스마트 환경에서 맞춤형 학습 시스템 개발 및 효과 분석

Abstract

본 연구는 스마트 환경에서 맞춤형 학습 시스템을 개발하였다. 개발한 맞춤형 학습 시스템은 초등학생을 대상으로 적용하여 학업 성취도 및 학습 동기 측면에서 효과를 분석하였다. 스마트 교육은 학습자의 특성과 요구가 학습에 반영되고, 학습자간의 다양한 상호 작용을 통해 학습자의 적극적으로 참여하는 학습자 중심의 교육이다. 최신 IT 기술은 학습 지원을 위하여 학습 자원의 실시간 공유, 클라우드 등의 서비스로 지원되어야 한다. 하지만 국내의 스마트 교육 모델 연구학교 사례 및 선행 연구를 분석한 결과 스마트 교육의 수업 설계 및 교수학습 전략에 대한 연구가 진행되고 있지만 학습자의 특성과 요구를 고려한 맞춤형 학습에 관한 연구는 미비하다. 본 연구에서는 학습자의 요구와 특성을 학습에 반영하기 위하여 학습 곤란도와 학습 스타일을 고려하여 맞춤형 학습 프로그램을 개발하였다. 그리고 학습자간의 적극적인 상호작용을 지원하기 위한 시스템을 개발하였다. 본 연구에서는 스마트 환경에서 맞춤형 학습 시스템을 개발하기 위하여 개발 연구를 수행하였지만, 효과적인 시스템 개발을 위하여 조사 연구, 실험 연구, 사례 연구 및 문헌 연구를 수행하였다. 개발한 시스템은 학습자 요구분석, 시스템 설계, 시스템 개발의 절차대로 진행되었다. 학습자 요구 분석 내용은 맞춤형 학습 시스템 설계를 위해 학습자의 학습 곤란도를 측정하고 스마트 환경에서 시스템이 갖추어야 할 기능들을 설문조사를 통하여 요구를 분석하였다. 학습자들의 요구 분석 내용을 반영하고 학습 주제에 적합한 학습 모형과 학습 스타일을 선정하여 맞춤형 학습 시스템을 설계하였다. 설계된 맞춤형 학습 시스템은 Java, PHP 등의 환경에서 개발하였다. 개발한 시스템은 초등학교 6학년을 대상으로 적용하고 학습 효과를 분석하였다. 적용 결과 스마트 환경에서 맞춤형 학습 시스템을 적용한 학습자 집단이 일반적인 수업에서의 학습자에 비하여 학업성취도 및 학습 동기 측면에서 유의미한 효과가 나타났다. 본 연구의 의의는 다음과 같다. 첫째, 스마트 환경에서의 맞춤형 학습 시스템은 학습자의 다양한 요구와 특성을 학습 프로그램에 반영하여 학습 효과를 높인다는 점에 의의가 있다. 둘째, 학습 스타일을 고려한 맞춤형 학습 프로그램 개발의 기본 틀을 제시함으로써 다른 교과를 위한 맞춤형 학습 프로그램 운영을 위한 기반을 마련한다. 셋째, 개발한 시스템은 학습자간의 상호작용을 도모하고 학습자 중심의 교육을 지원한다. 즉, 스마트 교육이 추구하는 방향을 교육 현장에서 실천하기 위한 구체적인 방법을 제시한다.

This study developed a personalized learning system in smart environments. A personalized learning system was applied to elementary school students, and analysed effects in the aspects of academic achievements and study motivations. Smart education is learner-centered education in which learners' characteristics and demands are reflected, and in which learners actively participate through various interactions with other learners. To support learning, the latest IT technologies are utilized in services like real-time sharing of study resources, cloud computing, etc. The results of the analysis of the cases of domestic research schools of smart education models, and of the preceding studies, show that studies are being conducted on the class designs and teaching strategies of smart education. But there have been few studies on a personalized learning system that considers the learners' characteristics and demands. Therefore, this study developed a personalized learning program of considering the learner's learning difficulties and styles for reflecting the learner's characteristics and demands. It developed a learning system to support active interactions among learners. This study used development research for a personalized learning system but applied a variety of research methods such as the survey research method, the experimental research method, the case study method, and the literature study method in order to improve quality. The personalized learning system was developed in the order of the learner's needs analysis, system design and implement. For designing a personalized learning system, the learner's needs analysis measured the learner's learning difficulties and surveyed the functions that the learning system in smart environments. A personalized learning system was designed by reflecting the learner's needs analysis and by selecting learning models and styles appropriate to the learning subjects. The design was then applied for the development of a personalized learning system in the environments of Java, PHP and Android SDK etc. A personalized learning system was applied to elementary school students in 6th grade, and analysed learning effects. This study performed experimental studies with comparisons between an experimental group which studied using a personalized learning system and a comparative group which studied using a non-personalized learning system. The learning results for the elementary school students, indicate that this personalized learning system is more effective for learning achievement and motivation than a system which does not supply personalized learning. This study has made the following contributions: Firstly, a personalized learning system in smart environments improve the learning effects by reflecting the learner's various needs and characteristics in the learning program. Secondly, this study supplies a framework for a personalized learning system in smart environments and can be extended to other curriculum. Thirdly, the developed system is supported learner-centered education by allowing interactions among learners. That is, the system presented a detailed method of the smart education directions in the education fields.