[논문 리뷰] On Analysis and Evaluation of Multi-Sensory Cognitive Learning of a Mathematical Topic Using Artificial Neural Networks

Fahad Ahmed Al-Zahrani, Hassan M. H. Mustafa외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 25.

Visual and Cognitive Learning Processes참고 문헌 12인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 인공 신경망을 활용하여 시각적 및 听각적 다중미디어를 통합한 컴퓨터보조학습(CAL) 모듈을 제안하여 어린이들의 수학 주제에 대한 인지적 유지도를 향상시키고자 한다. 다중감각 연상기억 및 고전적 조건화 원리를 적용함으로써 CAL 시스템은 학습 성과를 크게 향상시켰으며, 특히 교사의 목소리와 조합할 경우 성능 향상이 두드러져 교육 현장에서 감각 통합 지도의 효과성을 입증한다.

ABSTRACT

This piece of research belongs to the field of educational assessment issue based upon the cognitive multimedia theory. Considering that theory; visual and auditory material should be presented simultaneously to reinforce the retention of a mathematical learned topic, a carefully computer-assisted learning (CAL) module is designed for development of a multimedia tutorial for our suggested mathematical topic. The designed CAL module is a multimedia tutorial computer package with visual and/or auditory material. So, via suggested computer package, Multi-Sensory associative memories and classical conditioning theories are practically applicable at an educational field (a children classroom). It is noticed that comparative practical results obtained are interesting for field application of CAL package with and without associated teacher's voice. Finally, the presented study highly recommends application of a novel teaching trend aiming to improve quality of children mathematical learning performance.

연구 동기 및 목표

• 어린이들의 수학 개념 유지에 미치는 다중감각 학습의 영향을 조사한다.
• 시각적 및 听각적 자극을 통합하여 전통적 수학 지도의 한계를 보완한다.
• 인지다중미디어 이론에 기반한 컴퓨터보조학습(CAL) 모듈을 설계하고 평가한다.
• 인공 신경망이 인지학습 과정을 모델링하고 향상시키는 데 효과적인지 시험한다.
• 연상기억 및 고전적 조건화 원리를 교육 기술 분야에 실용적으로 적용할 수 있는지를 탐색한다.

제안 방법

• 수학 학습을 강화하기 위해 시각적 및 听각적 콘텐츠를 동시에 제공하는 다중미디어 CAL 모듈을 개발하였다.
• 인지다중미디어 이론의 원리를 적용하여 튜토리얼 패키지의 설계를 체계화하였다.
• 다중감각 자극에 대한 반응으로 인지학습 과정을 모델링하고 시뮬레이션하기 위해 인공 신경망을 통합하였다.
• 콘텐츠 제공 및 시기 조절을 안내하기 위해 고전적 조건화 및 다중감각 연상기억 이론을 활용하였다.
• 교사의 목소리 독백 유무를 비교한 교실 환경에서의 현장 실험을 실시하였다.
• 실습 평가를 통해 기억력과 성과를 측정하여 학습 성과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시각적 및 听각적 자극의 통합은 어린이들의 수학 개념 유지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 다중감각 CAL 환경에서 교사의 목소리 독백은 학습 성과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 인공 신경망은 수학 교육 맥락에서 인지학습 과정을 어느 정도 모델링할 수 있는가?
• RQ4 다중감각 연상기억 원리는 초등 수학 교육에서 학습 성과를 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 청각 강화 유무에 따라 CAL 모듈의 효과성은 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 시각적 및 听각적 콘텐츠가 통합된 CAL 모듈은 해당 수학 주제에 대한 학생의 기억력 향상에 뚜렷한 효과를 보였다.
• 교사의 목소리 독백이 포함된 CAL 모듈을 사용한 학생들은 청각이 없는 조건보다 높은 학습 성과를 기록하였다.
• 다중감각 연상기억 원리의 적용으로 인지처리 및 회상 능력 향상이 측정 가능한 수준으로 향상되었다.
• 튜토리얼 설계에 통합된 고전적 조건화 메커니즘이 더 강한 학습 연상 관계를 형성하는 데 기여하였다.
• 신경망 모델링을 지원하는 감각 통합 학습 환경이 더 나은 교육 성과를 산출함을 확인하였다.
• 결과적으로, 새로운 다중감각 수업 트렌드의 도입이 어린이들의 수학 학습 품질 향상에 기여함을 뒷받침한다.