이미지 컨투어를 활용한 단진자 문항 화살표 답안 자동 채점 가능성 탐색 (Exploring the Possibility of Automatic Scoring for Arrow Responses of Simple Pendulum Items Using a Image Contours)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 74권 / 7호 / 653 ~ 663페이지
· 저자명 : 윤석민, 곽혜정, 최혁준

초록

본 연구에서는 학생들이 손으로 그린 단진자 문항의 화살표 답안에 대한 자동 채점 수행 가능성을 확인하였다. OpenCV의 이미지 컨투어 기능을 활용하여 답안에 표기된 화살표의 윤곽선을 자동으로 그리고, 윤곽선을 감싸는 다각형의 꼭짓점 중 가장 먼 두 점을 잇는 방식으로 화살표의 길이를 결정하였다. 또한, 윤곽선 내부 픽셀의 위치 좌표를 수집하고 좌표의 평균값과 중앙값을 이용하여 화살표의 방향과 시작점을 확인하였다. 고등학생 183명을 대상으로 단진자의 최고점과 최저점에서의 합력을 표시하는 문항을 자동 채점한 결과 정밀도 1.000, 재현율 0.977, F1-score 0.988로 인간 채점 결과와 매우 높은 일치도를 보였다. 자동 채점을 위해 얻은 화살표의 시작점, 방향, 길이를 이용하여 답안을 자동 군집화하였으며, 군집들은 힘에 대한 오개념 유형 집단으로 설명할 수 있었고 유형화된 처치가 가능함을 확인하였다.

영어초록

In this study, we confirmed the feasibility of automatically grading student-written arrow answers of simple pendulum items. Utilizing OpenCV’s image contour feature, we automatically drew the contours of arrows marked in the answers and determined the length of the arrows by connecting the two farthest points among the vertices of the polygon enclosing the contour. Additionally, by collecting the position coordinates of the pixels inside the contour and using the average and median values of these coordinates, we identified the direction and starting point of the arrow. Auto-grading a question that asked 183 high school students to indicate the resultant force at the highest and lowest points of a pendulum showed a very high level of agreement with a precision of 1.000, recall of 0.977, and F1-score of 0.988. The starting point, direction, and length of the arrows obtained for auto-grading also made it possible to cluster the answers, which could further be used to cluster types of misconceptions among students.

참고자료

· 없음