KR20200137655A - Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment - Google Patents

Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment Download PDF

Info

Publication number
KR20200137655A
KR20200137655A KR1020190064374A KR20190064374A KR20200137655A KR 20200137655 A KR20200137655 A KR 20200137655A KR 1020190064374 A KR1020190064374 A KR 1020190064374A KR 20190064374 A KR20190064374 A KR 20190064374A KR 20200137655 A KR20200137655 A KR 20200137655A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
learning
prediction model
outcome prediction
data
learner
Prior art date
Application number
KR1020190064374A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102258370B1 (en
Inventor
조일현
김다솜
Original Assignee
이화여자대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이화여자대학교 산학협력단 filed Critical 이화여자대학교 산학협력단
Priority to KR1020190064374A priority Critical patent/KR102258370B1/en
Publication of KR20200137655A publication Critical patent/KR20200137655A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102258370B1 publication Critical patent/KR102258370B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • G06Q50/20Education
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/18Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/013Eye tracking input arrangements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0481Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] based on specific properties of the displayed interaction object or a metaphor-based environment, e.g. interaction with desktop elements like windows or icons, or assisted by a cursor's changing behaviour or appearance
    • G06F3/04812Interaction techniques based on cursor appearance or behaviour, e.g. being affected by the presence of displayed objects
    • G06N5/003
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N5/00Computing arrangements using knowledge-based models
    • G06N5/01Dynamic search techniques; Heuristics; Dynamic trees; Branch-and-bound
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N5/00Computing arrangements using knowledge-based models
    • G06N5/04Inference or reasoning models

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Electrically Operated Instructional Devices (AREA)

Abstract

Disclosed are a method for deriving a learning outcome prediction model through perceived affordance in a video-based learning environment, and an apparatus thereof. According to the present invention, a method for driving a learning output prediction model may comprise the steps of: collecting behavioral data and physiological and psychological data of a learner generated in the learning process for learning content; determining variables for the behavioral data and physiological and psychological data of the learner collected in the learning process through preprocessing of the collected behavioral data and physiological and psychological data of the learner; and deriving learning outcome prediction models for the entire group and detailed groups of the entire group based on the determined variables for the behavioral data and physiological and psychological data of the learner.

Description

동영상 기반 학습 환경에서 지각된 어포던스를 통한 학습 성과 예측 모형 도출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF PREDICTION MODEL FOR LEARNING OUTCOMES WITH PERCEIVED AFFORDANCES IN VIDEO-BASED LEARNING ENVIRONMENT}A method and apparatus for deriving a model for predicting learning outcomes through perceived affordance in a video-based learning environment {METHOD AND APPARATUS OF PREDICTION MODEL FOR LEARNING OUTCOMES WITH PERCEIVED AFFORDANCES IN VIDEO-BASED LEARNING ENVIRONMENT}

본 발명은 학습성과 예측모형 도출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 본 발명은 동영상 학습 환경에서 발생하는 학습자-매체 간의 상호작용을 보다 객관적으로 나타낼 수 있는 행동지표인 어포던스(Affordance)를 이용하여 학습자의 학습 성과를 예측하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for deriving a learning outcome prediction model, and more specifically, the present invention uses Affordance, a behavioral index that can more objectively represent the interaction between learners and media occurring in a video learning environment. It relates to the technology that predicts learners' learning outcomes.

정보통신기술(Information and Communication Technology: ICT)의 발달은 이러닝(e-Learning), 온라인 학습(online learning) 및 웹 기반 학습(web-based learning)등 다양한 디지털 기반 학습의 성장을 가져왔다. 최근에는 MOOC(Massive Open Online Courses), 칸 아카데미(Khan Academy), TED 및 유튜브(YouTube) 등과 같은 새로운 동영상 기반 학습 환경의 등장으로 더욱 빠르게 확산되고 있다. 이에 따라 국내외에서는 동영상 기반 학습에 대한 깊이 있는 이해와 함께 보다 개선된 교수-학습 설계를 제시하기 위한 시도가 증가하고 있다. The development of Information and Communication Technology (ICT) has led to the growth of various digital-based learning such as e-Learning, online learning, and web-based learning. Recently, it is spreading more rapidly with the advent of new video-based learning environments such as Massive Open Online Courses (MOOC), Khan Academy, TED and YouTube. Accordingly, there are increasing attempts at home and abroad to propose more improved teaching-learning designs with a deeper understanding of video-based learning.

동영상 기반 학습 환경에서 학습자가 경험하는 학습은 학습자와 교수자가 분리되어 있다는 점에서 전통적인 면대면 학습 환경에서의 학습과는 차이가 있다. 동영상 기반 학습 환경에서는 일방향적인 학습 내용 전달로 수동적인 학습이 이루어지며, 교수자와 학습자 간 실시간 상호작용을 통한 적시적인 교수적 처치를 제공하기 어렵다는 단점이 있다.The learning experienced by learners in a video-based learning environment is different from learning in a traditional face-to-face learning environment in that learners and instructors are separated. In a video-based learning environment, passive learning is achieved through one-way learning content delivery, and it is difficult to provide timely instructional treatment through real-time interaction between instructor and learner.

동영상 기반 학습은 학습이 이루어지는 공간, 시간 뿐만 아니라 일련의 학습 과정이 학습자의 학습 의지에 따라 좌우된다는 점에서 학습자의 자기조절능력이 강조된다. 동영상 학습 환경에서 성공적인 학습을 위해서는 학습자가 능동적이고 자기주도적으로 학습할 수 있도록 촉진하는 것이 중요하다. 이에 따라, 동영상 기반 학습 환경에서 효과적인 학습을 수행하기 위해서는 면대면 학습 환경에서와는 다른 교수-학습적 전략 및 모형이 적용되어야 함이 밝혀지고 있다.In video-based learning, learners' self-regulation ability is emphasized in that not only the space and time in which learning takes place, but also a series of learning processes depend on the learner's learning will. For successful learning in a video learning environment, it is important to promote learners to actively and self-directed learning. Accordingly, it is revealed that in order to perform effective learning in a video-based learning environment, a different teaching-learning strategy and model must be applied to that in a face-to-face learning environment.

즉, 동영상 기반 학습 환경과의 상호작용을 통해 학습자의 자기주도적 학습을 촉진하는 전략을 설계하는 것은 학습 성과를 향상하는 데 있어 의미 있다고 할 수 있다. 이를 위해 '지각된 어포던스(perceived affordances)'를 고려할 수 있다. 어포던스(affordance)는 행위자와 환경이 상호작용할 때, 행위자의 행동에 영향을 주는 환경의 속성을 말한다.In other words, designing a strategy that promotes learners' self-directed learning through interaction with a video-based learning environment is meaningful in improving learning outcomes. To do this, we can consider'perceived affordances'. Affordance refers to the nature of the environment that influences the behavior of the actor when the actor and the environment interact.

동영상 기반 학습 환경에서 지각된 어포던스를 이해하기 위해서는 학습 매체와의 상호작용 과정에서 경험하는 학습자의 내적 과정에 대한 이해가 필요하다. 지금까지 대부분의 학습 관련 연구에서는 학습자의 내적 과정을 주로 자기보고식 설문을 통해 측정해 왔다. 학습자와 교수자가 완전히 분리된 동영상 기반 학습 환경에서는 교수자가 학습 과정을 관찰할 수 없기 때문에 학습활동 중 발생하는 학습자 행동을 자세히 파악할 수 없다. 또한, 사후 자기보고식 설문을 통해서 학습에 대한 학습자들의 전반적인 주관적 생각과 느낌에 대해서는 알 수 있지만, 구체적으로 학습자들이 어떤 학습 장면에서 어떤 경험을 하였는지에 대한 정보를 얻기 어렵다. In order to understand the perceived affordance in a video-based learning environment, it is necessary to understand the inner process of the learner experienced in the process of interaction with the learning medium. Until now, most studies related to learning have measured learners' internal processes mainly through self-report questionnaires. In a video-based learning environment where learners and instructors are completely separated, instructors cannot observe the learning process, so learner behaviors that occur during learning activities cannot be grasped in detail. In addition, it is possible to know about learners' overall subjective thoughts and feelings about learning through a post-mortem self-report questionnaire, but it is difficult to obtain specific information about what experiences the learners have in which learning scenes.

따라서, 달라진 학습 환경에 적응적으로 대처하기 위해서는 동영상 기반 학습 과정에 따라 변화하는 학습자의 내적 과정을 나타내고 측정할 수 있는 새로운 데이터 활용에 대한 연구의 필요성이 제기되고 있다.Therefore, in order to adaptively cope with the changed learning environment, there is a need for research on the use of new data that can represent and measure the inner process of learners that change according to the video-based learning process.

본 발명은 학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 지각적 어포던스를 나타내는 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 집단 별 학습 성과 예측 모형을 도출하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.The present invention provides a method and apparatus for collecting behavioral data and physiological psychological data representing the learner's perceptual affordance generated in the learning process for learning content, and deriving a learning outcome prediction model for each group using the collected data. I can.

또한, 본 발명은 도출된 집단 별 학습 성과 예측 모형에 기초하여 학습자에게 필요한 교수-학습적 처방을 제공하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method and apparatus for providing a required teaching-learning prescription to learners based on the derived model for predicting learning outcomes for each group.

본 발명의 일실시예에 따른 학습 성과 예측 모델 도출 장치는 학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하는 단계; 상기 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 전처리를 통해 상기 학습 과정에서 수집된 상기 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 전체 집단 및 상기 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형들을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.An apparatus for deriving a learning outcome prediction model according to an embodiment of the present invention includes: collecting behavioral data and physiological psychological data of a learner generated in a learning process for learning content; Determining variables for the learner's behavioral data and physiological psychological data collected in the learning process through preprocessing of the collected learner's behavioral data and physiological psychological data; And deriving models for predicting learning outcomes for the entire group and detailed groups of the entire group based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data.

상기 도출하는 단계는 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 상기 전체 집단에 대한 기술 통계 분석을 수행하는 단계; 및 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 기술 통계 분석이 수행된 전체 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.The deriving may include performing descriptive statistical analysis for the entire group based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data; And deriving a learning outcome prediction model for the entire group on which the descriptive statistical analysis was performed by using the random forest technique.

상기 도출하는 단계는 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 차이 검정을 수행함으로써 상기 전체 집단을 과제 복합성 수준에 따라 제1 세부 집단으로 구분하는 단계; 및 상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제1 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.The deriving may include dividing the entire group into a first subgroup according to a task complexity level by performing a difference test based on the determined learner's behavior data and variables for physiological and psychological data; And deriving a learning outcome prediction model for the first subgroup by using the random forest technique.

상기 도출하는 단계는 상기 구분된 제1 세부 집단에 대한 군집 분석을 수행하여 상기 제1 세부 집단을 군집별 특징과 행동 데이터 및 생리심리 데이터의 양상에 따라 제2 세부 집단으로 구분하는 단계; 및 상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제2 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.The deriving may include performing cluster analysis on the divided first sub-groups and dividing the first sub-group into second sub-groups according to characteristics of each group, behavioral data, and physiological psychological data; And deriving a learning outcome prediction model for the second subgroup by using the random forest technique.

상기 도출된 학습 성과 예측 모형들의 변화 양상 및 중요 변인 별 비교를 통해 상기 학습자에게 교수-학습적 처방을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.It may include the step of providing a teaching-learning prescription to the learner through comparison of the derived learning outcome prediction models by changing patterns and important variables.

본 발명의 일실시예에 따른 학습 성과 예측 모형 도출 장치는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하고, 상기 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 전처리를 통해 상기 학습 과정에 대한 상기 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수를 결정하며, 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 전체 집단 및 상기 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다.The apparatus for deriving a learning outcome prediction model according to an embodiment of the present invention includes a processor, wherein the processor collects behavioral data and physiological psychological data of a learner generated in a learning process for learning content, and the collected learner's behavior The learner's behavioral data and variables for physiological psychological data for the learning process are determined through pre-processing of data and physiological psychological data, and based on the determined variables for the learner's behavioral data and physiological psychological data It is possible to derive a model for predicting learning outcomes for detailed groups of the entire group.

상기 프로세서는 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 상기 전체 집단에 대한 기술 통계 분석을 수행하고, 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 전체 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다.The processor may perform descriptive statistical analysis on the entire group based on the determined variables for the learner's behavioral data and physiological psychological data, and derive a learning outcome prediction model for the entire group using a random forest technique. have.

상기 프로세서는 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 차이 검정을 수행함으로써 상기 전체 집단을 과제 복합성 수준에 따라 제1 세부 집단으로 구분하고, 상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제1 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다.The processor divides the entire group into a first subgroup according to a task complexity level by performing a difference test based on the determined variables of the learner's behavioral data and physiological psychological data, and uses the random forest technique to divide the entire group into a first subgroup. 1 A model for predicting learning outcomes for subgroups can be derived.

상기 프로세서는 상기 구분된 제1 세부 집단에 대한 군집 분석을 수행하여 상기 제1 세부 집단을 군집별 특징과 행동 데이터 및 생리심리 데이터의 양상에 따라 제2 세부 집단으로 구분하고, 상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제2 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다.The processor performs cluster analysis on the divided first sub-groups, divides the first sub-group into second sub-groups according to characteristics of each group, behavioral data, and physiological psychological data, and uses the random forest technique. Using this, a model for predicting learning outcomes for the second subgroup can be derived.

상기 프로세서는 상기 도출된 학습 성과 예측 모형의 변화 양상 및 중요 변인 별 비교를 통해 상기 학습자에게 교수-학습적 처방을 제공할 수 있다.The processor may provide a teaching-learning prescription to the learner through a comparison of a change pattern of the derived learning outcome prediction model and each important variable.

본 발명은 학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 지각적 어포던스를 나타내는 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 집단 별 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다.The present invention collects behavioral data and physiological psychological data representing a learner's perceptual affordance generated in a learning process for learning content, and can derive a learning outcome prediction model for each group using the collected data.

또한, 본 발명은 도출된 집단 별 학습 성과 예측 모형에 기초하여 학습자에게 필요한 교수-학습적 처방을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a teaching-learning prescription necessary for learners based on the derived model for predicting learning outcomes for each group.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 학습 성과 예측 모형 도출 장치가 수행하는 학습 성과 예측 모형 도출 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 학습 성과 예측 모형의 도출 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 AOI 영역 활성화 화면의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 집단 및 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형들을 도출하는 상세 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a system for deriving a learning outcome prediction model performed by an apparatus for deriving a learning outcome prediction model according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart showing a method of deriving a learning outcome prediction model according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of an AOI area activation screen according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a detailed method of deriving models for predicting learning outcomes for the entire group and detailed groups of the entire group according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the rights of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be interpreted as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 학습 성과 예측 모형 도출 장치가 수행하는 학습 성과 예측 모형 도출 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a system for deriving a learning outcome prediction model performed by an apparatus for deriving a learning outcome prediction model according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 동영상 기반 학습 환경에서 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하고, 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 이용하여 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다.1, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 of the present invention collects learner's behavioral data and physiological psychological data in a video-based learning environment, and learns using the collected learner's behavioral data and physiological psychological data. You can derive a performance prediction model.

이때, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 학습자의 행동 데이터(ex. 행동 로그 데이터)와 생리심리 데이터(ex. 안구 운동 데이터)로 표상되는 지각적 어포던스가 학습 성과에 미치는 영향을 다각적으로 확인하고, 전체 집단, 과제복합성 수준에 따른 제1 세부 집단 및 제1 세부 집단의 군집 특성에 따른 제2 세부 집단에 따른 학습 성과 예측 모형을 각각 도출할 수 있다. At this time, the learning outcome prediction model derivation device 100 verifies the effect of the perceptual affordance represented by learner's behavior data (ex. behavior log data) and physiological psychological data (ex. eye movement data) on learning outcomes in multiple ways. And, it is possible to derive a model for predicting learning outcomes according to the overall group, the first subgroup according to the task complexity level, and the second subgroup according to the cluster characteristics of the first subgroup.

어포던스는 학습자의 행동을 유도하는 행위 유발 가능성으로, 학습자의 목적과 과제 달성을 지원하는 기술적(technological) 환경의 기능성 특성이다. 학습자는 그들의 목적이라는 맥락에서만 행동을 취하게 되는데, 행동 자체에는 어떤 특정한 의미가 포함되지 않는다. 하지만, 학습자의 지각을 통해 어포던스는 학습자와 환경을 상호작용하게 함으로써 학습자의 목적과 동기를 유의미하게 포괄할 수 있다.Affordance is the possibility of inducing behavior that induces learners' actions, and is a functional characteristic of a technical environment that supports learners' goals and achievements. Learners take action only in the context of their purpose, and the action itself does not contain any specific meaning. However, affordances through learners' perceptions can meaningfully encompass learners' goals and motivations by allowing learners to interact with the environment.

지각된 어포던스를 실증적으로 추출하기 위해서는 기술적 환경의 도메인(domain)과 상호작용하는 학습자의 행동을 고려할 수 있다. 어포던스는 본질적으로 기능적인데, 환경과의 상호작용 과정에 직접적인 영향을 미치는 지각된 어포던스는 행동이 발생하는 사회적 맥락 뿐 아니라 학습자의 측면에서도 고려되어야 한다. In order to empirically extract the perceived affordance, the learner's behavior interacting with the domain of the technical environment can be considered. Affordance is essentially functional, and perceived affordance that directly affects the process of interaction with the environment must be considered not only in the social context in which the behavior occurs, but also in the learner's perspective.

행동 데이터의 일종인 행동 로그 데이터는 지각된 어포던스를 추출할 수 있는 대표적인 변인이다. 이와 같은 행동 로그 데이터는 학습자가 동영상 기반 학습 환경에서 발생가능한 데이터로, 재생, 일시 정지, 양상 시점 탐색/이동, 북마크 등록/확인, 코멘트 등록/확인, 주석 필터링, 슬라이드 이동, 재생 환경 조정 등 다양한 종류의 데이터를 포함할 수 있다. Behavior log data, a kind of behavior data, is a representative variable that can extract perceived affordance. Such behavior log data is data that can be generated by learners in a video-based learning environment. Various types of data such as play, pause, search/move view point, bookmark registration/check, comment registration/check, annotation filtering, slide movement, playback environment adjustment, etc. Can contain kinds of data.

이때, 특정 행동에 대한 행동 로그 데이터는 학습자와 관계된 환경에 대한 행위 유발성을 암시할 수 있다. 학습의 맥락에서는 학습 환경에서의 학습자 행동 로그 데이터를 수집하고 분석하여 특정 학습 환경에 적응하는 학습 행동 유형을 규명할 수 있다. 즉, 행동의 유형 및 수준을 나타내는 행동 로그 데이터를 통해 지각된 어포던스를 구체화할 수 있다. At this time, the behavior log data for a specific behavior may imply the behavior inducement for the environment related to the learner. In the context of learning, learner behavior log data in a learning environment can be collected and analyzed to identify learning behavior types that adapt to a specific learning environment. That is, the perceived affordance can be specified through the behavior log data representing the type and level of the behavior.

학습 과정 중에 발생하는 안구 운동 데이터는 학습자의 인지적 정보처리 과정을 반영하는 표상으로, 지각된 어포던스의 지표가 될 수 있다. 다양한 형태로 표현되는 서로 다른 유형의 어포던스는 차별적인 시각적 패턴을 형성해 낼 수 있는데 시선고정과 시선도약은 학습자의 관심과 흥미의 변화 양상을 보여주며, 시선경로는 주의집중의 양상을 시각적으로 나타낼 수 있다. The eye movement data generated during the learning process is a representation that reflects the learner's cognitive information processing process, and can be an index of perceived affordance. Different types of affordances expressed in various forms can form a discriminatory visual pattern. Gaze fixation and gaze leap show the changing patterns of learners' interests and interests, and the gaze path can visually represent the aspect of attention. have.

어포던스의 맥락에서, 안구의 운동은 눈의 독립적인 운동이 아닌 머리와의 연합에서 일어나는 총체적인 움직임으로 보아야 한다. 시각은 외부의 자극을 수동적으로 받아들이는 것이 아니라, 눈을 통해서 받아들이는 시각적 장면에 대한 정보를 머리로 인식하기 때문이다. In the context of affordance, the movement of the eyeball should not be viewed as an independent movement of the eye, but as a total movement that occurs in association with the head. This is because sight does not passively accept external stimuli, but recognizes information about visual scenes received through the eyes with the head.

지각된 어포던스의 맥락에서 볼 때, 본다는 행위에서 학습자의 인지처리 과정은 필수적이다. 외부환경으로부터의 시각적 자극 그 자체는 학습자로 하여금 학습과 관련된 유의미한 행동을 유발하게 하지 않으나, 학습자 내부의 인지처리 과정을 통해 행위 유발적 특성이 발현될 수 있다. In the context of perceived affordance, the learner's cognitive processing process is essential in the act of seeing. The visual stimulus itself from the external environment does not cause the learner to induce meaningful behavior related to learning, but the behavior-inducing characteristic can be expressed through the cognitive processing process inside the learner.

그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 이와 같은 지각된 어포던스를 통해 다양한 집단에 대하여 도출된 학습 성과 예측 모형들을 비교 분석하여 학습자에게 개인화된 맞춤형 교수-학습적 처방을 제공할 수 있다.In addition, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may compare and analyze learning outcome prediction models derived for various groups through such perceived affordance, and provide a personalized, personalized teaching-learning prescription to learners.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 학습 성과 예측 모형의 도출 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.2 is a flowchart showing a method of deriving a learning outcome prediction model according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 단계(210)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집할 수 있다. 학습자의 행동 데이터, 즉, 행동 로그 데이터는 동영상 학습 플레이어를 통해 수집될 수 있으며, 이때, 발생되는 행동 로그 액션은 크게 17가지로, 의미에 따라 하기의 표 1과 같이 8가지로 재범주화될 수 있다.Referring to FIG. 2, in step 210, the apparatus 100 for deriving a learning outcome prediction model may collect behavioral data and physiological psychological data of a learner generated in a learning process for learning content. The learner's behavior data, i.e., behavior log data, can be collected through a video learning player, and at this time, the generated behavior log actions are largely 17 types, and can be re-categorized into 8 types as shown in Table 1 below. have.

<표 1><Table 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

그리고 학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 생리심리 데이터, 즉 안구 운동 데이터는 학습자를 구분하기 위한 "ID", 학습 시간에 대한 정보를 나타내는 "LocalTime", 시선고정과 시선도약을 구분하는 정보를 나타내는 "GType", 안구 운동 지속시간을 나타내는 "GDuration", 설정된 AOI(Area of Interest) 정보를 나타내는 "AOI.A1" ~ "AOI.B6" 등이 포함될 수 있다.In addition, the physiological and psychological data of the learner, that is, eye movement data generated in the course of learning about the learning content, is "ID" to identify the learner, "LocalTime" to indicate information on the learning time, and information to distinguish between gaze fixation and gaze leap. "GType" representing the eye movement duration, "GDuration" representing the duration of eye movement, and "AOI.A1" to "AOI.B6" representing the set AOI (Area of Interest) information may be included.

단계(220)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 전처리를 통해 학습 과정에서 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수를 결정할 수 있다. 이때, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에서 이상치를 제외할 수 있다.In step 220, the learning outcome prediction model derivation device 100 may determine variables for the learner's behavioral data and physiological psychological data collected in the learning process through preprocessing of the collected learner's behavioral data and physiological psychological data. have. In this case, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may exclude outliers from the collected learner's behavioral data and physiological psychological data.

보다 구체적으로 행동 데이터의 경우는 1) 원자료에서 모든 행이 N/A 인 학습자, 즉, 모든 데이터가 무의미하다고 판단된 학습자의 데이터를 이상치로 판단하고 제거할 수 있다. 그리고, 2) 시스템 오류로 잘못 기록된 시간 정보와 액션 명을 수정함으로써 3) 최종 데이터 셋을 생성할 수 있다.More specifically, in the case of behavioral data, 1) the data of learners whose all rows are N/A in the original data, that is, learners whose all data are considered meaningless, can be determined as outliers and removed. And, by 2) correcting the time information and action name incorrectly recorded due to a system error, 3) the final data set can be created.

그리고, 생리심리 데이터(ex. 안구 운동)의 경우 1) 원자료의 데이터 중 시선 추적기와 눈 사이의 권장 거리(50~80cm)를 벗어나는 비율이 50% 이상인 데이터를 이상치로 보고 제거하고, 측정 소프트웨어를 통해 양안의 유효성 코드(0~8, 값이 낮을수록 유효함) 값의 합이 4 를 초과하는 데이터를 이상치로 보고 제거함으로써 3) 최종 데이터 셋을 생성할 수 있다. And, in the case of physiological and psychological data (ex. eye movement) 1) Among the data of the original data, data with a ratio of 50% or more deviating from the recommended distance (50-80cm) between the eye tracker and the eyes are viewed as outliers and removed, and measurement software 3) The final data set can be created by removing data whose sum of the validity codes of both eyes (0-8, the lower the value is) exceeding 4 as an outlier.

이후 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 생성된 최종 데이터 셋에 대해 행동 로그 액션의 범주를 기준으로 행동 로그의 변수를 산출 할 수 있다. 행동 로그와 관련한 변수를 산출하는 대표적인 방식으로 빈도, 지속시간, 규칙성이 고려될 수 있다. 이에 따라 학습 성과 예측 모델 도출 장치(100)는 하기의 표 1에 따른 행동 로그 액션의 8개 범주에 대해 빈도 및 지속시간을 계산하였으며, 아래의 표 2와 같이 최종 16개에 대응하는 행동 로그의 변수 유형 및 산출 방식을 산출하였다. Thereafter, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may calculate a variable of the behavior log based on the category of the behavior log action for the generated final data set. Frequency, duration, and regularity can be considered as a representative method of calculating the variables related to the behavior log. Accordingly, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 calculated the frequency and duration for the eight categories of the behavior log actions according to Table 1 below, and the behavior logs corresponding to the final 16 as shown in Table 2 below. Variable types and calculation methods were calculated.

<표 2><Table 2>

Figure pat00002
Figure pat00002

빈도의 경우 행동 로그의 범주 별로 발생한 행동 로그 액션의 빈도 총합으로 계산될 수 있다. 지속시간의 경우 행동 로그의 범주 별로 상이하게 계산될 수 있는데 구체적으로 재생 액션과 일시정지 액션은 각각 학습 동영상 별로 누적된 영상 재생시간과 일시정지 시간의 총합으로 계산될 수 있다. 코멘트 등록/확인 액션, 재생 환경 조정 액션, 주석 필터링 액션, 영상 시점 탐색/이동 액션 및 슬라이드 이동 액션은 각 액션이 발생한 시점부터 다음 액션이 발생한 시점까지의 누적 소요 시간으로 계산될 수 있다. 그리고, 북마크 등록/확인 액션은 학습자가 학습 동영상 내에서 실제로 등록한 북마크 구간으로, 등록된 북마크 구간의 동영상 시간을 기준으로 누적된 시간을 통해 계산될 수 있다.In the case of the frequency, it can be calculated as the sum of the frequencies of the action log actions that occurred for each category of the action log. The duration may be calculated differently for each category of the behavior log. Specifically, the play action and the pause action may be calculated as the sum of the video playback time and pause time accumulated for each learning video. A comment registration/confirmation action, a playback environment adjustment action, an annotation filtering action, a video viewpoint search/movement action, and a slide movement action may be calculated as a cumulative time required from the time when each action occurs to the time when the next action occurs. In addition, the bookmark registration/confirmation action is a bookmark section actually registered by the learner in the learning video, and may be calculated through the accumulated time based on the video time of the registered bookmark section.

한편, 동영상 기반 학습 환경에서 학습자의 안구 운동을 살펴보기 위하여 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 주어지는 동영상 기반 학습 환경에서 특정 관심 영역(Area of Interest: AOI)를 설정할 수 있다. 보다 구체적으로 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 도 3과 같이 동영상 기반 학습 환경이 되는 학습 매체인 동영상 학습 플레이어의 화면 상에 학습 동영상 별 6개의 AOI를 지정할 수 있다.Meanwhile, in order to examine a learner's eye movement in a video-based learning environment, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may set a specific area of interest (AOI) in a given video-based learning environment. More specifically, the apparatus 100 for deriving a learning outcome prediction model may designate six AOIs for each learning video on the screen of a video learning player, which is a learning medium serving as a video-based learning environment, as shown in FIG. 3.

일례로, 도 3의 (a)를 참고하면, AOI 영역1은 학습 동영상이 출력되는 영역이고, AOI 영역2는 등록된 주석을 확인할 수 있는 영역이다. AOI 영역3은 등록한 북마크나 다른 학습자의 코멘트를 열람할 수 있는 라이브러리 영역이고, AOI 영역4는 학습의 강의안이 제공되는 영역이다. 그리고 도 3의 (b)를 참고하면, AOI 영역5는 코멘트 작성 시 활성화되는 팝업 영역으로 학습 동영상 시청시에는 활성화되지 않을 수 있다. For example, referring to FIG. 3A, the AOI area 1 is an area in which a learning video is output, and the AOI area 2 is an area in which registered annotations can be checked. AOI area 3 is a library area where registered bookmarks and comments of other learners can be viewed, and AOI area 4 is an area where lecture plans for learning are provided. In addition, referring to FIG. 3B, the AOI area 5 is a pop-up area that is activated when a comment is written, and may not be activated when viewing a learning video.

이와 같이 안구 운동의 변수는 설정된 AOI 영역을 기준으로 산출될 수 있는데 대표적인 안구 운동 산출방식인 시선고정과 시선도약에 대한 총 지속시간과 평균 지속시간을 AOI 영역별로 산출할 수 있다. 이때, 총 지속시간 변수는 안구 운동 유형 별 발생한 회당 지속시간의 합으로 계산할 수 있고, 평균 지속시간 변수는 총 지속시간 변수를 발생 빈도로 나누어 계산할 수 있다. 이와 같이 최종적으로 산출한 안구 운동의 변수 유형 및 산출 방식은 다음의 표 3과 같을 수 있다. As such, the variables of eye movement can be calculated based on the set AOI area, and the total duration and average duration for eye fixation and gaze leap, which are representative eye movement calculation methods, can be calculated for each AOI area. At this time, the total duration variable can be calculated as the sum of the duration per episode that occurs for each type of eye movement, and the average duration variable can be calculated by dividing the total duration variable by the frequency of occurrence. The variable types and calculation methods of the eye movements finally calculated as described above may be shown in Table 3 below.

<표 3> <Table 3>

Figure pat00003
Figure pat00003

그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 최종적으로 행동 로그의 변수 및 안구 운동의 변수로 총 30개를 산출할 있는데 최종적인 행동 로그의 변수 및 안구 운동의 변수를 동영상 기반 학습 내에서의 7가지 학습 활동을 기준으로 범주화한 결과는 아래의 표 4와 같을 수 있다.In addition, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 finally calculates a total of 30 as the variable of the behavior log and the variable of the eye movement, and the variable of the final behavior log and the variable of the eye movement are 7 in the video-based learning. Results categorized based on branch learning activities may be shown in Table 4 below.

<표 4><Table 4>

Figure pat00004
Figure pat00004

이후 단계(230)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 전체 집단 및 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형들을 도출할 수 있다. 먼저, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 행동 로그와 안구 운동에 대해 전반적으로 이해하기 위해 기술통계 분석을 실시하고, 과제복합성 수준에 따라 집단을 나누어 행동 로그와 안구 운동의 차이를 검증 한 후 과제복합성 수준에 따라 구분된 집단 별로 가우시안 혼합 모형(Gaussian Mixture Model, 이하 GMM) 군집분석을 통해 세부 군집으로 구분할 수 있다. In a later step 230, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may derive learning outcome prediction models for the entire group and subgroups of the entire group based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data. have. First, the learning outcome prediction model derivation device 100 performs a descriptive statistical analysis to understand the behavior log and eye movement overall, divides the group according to the task complexity level, and verifies the difference between the behavior log and the eye movement. Each group classified according to the level of task complexity can be classified into detailed clusters through a Gaussian Mixture Model (GMM) cluster analysis.

GMM은 분포 기반 군집분석의 대표적인 알고리즘으로, 다양한 분포형태의 특징을 고려한 분석결과를 얻을 수 있는 군집분석 방법이다. GMM은 군집분석의 대상이 되는 자료가 통계적 과정에 의해 생성되어 서로 다른 다변량 정규분포를 따른다고 가정한다. 가우시안(Gaussian)은 정규 분포의 또 다른 명칭이므로 GMM은 모수로 평균과 분산을 추정해야 함을 의미하고, 혼합 모형(Mixture Model)은 형성된 여러 개의 모형의 분포가 다르다는 것을 의미한다. GMM is a representative algorithm of distribution-based cluster analysis, and it is a cluster analysis method that can obtain analysis results considering the characteristics of various distribution types. GMM assumes that the data subject to cluster analysis are generated by a statistical process and follow different multivariate normal distributions. Since Gaussian is another name for a normal distribution, GMM means that the mean and variance should be estimated with parameters, and the mixed model means that the distributions of several formed models are different.

GMM 군집분석을 통해 생성된 k개의 군집은 서로 다른 모수를 갖는 k개의 분포를 따르게 되므로, 각기 다른 분포를 지닌 군집의 특징을 고려한 분석 결과를 얻을 수 있다. 군집을 확률분포에 의해 설명한다는 것은 어떤 개체가 특정 군집에 소속될 확률을 계산하여 가장 큰 확률을 갖는 군집으로 할당하는 것을 의미한다. 이러한 할당 방식을 연성 할당(Soft Assignment)라고 한다.Since k clusters generated through GMM cluster analysis follow k distributions with different parameters, analysis results can be obtained considering the characteristics of clusters with different distributions. Explaining a cluster by probability distribution means calculating the probability that an individual will belong to a specific cluster and assigning it to the cluster with the largest probability. This allocation method is called soft assignment.

주어진 데이터로부터 단일 분포의 모수를 추정할 때는 최우추정법(Maximum Likelihood Estimation)을 많이 사용한다. 이를 확장하여 혼합모형에 적용 가능하도록 개발된 방법이 EM(Expectation-Maximization) 알고리즘으로, 이를 통해 최적의 평균 및 분산 추정이 가능하다. EM 알고리즘을 통해 개별 관측값에 대해 해당 관측값이 어떤 군집에 속할 확률이 어느 정도인지를 계산하고, 가장 높은 확률을 보인 군집으로 각 관측값을 할당하게 된다. When estimating the parameters of a single distribution from given data, the maximum likelihood estimation method is often used. The method developed to be applied to the mixed model by extending this is the EM (Expectation-Maximization) algorithm, which enables optimal mean and variance estimation. The EM algorithm calculates the probability that the observation belongs to which cluster for each observation value, and assigns each observation value to the cluster with the highest probability.

GMM 군집분석에서 확률모형에 기초하여 군집 개수를 설정할 때에는 Bayesian information criterion(이하 BIC)을 활용한다. 그리고, 다양한 군집의 개수와 각 변수들의 분산구조를 고려한 BIC를 계산한 후, 각 모형들의 BIC를 비교하여 가장 작은 값을 갖는 최적의 모형을 참고하여 최적의 군집 개수를 제시한다.In GMM cluster analysis, Bayesian information criterion (hereinafter referred to as BIC) is used when setting the number of clusters based on the probability model. Then, after calculating the BIC in consideration of the number of various clusters and the variance structure of each variable, the BIC of each model is compared, and the optimal number of clusters is suggested by referring to the optimal model with the smallest value.

학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 전체 집단, 전체 집단이 과제복합성 수준에 따라 구분된 제1 세부 집단 및 제1 세부 집단에 대한 군집 분석을 통해 구분된 제2 세부 집단 각각에 대해 랜덤 포레스트 기법을 활용함으로써 학습 성과 예측 모형을 도출 할 수 있다.The learning outcome prediction model derivation apparatus 100 is a random forest technique for each of the entire group, the first subgroup divided according to the task complexity level, and the second subgroup divided through cluster analysis of the first subgroup. The model for predicting learning outcomes can be derived by using

랜덤 포레스트는 의사결정나무 분석의 CART 알고리즘과 앙상블 모형의 배깅 알고리즘을 적용한 알고리즘이다. 쉽게 말해 랜덤 포레스트는 수 많은 (의사결정)나무들이 많이 있는 모형으로, 의사결정나무 모형을 다수 만들어 더 정확한 예측을 하는 것을 목적으로 한다. Random Forest is an algorithm that applies the CART algorithm of decision tree analysis and the bagging algorithm of the ensemble model. In simple terms, random forest is a model with many (decision making) trees, and it aims to make more accurate predictions by making many decision tree models.

랜덤 포레스트는 배깅 방법을 적용하여 여러 개의 샘플 데이터셋을 구성하는데, 이- 생성되는 표본과 각 마디에서의 설명변수는 무작위적으로 선택된다. 이때, 예측오차는 랜덤 포레스트에서 생성된 의사결정나무 모형 간 상관이 낮을수록 감소하게 되므로 무작위성이 최대로 될 때 가장 좋은 모형이 도출된다. Random Forest constructs several sample datasets by applying the bagging method, and the generated samples and explanatory variables in each node are randomly selected. At this time, the prediction error decreases as the correlation between the decision tree models generated in the random forest decreases, so the best model is derived when the randomness is maximized.

랜덤 포레스트에서는 훈련자료(training data)와 시험자료(test data)로 나누어 모형 타당화(model validation)를 시도할 필요 없이 OOB(out-of-bag) 데이터를 생성하여 분석하는 것이 가능하다. 랜덤 포레스트에서 복원 추출(부트스트랩)할 때 표본으로 다시 선택되지 않는 자료를 뜻하며, 이는 시험자료 대신 사용하는 것이 가능하다. In the random forest, it is possible to generate and analyze OOB (out-of-bag) data without having to attempt model validation by dividing it into training data and test data. This refers to data that is not reselected as a sample when reconstructed (bootstrap) from a random forest, which can be used instead of test data.

랜덤 포레스트는 의사결정나무 모형에서 제시하는 그래프와 같이 직관적인 모형이 도출될 수 없어 해석에 어려움이 따른다. 이에 대한 방안으로 설명변수의 중요도지수(variable of importance index)와 부분의존성도표(partial dependence plots) 등을 통해 설명변수 반응변수에 미치는 상대적 중요도(영향력)를 구체적인 수치나 그래프로 파악하는 것이 가능하다. 특히 부분의존성도표는 변수의 개수가 많고 예측방법이 단순하지 않은 분석에서 설명변수의 영향력을 시각화하기 위해 제안된 도표이다. 부분의존성도표에 반영되는 상대적 중요도는 변수의 영향력이 클수록 중요도지수가 커진다. 중요도지수는 점근적으로 표준정규분포를 따르므로 2또는 3 이상이 기준이 될 수 있다. Random forest is difficult to interpret because an intuitive model cannot be derived like the graph presented in the decision tree model. As a countermeasure, it is possible to grasp the relative importance (influence) on the response variable of the explanatory variable through a variable of importance index and partial dependence plots of the explanatory variable as a specific number or graph. Particularly, the partial dependence diagram is a diagram proposed to visualize the influence of explanatory variables in an analysis where the number of variables is large and the prediction method is not simple. The relative importance reflected in the partial dependence chart increases the importance index as the influence of the variable increases. Since the importance index follows the standard normal distribution asymptotically, 2 or 3 or more can be the standard.

마지막으로 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 단계(240)에서, 도출된 학습 성과 예측 모델들의 변화 양상 및 중요 변인 별 비교 분석을 통해 학습자에게 적합한 교수-학습적 처방을 제공할 수 있다.Finally, the apparatus 100 for deriving a learning outcome prediction model may provide a teaching-learning prescription suitable for a learner through a comparative analysis of changes patterns and important variables of the derived learning outcome prediction models in step 240.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 집단 및 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형들을 도출하는 상세 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.4 is a flowchart illustrating a detailed method of deriving models for predicting learning outcomes for the entire group and detailed groups of the entire group according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 단계(410)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 동영상 기반 학습 환경에서 수집된 학습자의 행동 로그와 안구 운동, 학습성과에 대한 기술통계 분석을 수행함으로써 데이터에 오류나 이상치가 없는지 확인하고, 행동 로그와 안구 운동에 대한 시각화를 통해 데이터의 경향과 특성을 살펴볼 수 있다. 보다 구체적으로 기술통계 분석은 학습자의 행동 로그와 안구 운동, 학습성과에 대한 기본적인 형태와 패턴을 파악하기 위하여 수행되는 것으로 평균, 표준 편차, 최대/최소값 계산 방법을 사용하여 도출될 수 있다. Referring to FIG. 4, in step 410, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 performs descriptive statistics analysis on learners' behavior logs, eye movements, and learning outcomes collected in a video-based learning environment. It is possible to check if there are no outliers, and to examine the trends and characteristics of the data through visualization of the behavior log and eye movement. More specifically, descriptive statistics analysis is performed to identify basic forms and patterns of learners' behavior logs, eye movements, and learning outcomes, and can be derived using mean, standard deviation, and maximum/minimum calculation methods.

단계(420)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 전체 집단을 대상으로 랜덤 포레스트 기법을 활용해 행동 로그와 안구 운동을 통한 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다. 보다 구체적으로 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 수집된 행동 로그와 안구 운동에 대한 데이터를 전처리함으로써 생성된 최종 데이터 셋의 변인들을 설명변인으로 설정하고, 사후 시험의 성적, 즉 학습 성과를 예측 변인으로 설정하여 랜덤 포레스트 기법 함수에 적용함으로써 학습 성과 예측 모델을 도출할 수 있다.In step 420, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may derive a learning outcome prediction model through a behavior log and eye movement using a random forest technique for the entire group. More specifically, the learning outcome prediction model derivation device 100 sets the variables of the final data set generated by preprocessing the collected behavior log and eye movement data as explanatory variables, and predicts the results of the post-test, that is, learning outcomes. By setting it as a variable and applying it to the random forest technique function, a model for predicting learning outcomes can be derived.

그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 학습 성과 예측 모형의 결과와 중요 변인을 확인하고 중요 변인 별 부분의존성도표를 확인할 수 있다. 이때, 중요 변인은 예측 모형 별로 상이할 수 있는데, 일례로, 전체 집단에 대한 학습 성과 예측 모형의 경우, Play.Freq, BookmarkMTime, MFD.2, TFD.2의 4개 변인이 중요 변인으로 확인될 수 있다.In addition, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may check the results of the learning outcome prediction model and important variables, and check a partial dependence chart for each important variable. At this time, the important variables may be different for each prediction model. For example, in the case of a model for predicting learning outcomes for the entire group, four variables of Play.Freq, BookmarkMTime, MFD.2, and TFD.2 will be identified as important variables. I can.

단계(430)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 과제복합성 수준에 따른 집단 별로 행동 로그와 안구 운동에 차이가 있는지 확인하기 위해 차이 검정을 수행할 수 있다.In step 430, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may perform a difference test to determine whether there is a difference between the behavior log and the eye movement for each group according to the task complexity level.

먼저, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 과제복합성 수준에 따라 각각의 개별 집단으로 구분할 수 있다. 일례로, 학습자가 학습하는 영상1(전칭-존재명제)와 영상2(양항명제)는 과제복합성의 수준으로 구분될 수 있다. 구체적으로 영상1(전칭-존재명제)은 영상2(양항명제)의 선수학습 내용으로 영상2에 비해 낮은 과제복합성을 가질 수 있다. First, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may be divided into individual groups according to the level of task complexity. For example, image 1 (formerly-existing proposition) and image 2 (both term proposition) that the learner learns may be divided into a level of task composition. Specifically, image 1 (formerly-existence proposition) is the prerequisite learning content of image 2 (yanghang proposition) and may have a lower task complexity than image 2.

과제 수행에 영향을 미치는 모든 요소의 총합인 과제복합성은 관련된 과제요소, 기술의 수, 요소들 간의 상호작용 수, 해당 과제요소 기술을 수행하기 위해 필요한 지식의 양에 영향을 받는데, 영상1의 전칭-존재명제는 영상2의 하위체계에 해당하는 내용으로서, 요소 상호작용성이 낮은 구간이라고 할 수 있다.Task composition, which is the sum of all factors that affect task performance, is affected by the task elements involved, the number of skills, the number of interactions between the elements, and the amount of knowledge required to perform the task element skills. -The existence proposition is the content corresponding to the sub-system of Image 2, and it can be said that the element interaction is low.

반면 영상2에서 다루는 양항명제는 그 형태 자체가 전칭명제와 존재명제를 결합한 형태로, 이해해야 할 요소의 수와 요소 간 상호작용이 영상1에 비해 상당히 복잡할 수 있다. 또한 양항명제는 명제의 구성 순서에 따라 그 의미가 전혀 달라지게 되고, 명제의 부정 역시 여러 단계에 걸친 복잡한 과정으로 이루어져 높은 과제복합성을 지녔다고 할 수 있다.On the other hand, the Yanghang proposition covered in Video 2 is a combination of the proposition and the existence proposition, and the number of elements to be understood and the interactions between the elements can be considerably more complex than in Image 1. In addition, the meaning of the proposition is completely different depending on the order of composition of the proposition, and it can be said that the negation of the proposition is also composed of a complex process over several stages, and has a high degree of task complexity.

학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 이와 같이 과제복합성 수준에 따라 구분된 집단들 간의 차이 검정을 실시하기 전, Q-Q 플롯(Quantile-Quantile Plot)과 Shapiro-Wilk 검정(Shapiro-Wilk test)을 통해 정규성을 확인할 수 있으며, F 검정(F-test)을 통해 등분산성을 확인할 수 있다. 그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 정규성과 등분산성을 모두 만족하는 변수에 대해 대응 표본 T 검정을 수행할 수 있고, 정규성과 등분산성 중 하나라도 만족하지 못하는 변수는 Wilcoxon 부호 순위 검정을 수행할 수 있다. The learning outcome prediction model derivation device 100 uses a QQ plot and a Shapiro-Wilk test before performing a difference test between groups classified according to the level of task complexity. Normality can be checked, and equal variance can be confirmed through F-test. And, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may perform a corresponding sample T test for variables that satisfy both normality and equal variance, and for variables that do not satisfy either of normality and equal variance, Wilcoxon code ranking test is performed. Can be done.

단계(440)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 과제복합성 상ㅇ하 집단을 대상으로 랜덤 포레스트 기법을 활용해 행동 로그와 안구 운동을 통한 학습성과 예측 모형을 도출할 수 있다. 이때, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 학습 성과 예측 모형의 결과와 중요 변인을 확인하고 중요 변인 별 부분의존성도표를 확인할 수 있다. 이후 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 각 집단의 학습 성과 예측 모형을 비교하여 과제복합성 수준에 따라 학습 성과 예측 모형의 중요 변인과 양상을 비교할 수 있다. In step 440, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may derive a learning outcome prediction model through a behavior log and eye movement using a random forest technique for the task complex upper and lower groups. At this time, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may check the results of the learning outcome prediction model and important variables, and check a partial dependence chart for each important variable. Thereafter, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may compare the learning outcome prediction models of each group and compare important variables and aspects of the learning outcome prediction model according to the level of task complexity.

단계(450)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 과제복합성 수준에 따라 구분된 집단 내 세부 군집을 도출하기 위해 GMM 군집분석을 실시할 수 있다. 그리고 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 도출된 세부 군집 간 비교를 통해 군집별 특징과 행동 로그, 안구 운동의 양상을 파악할 수 있다.In step 450, the apparatus 100 for deriving a model for predicting learning outcomes may perform GMM cluster analysis to derive detailed clusters within groups classified according to the level of task complexity. In addition, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may grasp the characteristics of each group, an action log, and an aspect of eye movement through comparison between the derived detailed clusters.

단계(460)에서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 과제복합성 수준에 따라 구분된 집단 내 세부 군집을 대상으로 랜덤 포레스트 기법을 활용해 행동 로그와 안구 운동을 통한 학습 성과 예측 모형을 도출할 수 있다. 이때, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 학습 성과 예측 모형의 결과의 중요 변인을 확인하고 중요 변인 별 부분의존성도표를 확인할 수 있다. 이후 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 각 군집의 학습 성과 예측 모형을 비교하여 과제복합성 수준에 따라 학습 성과 예측 모형의 중요 변인과 양상을 비교할 수 있다. In step 460, the learning outcome prediction model derivation device 100 is to derive a learning outcome prediction model through behavior logs and eye movements using a random forest technique targeting detailed clusters within groups classified according to the level of task complexity. I can. At this time, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may check important variables of the results of the learning outcome prediction model and check a partial dependence chart for each important variable. Thereafter, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may compare the learning outcome prediction models of each cluster and compare important variables and aspects of the learning outcome prediction model according to the level of task complexity.

그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 도출된 학습 성과 예측 모형의 변화 양상을 살펴보고 중요 변인 별 비교를 통해 동영상 기반 학습 환경에서 학습자의 지각된 어포던스와 학습 성과 간의 관계를 규명하고 학습 성과 예측 모형의 교육적 적용 가능성 및 학습자에게 적절한 교수-학습적 처방을 제공할 수 있다. In addition, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 examines the change pattern of the derived learning outcome prediction model and identifies the relationship between the learner's perceived affordance and the learning outcome in a video-based learning environment, and compares each important variable. The educational applicability of predictive models and appropriate teaching-learning prescriptions can be provided to learners.

본 발명에서 제시하는 지각된 어포던스는 학습자의 내적 과정에 대한 표출이라고 볼 수 있다. 따라서 지각된 어포던스의 지표는 학습 과정 중에 나타나는 학습자의 내적 과정을 가시적으로 표상한다고 할 수 있다. The perceived affordance presented in the present invention can be viewed as an expression of the learner's inner process. Therefore, it can be said that the index of perceived affordance visually represents the learner's inner process that appears during the learning process.

이에 따라 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 지각된 어포던스 표상 변인을 설명변인으로, 학습의 성과인 사후시험 성적을 설명변인으로 두고 변수들 간 회귀모형을 도출할 수 있는 기법인 랜덤 포레스트를 통해 X~Y의 관계를 규명할 수 있다. Accordingly, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 uses a random forest, a technique that can derive a regression model between variables, with the perceived affordance representation variable as an explanatory variable, and the post-test performance, which is the learning outcome, as an explanatory variable. The relationship between X and Y can be identified.

그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)를 통해 도출된 예측 모형에 따라 중요 변인은 상이하게 나타날 수 있다. 이는 본 발명이 단순하게 학습 성과를 선형적으로 예측하는 지각된 어포던스 지표를 탐색하는 것이 아니라, 학습 내용과 학습자 집단에 따라 학습성과를 예측하는 변인이 달라짐을 확인하고, 해당 변인이 학습성과에 미치는 영향력을 복합적으로 분석할 수 있음을 보여준다. 따라서, 학습자 집단에 따라 중요 변인이 달라진다는 것은 학습 내용 및 학습자 집단에 따라 세분화된 맞춤형 학습 성과 예측 모형의 필요성을 시사할 수 있다.In addition, important variables may appear differently according to the prediction model derived through the learning outcome prediction model derivation apparatus 100. This is not a simple search for a perceived affordance index that predicts learning outcomes in a linear fashion, but confirms that the variable predicting learning outcomes varies according to the learning content and learner group, and the variable affects the learning outcome. It shows that the influence can be analyzed complexly. Therefore, the fact that important variables vary according to the learner group may imply the necessity of a customized learning outcome prediction model that is subdivided according to the learning content and the learner group.

그리고, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 이와 같이 학습 내용 및 학습자 집단에 따라 세분화된 맞춤형 예측 모형을 통해 적절한 교수-학습적 처방을 제공할 수 있다.In addition, the learning outcome prediction model derivation apparatus 100 may provide an appropriate teaching-learning prescription through a customized prediction model subdivided according to the learning content and the learner group as described above.

예를 들어, 학업성취를 예측하는 활동 범주가 유사하게 나타났음에도 불구하고, 학습 내용의 과제복합성 수준에 따라 학업성취를 예측하는 구체적인 중요 변인과 그 영향력의 양상이 다르게 나타날 수 있다. 과제복합성 하 수준의 경우 학습활동을 지원하는 기능을 얼마나 사용했느냐에 따라 전반적으로 높은 학업성취를 예측할 수 있었다면, 과제복합성 상 수준의 경우 단순히 기능을 어떻게 사용하였는지 뿐만 아니라 학습하는 과정 내에서 학습자의 인지과정이 얼마나 효율적으로 사용하는지를 함께 고려해야함을 알 수 있다.For example, although the activity categories predicting academic achievement are similar, the specific important variables predicting academic achievement and the patterns of their influence may appear different depending on the level of task composition of the learning content. In the case of the level under the task combination, overall high academic achievement could be predicted according to how much of the function that supports the learning activity was used, whereas in the case of the level of the task combination, not only how the function was used, but also the learner's cognitive process within the learning process. It can be seen that we need to consider how efficiently we use this.

따라서, 학습 성과 예측 모형 도출 장치(100)는 과제복합성이 낮은 학습 내용에서는 학습자가 학습 매체를 활발히 이용하고, 제공되는 기능을 쉽게 활용할 수 있는 촉진적인 환경을 조성해주는 것이 필요한 반면, 과제복합성이 높은 학습 내용에서는 학습자가 학습 환경을 전략적으로 사용할 수 있도록 조성하는 것이 필요할 있다. 즉, 학습 내용에 대한 주의집중과 학습 환경에 대한 활용을 효과적으로 아우르는 학습 경험을 지원하는 것이 요구된다는 것이다.Therefore, the learning outcome prediction model derivation device 100 needs to create a facilitating environment in which learners can actively use the learning medium and easily utilize the provided functions in the learning content with low task complexity, while the task complexity is high. In learning content, it is necessary to foster learners to use the learning environment strategically. In other words, it is required to support a learning experience that effectively encompasses attention to learning content and utilization of the learning environment.

이 경우, 과제복합성 정도에 따라 상이한 지각된 어포던스가 발생할 수 있다. 낮은 과제복합성을 지닌 학습내용의 경우, 학습 환경이 제공하는 기능을 활용하는 것 자체로 학습 참여를 촉진하고 학업성취 향상에 기여가 될 수 있지만, 높은 과제복합성을 지닌 학습내용의 경우 학습자의 지각된 어포던스는 학습자의 자기주도적인 학습 전략에 기반할 수 있기 때문에, 학습 환경은 환경이 제공하는 기능 그 자체보다 학습자의 자기주도적 학습 과정을 지원하는 맥락 안에서 설계되어야 한다.In this case, different perceived affordances may occur depending on the degree of task complexity. In the case of learning content with low task complexity, utilizing the functions provided by the learning environment can promote participation in learning and contribute to improving academic achievement. However, learning content with high task complexity can be perceived by learners. Since affordances can be based on learners' self-directed learning strategies, the learning environment should be designed within a context that supports the learners' self-directed learning processes rather than the functions themselves provided by the environment.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, configuring the processing unit to behave as desired or processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodyed in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.

100 : 학습 성과 예측 모형 도출 장치100: learning outcome prediction model derivation device

Claims (10)

학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 전처리를 통해 상기 학습 과정에서 수집된 상기 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 전체 집단 및 상기 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형들을 도출하는 단계
를 포함하는 학습 성과 예측 모형 도출 방법.
Collecting behavioral data and physiological psychological data of the learner generated in the learning process for the learning content;
Determining variables for the learner's behavioral data and physiological psychological data collected in the learning process through preprocessing of the collected learner's behavioral data and physiological psychological data; And
Deriving learning outcome prediction models for the entire group and detailed groups of the entire group based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data
Learning outcome prediction model derivation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 도출하는 단계는,
상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 상기 전체 집단에 대한 기술 통계 분석을 수행하는 단계; 및
랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 기술 통계 분석이 수행된 전체 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 단계
를 포함하는 학습 성과 예측 모형 도출 방법.
The method of claim 1,
The deriving step,
Performing descriptive statistical analysis for the entire group based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data; And
Deriving a learning outcome prediction model for the entire group for which the descriptive statistical analysis was performed using a random forest technique
Learning outcome prediction model derivation method comprising a.
제2항에 있어서,
상기 도출하는 단계는,
상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 차이 검정을 수행함으로써 상기 전체 집단을 과제 복합성 수준에 따라 제1 세부 집단으로 구분하는 단계; 및
상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제1 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 단계
를 포함하는 학습 성과 예측 모형 도출 방법.
The method of claim 2,
The deriving step,
Dividing the entire group into a first subgroup according to a task complexity level by performing a difference test based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data; And
Deriving a learning outcome prediction model for the first subgroup by using the random forest technique
Learning outcome prediction model derivation method comprising a.
제3항에 있어서,
상기 도출하는 단계는,
상기 구분된 제1 세부 집단에 대한 군집 분석을 수행하여 상기 제1 세부 집단을 군집별 특징과 행동 데이터 및 생리심리 데이터의 양상에 따라 제2 세부 집단으로 구분하는 단계; 및
상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제2 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 단계
를 포함하는 학습 성과 예측 모형 도출 방법.
The method of claim 3,
The deriving step,
Performing cluster analysis on the divided first sub-groups and classifying the first sub-group into second sub-groups according to characteristics of each group, behavioral data, and physiological psychological data; And
Deriving a learning outcome prediction model for the second subgroup by using the random forest technique
Learning outcome prediction model derivation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 도출된 학습 성과 예측 모형들의 변화 양상 및 중요 변인 별 비교를 통해 상기 학습자에게 교수-학습적 처방을 제공하는 단계
를 포함하는 학습 성과 예측 모형 도출 방법.
The method of claim 1,
Providing a teaching-learning prescription to the learner through comparison of the derived learning outcome prediction models by change patterns and important variables
Learning outcome prediction model derivation method comprising a.
학습 성과 예측 모형 도출 장치에 있어서,
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
학습 콘텐츠에 대한 학습 과정에서 발생된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터를 수집하고, 상기 수집된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 전처리를 통해 상기 학습 과정에 대한 상기 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수를 결정하며, 상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 전체 집단 및 상기 전체 집단의 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 학습 성과예측 모형 도출 장치.
In the learning outcome prediction model derivation device,
Including a processor,
The processor,
The learner's behavioral data and physiological psychology for the learning process are collected by collecting the learner's behavioral data and physiological psychological data generated in the learning process for the learning content, and preprocessing the collected learner's behavioral data and physiological psychological data. An apparatus for deriving a learning outcome prediction model for determining a variable for data and for deriving a learning outcome prediction model for the entire group and subgroups of the entire group based on the determined variables for the learner's behavioral data and physiological psychological data.
제6항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 상기 전체 집단에 대한 기술 통계 분석을 수행하고, 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 전체 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 학습 성과 예측 모형 도출 장치.
The method of claim 6,
The processor,
A learning outcome prediction model that performs descriptive statistical analysis for the entire group based on the determined learner's behavioral data and variables for physiological and psychological data, and derives a learning outcome prediction model for the entire group using a random forest technique. Derivation device.
제7항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 결정된 학습자의 행동 데이터 및 생리심리 데이터에 대한 변수에 기초하여 차이 검정을 수행함으로써 상기 전체 집단을 과제 복합성 수준에 따라 제1 세부 집단으로 구분하고, 상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제1 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 학습 성과 예측 모형 도출 장치.
The method of claim 7,
The processor,
By performing a difference test based on the determined learner's behavioral data and variables of physiological and psychological data, the entire group is divided into a first subgroup according to the task complexity level, and the first subgroup using the random forest technique A learning outcome prediction model derivation device that derives a learning outcome prediction model for.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 구분된 제1 세부 집단에 대한 군집 분석을 수행하여 상기 제1 세부 집단을 군집별 특징과 행동 데이터 및 생리심리 데이터의 양상에 따라 제2 세부 집단으로 구분하고, 상기 랜덤 포레스트 기법을 활용하여 상기 제2 세부 집단에 대한 학습 성과 예측 모형을 도출하는 학습 성과 예측 모형 도출 장치.
The method of claim 8,
The processor,
By performing cluster analysis on the divided first sub-group, the first sub-group is divided into a second sub-group according to the characteristics of each group, behavioral data, and physiological and psychological data, and the random forest A learning outcome prediction model derivation device that derives a learning outcome prediction model for the second subgroup.
제6항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 도출된 학습 성과 예측 모형의 변화 양상 및 중요 변인 별 비교를 통해 상기 학습자에게 교수-학습적 처방을 제공하는 학습 성과 예측 모형 도출 장치.
The method of claim 6,
The processor,
A device for deriving a learning outcome prediction model that provides a teaching-learning prescription to the learner through comparison of the derived learning outcome prediction model change patterns and important variables.
KR1020190064374A 2019-05-31 2019-05-31 Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment KR102258370B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190064374A KR102258370B1 (en) 2019-05-31 2019-05-31 Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190064374A KR102258370B1 (en) 2019-05-31 2019-05-31 Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200137655A true KR20200137655A (en) 2020-12-09
KR102258370B1 KR102258370B1 (en) 2021-05-31

Family

ID=73787549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190064374A KR102258370B1 (en) 2019-05-31 2019-05-31 Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102258370B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102405828B1 (en) * 2021-12-03 2022-06-07 주식회사 대교씨엔에스 Method and apparatus for recommending learning amount using clustering and artificial intelligence using gaussian mixed model at the same time
KR20220117107A (en) * 2021-02-15 2022-08-23 오영석 Method of measuring level of knowledge based on area of interests and computer program for performing the method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190021752A (en) * 2017-08-23 2019-03-06 이화여자대학교 산학협력단 Method and apparatus of cognitive load decision using the prior knowledge and psychophysiological responses

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190021752A (en) * 2017-08-23 2019-03-06 이화여자대학교 산학협력단 Method and apparatus of cognitive load decision using the prior knowledge and psychophysiological responses

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
성한올, ‘동영상 기반 학습 환경에서 시험불안, 행동 로그 및 생리심리반응을 통한 학업성취 예측모형 개발’, 석사학위 논문집, 페이지 4, 50, 51, 54, 65, 74 (2016.07.31.) 1부* *
조수진, ‘A study on the number of passengers using the subway stations in Seoul’, 응용통계연구학회지, 페이지 112 (2019.02.28.) 1부* *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220117107A (en) * 2021-02-15 2022-08-23 오영석 Method of measuring level of knowledge based on area of interests and computer program for performing the method
KR102405828B1 (en) * 2021-12-03 2022-06-07 주식회사 대교씨엔에스 Method and apparatus for recommending learning amount using clustering and artificial intelligence using gaussian mixed model at the same time
KR20230101668A (en) * 2021-12-03 2023-07-06 (주)대교씨엔에스 Method and apparatus for recommending learning amount using clustering and artificial intelligence using gaussian mixed model at the same time

Also Published As

Publication number Publication date
KR102258370B1 (en) 2021-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Palestro et al. Some task demands induce collapsing bounds: Evidence from a behavioral analysis
Garcia-Agundez et al. Development of a classifier to determine factors causing cybersickness in virtual reality environments
Kołakowska et al. Emotion recognition and its applications
Frommel et al. Integrated questionnaires: Maintaining presence in game environments for self-reported data acquisition
JP6814492B2 (en) Methods, devices and computer programs for estimating test scores
KR102258370B1 (en) Method and apparatus of prediction model for learning outcomes with perceived affordances in video-based learning environment
van Opheusden et al. Expertise increases planning depth in human gameplay
KR101829606B1 (en) Apparatus and method for diagnostic of internet overflow
Torres et al. Emotion recognition related to stock trading using machine learning algorithms with feature selection
Doyran et al. MUMBAI: multi-person, multimodal board game affect and interaction analysis dataset
Lim et al. Detecting cognitive stress from keyboard and mouse dynamics during mental arithmetic
US20240161652A1 (en) Systems and methods for assessing surgical skill
KR20100137966A (en) Diagnosis apparatus, rule-based inference apparatus of treatment method and treatment system for internet addiction using expert system
Mavromoustakos-Blom et al. Personalized crisis management training on a tablet
Sarailoo et al. Assessment of instantaneous cognitive load imposed by educational multimedia using electroencephalography signals
Shafiei et al. Utilizing deep neural networks and electroencephalogram for objective evaluation of surgeon’s distraction during robot-assisted surgery
Bergmans et al. Alexithymia in people with recurrent suicide attempts
Schrader et al. Performance in situ: Practical approaches to evaluating learning within games
Holmgård et al. Decision making styles as deviation from rational action: A super mario case study
Mavromoustakos-Blom et al. Multi-modal study of the effect of time pressure in a crisis management game
KR102235488B1 (en) Apparatus and method for learning type diagnosis using learner&#39;s visual behavior in online learning environment
KR101559717B1 (en) State transition assuming and state improving method for liveware, and device for implementing the said method
Carofiglio et al. User brain-driven evaluation of an educational 3D virtual environment
Hakami et al. Investigating teacher orchestration load in scripted CSCL: A multimodal data analysis perspective
Maan Representational learning approach for predicting developer expertise using eye movements

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant