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순환신경망(RNN)을 활용한 개별 학생 학업성취도의 종단적 예측
이창묵(Chang-mook Lee),이현숙(Hyun Sook Yi),나우열(Wooyoul Na) 한국교육평가학회 2020 교육평가연구 Vol.33 No.1
학생들이 학교교육을 통해 기초학력을 갖추도록 돕는 것은 공교육이 담당해야 할 중요한 책무이다. 기초학력에 도달하지 못한 상태에서 다음 학년에 진입하게 되면 기초학력 미달이 장기화할 수 있고 결과적으로 학업적 실패로 이어질 수 있기 때문이다. 따라서 학생의 미래 성취 수준을 조기에 예측하고 적시에 개입하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 개별 학생의 학업성취 수준을 예측하기 위한 방법으로서, 최근 다양한 분야에서 활용되고 있는 순환신경망(RNN)을 국가수준 학업성취도평가 자료에 적용함으로써, 교육 종단 자료를 바탕으로 미래의 학업 성취를 예측할 수 있는 방안을 탐색하였다. 본 연구에서는 2011년 초등 6학년부터 2016년 고등 2학년까지 세 시점의 국가수준 학업성취도평가 자료를 사용하였으며, RNN을 적용하여 미래 시점의 기초 이하 여부를 예측한 결과를 HGLM 모형 적용 결과와 비교하였다. 두 모형은 대체로 유사한 예측 성능을 보였으며, HGLM으로는 결과 산출이 어려운 구조에서도 RNN을 적용하여 기초 이하 여부를 예측할 수 있었다. 본 연구 결과를 토대로 학업성취의 조기예측과 관련한 순환신경망의 장점과 제한점에 대해 제안하였다. Helping students to meet the national standards of academic performance is very important in that failure to meeting the standards can have a detrimental effect on learning and can lead to long-term learning deficits. It is important to understand the state of individual student s academic achievement and identify students with potential academic failure, so that timely intervention can be made to prevent student failure. In this study, an artificial neural network (ANN) was applied to the National Assessment of Educational Achievement data to predict performance of a student in his/her 11th grade based on various information related to academic performance collected in the 6th and 9th grades. The recurrent neural network (RNN) was employed as a promising model for longitudinal prediction, and the performance of the RNN was compared with a traditional approach, the hierarchical general linear model (HGLM). The results showed that both RNN and HGLM models showed similar performances in the data collection designs to which both models can be applied. In addition, the RNN had advantages over the HGLM in that it can be also applied to situations where application of the HGLM is not feasible. Based on the results of this study, the advantages and disadvantages of the RNN in longitudinal prediction of educational data was discussed.
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TIMSS 수학 성취 상위국의 수학 흥미와 자신감에 대한 학년 및 연도간 변화 분석
이현숙(Hyun Sook Yi),이창묵(Chang mook Lee) 한국교육평가학회 2015 교육평가연구 Vol.28 No.2
본 연구에서는 2011년에 실시된 TIMSS 수학 영역에서 성적이 높았던 상위 10개국을 대상으로 각국 학생들이 초등학교 시기에 수학에 대해 형성한 정의적 특성이 중학교에 진학하면서 어떻게 변화하였는지를 살펴보기 위해 TIMSS 2007과 TIMSS 2011의 4학년과 8학년 학생 설문 자료를 이용하여 수학에 대한 흥미와 자신감의 변화를 국가별로 비교하였다. 분석에는 여러 집단의 잠재평균 차이를 동시에 비교하는데 있어서 전통적인 다집단 분석 방식의 한계를 보완한 정렬 최적화 방법을 적용하였다. 분석결과, 싱가포르를 제외한 모든 국가에서 4학년에서 8학년으로 가면서 흥미와 자신감이 급격히 하락하였으며, 우리나라와 대만, 일본 학생들은 4학년 때도 흥미와 자신감이 상당히 낮은 수준에서 출발할 뿐 아니라 하락폭도 크게 나타났다. 한편 싱가포르는 같은 아시아국이면서도 우리나라와 달리 4학년과 8학년 모두 흥미 수준이 매우 높게 유지되었으며, 8학년의 흥미 수준은 우리나라 4학년 학생들에 비해서도 높았다. 반면 싱가포르와 더불어 교육선진국으로 인식되고 있는 핀란드의 경우 수학에 대한 자신감은 높았으나 수학 흥미 수준은 매우 낮게 나타났다. 수학에 대한 자신감은 미국과 영국, 핀란드, 이스라엘 학생들이 높았으며, 수학에 대한 흥미가 다른 국가들에 비해 매우 높았던 러시아와 싱가포르는 수학에 대한 자신감이 중간 정도로 나타났다. 본 연구에서는 이와 같이 학년의 증가 및 연도의 변화에 따른 정의적 특성의 변화가 우리나라와 유사한 패턴을 보이는 국가와 상반된 패턴을 보이는 국가를 파악함으로써 우리나라 학생들의 정의적 특성의 향상을 위한 시사점을 제공하였다. This study investigated the longitudinal change of 4th and 8th grade students' attitudes toward mathematics between TIMSS 2007 and TIMSS 2011 among high-performing countries in TIMSS mathematics. Students' interest and self-confidence in math were compared across 10 countries and the alignment optimization method, recently introduced as an alternative approach to multi-group analysis, was employed to make comparisons on the latent means of the participating countries. It was observed that all countries except Singapore showed decreasing patterns in interest and self-confidence as it went from 4th to 8th grade, and that decreases in South Korea, Taiwan, and Japan were even more drastic. Singapore students maintained similar level of interest in math in both 4th and 8th grades, with the level of 8th grade interest being even higher than that of South Korean 4th graders. Finland showed contrasting patterns between interest and self-confidence in that interest was very low, while the self-confidence was relatively high. Self-confidence in math was also high in the U.S., U.K., and Israel, while countries with high level of interest such as Russia and Singapore showed moderate level of self-confidence. Based on the findings of this study, implications for improving South Korean students' interest and self-confidence in math were discussed.
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