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KR102265779B1 - Apparatus and method for predicting academic achievement using cognitive load indicator variables - Google Patents

Apparatus and method for predicting academic achievement using cognitive load indicator variables Download PDF

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KR102265779B1
KR102265779B1 KR1020190063934A KR20190063934A KR102265779B1 KR 102265779 B1 KR102265779 B1 KR 102265779B1 KR 1020190063934 A KR1020190063934 A KR 1020190063934A KR 20190063934 A KR20190063934 A KR 20190063934A KR 102265779 B1 KR102265779 B1 KR 102265779B1
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South Korea
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cognitive load
user
academic achievement
load index
index variable
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조일현
노재희
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이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

인지 부하 지표 변수를 사용한 학업 성취도 예측 장치 및 그 방법이 개시된다. 학업 성취도 예측 방법은 사용자의 동공 데이터를 기초로 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정하는 단계; 학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계; 상기 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계; 및 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 상기 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.Disclosed are a device and method for predicting academic achievement using a cognitive load index variable. The method for predicting academic achievement includes: measuring the user's cognitive load index variable based on the user's pupil data; Analyzing the difference in the cognitive load index variable according to the problem form of each of the problems used in the learning performance measurement test; analyzing differences in cognitive load index variables according to the task complexity of each of the problems; and predicting the user's academic achievement for the learning performance measurement test by using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem form and the task complexity.

Description

인지 부하 지표 변수를 사용한 학업 성취도 예측 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREDICTING ACADEMIC ACHIEVEMENT USING COGNITIVE LOAD INDICATOR VARIABLES}Apparatus and method for predicting academic achievement using cognitive load index variables {APPARATUS AND METHOD FOR PREDICTING ACADEMIC ACHIEVEMENT USING COGNITIVE LOAD INDICATOR VARIABLES}

본 발명은 인지 부하 지표 변수를 사용하여 문제 양식, 및 과제 복합도에 따른 학업 성취도를 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting academic achievement according to a problem style and task complexity using a cognitive load indicator variable.

학업 성취도 예측은 학생의 학습 수준을 정확하게 파악하고, 학생의 학습 수준에 최적화된 교육을 하기 위하여 필요하다.Predicting academic achievement is necessary in order to accurately identify the student's learning level and to provide an education that is optimized for the student's learning level.

종래의 학업 성취도 예측은 사용자의 행동 데이터를 수집하여 학업 성취도를 예측하고 있었으나, 사용자의 행동 데이터로는 사용자의 심리 상태를 분석할 수 없다는 한계가 있었다.The conventional academic achievement prediction predicts academic achievement by collecting user behavioral data, but there is a limitation in that the user's psychological state cannot be analyzed using the user's behavioral data.

따라서, 사용자의 심리 상태를 추정할 수 있는 인지 부하 관련 데이터를 이용하여 사용자의 학업 성취도를 예측하는 방법이 요청되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method of predicting a user's academic achievement using cognitive load-related data that can estimate the user's psychological state.

본 발명은 인지 부하 지표 변수 및 인지 부하 지표 변수들 간의 상호 작용을 이용하여 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 사용자의 학업 성취도를 예측하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.The present invention may provide an apparatus and method for predicting a user's academic achievement according to a problem style and task complexity by using a cognitive load indicator variable and an interaction between the cognitive load indicator variables.

또한, 본 발명은 문제에 포함된 구성 요소들의 개수 및 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수를 기초로 과제 복합도를 결정하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide an apparatus and method for determining the complexity of a task based on the number of components included in the problem and the number of interactions between the components.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법은 사용자의 동공 데이터를 기초로 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정하는 단계; 학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계; 상기 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계; 및 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 상기 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.The method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention comprises: measuring the user's cognitive load index variable based on the user's pupil data; Analyzing the difference in the cognitive load index variable according to the problem form of each of the problems used in the learning performance measurement test; analyzing differences in cognitive load index variables according to the task complexity of each of the problems; and predicting the user's academic achievement for the learning performance measurement test by using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem form and the task complexity.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법의 인지 부하 지표 변수를 측정하는 단계는, 상기 문제들 각각을 주시하는 사용자의 동공 데이터를 수집하는 단계; 상기 동공 데이터에 포함된 동공 크기 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 동공 크기 변화량을 결정하는 단계; 상기 동공 데이터에 포함된 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 시선 고정 지속 시간을 결정하는 단계; 및 상기 동공 크기 변화량 및 상기 시선 고정 지속 시간을 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.Measuring the cognitive load indicator variable of the method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention comprises: collecting pupil data of a user who watches each of the problems; determining an amount of change in pupil size for each of the problems by using pupil size data included in the pupil data; determining a gaze fixation duration for each of the problems using gaze position data and eye movement data included in the pupil data; and setting the pupil size change amount and the gaze fixation duration as the user's cognitive load indicator variables.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계는, 테스트 문제의 문제 양식 별로 사용자의 동공 크기 변화량을 측정하는 단계; 및 실제 문제를 주시한 사용자로부터 측정한 동공 크기 변화량을 기초로 실제 문제의 문제 양식을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of analyzing the difference in the cognitive load index variable according to the problem form of the method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention includes: measuring a change amount of the user's pupil size for each problem form of the test problem; and estimating the problem form of the real problem based on the pupil size change measured by the user who observed the real problem.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법의 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계는, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 기초로 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수를 분석하는 단계; 및 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 단순 선형 회귀 분석하여 인지 부하 지표 변수에 대응하는 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the user's academic achievement of the method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention is based on the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity analyzing the cognitive load index variable according to the interaction between the problem form and the task complexity; And by simple linear regression analysis of the analysis result of the cognitive load index variable according to the interaction between the problem style and the task complexity, the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style, and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity. It may include predicting the user's academic achievement corresponding to the cognitive load index variable.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 장치는 사용자의 동공 데이터를 기초로 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정하는 인지 부하 지표 변수 측정부; 학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하고, 상기 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 인지 부하 지표 변수 분석부; 및 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 상기 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측하는 학업 성취도 예측부를 포함할 수 있다.Academic achievement prediction apparatus according to an embodiment of the present invention includes a cognitive load indicator variable measuring unit for measuring the user's cognitive load indicator variable based on the user's pupil data; Cognitive load indicator variable analysis unit that analyzes the difference in the cognitive load indicator variable according to the problem style of each of the problems used in the learning performance measurement test, and analyzes the difference in the cognitive load indicator variable according to the task complexity of each of the problems ; and an academic achievement predictor for predicting the user's academic achievement in the learning performance measurement test using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and task complexity.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 장치의 인지 부하 지표 변수 측정부는, 상기 문제들 각각을 주시하는 사용자의 동공 데이터를 수집하고, 상기 동공 데이터에 포함된 동공 크기 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 동공 크기 변화량을 결정하며, 상기 동공 데이터에 포함된 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 시선 고정 지속 시간을 결정하고, 상기 동공 크기 변화량 및 상기 시선 고정 지속 시간을 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수로 설정할 수 있다.The cognitive load index variable measurement unit of the academic achievement prediction apparatus according to an embodiment of the present invention collects pupil data of a user who observes each of the problems, and uses the pupil size data included in the pupil data to solve the problems. A pupil size change amount for each is determined, and a gaze fixation duration for each of the problems is determined using the gaze position data and eye movement data included in the pupil data, and the pupil size change amount and the gaze fixation duration are determined. Time may be set as the user's cognitive load indicator variable.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 장치의 인지 부하 지표 변수 분석부는, 테스트 문제의 문제 양식 별로 사용자의 동공 크기 변화량을 측정하고, 실제 문제를 주시한 사용자로부터 측정한 동공 크기 변화량을 기초로 실제 문제의 문제 양식을 추정할 수 있다.The cognitive load indicator variable analysis unit of the apparatus for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention measures the user's pupil size change for each problem type of the test question, and based on the pupil size change measured from the user who observed the actual problem It is possible to estimate the problem form of the real problem.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 장치의 학업 성취도 예측부는, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 기초로 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수를 분석하고, 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 단순 선형 회귀 분석하여 인지 부하 지표 변수에 대응하는 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.The academic achievement predicting unit of the academic achievement predicting device according to an embodiment of the present invention is based on the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity, the problem form and the task complex Analyze the cognitive load index variable according to the interaction between degrees, and analyze the cognitive load index variable according to the interaction between the problem style and the task complexity, the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style, and the task complexity A simple linear regression analysis of the analysis result of the cognitive load indicator variable can predict the user's academic achievement corresponding to the cognitive load indicator variable.

본 발명의 일실시예에 의하면, 인지 부하 지표 변수 및 인지 부하 지표 변수들 간의 상호 작용을 이용하여 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to predict the user's academic achievement according to the problem style and task complexity by using the cognitive load indicator variable and the interaction between the cognitive load indicator variables.

또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 문제에 포함된 구성 요소들의 개수 및 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수를 기초로 과제 복합도를 결정할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the task complexity may be determined based on the number of components included in the problem and the number of interactions between the components.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치의 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치가 센서의 칼리브레이션을 수행하기 위하여 표시하는 화면의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치가 사용자의 동공 크기 기저 반응을 측정하기 위하여 표시하는 화면의 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 측정한 인지 부하 지표 변수의 정규성 검증 결과의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시선 고정 지속 시간을 정규 분포화한 결과의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 시선 고정 지속 시간에 대한 이원 분산 분석 결과의 일례이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 동공 크기 변화량에 대한 이원 분산 분석 결과의 일례이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 동공 크기 변화량에 대한 사후 분석 결과의 일례이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법을 도시한 플로우차트이다.1 is a diagram illustrating an apparatus for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention.
2 is an example of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
3 is an example of a screen displayed by the measuring device according to an embodiment of the present invention to perform sensor calibration.
4 is an example of a screen displayed by the measuring device according to an embodiment of the present invention to measure a user's pupil size basal response.
5 is an example of a normality verification result of a cognitive load index variable measured according to an embodiment of the present invention.
6 is an example of a result of normalizing a gaze fixation duration according to an embodiment of the present invention.
7 is an example of a result of two-way ANOVA on gaze fixation duration according to an embodiment of the present invention.
8 is an example of a result of two-way ANOVA on the amount of change in pupil size according to an embodiment of the present invention.
9 is an example of a post-analysis result for the amount of change in pupil size according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for description purposes only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법은 학업 성취도 예측 장치에 의해 수행될 수 있다. The method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention may be performed by an apparatus for predicting academic achievement.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 장치를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an apparatus for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention.

학업 성취도 예측 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 인지 부하 지표 변수 측정부(110), 인지 부하 지표 변수 분석부(120), 및 학업 성취도 예측부(130)를 포함할 수 있다. 이때, 인지 부하 지표 변수 측정부(110), 인지 부하 지표 변수 분석부(120), 및 학업 성취도 예측부(130)는 서로 다른 프로세서이거나, 또는 하나의 프로세서에서 수행되는 프로그램에 포함된 각각의 모듈일 수 있다.The apparatus 100 for predicting academic achievement may include a cognitive load index variable measuring unit 110 , a cognitive load index variable analyzing unit 120 , and an academic achievement predicting unit 130 as shown in FIG. 1 . At this time, the cognitive load indicator variable measuring unit 110 , the cognitive load indicator variable analyzing unit 120 , and the academic achievement predicting unit 130 are different processors or each module included in a program executed by one processor. can be

인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 측정 장치(101)로부터 수신한 동공 데이터를 기초로 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정할 수 있다. The cognitive load indicator variable measuring unit 110 may measure the user's cognitive load indicator variable based on the pupil data received from the measuring device 101 .

이때, 인지 부하는 학습 성과 측정 검사 과정에서 사용자에게 발생한 인지적 처리가 사용자의 작동 기억에 부과하는 정신 활동량이며, 인지부하 지표 변수는 시각 행동의 하위 변인인 안구운동 중 시선 고정 지속 시간 및 동공반응 중 동공 크기 변화량일 수 있다. 예를 들어, 학습 성과 측정 검사는 컴퓨터 기반 문제 풀이 환경에서 수행될 수 있다.At this time, the cognitive load is the amount of mental activity imposed on the user's working memory by the cognitive processing that occurred to the user during the learning performance measurement test process, and the cognitive load index variables are the duration of gaze fixation during eye movement and pupil response, which are sub-variables of visual behavior It may be an amount of change in the size of the middle pupil. For example, a learning performance measurement test may be performed in a computer-based problem-solving environment.

또한, 시선 고정 지속 시간은 사용자가 특정 대상에 대한 정보를 지각하기 위한 의도적인 행동이며, 특정 대상이 사용자의 눈의 중심와(中心窩) 영역에 일정 시간 동안 머문 시간일 수 있다. 그리고, 동공 크기 변화량은 사용자의 홍채의 중심에 위치한 원 모양의 동공크기 변화일 수 있다. 이때, 인지 부하가 증가할수록 시선 고정 지속 시간 및 동공 크기 변화량이 증가할 수 있다.In addition, the gaze fixation duration is an intentional action for the user to perceive information on a specific target, and may be a time during which the specific target stays in the fovea region of the user's eyes for a certain period of time. In addition, the pupil size change amount may be a circular pupil size change located at the center of the user's iris. In this case, as the cognitive load increases, the duration of gaze fixation and the amount of change in pupil size may increase.

구체적으로, 인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 측정 장치(101)로부터 학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각을 주시하는 사용자의 동공 데이터를 수집할 수 있다. 예를 들어, 동공 데이터는 동공 크기 데이터, 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Specifically, the cognitive load indicator variable measurement unit 110 may collect pupil data of a user who observes each of the problems used in the learning performance measurement test from the measurement device 101 . For example, the pupil data may include at least one of pupil size data, gaze position data, and eye movement data.

이때, 인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 동공 데이터에 포함된 동공 크기 데이터를 이용하여 문제들 각각에 대한 동공 크기 변화량을 결정할 수 있다. 또한, 인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 동공 데이터에 포함된 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터를 이용하여 문제들 각각에 대한 시선 고정 지속 시간을 결정할 수 있다. 그리고, 인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 동공 크기 변화량 및 시선 고정 지속 시간을 사용자의 인지 부하 지표 변수로 설정할 수 있다.In this case, the cognitive load indicator variable measuring unit 110 may determine the pupil size change amount for each of the problems by using the pupil size data included in the pupil data. Also, the cognitive load indicator variable measurement unit 110 may determine the gaze fixation duration for each of the problems by using the gaze position data and the eye movement data included in the pupil data. In addition, the cognitive load indicator variable measurement unit 110 may set the pupil size change amount and the gaze fixation duration as the user's cognitive load indicator variables.

인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 문제들 각각의 문제 양식(problem-modality)에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석할 수 있다. 이때, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 테스트 문제의 문제 양식 별로 사용자의 동공 크기 변화량을 측정할 수 있다. 그리고, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 실제 문제를 주시한 사용자로부터 측정한 동공 크기 변화량을 기초로 실제 문제의 문제 양식을 추정할 수 있다.The cognitive load indicator variable analysis unit 120 may analyze a difference in the cognitive load indicator variable according to the problem-modality of each of the problems. In this case, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may measure the change amount of the user's pupil size for each problem type of the test problem. In addition, the cognitive load index variable analysis unit 120 may estimate the problem form of the actual problem based on the pupil size change measured by the user who observed the actual problem.

예를 들어, 문제 양식은 문자만으로 구성된 문제(TO), 도표만으로 구성된 문제(PO), 문자와 도표로 구성된 문제(TP) 중 하나일 수 있다.For example, the question form can be one of text-only problems (TO), diagram-only problems (PO), and text-and-graphic problems (TP).

또한, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석할 수 있다. 이때, 과제 복합도는 문제에 포함된 구성 요소의 개수와 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수의 합에 따라 결정될 수 있다. Also, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may analyze a difference in the cognitive load indicator variable according to the task complexity of each of the problems. In this case, the task complexity may be determined according to the sum of the number of components included in the problem and the number of interactions between the components.

먼저, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 문제들을 분석하여 문제들 각각에 대한 작업 단계와 구성 요소를 도출할 수 있다. 이때, 작업 단계는 문제들을 해결하기 위하여 수행해야 하는 작업들의 단계들일 수 있다. 그리고, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 수학식 1을 사용하여 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수인 nC2를 결정할 수 있다.First, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may analyze the problems to derive a work step and components for each of the problems. In this case, the work steps may be steps of tasks to be performed in order to solve problems. And, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may determine the number of interactions between the components, nC 2 , using Equation 1 .

Figure 112019055791337-pat00001
Figure 112019055791337-pat00001

이때, n은 문제들 각각의 단계에 포함된 구성 요소들의 개수일 수 있다.In this case, n may be the number of components included in each step of the problems.

그리고, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 수학식 2를 기초로 M개의 작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수 및 상호 작용의 개수들을 더하여 과제 복합도를 결정할 수 있다.In addition, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may determine the task complexity by adding the number of components and the number of interactions included in each of the M work steps based on Equation (2).

Figure 112019055791337-pat00002
Figure 112019055791337-pat00002

예를 들어, 표 1에 도시된 바와 같이 문제에 포함된 구성 요소의 개수가 17개이고, 상호 작용의 수가 9개인 경우, 과제 복합도는 26일 수 있다.For example, as shown in Table 1, if the number of components included in the problem is 17 and the number of interactions is 9, the task complexity may be 26.

Figure 112019055791337-pat00003
Figure 112019055791337-pat00003

또한, 표 2에 도시된 바와 같이 문제에 포함된 구성 요소의 개수가 13개이고, 상호 작용의 수가 5개인 경우, 과제 복합도는 18일 수 있다.Also, as shown in Table 2, when the number of components included in the problem is 13 and the number of interactions is 5, the task complexity may be 18.

Figure 112019055791337-pat00004
Figure 112019055791337-pat00004

이때, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 과제 복합도의 값에 따라 문제의 과제 복합도 수준을 '상' 또는 '하'로 분류할 수 있다. 예를 들어, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 과제 복합도 기준값을 20으로 설정할 수 있다. 그리고, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 과제 복합도의 값 26이 과제 복합도 기준값 20을 초과하는 표1에 따른 문제의 과제 복합도 수준을 '상'으로 설정할 수 있다. 또한, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 과제 복합도의 값 18이 과제 복합도 기준값 20을 초과하는 표 2에 따른 문제의 과제 복합도 수준을 '하'로 설정할 수 있다.In this case, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may classify the task complexity level of the problem as 'high' or 'low' according to the value of the task complexity. For example, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may set the task complexity reference value to 20. In addition, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may set the task complexity level of the problem according to Table 1 in which the task complexity value 26 exceeds the task complexity reference value 20 as 'high'. Also, the cognitive load index variable analysis unit 120 may set the task complexity level of the problem according to Table 2 in which the task complexity value 18 exceeds the task complexity reference value 20 to 'low'.

학업 성취도 예측부(130)는 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.The academic achievement prediction unit 130 may predict the user's academic achievement in the learning performance measurement test by using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and task complexity.

이때, 학업 성취도 예측부(130)는 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 기초로 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수를 분석할 수 있다. 그리고, 학업 성취도 예측부(130)는 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 단순 선형 회귀 분석하여 인지 부하 지표 변수에 대응하는 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.At this time, the academic achievement prediction unit 130 is a cognitive load according to the interaction between the problem style and the task complexity based on the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity Indicator variables can be analyzed. In addition, the academic achievement prediction unit 130 analyzes the cognitive load index variable according to the interaction between the problem style and the task complexity, the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style, and the cognitive load index variable according to the task complexity A simple linear regression analysis of the analysis result of , predicts the user's academic achievement corresponding to the cognitive load index variable.

학업 성취도 예측 장치(100)는 인지 부하 지표 변수 및 인지 부하 지표 변수들 간의 상호 작용을 이용하여 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.The academic achievement prediction apparatus 100 may predict the user's academic achievement according to the problem style and task complexity by using the cognitive load index variable and the interaction between the cognitive load index variables.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치의 일례이다.2 is an example of a measuring device according to an embodiment of the present invention.

측정 장치(101)는 도 2에 도시된 바와 같이 사용자 고정 수단(210), 디스플레이(220), 및 센서(230)로 구성될 수 있다.The measuring device 101 may include a user fixing means 210 , a display 220 , and a sensor 230 as shown in FIG. 2 .

사용자 고정 수단(210)는 사용자(200)의 얼굴 위치를 고정함으로써, 센서(230)가 센싱하는 사용자(200)의 동공(201)의 위치도 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자 고정 수단(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 턱받이 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 센서(230)는 사용자 고정 수단(210)에 올려진 사용자(200)의 얼굴에서 동공(201) 주변을 센싱할 수 있다.The user fixing means 210 may also fix the position of the pupil 201 of the user 200 sensed by the sensor 230 by fixing the position of the face of the user 200 . For example, the user fixing means 210 may be formed in the shape of a bib as shown in FIG. In this case, the sensor 230 may sense the vicinity of the pupil 201 in the face of the user 200 mounted on the user fixing means 210 .

디스플레이(220)는 테스트 문제, 실제 문제 및 사용자의 특성 확인을 위한 정보들을 표시할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 특성 확인을 위한 정보는 센서의 칼리브레이션을 수행하기 위하여 표시하는 정보, 및 사용자의 동공 크기 기저 반응을 측정하기 위하여 표시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The display 220 may display test questions, actual problems, and information for checking user characteristics. For example, the information for identifying the user's characteristics may include at least one of information displayed to perform sensor calibration and information displayed to measure the user's pupil size-based response.

센서(230)는 사용자(200)의 동공(201)을 센싱하여 동공 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 센서(230)는 사용자(200)의 동공을 촬영하는 카메라, 사용자(200)가 착용한 거울 내장 콘택트 렌즈의 반사된 빛을 감지하는 광 센서, 사용자(200)가 착용한 코일 내장 콘택트 렌즈의 자기장을 감지하는 자기장 센서 중 하나일 수 있다. 또한, 센서(230)가 생성하는 동공 데이터는 동공 크기 데이터, 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The sensor 230 may generate pupil data by sensing the pupil 201 of the user 200 . For example, the sensor 230 includes a camera for photographing the pupil of the user 200 , an optical sensor for detecting reflected light from a mirror-built contact lens worn by the user 200 , and a built-in coil worn by the user 200 . It may be one of the magnetic field sensors that sense the magnetic field of the contact lens. Also, the pupil data generated by the sensor 230 may include at least one of pupil size data, gaze position data, and eye movement data.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치가 센서의 칼리브레이션을 수행하기 위하여 표시하는 화면의 일례이다.3 is an example of a screen displayed by the measuring device according to an embodiment of the present invention to perform sensor calibration.

센서(230)는 사용자의 눈의 특성을 고려하여 동공 데이터에 포함될 시선 위치 데이터를 생성하기 위하여 칼리브레이션을 수행할 수 있다. 예를 들어, 센서(230)는 시선 추적기를 포함하고, 시선 추적기에 대응하는 칼리브레이션을 수행할 수 있다.The sensor 230 may perform calibration in order to generate gaze position data to be included in the pupil data in consideration of the characteristics of the user's eyes. For example, the sensor 230 may include a gaze tracker and perform calibration corresponding to the gaze tracker.

이때, 디스플레이(220)는 도 3에 도시된 화면(310)을 표시하고, 화면에 포함된 원을 이동시키면서 사용자에게 시선으로 원의 이동을 추적하도록 요청하는 메시지를 출력할 수 있다.In this case, the display 220 may display the screen 310 shown in FIG. 3 and output a message requesting the user to track the movement of the circle with the user's gaze while moving the circle included in the screen.

그리고, 센서(230)는 원의 이동에 따라 변화하는 사용자의 동공의 위치를 센싱하여 칼리브레이션을 수행할 수 있다. 이때, 센서(230)가 칼리브레이션을 성공한 경우, 디스플레이(220)는 칼리브레이션 결과 화면(320)를 출력할 수 있다.In addition, the sensor 230 may perform calibration by sensing the position of the user's pupil that changes according to the movement of the circle. In this case, when the sensor 230 is successful in calibration, the display 220 may output the calibration result screen 320 .

또한, 센서(230)가 칼리브레이션을 성공하지 못한 경우, 디스플레이(220)는 사용자에게 위치 변경을 제안한 후, 다시 칼리브레이션을 시도하는 과정을 반복할 수 있다.In addition, when the sensor 230 does not successfully calibrate, the display 220 may repeat the process of attempting the calibration again after suggesting a location change to the user.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치가 사용자의 동공 크기 기저 반응을 측정하기 위하여 표시하는 화면의 일례이다.4 is an example of a screen displayed by the measuring device according to an embodiment of the present invention to measure a user's pupil size basal response.

측정 장치(101)는 사용자의 동공 크기 기저 반응을 측정하기 위하여 디스플레이(220)가 초기 화면(410)을 표시하도록 할 수 있다. 그리고, 사용자가 '다음으로' 버튼을 선택한 경우, 디스플레이(220)는 기저 반응 측정 화면(420)을 표시할 수 있다.The measuring device 101 may cause the display 220 to display the initial screen 410 in order to measure the user's pupil size basal response. And, when the user selects the 'next' button, the display 220 may display the basal response measurement screen 420 .

도 4의 실시예에서는 사용자에게 '다음으로' 버튼을 클릭하도록 요청하고 있으나, 실시예에 따라서는 디스플레이(220)가 키보드의 키 중 하나를 입력하도록 하거나, 도 4의 설명과 다른 형상, 또는 내용의 아이콘을 선택하도록 하거나, 일정 시간이 경과하면 기저 반응 측정 화면(420)을 표시하도록 할 수 있다.In the embodiment of FIG. 4 , the user is requested to click the 'Next' button, but depending on the embodiment, the display 220 may input one of the keys of the keyboard, or a shape or content different from that of FIG. 4 . It is possible to select an icon of , or to display the basal response measurement screen 420 when a predetermined time has elapsed.

또한, 센서(230)는 사용자가 기저 반응 측정 화면(420)의 중앙에 표시된 X를 주시하는 동안 사용자의 동공 크기를 센싱할 수 있다. 그리고, 센서(230)는 센싱한 동공 크기의 평균 데이터를 사용자의 동공 크기 기저 반응으로 측정할 수 있다.Also, the sensor 230 may sense the user's pupil size while the user gazes at the X displayed in the center of the basal response measurement screen 420 . In addition, the sensor 230 may measure the average data of the sensed pupil size as a pupil size basal response of the user.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 측정한 인지 부하 지표 변수의 정규성 검증 결과의 일례이다.5 is an example of a normality verification result of a cognitive load index variable measured according to an embodiment of the present invention.

인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 인지 부하 지표 변수에 대하여 정규성 검정을 시행하여 시선 고정 지속 시간 다이어그램(510)과 동공 크기 변화량 다이어그램(520)을 생성할 수 있다. 이때, 시선 고정 지속 시간 다이어그램(510)은 데이터가 초반에 몰려 있는 형상이므로, 정규 분포와 차이가 있을 수 있다.The cognitive load indicator variable analysis unit 120 may generate a gaze fixation duration diagram 510 and a pupil size variation diagram 520 by performing a normality test on the cognitive load indicator variable. In this case, since the gaze fixation duration diagram 510 is a shape in which data is initially gathered, there may be a difference from the normal distribution.

따라서, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 시선 고정 지속 시간 다이어그램(510)에 자연 로그를 적용하여 정규 분포를 따르는 시선 고정 지속 시간 다이어그램(610)과 시선 고정 지속 시간 히스토그램(620)을 생성할 수 있다.Accordingly, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 applies the natural logarithm to the gaze fixation duration diagram 510 to generate the gaze fixation duration diagram 610 and the gaze fixation duration histogram 620 that follow a normal distribution. can

그리고, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 시선 고정 지속 시간 다이어그램(610)과 시선 고정 지속 시간 히스토그램(620) 및 동공 크기 변화량 다이어그램(520)을 이용하여 인지 부하 비표 변수를 분석할 수 있다.In addition, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may analyze the cognitive load non-index variable using the gaze fixation duration diagram 610 , the gaze fixation duration histogram 620 , and the pupil size variation diagram 520 .

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 시선 고정 지속 시간에 대한 이원 분산 분석 결과의 일례이다.7 is an example of a result of two-way ANOVA on gaze fixation duration according to an embodiment of the present invention.

인지 부하 지표 변수 분석부(120)가 시선 고정 지속 시간에 대한 이원 분산 분석 결과는 표 3에 도시된 바와 같을 수 있다.The result of the two-way ANOVA on the gaze fixation duration by the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may be as shown in Table 3.

Figure 112019055791337-pat00005
Figure 112019055791337-pat00005

또한, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 도 7에 도시된 바와 같이 시선 고정 지속 시간을 기준으로 문제 양식에 따른 과제 복합도에 대한 이원 분산 분석 결과(710)과 시선 고정 지속 시간을 기준으로 과제 복합도에 따른 문제 양식에 대한 이원 분산 분석 결과(720)를 출력할 수도 있다.In addition, the cognitive load indicator variable analysis unit 120, as shown in FIG. 7, based on the two-way ANOVA result 710 for the task complexity according to the problem form and the gaze fixation duration based on the gaze fixation duration. A two-way ANOVA result 720 for the problem style according to the task complexity may be output.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 동공 크기 변화량에 대한 이원 분산 분석 결과의 일례이다.8 is an example of a result of two-way ANOVA on the amount of change in pupil size according to an embodiment of the present invention.

인지 부하 지표 변수 분석부(120)가 동공 크기 변화량에 대한 이원 분산 분석 결과는 표 4에 도시된 바와 같을 수 있다.The result of the two-way ANOVA on the pupil size change by the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may be as shown in Table 4.

Figure 112019055791337-pat00006
Figure 112019055791337-pat00006

또한, 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 도 8에 도시된 바와 같이 동공 크기 변화량을 기준으로 문제 양식에 따른 과제 복합도에 대한 이원 분산 분석 결과(720)과 동공 크기 변화량을 기준으로 과제 복합도에 따른 문제 양식에 대한 이원 분산 분석 결과(720)를 출력할 수도 있다. 이때, 이원 분산 분석 결과(720)에 따르면 과제 복합도가 동일하더라도 문제 양식에 따라 동공 크기 변화량에 차이가 있을 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8 , the cognitive load index variable analysis unit 120 performs a two-way ANOVA on the task complexity according to the problem style based on the pupil size change amount and the task complex based on the pupil size change amount as shown in FIG. 8 . A two-way ANOVA result 720 for the problem form according to the figure may be output. At this time, according to the two-way ANOVA result 720 , even if the task complexity is the same, there may be a difference in the amount of change in pupil size depending on the problem style.

인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 Tukey HSD(honestly significant difference)6) 사후 검정을 시행하여 도 9에 도시된 바와 같은 동공 크기 변화량에 대한 사후 분석 결과를 출력할 수 있다.The cognitive load index variable analysis unit 120 may output a post-analysis result for the pupil size change as shown in FIG. 9 by performing a Tukey HSD (honestly significant difference)6) post-test.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 학업 성취도 예측 방법을 도시한 플로우차트이다.10 is a flowchart illustrating a method for predicting academic achievement according to an embodiment of the present invention.

단계(1010)에서 인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 측정 장치(101)로부터 수신한 사용자의 동공 데이터를 기초로 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정할 수 있다. 이때, 인지 부하 지표 변수 측정부(110)는 동공 데이터에 포함된 동공 크기 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 동공 크기 변화량을 결정하고, 동공 데이터에 포함된 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 시선 고정 지속 시간을 결정하며, 동공 크기 변화량 및 시선 고정 지속 시간을 사용자의 인지 부하 지표 변수로 설정할 수 있다.In operation 1010 , the cognitive load indicator variable measurement unit 110 may measure the user's cognitive load indicator variable based on the user's pupil data received from the measurement device 101 . At this time, the cognitive load indicator variable measurement unit 110 determines the amount of change in the pupil size for each of the problems by using the pupil size data included in the pupil data, and the gaze position data and the eye movement data included in the pupil data. The gaze fixation duration for each of the above problems may be determined using this, and the pupil size change amount and the gaze fixation duration may be set as the user's cognitive load indicator variables.

단계(1020)에서 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석할 수 있다.In step 1020, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may analyze the difference in the cognitive load indicator variable according to the problem style of each of the problems used in the learning performance measurement test.

단계(1030)에서 인지 부하 지표 변수 분석부(120)는 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석할 수 있다.In step 1030, the cognitive load indicator variable analysis unit 120 may analyze the difference in the cognitive load indicator variable according to the task complexity of each of the problems.

단계(1040)에서 학업 성취도 예측부(130)는 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.In step 1040, the academic achievement prediction unit 130 may predict the user's academic achievement in the learning performance measurement test using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem form and the task complexity.

본 발명은 인지 부하 지표 변수 및 인지 부하 지표 변수들 간의 상호 작용을 이용하여 문제 양식 및 과제 복합도에 따른 사용자의 학업 성취도를 예측할 수 있다.The present invention can predict a user's academic achievement according to a problem style and task complexity by using the cognitive load indicator variable and the interaction between the cognitive load indicator variables.

또한, 본 발명은 문제에 포함된 구성 요소들의 개수 및 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수를 기초로 과제 복합도를 결정할 수 있다.In addition, the present invention may determine the complexity of the task based on the number of components included in the problem and the number of interactions between the components.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100: 학업 성취도 예측 장치
101: 측정 장치
110: 인지 부하 지표 변수 측정부
120: 인지 부하 지표 변수 분석부
130: 학업 성취도 예측부100: academic achievement prediction device
101: measuring device
110: cognitive load index variable measurement unit
120: Cognitive load index variable analysis unit
130: academic achievement prediction unit

Claims (10)

사용자의 동공 데이터를 기초로 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정하는 단계;
학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계
상기 문제들을 분석하여 상기 문제들 각각에 대한 작업 단계와 구성 요소를 도출하는 단계;
상기 작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수와 상기 작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수에서 기 설정된 정수를 감산하여 결정한 숫자를 이용하여 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수를 결정하는 단계;
작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수 및 상호 작용의 개수들을 모두 합산하여 과제 복합도를 결정하는 단계
상기 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계; 및
문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 상기 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계
를 포함하고,
상기 작업 단계는,
상기 문제들을 해결하기 위하여 수행해야 하는 작업들의 단계인 학업 성취도 예측 방법.measuring the user's cognitive load index variable based on the user's pupil data;
Analyze the difference in cognitive load indicator variables according to the problem type of each problem used in the learning performance measurement test
analyzing the problems to derive working steps and components for each of the problems;
determining the number of interactions between the components using a number determined by subtracting a preset integer from the number of components included in each of the work steps and the number of components included in each of the work steps;
Determining the task complexity by summing up the number of components and the number of interactions included in each of the task steps
analyzing differences in cognitive load index variables according to the task complexity of each of the problems; and
Predicting the user's academic achievement in the learning performance measurement test using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem form and task complexity
including,
The work steps are
A method of predicting academic achievement, which is a stage of tasks to be performed to solve the above problems. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 인지 부하 지표 변수를 측정하는 단계는,
상기 문제들 각각을 주시하는 사용자의 동공 데이터를 수집하는 단계;
상기 동공 데이터에 포함된 동공 크기 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 동공 크기 변화량을 결정하는 단계;
상기 동공 데이터에 포함된 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 시선 고정 지속 시간을 결정하는 단계; 및
상기 동공 크기 변화량 및 상기 시선 고정 지속 시간을 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수로 설정하는 단계
를 포함하는 학업 성취도 예측 방법.According to claim 1,
Measuring the cognitive load indicator variable comprises:
collecting pupil data of a user observing each of the problems;
determining an amount of change in pupil size for each of the problems by using pupil size data included in the pupil data;
determining a gaze fixation duration for each of the problems using gaze position data and eye movement data included in the pupil data; and
Setting the pupil size change amount and the gaze fixation duration as the cognitive load indicator variables of the user
A method of predicting academic achievement, including 제1항에 있어서,
상기 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 단계는,
테스트 문제의 문제 양식 별로 사용자의 동공 크기 변화량을 측정하는 단계; 및
실제 문제를 주시한 사용자로부터 측정한 동공 크기 변화량을 기초로 실제 문제의 문제 양식을 추정하는 단계
를 포함하는 학업 성취도 예측 방법.According to claim 1,
The step of analyzing the difference in the cognitive load index variable according to the problem form is,
measuring the amount of change in the user's pupil size for each problem type of the test problem; and
Step of estimating the problem form of the real problem based on the pupil size change measured from the user who observed the real problem
A method of predicting academic achievement, including 제1항에 있어서,
상기 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계는,
문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 기초로 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수를 분석하는 단계; 및
문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 단순 선형 회귀 분석하여 인지 부하 지표 변수에 대응하는 사용자의 학업 성취도를 예측하는 단계
를 포함하는 학업 성취도 예측 방법.According to claim 1,
The step of predicting the user's academic achievement,
analyzing the cognitive load index variable according to the interaction between the problem style and the task complexity based on the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity; and
Recognition by simple linear regression analysis of the analysis result of the cognitive load index variable according to the interaction between the problem style and the task complexity, the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style, and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity Predicting the user's academic achievement corresponding to the load indicator variable
A method of predicting academic achievement, including 사용자의 동공 데이터를 기초로 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수를 측정하는 인지 부하 지표 변수 측정부;
학습 성과 측정 검사에서 사용하는 문제들 각각의 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하고, 상기 문제들 각각의 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 차이를 분석하는 인지 부하 지표 변수 분석부; 및
문제 양식 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석결과를 이용하여 상기 학습 성과 측정 검사에 대한 사용자의 학업 성취도를 예측하는 학업 성취도 예측부
를 포함하고,
상기 인지 부하 지표 변수 분석부는,
상기 문제들을 분석하여 상기 문제들 각각에 대한 작업 단계와 구성 요소를 도출하고, 상기 작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수와 상기 작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수에서 기 설정된 정수를 감산하여 결정한 숫자를 이용하여 구성 요소들 간의 상호 작용의 개수를 결정하며, 작업 단계들 각각에 포함된 구성 요소들의 개수 및 상호 작용의 개수들을 모두 합산하여 과제 복합도를 결정하며,
상기 작업 단계는,
상기 문제들을 해결하기 위하여 수행해야 하는 작업들의 단계인 학업 성취도 예측 장치.a cognitive load indicator variable measuring unit for measuring the user's cognitive load indicator variable based on the user's pupil data;
Cognitive load indicator variable analysis unit that analyzes the difference in the cognitive load indicator variable according to the problem style of each of the problems used in the learning performance measurement test, and analyzes the difference in the cognitive load indicator variable according to the task complexity of each of the problems ; and
An academic achievement prediction unit that predicts the user's academic achievement in the learning performance measurement test using the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem form and task complexity
including,
The cognitive load indicator variable analysis unit,
Analyze the problems to derive work steps and components for each of the problems, and obtain a preset integer from the number of components included in each of the work steps and the number of components included in each of the work steps The number of interactions between the components is determined using the number determined by subtraction, and the task complexity is determined by summing the number of components and the number of interactions included in each of the work steps,
The work steps are
A device for predicting academic achievement, which is a stage of tasks to be performed in order to solve the above problems. 삭제delete 제6항에 있어서,
상기 인지 부하 지표 변수 측정부는,
상기 문제들 각각을 주시하는 사용자의 동공 데이터를 수집하고, 상기 동공 데이터에 포함된 동공 크기 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 동공 크기 변화량을 결정하며, 상기 동공 데이터에 포함된 시선 위치 데이터, 및 안구 운동 데이터를 이용하여 상기 문제들 각각에 대한 시선 고정 지속 시간을 결정하고, 상기 동공 크기 변화량 및 상기 시선 고정 지속 시간을 상기 사용자의 인지 부하 지표 변수로 설정하는 학업 성취도 예측 장치.7. The method of claim 6,
The cognitive load indicator variable measurement unit,
Collecting pupil data of a user who gazes at each of the problems, determining the amount of change in pupil size for each of the problems by using the pupil size data included in the pupil data, gaze position data included in the pupil data, and an apparatus for predicting academic achievement to determine a gaze fixation duration for each of the problems by using eye movement data, and to set the pupil size change amount and the gaze fixation duration as the cognitive load indicator variables of the user. 제6항에 있어서,
상기 인지 부하 지표 변수 분석부는,
테스트 문제의 문제 양식 별로 사용자의 동공 크기 변화량을 측정하고, 실제 문제를 주시한 사용자로부터 측정한 동공 크기 변화량을 기초로 실제 문제의 문제 양식을 추정하는 학업 성취도 예측 장치.7. The method of claim 6,
The cognitive load indicator variable analysis unit,
An academic achievement prediction device that measures the change in the user's pupil size for each problem type of the test problem, and estimates the problem form of the real problem based on the pupil size change measured by the user who observed the actual problem. 제6항에 있어서,
상기 학업 성취도 예측부는,
문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 기초로 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수를 분석하고, 문제 양식 및 과제 복합도 간의 상호 작용에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과, 문제 양식에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과 및 과제 복합도에 따른 인지 부하 지표 변수의 분석 결과를 단순 선형 회귀 분석하여 인지 부하 지표 변수에 대응하는 사용자의 학업 성취도를 예측하는 학업 성취도 예측 장치.
7. The method of claim 6,
The academic achievement prediction unit,
Based on the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity, the cognitive load index variable according to the interaction between the problem style and the task complexity is analyzed, and the problem form and task The analysis result of the cognitive load index variable according to the interaction between the complexity levels, the analysis result of the cognitive load index variable according to the problem style, and the analysis result of the cognitive load index variable according to the task complexity were analyzed by simple linear regression analysis, An academic achievement prediction device that predicts the academic achievement of a corresponding user.
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