Research

   디자인씽킹 기반 온라인 협력학습은 학습자의 문제해결력과 협력 역량을 향상하도록 돕는 유용한 접근 방식이다 그러나 온라인 협력학습 환경에서 교사는 물리적, 시간적 한계로 인해 여러 학습 그룹을 효과적으로 지도하지 못하며, 이는 곧 협력학습의 질을 저하시킨다. 이에 본 연구는 온라인 협력학습의 물리적, 시간적 제약을 극복하고 학습자의 디자인씽킹 과정을 지원하는 인공지능 챗봇의 설계원리와 상세지침을 도출하였다. 이를 위해 설계․개발 연구방법론에 따라 선행문헌 검토를 통해 초기 설계원리를 도출하고, 2회의 전문가 타당화와 1회의 고등학생 대상 현장 평가를 실시하였다. 최종적인 디자인씽킹 기반 온라인 협력학습 지원 챗봇 설계원리로 ‘구조화된 학습 안내 제공의 원리’, ‘적응적 지원 제공의 원리’, ‘학습자 간 협력 촉진의 원리’, ‘학습자-챗봇 간 우호적 관계 형성의 원리’, ‘학습자의 사용성 최적화 원리’와 상세지침 19개를 도출하였다. 본 연구는 디지인씽킹 기반 온라인 협력학습을 위한 맞춤형 지원 도구로서 인공지능 챗봇의 역할에 대한 시사점을 제공할 것으로 기대된다.

• 함윤희, 고보경, 박소미, 추영선, 이현경. (2023). 디자인씽킹 기반 온라인 협력학습 지원 인공지능 챗봇 설계원리 개발. 교육공학연구, 39(2), 417-450.

   코로나19 팬데믹으로 인해 비대면 교육이 증가하면서 동영상 강의의 중요도가 높아졌다. 동영상 강의의 효과를 높이기 위해서는 교수자가 학습결과를 사전에 예측하여 학습 지원을 적시에 제공하는 것이 필요하다. 최근에는 학습결과 예측의 정확도를 높이기 위해서 생리심리데이터를 포함하여 다양한 학습 데이터를 통합적으로 수집하고 분석하는 다중양식 학습분석 연구가 증가하고 있다. 하지만 예측 모델이 다양한 학습 맥락에 일반화 가능한지에 대한 연구는 부족하다. 본 연구는 동영상 학습결과를 예측하는 주요 요인인 메타인지 활동에 초점을 두고, 동영상 강의에서 메타인지 지원 여부가 학습결과 예측 모델에 어떠한 영향을 미치는지 탐구하고자 한다. 이를 위해 총 33명의 학습자를 메타인지 지원 집단(n=17)과 메타인지 미지원 집단(n=16)으로 무선 할당하고, 개별적으로 약 40분 동안 인체의 삼투압에 대한 동영상 강의를 학습하도록 하였다. 다중양식 학습분석을 위해 동영상 학습 과정을 영상으로 촬영하고, 손목밴드를 이용하여 피부전도도를 측정하고, 설문지로 인지부하를 측정하고, 사전 및 사후 검사를 실시하였다. 이렇게 수집된 데이터와 다양한 머신러닝 알고리즘을 이용해서 학습결과 상·하 집단을 예측하는 모델을 만들고, 각 모델의 성능을 평가하여 최적의 예측 모델을 도출하였다. 연구 결과, 메타인지 지원여부에 따라 최적의 동영상 학습결과 예측 모델이 서로 상이하게 나타났다. 메타인지 미지원 집단에서는 메타인지 활동과 피부전도도로 측정한 각성도가 최적 모델의 예측 변인으로 나타났지만, 메타인지 지원 집단에서는 인지부하와 사전지식 수준이 최적 모델의 예측 변인으로 나타났다. 본 연구는 메타인지 지원과 같은 교수 방법의 변화가 예측 모델에 주요한 영향을 미칠 수 있음을 보여주며, 이는 예측 모델을 새로운 맥락에 적용할 때 많은 주의가 필요하다는 것을 시사한다.

• 함윤희, 조영환, 김혁기, 이재용, 김혜은, 이한솔. (2021). 동영상 강의에서 메타인지 지원이 학습결과 예측에 미치는 영향: 다중양식 학습분석을 중심으로. 교육정보미디어연구, 27(4), 1295-1323.

   다양한 자원으로부터 수집된 학습 데이터를 분석하여 학습과정을 이해하고 수업을 개선하고 지능형 학습 도구를 개발하기 위해 다중양식 학습분석이 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구는 2011년에서 2020년까지 출판된 문헌을 체계적으로 고찰하여 다중양식 학습분석의 최근 동향과 제한점을 분석하고 발전방안을 탐색하고자 한다. 이를 위해 총 36편의 국내외 논문을 선정하고 다중양식 학습분석의 연구 목적, 연구 맥락, 학습 요소, 데이터 수집과 분석, 제한점에 대해서 선행연구와 전문가 검토로부터 도출된 분석틀을 활용하여 체계적으로 문헌을 검토하였다. 다중양식 학습분석은 주로 학습결과에 영향을 미치는 요인과 학습 패턴을 탐색하려는 목적으로 이루어졌으며, 성인 학습자를 대상으로 실제적인 수업 환경보다는 통제된 실험실 맥락에서 많이 이루어졌다. 학습의 인지적 요소와 상호작용적 요소에 대한 연구가 다수 있고, 자기조절학습에 초점을 둔 연구는 매우 적은 편이다. 다중양식 학습분석을 위해 웹 데이터, 음성, 설문 자료, 시선, 생리심리반응 등을 수집하여 전통적인 통계분석과 머신러닝을 이용한 분류분석을 주로 실시하였다. 다중양식 학습분석의 제한점으로는 적은 샘플 수, 데이터 노이즈와 같은 데이터 수집 및 분석과 관련된 이슈가 주로 언급되었으며, 데이터 활용과 윤리적 문제에 대한 논의는 매우 부족하였다. 본 연구는 다중양식 학습분석이 여러 제한점에도 불구하고 전통적인 연구 방법으로 쉽게 관찰하기 어려운 학습의 다양한 측면을 드러낸다는 점에서 학습과 학습자에 대한 깊이 있는 이해를 촉진할 수 있다는 것을 보여준다. 향후 데이터 수집과 분석 방법을 개선하기 위한 노력과 함께 맞춤형 학습환경에서 교수 및 학습 활동을 개선하기 위해 다중양식 학습분석을 효과적이고 윤리적으로 활용하기 위한 연구와 실천이 필요하다.

• 함윤희, 조영환, 이한솔, 김혜은. (2021). 다중양식 학습분석의 연구동향과 발전방안 탐색을 위한 체계적 문헌 고찰. 교육정보미디어연구, 27(2), 501-529.

   학습분석은 학습 과정을 깊이 이해하고 개별화된 학습환경을 효과적으로 설계하도록 돕는다. 그렇지만 지속적으로 학생의 행동 데이터를 수집하고 분석하는 과정에서 다양한 윤리적 이슈를 유발할 수 있다. 본 연구는 학교 교육을 개선하는 데 학습분석을 효과적으로 활용하기 위해서 교사의 관점에서 윤리적 이슈를 이해하고 이를 방지하기 위한 윤리적 실천방안을 탐색하고자 한다. 이를 위해 10명의 초등학교 교사를 심층 면담하여 초등학교 맥락에서 학습분석의 윤리적 이슈와 실천방안에 대한 교사의 인식을 조사하였다. 활동이론에 기반하여 면담 내용을 분석한 결과, 프라이버시 침해, 부정확한 분석과 처치, 감시와 검열, 과도한 경쟁, 저성취 학생에 대한 차별, 불명확하고 부적절한 책임 소재라는 여섯 가지 윤리적 이슈를 발견하였다. 그리고 활동체제의 상충관계를 경감시키고 윤리적 이슈를 예방하기 위한 방안으로 교사 교육 강화, 학습분석 시스템의 보안과 안정성 확보, 교육적으로 유의미한 처치 제공, 데이터 수집과 활용에 대한 규범 마련, 교사의 권한과 책임에 대한 규범 마련, 이해관계자의 민주적 의사결정과 참여 문화 형성이라는 여섯 가지 주제를 도출하였다. 본 연구는 학습분석을 성공적으로 학교 교육에 도입하기 위해서 윤리적 이슈에 더 많은 주의를 기울일 필요가 있다는 것을 시사한다.

• 이현경, 조영환, 이현진, 함윤희. (2020). 학습분석의 윤리적 이슈와 실천방안에 대한 초등학교 교사의 인식. 교육정보미디어연구, 26(1), 157-181.

   디지털교과서는 다양한 멀티미디어 기반의 학습자료와 기능을 통해 학습자의 학습경험을 확장하고 자기주도학습을 가능하게 하는 학습도구로 주목을 받고 있다. 이러한 가능성에도 불구하고, 현재 디지털교과서에는 학습자가 자신의 학습활동상황을 객관적이고 효율적으로 점검할 수 있는 기능이 부족하여 학습에 있어 주도성을 발휘하기 어렵다. 이에 디지털교과서의 학습활동 데이터로 학습자의 학습 상태를 분석하고 시각화하여 제공함으로써 학습자의 자기주도학습을 촉진할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 학습자의 자기주도학습을 위한 디지털교과서의 대시보드 프로토타입을 개발하고자 하였다. 연구를 수행하기 위해 초등교사 및 6학년 학생들을 대상으로 요구분석을 실시하고, 문헌분석을 통해 대시보드 개발을 위한 설계원리를 도출하였으며, 전문가 검토를 통해 타당성을 검증받았다. 이후 설계원리에 기반하여 초기 프로토타입을 개발하였으며 교사(n=3)와 6학년 학생(n=25)을 대상으로 사용성 평가를 실시하여 주요 개선점을 파악하였다. 개선점으로는 ‘구체적’이며 ‘명확한’ 예시ㆍ정보 제공, 시각화 정보의 가독성 향상, 개인정보 보안에 대한 고려가 필요함이 도출되었다. 마지막으로, 사용성 평가 결과를 반영하여 최종 프로토타입을 개발하였다. 대시보드는 최종적으로 홈, 학습현황, 학습계획, 피드백, 설정의 다섯 가지 영역으로 구성되었다. 연구결과를 바탕으로 초등학생 대상 영어 교과 디지털교과서 대시보드 개발 시 고려할 점을 논의하고 향후 개선을 위한 방안을 제안하였다. 본 연구는 디지털교과서 대시보드 개발에 대한 필요성을 확인함과 동시에, 향후 초등교육 맥락에서의 디지털교과서 대시보드 개발을 위한 시사점을 제공해줄 수 있을 것으로 기대된다.

• 함윤희, 김진희, 허선영, 한형종, 최서연. (2020). 자기주도학습 지원을 위한 디지털교과서 대시보드 프로토타입 개발 연구. 교육공학연구, 36(1), 1-31.