고등학교 인공지능 수학 · 예측과 최적화 · 2022 개정 교육과정
[12인수04-03] 성취기준 해설과 수업·평가 예시
성취기준 원문
[12인수04-03] 손실함수를 이해하고 최적화된 추세선을 찾을 수 있다.
성취기준 해설
y=ax 형태의 추세선에 대하여 일변수함수로 정의된 손실함수만을 다룬다.
쉽게 풀어 보면
추세선 y=ax가 자료와 얼마나 어긋나는지를 오차 제곱의 합인 손실함수 L(a)로 나타내고, 이 일변수함수가 최소가 되는 a를 찾아 최적화된 추세선을 구하는 성취기준이에요. 손실함수가 a에 대한 이차함수가 된다는 점을 발견하고 완전제곱식으로 최솟값을 찾는 과정이 수업의 핵심이에요.
학습지 문항 예시 예시
손실함수로 최적의 기울기 찾기
- 자료 (1, 1), (2, 3), (3, 7)에 대해 추세선 y=x를 쓸 때 각 점의 오차(실제값−예측값)와 오차 제곱의 합을 구하세요.
- 추세선 y=ax에 대한 손실함수 L(a)를 오차 제곱의 합으로 세우고 a에 대한 이차식으로 정리하세요.
- L(a)를 완전제곱식으로 바꾸어 손실이 최소가 되는 a와 그때의 손실값을 구하세요.
- 오차를 제곱하지 않고 그냥 더하면 손실함수로 쓰기 어려운 까닭을 예를 들어 설명하세요.
수업 흐름 예시 예시
- 도입: 세 점에 대해 친구마다 다른 기울기의 직선 y=ax를 그어 보고, 어느 직선이 가장 잘 맞는지 정할 방법을 물어요.
- 전개 1: 각 점에서 실제값과 예측값의 차인 오차를 구하고, 오차를 그냥 더할 때와 제곱해 더할 때를 비교해 손실함수의 필요성을 확인해요.
- 전개 2: 손실함수 L(a)를 a에 대한 이차식으로 정리해 그래프를 그리고, 완전제곱식으로 최솟값과 그때의 a를 구해요.
- 정리: 공학 도구로 a를 움직이며 손실값이 변하는 모습을 확인하고, 구한 a로 만든 직선이 최적화된 추세선임을 정리해요.
서술형 평가 문항과 채점 기준 예시
자료 (1, 1), (2, 3), (3, 7)에 대하여 추세선 y=ax의 손실함수 L(a)를 오차 제곱의 합으로 세워 정리하고, 손실이 최소가 되는 a의 값과 최솟값을 구한 뒤, a=1일 때의 손실과 비교하여 최적화의 의미를 서술하시오.
| 수준 | 채점 기준 |
|---|---|
| 상 | 손실함수를 L(a)=14a²−56a+59로 정확히 세우고 완전제곱식 14(a−2)²+3으로 a=2, 최솟값 3을 구하며, a=1일 때의 손실 17과 비교해 최적화의 의미를 설명함 |
| 중 | 손실함수를 세우고 최소가 되는 a를 구했으나 전개 과정에 일부 실수가 있거나 최적화의 의미 설명이 부족함 |
| 하 | 오차의 제곱합을 세우지 못하거나 손실함수와 추세선의 관계를 설명하지 못함 |
세특 기재 예시 예시
손실함수로 최적화된 추세선을 찾는 활동에서 세 점 자료에 대한 추세선 y=ax의 오차 제곱합을 a에 대한 이차함수로 정리하고 완전제곱식으로 손실이 최소가 되는 기울기를 구함. 오차를 그대로 더하면 양수와 음수가 상쇄되어 맞지 않는 직선도 합이 0에 가까워질 수 있다는 점을 예를 들어 설명함. 공학 도구로 기울기를 움직이며 손실 그래프의 꼭짓점과 계산 결과가 일치함을 확인함.
이 예시는 210자, 나이스 기준 510Byte예요. 과목별 세특은 1,500Byte(500자)까지 써요. 내 문장은 나이스 글자수·바이트 계산기로 세어 볼 수 있어요.
세특에는 학생이 실제로 한 활동과 교사가 관찰한 내용만 써요. 대회명·기관명처럼 쓰면 안 되는 내용은 생기부 기재 금지 사전에서 확인할 수 있어요.
학생들이 자주 헷갈리는 점
손실함수의 변수를 x로 착각해 x에 대한 식으로 정리하려는 학생이 많아요. 자료의 x, y는 이미 정해진 수이고 움직이는 것은 기울기 a라는 점을 강조해 주세요. 또 오차를 제곱하지 않고 더해 양수와 음수가 서로 지워지는 실수도 자주 나와요.
이 영역의 적용 시 고려 사항 (고시 원문)
- ‘예측과 최적화’ 영역에서는 용어와 기호로 ‘확률, 추세선, 함수의 극한, 이차함수의 미분계수, 손실함수, 경사하강법’을 다룬다.
같은 영역의 다른 성취기준
왓퀴즈는 이런 AI예요
왓퀴즈는 한국 학교의 수업과 기록 업무에 맞춘 교사용 AI예요. 이 사전과 같은 2022 개정 교육과정 성취기준 데이터로 학습지, 수업 PPT, 평가계획서 초안을 만들고, 2026학년도 학교생활기록부 기재요령 원문을 바탕으로 세특 초안을 쓰고 기재 금지 표현을 검사해요.