온라인 수학 수업에서 클릭스트림 데이터를 활용한 학생 성과 예측 모델 ClickTree

핵심 개념

클릭스트림 데이터를 활용하여 학생들의 수학 과제 수행 점수를 정확하게 예측할 수 있는 트리 기반 모델 ClickTree를 개발하였다.

초록

이 연구에서는 ClickTree라는 트리 기반 모델을 개발하여 학생들의 수학 과제 수행 점수를 예측하였다. 연구팀은 학생들의 클릭스트림 데이터에서 다양한 특징을 추출하였고, CatBoost 트리 모델을 사용하여 학생들이 과제 문제를 정답으로 풀었는지 여부를 예측하였다.

ClickTree 모델은 EDMcup 2023 경진대회에서 2위를 차지하며 약 79%의 정확도를 달성하였다. 연구 결과 분석을 통해 다음과 같은 주요 발견사항을 확인하였다:

1. 정답 선택형, 대수 II, 히스토그램 등의 문제 유형과 주제가 학생들에게 더 어려운 것으로 나타났다.
2. 과제를 많이 완료하고 정답을 많이 맞힌 학생들이 최종 과제에서 더 높은 점수를 받았다. 반면 힌트나 답변을 자주 요청한 학생들은 최종 과제에서 어려움을 겪었다.
3. ClickTree 모델은 학생들의 클릭스트림 데이터를 활용하여 수학 과제 수행 점수를 정확하게 예측할 수 있었다. 특히 문제 유형, 문제 수행 성과, 과제 완료 횟수 등의 특징이 중요한 역할을 하였다.

이러한 결과를 바탕으로 교육자들은 학생들의 학습 경험을 개선하고 효과적인 교육 전략을 수립할 수 있을 것이다. 특히 어려운 문제 유형과 주제에 대한 추가 지원을 제공하고, 학습 과정에서 어려움을 겪는 학생들을 조기에 파악하여 맞춤형 지원을 할 수 있을 것이다.

통계

학생들이 과제 문제를 정답으로 풀었을 때의 평균 점수는 0.78이었다.
학생들이 과제 문제를 틀렸을 때의 평균 점수는 0.22이었다.
학생들이 과제 문제를 풀 때 평균적으로 112.48번 문제를 완료하였다.
학생들이 과제 문제를 풀 때 평균적으로 2.24번 힌트를 요청하였다.

인용구

"학생들이 과제 문제를 많이 완료하고 정답을 많이 맞힌 경우 최종 과제에서 더 높은 점수를 받았다."
"학생들이 힌트나 답변을 자주 요청한 경우 최종 과제에서 어려움을 겪었다."

핵심 통찰 요약

ClickTree

by Narjes Rohan... 게시일 arxiv.org 03-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.14664.pdf

더 깊은 질문

수학 과제 수행에 영향을 미치는 다른 요인들은 무엇이 있을까?

이 연구에서는 학생들의 수학 과제 성적에 영향을 미치는 여러 요인을 분석하였습니다. 첫째로, 문제 유형이 중요한 역할을 합니다. "정확한 일치 (대소문자 무시)", "모두 적용 확인" 및 "순서 매기기"와 같은 문제 유형은 학생들에게 더 어려운 것으로 나타났습니다. 둘째로, 특정 주제나 과목이 학생들에게 어려움을 줄 수 있습니다. 예를 들어, Algebra II, 기술 통계, 그리고 다자리 숫자의 곱셈 및 나눗셈과 같은 주제는 학생들에게 더 어려운 것으로 확인되었습니다. 또한, 학생들이 어떤 행동을 보였는지에 따라 성적에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 성공적인 학생들은 더 많은 문제를 시작하고 완료하며, 정확한 답변을 제공하는 반면, 고민하는 학생들은 힌트, 답변 및 설명을 요청하는 경향이 있었습니다. 이러한 요인들은 학생들의 과제 성적에 영향을 미치는 중요한 요소로 확인되었습니다.

학생들의 과제 수행 어려움을 해결하기 위한 효과적인 교육 전략은 무엇일까?

학생들의 과제 수행 어려움을 해결하기 위한 효과적인 교육 전략은 몇 가지 방향으로 나뉠 수 있습니다. 첫째로, 어려운 문제 유형에 대한 추가적인 연습이나 안내 예제를 제공하여 학생들이 필요한 기술을 향상시킬 수 있습니다. 둘째로, 어려운 주제에 대한 새로운 가르침 전략과 자원을 디자인하여 학생들이 더 효과적으로 학습할 수 있도록 돕는 것이 중요합니다. 예를 들어, Algebra II, 기술 통계, 다자리 숫자의 곱셈 및 나눗셈과 같은 주제에 대한 창의적인 예제, 연습 및 상호 작용 활동을 제공하여 학생들의 교육을 원활하게 할 수 있습니다. 또한, 어려운 주제에 대한 명확한 설명과 단계별 지침을 제공함으로써 학생들의 이해를 돕는 것이 중요합니다. 이러한 전략을 통해 학생들이 어려운 주제와 문제 영역에 대해 더 많은 지원을 받고, 필요한 곳에서 적절한 지원과 개입을 제공할 수 있습니다.

학생들의 수학 학습 과정에서 나타나는 행동 패턴과 인지 과정의 관계는 어떠할까?

성공적인 학생들과 고민하는 학생들 간의 학습 행동 비교를 통해 흥미로운 결과가 도출되었습니다. 성공적인 학생들은 더 많은 문제를 시작하고 완료하며, 더 많은 문제를 정확하게 푸는 경향이 있었습니다. 반면, 고민하는 학생들은 힌트, 답변 및 설명을 요청하는 횟수가 더 많았습니다. 이러한 결과는 고민하는 학생들이 초기에 식별될 수 있음을 시사하며, 적절한 지원과 개입을 제공함으로써 이들의 성적을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 또한, 학생들에게 자기 주도적인 학습 전략과 도움이 되는 온라인 튜토리얼이나 교육 앱을 제공하여 학생들의 독립적인 학습을 지원하는 것이 유익할 수 있습니다. 이러한 행동 패턴 비교를 통해 교사들은 학생들의 학습 방식을 이해하고, 필요한 지원을 제공하고, 개인화된 도움을 제공하여 학생들의 성적을 향상시킬 수 있습니다.