Journal of the Korean Data and Information Science Society
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제23권5호
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pp.905-912
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2012
본 논문에서는 엑셀매크로로 베이즈 정리 교육도구를 개발하여 사용의 예를 소개한다. 주어진 어느 한 사건이 발생했을 때 그 사건이 특정조건하에서 발생되었는지 여부에 관심이 있다. 이런 경우의 확률계산에 사용할 수 있는 것이 베이즈 정리이다. 베이즈 정리는 새롭게 얻어진 부가적인 정보를 기초로 통계적 의사결정을 하는데 매우 유용한 정리이다. 베이즈 정리를 중간과정과 설명을 통해 학습자 스스로 효율적으로 학습할 수 있도록 개발한 교육도구를 소개한다. 조건부확률, 곱셈법칙, 전확률 공식, 사전확률, 사후확률 등에 대한 설명과 활용 예를 단계적 학습을 통해 이해할 수 있도록 하였다. 결과가 나오기까지의 과정을 단계적인 개념설명과 그림으로 표현하여 단계적, 시각적인 학습이 되도록 하였다. 한 화면상에서 계산과정과 결과를 나타내도록 하기 위하여 분할 2개와 3개에 대하여 엑셀 자체에서 제공되는 분석기능과 비주얼베이직으로 작성된 프로그램을 연결하여 명령단추를 누르면 매크로가 실행되게 하였다.
본 연구는 G대학에서 214명 대학생들을 대상으로 네 강좌로 나누어 일주일에 2시간씩 16주 동안 대학기초수학을 수업하는 과정에서 스마트폰을 활용한 비주얼 교육이 수학의 기본 개념 이해와 학업성취도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 스마트폰의 SNS를 통한 즉각적 피드백이 학습자의 학업에 미치는 영향을 조사하였다. 공학도구의 활용에 관하여 수업 전 사전테스트와 수업 후 사후테스트를 통해 총 30문항의 태도 검사를 실시하였다. 중간고사와 기말고사 결과를 분석하여 수업 중의 학습자의 수학개념에 대한 이해도와의 차이를 분석하였다. 연구결과로는 기존의 지필 풀이에만 의존했던 방식과 달리 공학 도구를 사용함으로써 시각적인 이해 방법으로 그래프와 수학의 개념적 연결고리가 형성되어 학습자의 개념적인 전이가능성을 보여주었다. 스마트폰을 비롯한 공학도구의 사용이 개념의 이해를 더 쉽도록 지원하였고 학생들의 자발적인 참여를 유도할 수 있었으며, 수학에 대한 흥미유발과 긍정적 태도를 촉진할 수 있다는 긍정적인 성과를 얻게 되었다.
본 연구에서는 웹을 기반으로 웹 클라이언트 간의 의사소통과 협동 작업을 가능하게 하는 웹 기반 협동 시스템의 구축에 필요한 상위레벨의 지식들과 재상용 컴포넌트들인 자바 애플릿과 어플리케이션들을 컴포넌트로 갖는 객체지향 프레임워크를 개발하였다. 프레임워크의 부품들은 재사용을 지원하기 위해서 설계 정보, 소스, 코드, 실행 코드 등을 포함한다. 연관된 연구를 통해서 얻어진 영역 프레임워크 구축 프로세스를 통해서 웹 협동 시스템 프레임워크를 구축하였다. 웹 클라이언트 간의 의사소통과 협동 작업을 지원하기 위해서 웹 기반 협동 시스템의 서브 시스템으로 사용자 관리 시스템, 채팅, 게시판, 질의 응답 시스템, 전자 게시판 등을 정의하였다. 프레임워크의 사용성을 높이기 위해서 지원 도구로 소스 코드 생성기, 클래스 편집기, 이해지원 도구 등의 비주얼 도구를 개발하였다.
최근 가상현실 기술 관련 기술의 발달로 가상현실 컨텐츠에 대한 관심이 커지고 있으나 가상현실 컨텐츠는 제한되어 있다. 다양한 상호작용 응용 컨텐츠를 개발하기 위하여 기존에 인터랙션을 기술하고 개발하는 방식과 다른 인터랙션을 기술하고 프로그래밍하고 어플리케이션 코드를 자동으로 생성할 수 있는 개발 환경을 구현하였다. 이로써 일반인들도 가상물체를 조작하는 가상현실 응용 프로그램을 쉽게 개발할 수 있다.
본 논문에서는 UML의 배치 다이어그램이 가지는 런타임 아키텍쳐 정보를 통해 시뮬레이션 모델을 구성하고, 이 모델을 실제 시뮬레이션하여 구현 단계 이전에 시스템 아키텍쳐의 유효성과 성능 정보를 검토하는 CoSim(Hardware Software Co-Simulator System)을 제시한다. CoSim은 자바빈즈 컴포넌트 기반으로, 크게 Modeler, Translator, Scenario로 구성된다. 시스템 개발자는 Modeler를 이용하여 시뮬레이션 모델을 작성하며, Translator는 모델에 대한 시뮬레이션 자바 코드를 생성하고, 그 결과물을 바탕으로 Scenario는 비주얼한 정보를 제공한다. 따라서 모델이 실제 플랫폼 상에서 작동되기 이전에 아키텍쳐 성능에 관련된 유용한 정보를 제공하여 개발 위험도를 감소시키고 비용의 절감을 가져 올 수 있다. CoSim은 Modeler, Translator, Scenario 별로 자바빈즈 컴포넌트 라이브러리를 제공함으로써 모델링의 재사용성과 확장성 및 생산성을 높여 줄 수 있다.
본 논문에서는 Windows Phone 플랫폼 기반의 모바일 게임을 설계하고 구현한다. 이 게임은 비주얼 스튜디오와 윈도우 모바일 소프트웨어 개발 킷(SDK: Software Development Kit), 그리고 개발자 도구 킷(DTK Developer Tool Kit)으로 비주얼 C#언어를 사용하여 개발한다. 또한 게임 개발에 필요한 닷넷(.NET) 라이브러리의 집합인 XNA Framework를 사용한다. XNA Framework은 PC와 XBOX, ZUNE HD등 다중 플랫폼 환경을 지원하는 게임 개발 및 2D 및 3D 게임 개발에 필요한 기능들을 제공한다. XNA Framework를 사용하여 개발하기 때문에 상속받은 코드들을 자동으로 생성하고, 게임 개발 관련 리소스 및 게임 로직을 쉽게 구현할 수 있다. 이 게임의 특징은 슈팅(shooting), 이미지, 랭킹시스템 등의 3개 요소를 고려하여 개발한 것이다.
모션 데이터 글러브는 손의 움직임을 측정하여 컴퓨터에 입력하는 대표적인 인간과 컴퓨터간의 인터페이스 도구로서, 홈 오토에이션, 가상 현실, biometrics, 모션 캡쳐 등의 컴퓨터 신기술에 사용되는 필수 장비이다. 본 논문에서는 대중화를 위하여, 별도의 특수 장비 없이 사용 가능한 저가형 비주얼 모션 데이터 글러브를 개발하고자 한다. 본 방식의 특징은 기존의 모션 데이터 글러브에 사용되었던, 고가의 모션 센싱 섬유를 사용하지 않음으로써, 저가형으로 개발이 가능하다는 것이다. 따라서 제작이 용이하고 대중화에 크게 기여할 수 있다는 장점을 가진다. 본 방식에서는 모션 센싱 섬유를 사용하는 기계적인 방식대신 광학적 모션 캡쳐 기술을 개량한 비주얼 방식을 채택한다. 기존의 비주얼 방식에 비해 본 방식은 다음과 같은 장점과 독창성을 가진다. 첫째, 기존의 비주얼 방식은 가려짐 현상을 제거하고 3차원 자세 복원을 위해 많은 수의 카메라와 장비를 사용하는 데 비해, 본 방식은 모노비전 방식을 채택하여 장비가 간소하고 저가형 개발이 가능하다. 둘째, 기존의 모노비전방삭은 가려짐 현상에 취약하여 영상에서 가려진 부분은 3차원 자세 복원이 어려웠다. 하지만 본 논문은 독창적으로 설계된 막대 모양의 지시자를 사용하여, 영상에서 가려진 부분도 3차원 자세 복원이 가능하다. 셋째, 기존의 모노 비전 방식은 비선형 수치해석 형태의 영상 해석 알고리즘을 사용하는 경우가 많아서 초기화나 계산시간 면에서 불편하였다. 하지만, 본 논문에서는 독창적인 공식화 방법을 사용하여 닫힌 형태의 영상해석 알고리즘을 도출함으로써 이와 같은 불편을 개선하였다. 넷째, 기존의 닫힌 형태의 알고리즘은 공식화 과정에서 근사화 방법을 도입하는 경우가 많아서 정확도가 떨어지고 특이점에 의한 응용분야에 제한이 있었다. 하지만 본 방식은 오일러 각과 같은 국부적인 매개화나 근사화 등을 사용하는 대신 지수형태의 트위스트좌표계를 사용하는 독창적인 공식화 방법을 사용하여, 공식화 단계에서의 근사화 방법 없이 닫힌 형태의 알고리즘을 도출함으로써 이 문제들을 개선하였다.
도로의 평면 선형은 도로의 안정성과 교통 용량과 관계가 깊다. 도로의 효율적인 유지 관리와 기준에 대한 적합성 평가를 위해서는 도로의 평면 선형을 정확하게 분석하는 방법이 필요하다. 최근 Lidar자료나 GPS를 이용한 도로의 평면 선형 연구가 진행되고 있으나 넓은 지역에서의 평면 선형 곡선 반경을 분석하기에는 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 수치지형도의 도로중심선을 이용하여 곡선 반경이 도로 구조 시설기준에 적합한지 여부를 평가하는 도구를 GIS 상에서 구현하고자 한다. 또한 $ESRI^{(R)}$$ArcObject^{TM}$와 프로그래밍 언어인 비주얼 베이직(Visual Basic)을 사용해 도로의 평면선형을 자동적으로 산정할 수 있는 인터페이스를 설계 구현하였다.
프로그래밍 학습은 현대사회가 요구하는 복잡한 문제해결력 향상에 도움이 되지만, 학습자에게 과도한 인지적 부담을 줄 수 있다. 따라서 인지적 부담을 감소시키기 위한 프로그래밍 도구의 선택 및 학습 효과를 최대화하기 교수 학습 전략이 요구된다. 본 연구에서는 중학생의 문제해결력 향상을 위한 과제 중심 스크래치 프로그래밍 학습 프로그램을 개발하고 해당 프로그램이 학습자의 문제해결력에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과, 과제 중심 스크래치 프로그래밍 학습을 수행한 집단이 일반적인 스크래치 프로그래밍 학습과 비주얼 베이식 프로그래밍 학습을 실시한 집단에 비해 문제해결력이 유의하게 향상되었다. 특히 오류를 발견하고 수정하는 능력인 문제점 해결 영역에서 유의한 차이를 더 크게 드러났다.
알고리즘 학습이 학습자의 창의적 문제해결력, 논리적사고력과 같은 고차원적인 인지 능력 향상에 도움이 되지만, 알고리즘 학습을 처음 접하는 어린 학습자들의 경우 인지적 부담으로 작용할 수 있다. 따라서 프로그래밍을 통한 알고리즘 학습에서 학습자의 인지적 부담을 감소시켜주고 알고리즘 학습에 대한 흥미와 동기 유발을 위한 새로운 교수 설계가 필요하다. 본 연구에서는 중학생의 알고리즘 학습을 위한 프로그래밍 도구로 비주얼 기반 교육용 프로그래밍 언어인 Squeak Etoys를 선정하고 이를 활용한 알고리즘 학습 프로그램을 설계하였다. 설계한 학습 프로그램을 실제 중학교 학습자들에게 적용한 결과, Squeak Etoys 활용 알고리즘 학습이 프로그래밍을 처음 접하는 초보 학습자들의 문제해결성향과 자기효능감, 논리적사고력 향상에 유의미한 영향을 주었음을 확인하였다. 특히 논리적사고력의 경우, 실험집단과 통제집단모두 유의미한 향상을 보였다. 이는 알고리즘을 설계하고 표현하는 과정에 대한 학습경험 자체가 논리적사고력 신장에 효과적임을 의미한다. 따라서 초 중등교육에서의 알고리즘 교육은 의미 있는 학습내용이라고 볼 수 있다. 그러나 Squeak Etoys 활용 알고리즘 학습을 진행한 집단이 통제집단에 비해 논리적사고력 향상의 정도가 유의미하게 높은 것은 Squeak Etoys와 같은 비주얼 기반 프로그래밍 학습 환경이 알고리즘 학습에 대한 외생적 인지부하를 감소시켜주고 문제해결성향 및 자기효능감에 긍정적인 영향을 줌으로써 논리적사고력과 같은 고등정신능력 향상에 도움을 준 것으로 해석할 수 있다. 이러한 연구 결과는 향후 새로운 교육과정 시행될 경우, 알고리즘 학습을 위한 교육용 프로그래밍 언어의 선정 및 교수 학습 설계에 유용한 지침을 제공해 줄 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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