2022년 5월 디자인 세미나 : 가상현실 학습환경 내 학습분석 - 생리 데이터 중심으로

 안녕하세요 선생님들! 어느덧 1학기가 시작된 지가 두 달이 훌쩍 지나 5월을 맞이하였습니다. 따뜻한 날씨와 함께 대학원 생활이 눈 깜빡할 사이에 빠르게 지나가고 있는 것 같습니다.💨

오늘은 우리 TELD 연구실에서 관심이 있는 학습분야 중에서 가상현실 학습환경에 대해서 사운서 선생님과 추영선 선생님께서 5월 디자인 세미나를 준비해주셨습니다. 이번 디자인 세미나 내용이 굉장히 흥미로웠는데요, 어떤 내용들이 있었는지 같이 한번 살펴보도록 하겠습니다.

 먼저, 가상현실 학습환경의 구성요소를 살펴보았습니다. 가상현실은 감각기/발생기, 하드웨어의 물리적 상호작용과 가상세계와 소프트웨어의 인지적 상호작용으로 나눠집니다. 참여자들은 플랫폼을 통해 이러한 가상 환경에서 상호작용을 하게 됩니다. 

 다음은, 가상현실 시뮬레이션의 교육적 어포던스에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 가상현실을 통해서 현실에서 접근하기 어려운 활동을 수행하는데 도움을 줄 수 있는 실감체험이 가능하고, 커뮤니케이션의 적극적인 활동을 통해 효과적인 협력 학습환경을 마련할 수 있습니다. 또 가상현실 학습환경에서 이모티콘, 아바타 등을 통해 인지 및 정서적 상호작용을 외현화함으로써 사회적 실재감을 제공합니다. 

 기존의 가상환경의 데이터 수집이 자기보고식 설문지나 인터뷰, 관찰을 통해 이뤄져 정확하지 않은 측정의 한계를 지적하시면서 생리데이터 활용을 말씀해주셨습니다. 이러한 측정 결과를 활용해 가상현실 콘텐츠 구축 및 평가 기준을 확립하고 학습자 최적화 및 교육적 효용성이 확보된 객관적인 자료를 마련할 수 있습니다. 구체적으로 뇌전도 측정(EEG),  Head tracking / Eye tracking, Heart rate (ECG) / Heart rate variability(HRV), 피부전도도 측정의 장단점을 말씀해주셨습니다.

 다음은, 가상현실 학습환경에서 생리데이터를 측정한 연구들을 소개해주셨습니다. 먼저, 뇌전도 측정 연구에서 가상현실 기반 생명과학 콘텐츠의 뇌전도 특성(권석원 외, 2018) 연구 가상현실 수업시뮬레이션에서 정서 판단을 위한 EEG 기반의 심층신경망 모형개발(임성민 외, 2021) 연구,  시스템 지원 가상 환경에서의 창의성 조사(Yang 외,2018) 연구가 있었습니다. 추가적으로, 시선과 GSR에 대한 연구 사례들을 공유해주었습니다.   

생리데이터를 구체적으로 어떻게 측정하는지에 대한 자세한 연구 사례를 통해 어떤 방식으로 데이터를 확보하는지에 대해 알 수 있는 유익한 연구들이었습니다. 또 이러한 생리데이터를 수집하기 위해서는 명확하고 특정한 과제를 설정한 상황에서 측정 실시해야 한다는 점, 실험 참여자를 신중하게 선택해야 하고 측정 과정 및 분석 방법을 투명화해야 한다는 점을 지적해주셨습니다. 

 마지막으로, 가상현실을 활용하여 다양한 상황에서의 생리 데이터 수집 연구가 가능하며, 기존의 자기보고식 설문 외에 다양한 생리데이터 측정 범위 및 방법 확장 연구의 필요성, 다중양식 데이터 기반 VR 학습 컨텐츠 설계원리(가이드라인) 및 상세지침 확립의 필요성, 메타버스 환경에서의 LMS 및 대시보드 구축 가능성을 미래 연구 방향에 대한 제언으로 제시해주었습니다. 

 가상환경과 생리데이터의 결합을 통한 연구방향은 저에게 참신하게 다가왔습니다. 또, 이번 디자인 세미나를 통해서 구체적인 생리데이터의 측정 방법 및 연구 방향에 대해서 알 수 있는 값지고 아주 흥미있는 시간이었습니다. TELD 연구실에서도 이와 같은 연구를 통해서 가상현실, 다중 양식 생리데이터 등 학습과학에 대한 의미있는 연구가 지속적으로 이뤄지면 좋겠습니다. 디자인 세미나를 준비해주신 사운서, 추영선 선생님께 감사 인사드립니다!🙆

2022년 스승의 날

 안녕하세요 TELD 연구실 선생님들 :)

  가정의 달 5월에는 어린이날, 어버이날도 있지만 그 중 무엇보다 가장 중요한 스승의 날이 있습니다~

  5월 12일 스승의 날을 맞아 조영환 교수님과 임철일 교수님을 모셨습니다! 

  비록 아직 현장에는 많은 선생님들께서 자리할 수 없었지만, 코로나가 시작된 이후 처음 공식적으로 많은 선생님들과 오프라인으로 만날 수 있었던 자리였기에 더욱 뜻 깊었던 것 같습니다.

  졸업생 선생님들과 박사 신입생 선생님들께서 편지를 준비해주셔서 스승의 날 감사의 마음을 전해주셨습니다. 편지와 함께, 꽃다발도 교수님께 안겨드렸습니다. 모든 TELD 선생님의 마음을 대변해서 편지와 꽃다발, 그리고 감사하는 마음 모두 전달해주신 선생님들 감사합니다❤

    이후, 임철일 교수님께서는 앞으로 교육공학회의 일원으로서 가지면 좋을 마음가짐에 대해서 말씀해주셨고, 조영환 교수님은 학습과학의 전망에 대한 이야기와 함께 앞으로 교육공학 분야에서 이루어질 연구 분야에 대한 기대감을 표현해주셨습니다.

  행사를 마무리하며 다함께 스승의 은혜 노래를 부르는 시간도 가졌습니다. TELD 연구실 선생님들의 목소리가 너무나도 감미로웠습니다🎶

  단체사진과 함께 행사를 마무리하며 빨리 코로나가 끝나 모든 선생님들이 한 자리에 모이는 시간 가질 수 있었으면 좋겠습니다 :)

2022년 5월 11일 학습과학 세미나

안녕하세요, 선생님들! 사범대에 새소리가 유난히 경쾌한 오늘, 학습과학 세미나가 개최되었습니다. 학습과학 세미나는 학습과학의 최신 트렌드와 연구결과를 공유하여 학습과학에 대한 이해를 높이고, 새로운 연구의 가능성을 고민해볼 수 있도록 다양한 전문가와 소통하는 행사로서 특별히 조영환 교수님께서 사회를 맡아 주셨습니다.  이번 세미나는 서울과학기술대학교 인공지능응용학과에서 인간 중심 인공지능 연구를 진행하고 계신 서경원 교수님께서 ‘What’s wrong with Human-AI interaction?’이란 주제로 진행해주셨습니다. :) TELD 연구실 선생님들 뿐만아니라 교육학과의 다양한 전공 선생님들에게도 의미있는 시간이 되셨을 것 같아요!

서경원 교수님께서는 추천, 인식, 자동화 등의 인공지능 기술이 우리의 삶을 광범위하게 변화시키고 있다고 말씀주시면서 이러한 변화가 좋기만 한 것인지, 어떨 때 인공지능을 긍정적으로 평가할 수 있는지, 좋은 인공지능은 어떠해야 할지 질문을 던져 주셨습니다. 인간중심 인공지능을 개발하고 계시기 때문에 인간에게 유용한 인공지능의 조건에 대해 끊임없이 고민하고 계신 것 같았어요.

인간과 컴퓨터의 상호작용에서는 출력값이 정해져 있지만 인간과 인공지능의 상호작용에서는 맞춤형 사용을 위해 사람에 따라 다른 출력값이 나올 수 있기 때문에 어떠한 데이터를 사용해야 하는지, 어떠한 논리로 개발되어야 하는지가 더 중요해진다고 하셨습니다. 

인공지능은 정확하고, 효율적이고, 인간의 업무를 자동화할 수 있다는 측면에서 우리에게 기회가 되지만 한편으로는 갈등의 불씨가 될 수 있다고 설명해주셨는데요, 인공지능은 인간의 의식 뿐만 아니라 인간의 행동에 나타난 잠재의식과 무의식까지 포착하고 분석할 수 있기 때문입니다. 그래서 인공지능의 불확실성과 복잡성을 이해하는 것이 인간과 인공지능 상호작용을 설계할 때 필수적이라는 것을 알 수 있었습니다. 마이크로소프트 사의 Tei 챗봇의 사례나 ‘자전거를 탄 사람’을 ‘자전거’로 오인하여 친 자율주행차의 사례는 불쾌감, 갈등, 실질적인 피해를 방지하기 위해 인공지능이 가진 불확실성, 인공지능 개발에 사용된 데이터에 대한 이해가 중요함을 상기시켜 주었습니다. 

그렇다면 언제, 어떤 목적으로 AI를 적용하면 좋을까에 대한 심도있는 고민이 필요해집니다.

따라서 최근 학계와 산업계는 다양한 인간-인공지능 상호작용을 연구하고 있고,  AI+X 연구를 통해 학제간 연구를 추진하고 있다고 하셨습니다.

또한, 성공적인 인간-인공지능 상호작용을 위해 필요한 조건을 담은  AAA 프레임 워크를 소개해주셨습니다. 먼저 인공지능의 정확도가 인공지능을 믿고 활용하게 하는 선결조건이지만(Actionable AI), 이어서 인공지능이 공정한지, 인간사회의 규범을 존중하는지가(Acceptable AI) 인공지능 사용에 영향을 미치게 됩니다. 마지막으로 인공지능이 변화하는 맥락을 반영하여 적응할 수 있는지도(Adaptable AI) 인공지능과의 지속적인 상호작용에 중요한 요인이 된다고 하였습니다.

서경원 교수님께서는 그동안 수행하셨던 인간-인공지능 상호작용 연구들을 소개해주셨는데요, 의료분야, 제조분야, 교육분야의 사례로 매우 흥미로우면서도 다양한 융합연구의 가능성을 살펴볼 수 있는 기회가 되었습니다.

먼저 의료분야에서는 한양대학교와 협업하여 치매 조기진단 AI를 개발하신 경험을 공유해주셨습니다. 치매는 비가역적인 질병이기 때문에 조기진단이 중요하지만 현실적으로 어려움이 있다고 합니다. 따라서 가상현실 속 일상생활 맥락에서 다감각 정보를 수집하여 치매 를 조기진단하는 시도를 하셨습니다. 구체적으로, 가상현실에서 ATM기를 통한 금전관리, 패스트푸드 식당에서 키오스크 사용 등의 과제를 주고 손의 움직임과 시선 데이터를 수집하여 정상 대조군과 비교해 보셨고, 유의미한 차이를 발견하실 수 있었습니다.

두번째는 현대자동차와 협업한 제조분야 사례를 공유해주셨습니다. 자동차 제조에서의 체결작업은 단순 반복업무지만 정확성을 요하는 업무라고 합니다. 그러나 작업자들은 쉽고 단순한 업무에 금방 지루함을 느끼고 대충 작업에 임하게 되어 때로는 인명피해도 발생했기 때문에 작업자가 지속해서 집중하도록 인공지능을 설계하는 것이 필요했습니다. 지루하면 부정적 감정 많이 나타나고, 이는 휴대폰을 많이 보는 등의 부정적 행동, 부정적 문화로 이어지게 되기 때문에 작업자의 생리심리 데이터를 실시간으로 수집, 분석하고 작업자의 지루함을 해소할 수 있도록 작업경험을 증강하는 인공지능을 개발하셨다고 해요. 인공지능의 도입을 통해 작업자들의 몰입이 향상되는 결과가 나타나게 되었습니다.

마지막으로 공유주신 사례는 마이크로소프트사 및 UBC와 협업한 교육분야 사례입니다! 원격학습 향상을 위한 개인화된 튜터링의 일환으로 MOOC 환경에서 맞춤형 콘텐츠를 제공하는 연구를 수행하셨다고 합니다. 이 연구에서는 행동데이터(LMS), 시선, 표정, 학습 맥락 데이터를 통해 멀티모달 딥러닝을 진행하고자 하셨는데요 미국에서 시선이나 표정 데이터는 개인적인 데이터로 규정되어 수집하지는 못하셨다고 합니다. 자연스럽게 데이터 수집과 IRB, 연구 윤리 문제에 대한 고민도 함께 나눌 수 있었습니다. 맞춤형 퀴즈, 질문에 응답하기와 함께 동영상 비디오에 하이라이팅, 메모, 공유, 질문하기 기능을 도입한 것은 학습 참여를 향상시키는 인공지능과의 상호작용으로 볼 수 있습니다. 연구과정에서 가장,어려우셨던 것은 교육상황을 정의하고 데이터에 이것을 매핑하는 딕셔너리 제작 작업이었다고 하셨는데요, 하나의 딕셔너리가 다른 교육맥락에 적용되기는 어렵기 때문에 교육용 인공지능 개발이 쉽지 않은 것 같습니다.

인공지능 스마트 튜터링을 경험한 사람들 중 부정적인 반응도 우리가 눈여겨 볼 주제였습니다.  많은 학생들이 인공지능을 성가신 부모님으로 느끼거나 인간의 창의력을 제한한다고 인식하고 있었고, 인공지능에 대한 의존으로 인간의 역량과 성찰의 가능성이 줄어들 수 있다고 느끼기도 하였습니다.

서경원 교수님께서는 인간-인공지능 상호작용의 의미와 연구의 시사점에 대해 말씀주셨고, 인간중심의 인공지능 개발에 어떻게 접근해야 하는지를 고민하고 계시는 모습이 인상적이었습니다. 인공지능의 교육적 활용에는 생리심리데이터를 포함한 다중양식 학습분석과 학제간 연구라는 큰 이슈가 함께하는 것 같습니다. 앞으로 학습과학 세미나에서 어떠한 새로운 융합 연구를 접하게 될지 기대가 됩니다. 학습에 대한 이해를 심화하고 싶은 교육연구자들에게 학습과학 세미나가 중요한 논의의 장이 되기를 바래봅니다!

2022년 5월 4일 오픈세미나: 싱가포르 NIE 학습과학연구센터 경험 공유

 선생님들 안녕하세요, 길었던 겨울과 코로나가 서서히 지나가고, 따뜻한 봄과 일상이 조금씩 돌아오고 있습니다. 오늘의 연구실 세미나는 오픈세미나로, 함윤희 선생님께서 싱가포르 NIE 학습과학연구센터에 다녀온 경험을 공유해주시고, 김형조 선생님께서 학습과학연구소 공간 구성에 대한 의견을 주셨습니다! 의미 있고 알찼던 오늘의 세미나에 대해 알아볼까요?😃

 싱가포르 대학교는 세계 최고의 교육기관 중 하나인데, 특히 학습과학 연구가 활발히 진행되고 있으며 실험실과 수업교실, SoLEC 센터, 수많은 과학자와 연구자 등 제반여건이 굉장히 훌륭하다고 합니다. 아시다시피 조영환 교수님께서 서울대에 학습과학 연구소를 설립하시기 위해 불철주야 노력하고 계신데, 그들의 학습과학 연구를 벤치마킹하고, 서울대와의 연구 주제를 교류하기 위해 싱가포르 대학교를 방문하셨습니다!

 1일차에는 SoLEC을 방문하여 시설과 장비를 직접 확인하셨다고 하는데요, SoLec 내에는 학습과학, 인공지능, 뇌과학, 인지과학, 스포츠 과학 등 50여명이 넘는 박사급 연구원분들이 계셨다고 하네요😅 조영환 교수님께서 SoLEC 운영위원회에 참가하셔서 서울대에서 학습과학을 통해 연구하고자 하는 바를 직접 발표하기도 하셨답니다.

 2일차에는 내부에 있는 New Town 초등학교를 방문하여 싱가포르 선생님들이 열정적으로 수업하는 모습을 확인하시고, 교장 선생님에 의해 학교비전 및 프로젝트를 소개받으셨습니다! 대학 내에서 연구하고 있는 학습과학이 학교 현장에 잘 적용되고 있다네요! 싱가포르 NIE에는 뇌과학과 생리심리연구, 아동발달연구, 데이터 기반 전시 등 다양한 분야의 연구가 활발히 진행되고 있는데요, 저희 TELD 연구실에서 연구하는 자기조절학습, Collaborative Learning, Multi modal 등 다양한 학습과학 연구도 많이 진행된다고 합니다.

 또한, 함윤희 선생님께서 학습과학 연구소 내 공간을 어떻게 구성할지에 대해 말씀해주셨습니다. 함윤희 선생님께서 고민하고 노력하고 계신 만큼, 서울대에도 싱가포르 NIE 못지 않은 학습과학 연구소가 설립될 수 있겠다는 생각이 강하게 들었습니다! 사범대 10-1동 4층에 구성되는 학습과학 연구소의 공간에 많은 관심 가져주시고, 좋은 의견 있으신 선생님들께서는 언제든지 말씀해주세요!

 마지막으로, 김형조 선생님께서 학습과학 연구소 내 연구실에 대하여 '구성원들을 위한 공간 형성'이라는 주제로 좋은 의견을 내주셨습니다. ILED에서 운영하는 D-Space 연구실에 대한 연구를 토대로 좋은 말씀해주셨는데요, TELD에도 학습과학 연구소를 중심으로 석, 박사 선생님들의 성장을 위한 좋은 공간이 마련되었으면 좋겠습니다!😍

 따스한 봄, 기분 좋은 날에 정말 유익한 시간이었던 오픈 세미나였습니다. 좋은 발표와 말씀나눠주신 함윤희, 김형조 선생님께 감사드립니다. 선생님들 모두 항상 행복하고, 기분좋은 일들만 가득하세요!🙆