가상현실 치과시뮬레이션에서 학습자의 숙련도가 수행시간, 수행정확도, 과제부하에 미치는 영향

정무석,김병기,류지헌 한국교육방법학회 2020 교육방법연구 Vol.32 No.2

This study was to identify the effect of learner’s expertise on performance in virtual reality based dental simulation. The simulation of this study was developed to train dental practice with using a mirrorhand piece. This dental simulation had a virtual child patient at 56 years old with caries. Two clinical cases implemented to the virtual child patient were given as a task. The participants were 34 licensed dentists, and one group was 17 interns and the other was practitioners with 1 or 2 year clinical experiences. The participant was asked to examine the cases. The dependent variables were the performance time, diagnosis of two clinical cases, and instruments of task-load originated from NASA-TLX. One-way MANOVA was applied for a repeated measured with three dependent variables. The dependent variables were measured after each case; thus, two sets of measures were collected through the experiment. The performance time was consisted of examining and decision-making times. The decision-making time was to make a plan to select treatments. The participant could select some of the treatment plans as long as it was not incorrect solution for the case. The task performance was measured for a ratio of correct solution and a frequencies of incorrect solution. The task load survey had six items to measure how they perceived their mental demand to complete the task. The results revealed that a group difference was significant with shorter time to complete the tasks. They showed a significant tendency of reducing time for the second case. However, no interaction effect was found. For the performance measure, the numbers of error in solution was significantly decreased at the second case while there were no interaction and group differences. No significant differences werefound across all of the times. The expertise is crucial factor to be considered in simulation design. The criterion of task need to be various depending upon the level of expertise. For the novice, the learning support should be provided to reduce performance time and accuracy. 이 연구의 목적은 가상현실 기반의 치과시뮬레이션에서 학습자의 숙달수준이 시뮬레이션을 통해 나타나는 수행에 어떤 영향을 미치는가를 확인하기 위한 것이다. 이를 위하여 임상경험이 필요한 치과용 시뮬레이션 개발을 통해서 숙련수준의 차이를 갖고 있는 학습자들의 수행을 비교했다. 학습자의 숙달수준은 전문영역에서의 고도화된 지식 스키마의 수준을 대변하는 것이다. 그렇기 때문에 숙달수준에 따른 수행을 비교함으로써 조작활동이 필요한 가상현실 시뮬레이션에서 어떤 요인을 고려해서 설계 및 개발해야 하는가에 대한 함의를 제공할 것이다. 연구 대상은 치과병원 수련의들로 인턴 17명(초보자 집단)과 레지던트 1, 2년차 17명(숙련자 집단)이었다. 이들은 가상소아환자(DANVI)를 적용한 가상현실 기반의 치아진단 시뮬레이션을 사용했다. 이들은 두 개의 임상사례를 진단했으며, 각 임상사례에 대한 치료계획 수립과정을 시뮬레이션하는 과제를 수행했다. 전문성 수준에 따라서 집단을 구분한 반복측정에 의한 일변량 분산분석을 실시했다. 종속변수는 수행시간, 수행정확도, 과제부하였다. 수행시간은 진찰시간 및 진단평가 시간으로 구분되었다. 수행정확도는 제시된 과제에 대한 수행의 오류 횟수를 계산했다. 마지막으로 과제부하설문은 NASA-TLX를 활용한 문항을 적용했다. 연구결과에 따르면 전체적인 수행시간에서는 숙련도가 높은 집단의 시간이 더 짧게 나타났다. 수행정확도에서는 집단간 차이는 없었으나 사례에 따라서 오류진단의 건수가 유의미하게 줄어들었다. 반면에 과제부하를 묻는 설문에서는 유의미한 차이가 없었다. 이 연구를 통하여 기술숙달이 필요한 가상현실 시뮬레이션에서 전문가의 숙달수준이 시뮬레이션 사용에서 중요한 참고사항이 된다는 점을 확 인할 수 있었다. 숙달수준에 따라서 과제수행 시간과 정확도에서 차이가 나타날 수 있다. 그렇기 때문에 과제완성도에 대한 평가기준을 설정할 때, 학습자의 이러한 숙달수준을 반영해야 한다. 또한 숙달수준이 낮은 학습자를 위한 학습지원 체제를 제공해줌으로써 과제수행의 정확성을 높일 수 있는 안내를 제공해주어야 한다.

적응적 수업자료의 개발을 위한 머신러닝의 활용: 학습자의 뇌파를 활용한 인지부하 판별모형 개발

정무석,임태형,류지헌 순천대학교 교육과학연구소 2021 현장수업연구 Vol.2 No.1

The purpose of this study was to develop an artificial intelligence-based model that determines the degree of cognitive load using learner’s neurophysiological data. The participants were two undergraduate students of a flagship university. Their EEG response data were collected during the experimental tasks. Machine learning models including random forest, support vector machine, and artificial neural network techniques were applied for the data. Results showed that the machine learning model that employed artificial neural network technique produced the highest predictive power at 95.17%. In addition, the machine learning model that employed random forest technique showed more than 94% prediction accuracy. The results of the study suggested that the models can be used to develop a personalized adaptive learning system that actively responds by measuring the cognitive load of learners in real time. 이 연구의 목적은 학습자의 신경생리 자료인 뇌파를 활용해서 학습자가 지각하는 인지부하의 정도를 판단할 수 있는 판별모형을 개발하기 위한 것이다. 이러한 접근은 적응적 수업자료를 위한 활용방안을 탐색하는 계기가 될 것이다. 연구목적 달성을 위해서 학습자의 신경생리적 데이터를 활용하여 인지부하 정도를 판별하는 인공지능 기반의 모형을 개발하는 것이다. 2명의 국립대 학생이 제시된 학습자료를 학습하는 동안 뇌파 반응 데이터를 수집하였다. 이 데이터를 통해 랜덤 포레스트, 서포트 벡터 머신, 인공신경망 기법이 각각 적용된 머신러닝 모델을 훈련시켰다. 그 결과 T7, AF3, AF4 영역의 감마파가 모형을 결정하는데 가장 큰 영향을 미쳤으며, 전반적으로 하이베타파와 감마파가 모형의 결정에 영향을 미쳤다. 모형의 정확도 비교에 있어서 인공신경망 기법이 적용된 머신러닝 모델이 95.17%로 가장 높은 예측력을 보였다. 또한 랜덤 포레스트 기법이 적용된 머신러닝 모델이 94% 이상의 예측 정확도를 보였다. 본 연구 결과는 실시간으로 학습자의 인지부하 정도를 측정하여 능동적으로 반응하는 개인화된 적응적 학습 시스템을 개발하는데 활용될 수 있을 것이다.

치과임상용 가상현실 시뮬레이션에서 사용자의 숙련도 수준이 과제부하와 사용용이성에 미치는 영향

정무석(Museok Jeong),임태형(Taehyeong Lim),류지헌(Jeeheon Ryu) 한국콘텐츠학회 2021 한국콘텐츠학회논문지 Vol.21 No.8

이 연구는 치의학 교육을 위한 부정교합 진찰용 가상현실 시뮬레이션의 적용 효과를 검증하기 위한 것이다. 부정교합 진단을 위해서는 치아모형을 사실적인 수준으로 만들어야 하며 이렇게 개발된 치아모형을 손으로 쥐고 상세하게 관찰할 수 있어야 한다. 이 연구에서는 치의학 가상현실 시뮬레이션을 만들기 위한 4단계 모델링 절차를 적용했다. 또한 이렇게 개발된 가상현실 시뮬레이션이 학습자의 숙달수준에 따라서 어떻게 지각되는가를 확인하기 위해서 HMD를 착용하고 진단을 하도록 했다. 이 연구에는 치의학전문대학원 재학생 3학년(29명), 4학년(29명), 치의학 전공의(28명)이 참여했으며, 두 가지 증례에 대한 진단활동을 통해서 과제부하와 사용용이성을 측정했다. 과제부하에 대한 검증에서 3학년이 전공의보다 더 많은 정신적 요구량과 당혹감을 지각하고 있었다. 이 결과는 시뮬레이션을 사용할 때 숙달수준에 따라서 지각하는 과제부하가 달라지고 있음을 보여주는 것이다. 반면에 사용용이성(구강모형의 조작, 오류수정, 오류인식)에서 4학년이 전공의보다 더 높은 용이성 지각을 보여줬다. 이 연구를 통하여 전문 훈련용 가상현실 시뮬레이션의 개발을 위한 함의점을 논의하였다. This study aimed to investigate the effects of the virtual reality simulation for malocclusion examination for dental education. A 4-step modeling procedure was applied to develop a tooth model with a realistic level in order to be held and observed in detail. Eighty-six participants used HMDs to examine the developed virtual dental simulation to identify their perception according to expertise levels. The independent variable, expertise group, included three levels: 29 juniors, 29 seniors, and 28 dentists, respectively. The dependent variables, that were task-load and usability, were measured through two cases. Results showed that the junior group perceived a higher level of mental demands and embarrassment than the dentist group. It indicated that the perceived task load varies according to the expertise levels in the simulation task. However, the senior group perceived a higher level of ease of use than the dentist group. This study presented the implications for the development of virtual reality simulation in detail.

토론봇의 윤리적 편향성 방지를 위한 고려 요인

류지헌,김국현,정무석 한국인터넷윤리학회 2019 The Digital Ethics(디지털 윤리) Vol.3 No.2

With the development of artificial intelligence technology, attempts to use chatbot in education are increasing. Debate Bot with natural language processing technology can communicate naturally with user by recognizing users' Intentions and context. Debate Bot can be used for debate education. Learning debate can improve students' communication skills, data analysis skills, and critical thinking skills. It is difficult to conduct the debate at the school site due to time limitation and participation issues. Debate Bot can solve these problems by providing users with automated responses. However, various ethical issue such as data bias can arise because what chatbot say is provided by algorithm based on collected data. Based on this problem, this study suggested principle for developing debate chatbot. As results, the most important principle was to eliminate designer’s bias on collecting data. And inhuman like conversation needs to be removed for make the communication be more human like.

The Effects of Joystick-controlling and Walking-around on Navigating a Virtual Space

류지헌,박상훈,양은별,정무석 한국교육공학회 2020 Educational Technology International Vol.21 No.2

The advancement of virtual reality technology offers various locomotion options that support users’ navigation behaviors in a virtual reality environment. This study was aimed at examining the effects of two navigation methods—joystick-controlling and walking- around—on users’ perceived usability, behavioral engagement, and virtual presence. Fifty South Korean college students were recruited in the study, and they were assigned randomly to one of the two navigation conditions. Participants from each group were asked to observe a 3D object and complete the surveys. They were then asked to repeat the procedure with a 2D image. Using repeated-measures ANOVAs and MANOVA, we found that users using joystick-controlling reported higher usability and showed superior performance to the walking-around group on two tasks. Participants reported a higher behavioral engagement when observing the 2D image. Besides, they perceived a significantly higher virtual presence when observing the 2D image. Finally, we discussed the implications of the findings for the navigation method design.