있다. 자세하게, 과제 복합성이 낮았던 제1 학습 영상의 학습 구간에 있어, 학습자들이 이미 알고 있는 내용으로 시간이 경과함에 따라 하위 그룹은 완만한 형태를 보이며 꾸준히 낮은 수치를 유지하였다. 반면, 상위 그룹은 학습 초반에 심박변이도가 상승하다가 중반 이후 급격하게 하강하는 모습을 보였으며, 과제복합성이 높은 구간에서 꾸준히 높은 수치를 나타내고 있다.In other words, the learner who belongs to the higher group has a tendency of descending while the ratio of the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve is steadily rising at the beginning of the first learning image (the proposition / presence proposition), while the learner belonging to the lower group, The ratio of neurons has maintained a moderate rise pattern. In detail, in the learning section of the first learning image, which was low in task complexity, the subgroups showed a gentle shape and maintained a low level with time as the learners already knew. On the other hand, the upper group showed a rapid increase in heart rate variability at the beginning of the study and a sharp decrease after the middle level.

이때, 상위 그룹에 속하는 학습자와 하위 그룹에 속하는 학습자는 제2 학습 영상에서 심박변이도에 따른 수치의 크기에서 차이가 보인다. 상위 그룹에 속하는 학습자는 학습 영상이 진행되면서 학습 내용에 대한 이해가 원활하게 이루어짐에 따라 심박변이도가 크게 감소하면서, 안정적인 상태를 유지할 수 있다. 반대로, 하위 그룹에 속하는 학습자는 학습 영상이 진행이 되면서, 학습 내용에 대한 이해가 점점 더 힘들어짐에 따라 심박변이도가 원만하면서도 높은 비율을 나타내고 있다.At this time, the learner belonging to the upper group and the learner belonging to the lower group differ in the magnitude of the value according to the heartbeat variation in the second learning image. The learner who belongs to the upper group can maintain a stable state as the learning image is progressed and the understanding of the learning contents is smoothly performed, thereby greatly reducing the heartbeat variation. On the contrary, the learners belonging to the subgroups showed a high rate of heart beat variability as the learning image progressed and the understanding of the learning contents became increasingly difficult.

본 발명에서는 선수지식 수준에 따른 두 그룹 간의 교감신경과 부교감신경의 비율 변화를 보다 직관적으로 확인하기 위해 도 6의 (b)와 같이 그래프를 나타내었다. In the present invention, a graph is shown in FIG. 6 (b) to more intuitively confirm the change in the ratio of the sympathetic nerve and the parasympathetic nerve between the two groups according to the athlete knowledge level.

본 그래프를 살펴보면, 본 발명에서는 과제복합성이 낮은 학습 구간을 포함하는 제1 학습 영상 (전칭/존재명제)과 과제복합성이 높은 학습 구간을 포함하는 제2 학습 영상 (양항명제)에서 선수지식 수준에 따른 동공크기 차이를 보다 직관적으로 확인하기 위한 도 5의 (b)의 평균 비교 그래프를 나타내었다.According to the present invention, in the present invention, a first learning image (a proposition / existence proposition) including a learning section with a low complexity and a second learning image (a proposal with two sections) FIG. 5B shows an average comparison graph for more intuitively confirming the pupil size difference.

제1 학습 영상 및 제2 학습 영상의 모든 구간에서 심박변이도는 선수 지식이 높은 상위 그룹이 선수 지식이 낮은 하위 그룹에 비해 높은 교감 신경과 부교감신경의 비율을 나타내었으며, 제2 학습 영상의 학습 구간에서 그룹 간 교감신경과 부교감신경의 비율 차이가 크게 벌어진 것을 확인할 수 있다.The heart rate variability in all the sections of the first learning image and the second learning image showed a higher ratio of sympathetic and parasympathetic nerves than that of the lower group having higher player knowledge, The ratio between the sympathetic nerves and parasympathetic nerves in the group increased significantly.

도 7은 일실시예에 따른 인지 부하 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart for explaining a cognitive load determination method according to an embodiment.

단계(701)에서 인지 부하 판단 장치는 학습자의 선수 지식에 기초한 제1 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집할 수 있다. 이때, 인지 부하 판단 장치는 제1 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자가 학습할 예정인 학습 내용으로 구성된 사전 테스트를 통해 학습자의 선수 지식 수준에 파악하고, 상기 선수 지식 수준에 대응하여 상기 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류할 수 있다.In step 701, the perceptual load determination device may collect physiological psychological responses to the first learning image from the learner who learns the first learning image based on the athlete knowledge of the learner. At this time, prior to learning the first learning image, the cognitive load determination device grasps the player's knowledge level of the learner through a pre-test composed of learning contents scheduled to be learned by the learner, It can be classified into groups or subgroups.

단계(702)에서 인지 부하 판단 장치는 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료된 경우. 상기 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 상기 학습자에게 제공할 수 있다.In step 702, when the learning of the first learning image is completed, It is possible to provide the learner with the second learning image in which the difference between the first learning image and the task complexity exists.

단계(703)에서 인지 부하 판단 장치는 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집할 수 있다.In step 703, the perceptual load determination device may collect the physiological psychological reaction for the second learning image from the learner learning the second learning image.

단계(704)에서 인지 부하 판단 장치는 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하는 과정에서 수집한 상기 생리 심리 반응을 분석할 수 있다. 여기서, 생리 심리 데이터는, 상기 학습자의 눈의 변화를 나타내는 동공 크기 및 심장 박동에 의한 변화를 나타내는 심박변이도를 포함할 수 있다. 그리고, 인지 부하 판단 장치는 동공 크기 및 심박변이도 각각에 대응하는 평균값을 생성하여 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 구성하는 학습 구간별 학습자의 생리 심리 반응을 분석할 수 있다.In step 704, the perceptual load determination device may analyze the physiological response collected during the process of learning the first learning image and the second learning image according to the player knowledge and complexity of the task. Here, the physiological psychological data may include a pupil size representing a change of the eye of the learner and a heartbeat variation representing a change due to a heartbeat. Then, the cognitive load determination apparatus generates an average value corresponding to each of the pupil size and the heartbeat variation, and analyzes the physiological psychological reaction of the learner according to the learning section constituting the first learning image and the second learning image.

단계(705)에서 인지 부하 판단 장치는 분석한 생리 심리 반응에 따른 학습 구간별 상기 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다. 인지 부하 판단 장치는 분석한 학습자의 상기 생리 심리 반응에 따른 상위 그룹 또는 하위 그룹 중 학습자가 속한 그룹의 사전 지식 수준을 기준으로 상기 학습자의 인지 부하를 판단할 수 있다.In step 705, the cognitive load determination device can determine the cognitive load of the learner according to the analyzed physiological response. The cognitive load determination device can determine the cognitive load of the learner based on the prior knowledge level of the group to which the learner belongs among the upper group or the lower group according to the physiological response of the analyzed learner.

본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체)에 기록된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.Implementations of the various techniques described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or in computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. Implementations may be implemented in a computer program product, such as an information carrier, e.g., a machine readable storage device, such as a computer readable storage medium, for example, for processing by a data processing apparatus, May be embodied as a computer program recorded on a device (computer readable medium). A computer program, such as the computer program (s) described above, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and may be stored as a stand-alone program or in a module, component, subroutine, As other units suitable for use in the present invention. A computer program may be deployed to be processed on one computer or multiple computers at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communications network.

컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.Processors suitable for processing a computer program include, by way of example, both general purpose and special purpose microprocessors, and any one or more processors of any kind of digital computer. Generally, a processor will receive instructions and data from a read-only memory or a random access memory or both. The elements of a computer may include at least one processor for executing instructions and one or more memory devices for storing instructions and data. Generally, a computer may include one or more mass storage devices for storing data, such as magnetic, magneto-optical disks, or optical disks, or may receive data from them, transmit data to them, . ≪ / RTI > Information carriers suitable for embodying computer program instructions and data include, for example, semiconductor memory devices, for example, magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, compact disk read only memory A magneto-optical medium such as a floppy disk, an optical disk such as a DVD (Digital Video Disk), a ROM (Read Only Memory), a RAM , Random Access Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and the like. The processor and memory may be supplemented or included by special purpose logic circuitry.

또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.In addition, the computer-readable medium can be any available media that can be accessed by a computer, and can include both computer storage media and transmission media.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.While the specification contains a number of specific implementation details, it should be understood that they are not to be construed as limitations on the scope of any invention or claim, but rather on the description of features that may be specific to a particular embodiment of a particular invention Should be understood. Certain features described herein in the context of separate embodiments may be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features described in the context of a single embodiment may also be implemented in multiple embodiments, either individually or in any suitable subcombination. Further, although the features may operate in a particular combination and may be initially described as so claimed, one or more features from the claimed combination may in some cases be excluded from the combination, Or a variant of a subcombination.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.Likewise, although the operations are depicted in the drawings in a particular order, it should be understood that such operations must be performed in that particular order or sequential order shown to achieve the desired result, or that all illustrated operations should be performed. In certain cases, multitasking and parallel processing may be advantageous. Also, the separation of the various device components of the above-described embodiments should not be understood as requiring such separation in all embodiments, and the described program components and devices will generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products It should be understood.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

101: 인지 부하 판단 장치
102: 학습자
103: 학습 영상
101: Cognitive load determination device
102: Learners
103: Learning video

Claims (10)

학습자의 선수 지식에 기초한 제1 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 단계;
상기 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료된 경우. 상기 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 상기 학습자에게 제공하는 단계;
상기 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 단계;
상기 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하는 과정에서 수집한 상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계; 및
상기 분석한 생리 심리 반응에 따른 학습 구간별 상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 단계
를 포함하는 인지 부하 판단 방법.
Collecting a physiological psychological reaction for a first learning image from a learner learning a first learning image based on player knowledge of the learner;
And the learning of the first learning image is completed. Providing a second learning image having a difference in the complexity of the first learning image and the second learning image to the learner;
Collecting a physiological psychological reaction for a second learning image from a learner learning the second learning image;
Analyzing the physiological psychological reaction collected in the process of learning the first learning image and the second learning image according to the player knowledge and complexity of the task; And
Determining a cognitive load of the learner according to a learning interval according to the analyzed physiological response;
And determining a cognitive load.
제1항에 있어서,
상기 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 단계는,
상기 제1 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자가 학습할 예정인 학습 내용으로 구성된 사전 테스트를 통해 학습자의 선수 지식 수준에 파악하는 단계; 및
상기 선수 지식 수준에 대응하여 상기 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류하는 단계
를 포함하는 인지 부하 판단 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the collecting of the physiological psychological reaction for the first learning image comprises:
A step of grasping the player's knowledge level of a learner through a pre-test composed of learning contents to be learned by the learner before learning the first learning image; And
Classifying the learner into an upper group or a lower group corresponding to the athlete knowledge level
And determining a cognitive load.
제1항에 있어서,
상기 생리 심리 데이터는,
상기 학습자의 눈의 변화를 나타내는 동공 크기 및 심장 박동에 의한 변화를 나타내는 심박변이도를 포함하고,
상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계는,
상기 동공 크기 및 심박변이도 각각에 대응하는 평균값을 생성하여 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 구성하는 학습 구간별 학습자의 생리 심리 반응을 분석하는 인지 부하 판단 방법.
The method according to claim 1,
The physiological psychological data includes:
A heartbeat variation indicating a change in pupil size and a heartbeat indicating a change in the eye of the learner,
The step of analyzing the physiological response comprises:
And generating a mean value corresponding to each of the pupil size and the heartbeat variation to analyze the physiological psychological reaction of the learner according to the learning section constituting the first learning image and the second learning image.
제3항에 있어서,
상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계는,
상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상이 진행되는 시점에 따라 변화하는 과제 복합성을 고려하여 학습 구간별 학습자의 동공 크기 및 심박 변이도에 따른 학습자의 생리 심리 반응을 분석하는 인지 부하 판단 방법.
The method of claim 3,
The step of analyzing the physiological response comprises:
A cognitive load judgment method for analyzing a physiological psychological reaction of a learner according to a pupil size and a heart beat variability of a learner according to a learning section considering a complexity of a task that changes depending on a time point at which the first learning image and a second learning image are progressed.
제2항에 있어서,
상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 단계는,
상기 분석한 학습자의 상기 생리 심리 반응에 따른 상위 그룹 또는 하위 그룹 중 학습자가 속한 그룹의 사전 지식 수준을 기준으로 상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 인지 부하 판단 방법.
3. The method of claim 2,
The step of determining the cognitive load of the learner includes:
Wherein the perceived load of the learner is determined based on a prior knowledge level of a group to which the learner belongs among the upper group or the lower group according to the analyzed physiological response of the learner.
학습자의 선수 지식에 기초한 제1 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제1 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 제1 수집부;
상기 제1 학습 영상에 대한 학습이 완료된 경우. 상기 제1 학습 영상과 과제 복합성에서의 차이가 존재하는 제2 학습 영상을 상기 학습자에게 제공하는 제공부;
상기 제2 학습 영상을 학습하는 학습자로부터 제2 학습 영상에 대한 생리 심리 반응을 수집하는 제2 수집부;
상기 선수 지식 및 과제 복합성에 따라 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 학습하는 과정에서 수집한 생리 심리 반응을 분석하는 분석부; 및
상기 분석한 생리 심리 반응에 따른 학습 구간별 상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 판단부
를 포함하는 인지 부하 판단 장치.
A first collecting unit for collecting a physiological psychological reaction for a first learning image from a learner learning a first learning image based on player knowledge of the learner;
And the learning of the first learning image is completed. A providing unit for providing the learner with a second learning image in which there is a difference in the complexity between the first learning image and the task;
A second collecting unit for collecting a physiological psychological reaction for a second learning image from a learner learning the second learning image;
An analyzer for analyzing a physiological psychological reaction collected in the process of learning the first learning image and the second learning image according to the athletic knowledge and the complexity of the task; And
A determination unit for determining a cognitive load of the learner for each learning interval according to the analyzed physiological response,
And the cognitive load determination device.
제6항에 있어서,
상기 제1 수집부는,
상기 제1 학습 영상을 학습하기 이전에, 학습자가 학습할 예정인 학습 내용으로 구성된 사전 테스트를 통해 학습자의 선수 지식 수준에 파악하고, 상기 선수 지식 수준에 대응하여 상기 학습자를 상위 그룹 또는 하위 그룹으로 분류하는 인지 부하 판단 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the first collecting unit comprises:
Prior to learning the first learning image, grasps the player's knowledge level of the learner through a pre-test composed of learning contents to be learned by the learner and classifies the learner into a higher group or a lower group corresponding to the player knowledge level The cognitive load determining device.
제6항에 있어서,
상기 생리 심리 데이터는,
상기 학습자의 눈의 변화를 나타내는 동공 크기 및 심장 박동에 의한 변화를 나타내는 심박변이도를 포함하고,
상기 생리 심리 반응을 분석하는 단계는,
상기 동공 크기 및 심박변이도 각각에 대응하는 평균값을 생성하여 상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상을 구성하는 학습 구간별 학습자의 생리 심리 반응을 분석하는 인지 부하 판단 장치.
The method according to claim 6,
The physiological psychological data includes:
A heartbeat variation indicating a change in pupil size and a heartbeat indicating a change in the eye of the learner,
The step of analyzing the physiological response comprises:
And generates a mean value corresponding to each of the pupil size and the heartbeat variation to analyze the physiological psychological reaction of the learner according to the learning section constituting the first learning image and the second learning image.
제8항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 제1 학습 영상 및 제2 학습 영상이 진행되는 시점에 따라 변화하는 과제 복합성을 고려하여 학습 구간별 학습자의 동공 크기 및 심박 변이도에 따른 학습자의 생리 심리 반응을 분석하는 인지 부하 판단 장치.
9. The method of claim 8,
The analyzing unit,
A cognitive load determining device for analyzing a physiological psychological reaction of a learner according to a pupil size and a heart beat variance of a learner according to a learning section in consideration of a complexity of a task that changes according to a time point at which the first learning image and the second learning image are progressed.
제6항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 분석한 학습자의 상기 생리 심리 반응에 따른 상위 그룹 또는 하위 그룹 중 학습자가 속한 그룹의 사전 지식 수준을 기준으로 상기 학습자의 인지 부하를 판단하는 인지 부하 판단 장치.
The method according to claim 6,
Wherein,
Wherein the cognitive load determination unit determines the cognitive load of the learner based on a prior knowledge level of a group to which the learner belongs among the upper group or the lower group according to the physiological response of the analyzed learner.
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