[논문 리뷰] From Assistive Technologies to Metaverse: Technologies in Inclusive Higher Education for Students with Specific Learning Difficulties

Gokul Yenduri, Rajesh Kaluri외 5명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 05.

Tactile and Sensory Interactions인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 특정 학습장애(SLD)를 가진 학생들을 위한 포괄적인 높은 교육을 위해 AI, XR, IoT, 디지털 트윈, 메타버스와 같은 신규 기술들을 검토한다. 특히 피어드레이티드 러닝과 해석 가능한 AI(XAI)를 통합하여 접근성, 개인정보 보호, 개인 맞춤 지원을 향상시키는 로드맵을 제안함으로써 공정한 학업 참여를 가능하게 한다.

ABSTRACT

The development of new technologies and their expanding use in a wide range of educational environments are driving the transformation of higher education. Assistive technologies are a subset of cutting-edge technology that can help students learn more effectively and make education accessible to everyone. Assistive technology can enhance, maintain, or improve the capacities of students with learning difficulties. Students with learning difficulties will be greatly benefited from the use of assistive technologies. If these technologies are used effectively, students with learning difficulties can compete with their peers and complete their academic tasks. We aim to conduct this review to better understand the role of assistive technologies in providing inclusive higher education for students with learning difficulties. The review begins with the introduction of learning difficulties and their causes; inclusive education and the need for assistive technologies; the reasoning for conducting this review; and a summary of related reviews on assistive technologies for students with learning difficulties in inclusive higher education. Then, we discuss the preliminaries for the learning difficulties type and assistive technology. Later, we discuss the effects of assistive technology on inclusive higher education for students with learning difficulties. Additionally, we discuss related projects and support tools available in inclusive higher education for students with learning difficulties. We also explore the challenges and possible solutions related to using assistive technology in higher education to provide inclusive education for students with learning difficulties. We conclude the review with a discussion of potential promising future directions.

연구 동기 및 목표

• 특정 학습장애(SLD)를 가진 학생들을 위한 포괄적인 높이 교육을 가능하게 하는 신기술의 역할을 조사하기 위해.
• 높이 교육 환경에서 SLD 학생들을 지원할 수 있는 핵심 보조 기술—예를 들어 AI, XR, IoT, 디지털 트윈, 메타버스—를 특정하기 위해.
• 데이터 개인정보 보호, 알고리즘 편향, 개발도상국의 접근성 부족 등 보조 기술 구현 시 발생하는 과제를 분석하기 위해.
• 신뢰도, 투명성, 데이터 보안을 향상시키기 위해 피어드레이티드 러닝과 해석 가능한 AI(XAI)와 같은 기술적 해결책을 제안하기 위해.
• SLD 학생들이 공정한 접근성과 학업 성공을 확보할 수 있도록 고등교육 시스템에 고급 기술을 통합하기 위한 전략적 로드맵을 제공하기 위해.

제안 방법

• 특정 학습장애(SLD)를 가진 학생들을 위한 보조 기술에 관한 저널 논문과 컫런스 논문을 대상으로 체계적 문헌 검토를 수행하였다.
• 기능성과 통합 가능성에 기반해 기술들을 AI, XR(가상현실/증강현실 포함), IoT, 디지털 트윈, 메타버스로 분류하였다.
• 기존의 보조 기술 프로젝트와 도구를 평가하여 고등교육 환경에서의 설계, 구현 및 보고된 결과에 중점을 두었다.
• 데이터 개인정보 보호, AI 의사결정의 투명성 부족(블랙박스 성격), 개발도상국의 불균형한 접근성 등 주요 과제를 특정하였다.
• 기술적 해결책으로는 데이터를 중앙 집중화하지 않고 현장 기기에서 모델을 훈련시켜 개인정보 보호를 유지하는 피어드레이티드 러닝과, 모델의 해석 가능성과 사용자 신뢰를 향상시키는 XAI를 제안하였다.
• SLD 학생들을 효과적으로 지원하기 위해 고등교육 시스템에 고급 기술을 통합하는 데 초점을 맞춘 전략적 로드맵을 개발하였다.

Figure 1: Motivation for Review

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AI, XR, IoT, 디지털 트윈, 메타버스와 같은 신기술이 특정 학습장애(SLD)를 가진 학생들을 위한 포괄적인 높이 교육을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 특히 데이터 개인정보 보호와 알고리즘 투명성 측면에서 고등교육에서 SLD 학생들을 위한 보조 기술을 구현할 때 발생하는 주요 과제는 무엇인가?
• RQ3 피어드레이티드 러닝과 해석 가능한 AI(XAI)는 학습장애를 가진 학생들을 위한 AI 기반 보조 시스템에서의 개인정보 보호 및 신뢰 문제를 어떻게 완화할 수 있는가?
• RQ4 초등교육 대비 고등교육에서 SLD 학생들을 위한 보조 기술의 현재 연구 및 구현 상태는 어떠한가?
• RQ5 접근성과 공정성을 보장하기 위해 고등교육 시스템에 고급 보조 기술을 통합하기 위한 전략적 로드맵은 무엇인가?

주요 결과

• AI와 인간-컴퓨터 상호작용(HCI)은 학습장애를 가진 학생들을 위한 고등교육에서 가장 널리 연구되고 구현된 보조 기술이다.
• 가상현실(VR)과 증강현실(AR)을 포함한 XR 기술들은 학생의 참여도 향상, 사회적 통합, 경험 기반 학습 향상에 강력한 잠재력을 보이고 있다.
• IoT 기반 보조 시스템은 센서를 통해 실시간 모니터링과 적응형 지원을 제공함으로써 학습 환경의 접근성과 반응성 향상에 기여한다.
• 디지털 트윈과 메타버스는 실제 세계의 과제를 가상 환경에서 시뮬레이션하고 위험 없이 연습할 수 있도록 해주는 전환적 도구로 부상하고 있다.
• 피어드레이티드 러닝은 민감한 정보를 중앙 집중화하지 않고 현장 기기에서 모델을 훈련시음으로써 학생의 개인정보 보호를 유지할 수 있으며, AI 기반 보조 시스템에서 주요 우려 사항을 해결한다.
• 해석 가능한 AI(XAI)는 의사결정 과정을 명확히 하여 AI 추천의 투명성과 신뢰도를 높이고, 편향을 줄이며 교육 기술의 책임성을 향상시킨다.

Figure 2: The Schematic Organisation of the Role of Assistive Technologies in Providing Inclusive Education for Students with Learning Difficulties in Higher Education