Transcript 인간을 닮은 지능형 튜토링 에이전트

지능화된 e-러닝 시스템 기술
한국교원대학교
송 기상
KNUE- ITS Lab
교수-학습 과정의 모델

전통적인 교수-학습 과정
N-1
정보의
제시 및 학습
N
질문 제시
응답의 판별
피드백 제공
힌트나
교정 제공
ICAT2005-2
KNUE- ITS Lab
튜토링의 효과

Bloom의 2.0 SD 효과
Bloom, B. (1984) The 2 sigma problem: The search for methods of group instruction as effective as one-to-one tutoring.
Educational Researcher, June/July, 4-16.

일대일 튜토링 수업을 받는 학생은 전통적인 교실 수업을 받는 학
생보다 2.0 표준 편차의 개선이 있게 된다




튜토링 수업을 받은 평균적인 학생은 교실 수업을 받은 학생 가운데서
최상위 2% 학생 수준 만큼의 개선 효과가 있다
튜토링을 받을 때 평균적인 학습자도 몇 배 빠르게 학습
교수법으로 훈련되지 않은 튜터들에 의한 일대일 교수도 효과적
튜토링이 효과적인 이유





상호작용적인 문답(dialogue)
협력적으로 지식을 구성해 나감
설명이 제공됨
구체적인 예제의 제시
깊은 추론을 유도하는 질문들
ICAT2005-3
KNUE- ITS Lab
학습전략과 학습효과 비교
Selected Alterable Variables That Influence Student Achievement
Effect size
Percentile
Strategy
2.00
98
Tutorial instruction
1.20
86
Reinforcement
1.00
84
Corrective feedback
1.00
84
Cues and explanations
1.00
84
Student classroom participation
0.80
79
Cooperative learning
0.80
79
Homework (grading)
0.60
73
Classroom morale
0.40
66
Peer and cross-age remedial tutoring
0.30
62
Homework (assigned)
0.30
62
Teacher expectancy
0.20
58
Peer group influence
What Helps Students Learn? (Walberg et.al, 1984)
전통수업
대신에
선택된
전략에 따라
50%에 있던
평균 학습자의
성취도 변화
ICAT2005-4
KNUE- ITS Lab
튜토링과 학습자

효율적인 튜토링에서 요구되는학습자의 활동





지식 구성에서의 적극적 활동을 취하게 함
질문을 하게함
자신들이 직접 설명을 만들도록 함
자신들이 가지고 있는 오개념(misconceptions )을 발견하게 함
정보의 종합화
ICAT2005-5
KNUE- ITS Lab
튜토링 시스템


특정 주제의 학습을 돕기 위하여 학습자를 인도하는 컴퓨터 시스템
효과적인 학습을 위하여서는 인간 튜터에게서 발견되는 감정적이고,
동감하는 튜터의 특징 반영이 요구됨


Learn How to Improve Learning Ability by Tapping into the Power of
Emotions
튜터가 학습자를 학습 과정에 참여시키는 능력이 필수 요소
 학습자의 감정 파악 및 적절한 피드백
 구조적인 튜토링 과정의 적용
 사용자의 이해도를 파악
 최적의 피드백 결정
 튜터는 다이얼로그를 제어
 학습자와 문답의 파트너 역할
 스스로 지식을 구성하는 것을 돕는 인간 튜터의 역할 반영
ICAT2005-6
KNUE- ITS Lab
세대별 컴퓨터 튜터 특징

1세대: CAI (1965-1980)



2세대: Model-tracing ITS (1981-1997)




텍스트나 그래픽, 멀티미디어 자료 등을 제시
학습자의 반응에 따라 다른 페이지 제시
Think Aloud Protocol
학습자들의 인지 모델
튜터로 하여금 학습자의 추론을 따라 힌트와 피드백 제공
3세대: 인간 튜터를 반영한 컴퓨터 튜터 (1998 이후)



학습 효과를 가져오는 상호작용적인 담화(discourse) 고려
학습자들로 하여금 스스로 지식을 구성하도록 지원
학습자를 참여시키는 다이얼로그 기반
ICAT2005-7
KNUE- ITS Lab
대표적인 ITS 관련 연구








SOPHIE (Brown) -- electronic circuits
GUIDON (Clancy) -- medicine
WHY (Stevens,Collins) -- meteorology
PACT (Anderson, Corbett, Koedinger) algebra,
geometry, computer languages
SHERLOCK (Lesgold) -- basic electronics and
devices
ANDES (VanLehn) – physics
DIAGNOSER (Hunt, Minstrell) -- physics
Intelligent Essay Grader (Landauer, Foltz) --writing
ICAT2005-8
KNUE- ITS Lab
Model-tracing ITS
ICAT2005-9
KNUE- ITS Lab
컴퓨터 튜터들의 학습 효과
1.4 표준편차
1.2
1.05
1.0
0.84
0.8
0.6
0.4
0.39
0.50
0.2
0.0
Computer-Based
Instruction
(233 Studies)
Interactive
Multimedia
Instruction
(47 Studies)
"Intelligent"
Recent Intelligent
Tutoring Systems Tutoring Systems
(11 Studies)
(5 Studies)
표준 편차에 의한 측정값
ICAT2005-10
KNUE- ITS Lab
전통적인 ITS 구조
Intelligent
Tutoring System
Curriculum
Generate
Problem
ITS
Solution
Present
Problem
Student
Solution
Compare
Solutions
Rule-based Reasoning
Model-tracing
Present
Feedback
Update
Student
Skills
Model
ICAT2005-11
KNUE- ITS Lab
전통적인 ITS 모델
학습자 지식 구조, 성취
스타일, 감정 상태등
학습자 모듈
인
터
페
이
스
통신
모듈
전문가 모듈
문제 해결 전문가
모
듈
전달 매체
교수 모듈
(튜토링 모듈)
도메인
지식
모듈
학습주제/
가르치는 영역에
관한 지식
교수 전략, 전문가와 학습자의
문제 해결 방식의 최소화
멀티모달리티 적용
ICAT2005-12
KNUE- ITS Lab
전통적인 ITS의 문제점





학습자의 의도나 개인적인 문제 해결 스타일
을 고려하는데 한계
제한된 도메인 지식
개발 시간 및 비용의 과다
제한된 사용 영역 및 주제
웹 기반 학습 환경에 적용하는 문제
ICAT2005-13
KNUE- ITS Lab
교수용 에이전트
에이전트의 의미와 특성

에이전트(Agent)





특정 목적에 대하여 사용자를 대신하여 작업을 수행하는 자율적 프로
세스
독자적으로 존재하지 않고 어떤 환경의 일부이거나 그 안에서 동작하
는 시스템
스스로 환경의 변화를 인지하고 변화에 반응하며 경험을 바탕으로 학
습하는 기능을 수행
작업의 수행을 위해 다른 에이전트나 사용자와 협동가능
에이전트의 특성




자율성 (autonomy)
지능 (intelligence)
협동성 (co-operation)
사회성 (social ability)
ICAT2005-14
KNUE- ITS Lab
교수용 에이전트
교수용 에이전트와 ITS

애니메이션 기반 교수용 에이전트(Animated Pedagogical Agent)





학습 과정을 촉진하기 위한 생명체와 같은 지닌 애니메이션 된 캐릭터
기반 에이전트
애니메이션 된 “인물”을 통하여 학습자에게 반응
학습 과정에 대한 충분한 내용적 이해를 지님
학습 시나리오에서 유용한 역할 수행 가능
ITS와 교수용 에이전트




ITS에서 크게 고려되지 않은 온라인 학습에서의 촉진자 역할에 새로운
가능성 제공
자율적인 에이전트로서 복잡한 상황을 스스로 관리하는 능력이 요구됨
학습자와 학습 환경을 모두 포함함
학습자들의 예측의 어려움, 다양한 태도, 능력의 차이, 학습 스타일에
적응적으로 반응하는 것이 요구됨
ICAT2005-15
KNUE- ITS Lab
교수용 에이전트
교수용 에이전트의 기능

전문가로서의 에이전트


동기 부여자로서의 에이전트


특정 분야에서 숙련된 지식, 광범위한 지식 및 평균 보다
더 나은 수행 능력
자신의 아이디어를 제안하거나 말로서 격려하고 학습자
을 자극해 줌
멘토로서의 에이전트

이상적인 인간 교수자는 학습자에게 현재 상태와 필요한
능력 수준까지의 차이를 메우기 위한 지도(guidance)를
제공함
ICAT2005-16
KNUE- ITS Lab
교수용 에이전트
교수용 에이전트 역할과 특징
Agent Roles by Characteristics ([Baylor et al., 2003])
ICAT2005-17
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트:
의미



아바타(애니매이션 기반 컴퓨터 캐릭터)
인공 지능에 의하여 지원을 받음
교육적인 이익




학습자의 진보에 따른 격려 제공
학습자의 진보에 민감함
인간 교사가 갖는 비슷한 수준의 열정을 전달 가능
학습을 보다 흥미있게 함
The persona effect: affective impact of animated pedagogical agents, Lester, 1997
ICAT2005-18
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트:
특징

적응성


동기 부여


학습자 상태의 파악과 레슨 계획에 보다 잘 따르게
함
학습자를 격려하고 피드백을 제공
참여 유도

다양한 인간성의 표현 가능

특정 영역의 전문성 표현 가능
ICAT2005-19
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트(3)
인물의 효과


학습경험에 애니매이션 에이전트는 강력하고 긍정적인
효과를 부여함
에이전트를 학습에 적용할 때의 잠재적인 효과

직접적인 인지 효과: 고도의 지식 획득을 도움



동기화 효과: 생명체나 인간 같은 캐릭터에 의한 신뢰도 증가


에이전트가 학습자를 계속해서 학습과정에 참여 시킴
학습자의 성찰(reflection) 과 스스로 설명하는 것을 자극함
학습 경험에 대한 긍정적인 인식의 제공
애니메이션 된 교수용 에이전트의 “인물(Persona)” 효과



정서적 효과
학습 경험을 지각하는데 강한 긍정적인 영향 제공
너무 많은 애니매이션이나 잘못된 애니매이션은 오히려 역효과 초래
ICAT2005-20
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트
구현 모델(1)

General Pedagogical Agent 구조
Perception
Action
Emotion
Emotion
Generator
Personality
Knowledge
Base
Manager
Behavior
Generator
Learning
Knowledge Base
ICAT2005-21
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트
구현 모델(2)


Co-learner 모델
Co-learner: 인공지능으로 된 인공적인 학습자


Co-learner
Model
학습자와 협동적으로 문제를 풀어가며 격려하고 그 결과를
토의함
학습자의 친구, 문제 해결자 등으로 역할 가능
Domain
Knowledge
Learning
Task
Teaching
Strategy
Student
Model
Tutor
Co-Learner
Student
ICAT2005-22
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트
예 (1) Adele



Center for Advanced Research in Technology for Education (CARTE), USC / ISI
코스 자료에 따라 학습자 지원
Agent for Distance Learning Environments (ADELE)
ICAT2005-23
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트
예 (2) Steve




개발: Information Science Institute, USC
3차원 교수용 에이전트
인간과 에이전트가 구어(spoken language)로 상호작용함
Steve 에이전트는 개별팀의 튜터와 실제 팀원으로 동작가능
ICAT2005-24
KNUE- ITS Lab
상호작용적 애니매이션 기반 교수용 에이전트
예 (3) AutoTutor



Memphis University
Human-like Computer Tutor
인간 교사의 교수 학습 과정을 모델로 함
ICAT2005-25
KNUE- ITS Lab
웹 인텔리전스와 이러닝
U-learning
학습자 모델링
Ubiquitous Computing
지능형 추천
지능화된 User Interface
시스템
Intelligent Human
Web Mining and
Web Interaction
교수용 Agent 기반
Information
Retrieval
이-러닝 시스템
Web Agent
Emerging Web
Technologies
시멘틱 웹을 통한 문서 제공
ICAT2005-26
KNUE- ITS Lab
인간을 닮은 지능형 튜토링 에이전트(1)

왜?



인간 교사에 의한 튜토링이 가장 이상적인 일대일 학습 환경
을 제공
ITS에서 인간 교사를 반영하는 것의 중요성 인식
에이전트의 역할 대화 상대








적극적인 지식 구성을 격려
학습자의 대답을 이해할 수 있는 능력
주어진 질문에 대하여 학습자에게 질문을 던짐
학습자의 대답에 피드백을 제공
적절한 감정적인 대응 가능
힌트, 괄호채우기등의 제공
상호주도 대화 촉발 가능
오개념을 교정하는 질문과 답변 제공
ICAT2005-27
KNUE- ITS Lab
인간을 닮은 지능형 튜토링 에이전트(2)

구성 요소
Gesture
Understanding
Gaze Focus, Head Pose, Facial Gestures
Learning
Environment
Agent Persona
Text-to-Speech
Conversational
Interface
User events
Learner
Assessment
Learner
Profile DB
Curriculum
Scripts
GUI
configuration
Body gestures
Text
markup
Q/A
Dialog Move
Generation
Language
Understanding
Tutor
Module
Dialog
generation
Text generation
ICAT2005-28
KNUE- ITS Lab
기존의 코스웨어와의 통합


웹 코스웨어의 지능화 문제: 깊이 있는 토론이 부재
웹 코스웨어 학습 후 튜토링 세션으로 들어감
Tutoring conversational agent
server
Designed materials
Web content
authoring tool
Courseware
Learner
Lecture
notes
Web based
distance education server
Learner
ICAT2005-29
구현된 모습

KNUE- ITS Lab
초등과학 교수용 지능형 튜토링 에이전트 개발
ICAT2005-30
KNUE- ITS Lab
교수용 에이전트의 유비쿼터스
컴퓨팅 환경에의 적용
유비쿼터스(Ubiquitous) Learning에서의
학습 촉진자 역할
Tutoring conversational agent
server
Designed materials
Web content
authoring tool
Lecture
notes
Learner
Courseware
Courseware
Learner
ICAT2005-31