연관규칙 기법을 이용한 학생 정보 마이닝 시스템(SIMS)의 설계 및 구현

Abstract

학교 교육 환경을 선진화하고 행정 업무 편의의 효율성을 추구하기 위해 교육정보화 사업의 일환으로 추진된 초·중등종합정보시스템은 교사들에게 학사 관리와 교무 업무에 필요한 기본 데이터를 제공해 왔다. 그러나 실제 상황에서 가족 환경, 성적, 교우 관계 등의 많은 학생정보는 서로 유기적으로 연결되어 각각 다른 요인에 대해 원인으로 작용하기도 하고 결과로 나타나기도 하는 반면, 이러한 종합정보시스템에는 데이터가 각각 독립적인 형태로 저장되어 있어서 데이터간의 연계나 복합적인 분석이 쉽지 않다. 숙련된 교사의 실제적 경험과 지식을 객관화하고 많은 학생 관련데이터 속에서 학생 지도에 필요한 정보를 얻기 위해서는, 입학부터 졸업까지의 학교 생활에 대한 자료가 입력되어 있는 초·중등종합정보시스템을 활용하는 것이 유용할 것이다. 초·중등종합정보시스템의 경우와 같이 학생 개개인에 대한 많은 정보가 개별적으로 흩어져 있는 데이터 속에서 유용한 부가가치 정보를 찾아내기 위한 방법론이 데이터 마이닝이다. 데이터 마이닝이란 대용량의 데이터베이스로부터 이제까지 몰랐던 정보를 추출하는 과정이라고 정의할 수 있으며, 정보 검색이나 보고서가 밝혀 낼 수 없었던 정보를 밝혀내고, 추론을 통해 의미 있는 자료를 추출하며, 학습 기능을 통하여 새로운 지식을 구축할 수 있다는 점이 효과적이다[5,16]. 데이터로부터 숨겨진 패턴을 추출하는 연구 중에서 연관규칙(Association Rules)은 장바구니 분석(Market Basket Analysis)이라고 불리기도 하며, 이러한 기법을 사용하면 "전체 인원수중 상위 10%로 학업 성적이 우수하고, 성격이 외향적인 학생들의 90%이상은 친구 관계가 좋다." 와 같은 규칙을 얻어 낼 수 있다[1,5]. 본 논문에서는 연관규칙 기법을 교육행정시스템에 적용하여 수많은 학생 전산 기록 자료에서 유용한 정보를 찾을 수 있는 학생 정보 마이닝 시스템을 제시하고자 한다. 학생 정보 마이닝 시스템을 통해 개별 교사가 수행한 마이닝 결과를 웹에 게시한다면 교사들간의 정보 공유에도 도움을 줄 수 있을 것이다. 이를 위해 일선 학교에서 사용하고 있는 교육행정시스템을 기반으로 하여, 데이터 마이닝 툴에 대한 교육을 받지 않은 교사들도 손쉽게 조작할 수 있는 인터페이스를 갖춘 학생 정보 마이닝 시스템을 설계하고 구현하였다. 다양한 데이터 마이닝 결과는 교사들의 교과 수업 연구나 학생 생활지도 및 상담에 도움을 줄 수 있다. 교과 담당 교사는 해당 교과별로 자료를 분석함으로써 학생들의 학업 이해도, 수업 형태, 교과 난이도, 타과목과의 상호 관련성 등을 파악하여 교사의 수업 계획이나 연구에 활용할 수 있다. 또한 담임 교사는 학생 정보 전반을 분석함으로써 학생들의 생활, 성적 지도나 학부모 상담에 필요한 많은 정보를 얻을 수 있다. 일반 교사뿐 아니라 학교 행정가도 전체 학생에 대한 분석을 통해 7차 교육과정의 특징 중 하나인 선택과목 선정 등 각종 정책 수립에 데이터 마이닝 결과를 활용할 수 있으며, 더 나아가 국가적 차원의 교육정책 수립에도 기여할 수 있다.;A school information management system that has been performed as a part of educational information business to develop an educational environment and improve an efficiency of convenience for administrative matters has provided teachers with basic data, necessary for school affairs management and academic affairs. In reality, however, a lot of students' information such as family environment, school record, and friend relationship is closely correlated with one another, and thus can be either cause or result to other factors. On the other hand, it is difficult to correlate or analyze data extensively in the school information management system, since the data in this system are stored independently. In order to make the practical experience and knowledge of well- trained teacher objective and obtain information necessary for student guidance from lots of student-related data, it will be helpful to use the school information management system, containing data on school life from entrance to graduation. A data mining is a methodology that searches for value-added information out of independently scattered data of each student. The data mining can be defined as a procedure to extract unknown information from large database. And this is effective to elucidate new information that an existing information searching system or report cannot search, and to extract meaningful data through inference, and to obtain new knowledge system by means of studying function. Among researches on extracting hidden pattern from existing data, an association rule is referred to as a market basket analysis, and a rule can be obtained by using this methodology: The top 10 % of total students make good grades in studies and more than 90 % of extroverted students have good relationship with their friends. In the present study, we have suggested a system that searches for useful information from computer database of many students, by applying the association rule methodology to the educational administrative system. And, this study will be helpful to share information among teachers by posting the mining results on the web that each teacher has performed. For this purpose, we have designed and developed a student information mining system, based on the educational administrative system in common schools, containing an interface that can be easily operated by teachers having no knowledge of data mining methodology. Various results of data mining can help teachers study subjects, or guide and consult student life. By analyzing pertinent class data, a teacher responsible for subjects is able to realize students' understanding on the subject, the class type, the degree of difficulty of the class, and correlation with other subjects, and thus apply those results to curriculum planning and researches. Furthermore, a class teacher can obtain a lot of information necessary for guiding or consulting students' life, by analyzing students' overall information. By means of analysis on the overall students, a school administrator as well as an ordinary teacher can apply data mining results to a variety of policymaking such as selection on the elective course which is one of the characteristics of the 7th curriculum, and thus contribute to a nationwide policymaking for education.