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눈송이의 크기와 질량 관계가 지표 강수 모의에 미치는 영향

The Effects of Mass-size Relationship for Snow on the Simulated Surface Precipitation

임교선 ( Kyo-sun Sunny Lim )
  • : 한국지구과학회
  • : 한국지구과학회지 41권1호
  • : 연속간행물
  • : 2020년 02월
  • : 1-18(18pages)
한국지구과학회지

DOI


목차

1. 서 론
2. 실험설계
3. 결 과
4. 요약 및 결론
감사의 글
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본 논문은 기상 모델의 미세구름물리 모수화 과정 내의 눈송이의 질량-크기 관계가 지표 강수 모의에 미치는 영향에 대해 연구에 관한 것이다. WDM6와 WSM6 미세구름물리 모수화 방안이 연구를 위해 사용되었다. 실제 관측된 자료를 바탕으로 산출된 Thompson의 눈송이의 질량-크기 관계를 도입하여 WDM6와 WSM6 내의 눈송이의 질량-크기 관계식을 대체하였다. 이상적인 스콜선과 한반도 겨울철 강수 사례에 대해 수정된 WDM6와 WSM6를 사용하여 민감도 실험을 실시하였다. 결과적으로, 대기 하층에서는 싸락눈과 빗방울의 혼합비가 증가하였고 눈송이의 혼합비는 감소하였다. 이러한 혼합비와 지표 강수의 변화는 빗방울과 눈송이의 충돌 및 병합 과정과 싸락눈의 융해 과정에 기인한 것으로 분석되었다.
This study presented the effects of the assumed mass-size relationship for snow on the simulated surface precipitation by using cloud microphysics parameterizations in Weather Research and Forecasting (WRF) model. The selected cloud microphysics parameterizations are WRF Double-Moment 6-class (WDM6) and WRF Single-Moment 6-class (WSM6) in the WRF model. We replaced the mass-size relationship for snow in WDM6 and WSM6 with Thompson’s mass-size relationship retrieved from measurement data. The sensitivity of the modified WDM6 and WSM6 was tested for the idealized 2-dimensional squall line and winter precipitation system over the Korean peninsula, respectively. The modified WDM6 and WSM6 resulted in the increase of graupel/rain mixing ratios and the decrease of snow mixing ratio in the low atmosphere. The changes of hydrometeor mixing ratio and surface precipitation could be due to the collision-coalescence process between raindrops and snow and the graupel melting process.

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2021-400-000441767

간행물정보

  • : 자연과학분야  > 지질
  • : KCI등재
  • :
  • : 격월
  • : 1225-6692
  • : 2287-4518
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1979-2021
  • : 2188


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42권6호(2021년) 수록논문
최근 권호 논문
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1Multivariable Integrated Evaluation of GloSea5 Ocean Hindcasting

저자 : Hyomee Lee , Byung-kwon Moon , Han-kyoung Kim , Jieun Wie , Hyo Jin Park , Pil-hun Chang , Johan Lee , Yoonjae Kim

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 605-622 (18 pages)

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Seasonal forecasting has numerous socioeconomic benefits because it can be used for disaster mitigation. Therefore, it is necessary to diagnose and improve the seasonal forecast model. Moreover, the model performance is partly related to the ocean model. This study evaluated the hindcast performance in the upper ocean of the Global Seasonal Forecasting System version 5-Global Couple Configuration 2 (GloSea5-GC2) using a multivariable integrated evaluation method. The normalized potential temperature, salinity, zonal and meridional currents, and sea surface height anomalies were evaluated. Model performance was affected by the target month and was found to be better in the Pacific than in the Atlantic. An increase in lead time led to a decrease in overall model performance, along with decreases in interannual variability, pattern similarity, and root mean square vector deviation. Improving the performance for ocean currents is a more critical than enhancing the performance for other evaluated variables. The tropical Pacific showed the best accuracy in the surface layer, but a spring predictability barrier was present. At the depth of 301 m, the north Pacific and tropical Atlantic exhibited the best and worst accuracies, respectively. These findings provide fundamental evidence for the ocean forecasting performance of GloSea5.

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2초분광 원격탐사 기반 위험·유해물질 톨루엔 탐지

저자 : 박재진 ( Jae-jin Park ) , 박경애 ( Kyung-ae Park ) , Pierre-yves Foucher , 김태성 ( Tae-sung Kim ) , 이문진 ( Moonjin Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 623-631 (9 pages)

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국내외 해상 위험·유해물질(HNS, Hazardous and Noxious Substances) 물동량 증가와 함께 HNS 유출 사고가 빈번히 발생하고 있다. HNS는 전 세계적으로 약 6,000여 종으로 대부분 유독한 성질을 가지므로 이러한 유출 사고 발생은 해양 생태계 파괴를 비롯하여 폭발 및 화재 등으로 인한 인명 및 재산피해를 유발한다. 따라서 해상 HNS 유출 사고를 대비하여 파장에 따른 HNS 분광 라이브러리 구축 및 탐지 알고리즘을 개발해야 한다. 본 연구에서는 프랑스 현지에서 지상 HNS 유출 실험을 진행하였다. 초분광센서 관측을 통해 파장에 따른 톨루엔 라이브러리 스펙트럼을 구축하였으며, 분광혼합 알고리즘을 활용하여 초분광 HNS를 탐지하였다. 전처리 과정으로 주성분 분석을 적용하여 노이즈 제거 및 차원 압축을 수행하였으며, N-FINDR 기법을 통해 영상을 대표하는 톨루엔과 해수의 엔드멤버 스펙트럼을 추출하였다. 스펙트럼 기반의 톨루엔 및 해수의 점유비율을 계산함으로써 모든 픽셀의 HNS 탐지 정확도를 확률로 제시하였다. 최대 탐지 정확도를 가지는 점유비율 선정을 위해 418.15 nm 파장의 복사도 영상과 비교하였으며, 그 결과 약 42%의 비율에서 99% 이상의 정확도를 나타내었다. 해상 HNS 유출은 높은 위험성으로 인해 사람이 쉽게 접근할 수 없는 한계를 지닌다. 본 HNS 실험과정 및 탐지 결과는 초분광 원격탐사에 기반한 HNS 오염 해역 추정에 도움이 될 것이다.


The increased transport of marine hazardous and noxious substances (HNS) has resulted in frequent HNS spill accidents domestically and internationally. There are about 6,000 species of HNS internationally, and most of them have toxic properties. When an accidental HNS spill occurs, it can destroys the marine ecosystem and can damage life and property due to explosion and fire. Constructing a spectral library of HNS according to wavelength and developing a detection algorithm would help prepare for accidents. In this study, a ground HNS spill experiment was conducted in France. The toluene spectrum was determined through hyperspectral sensor measurements. HNS present in the hyperspectral images were detected by applying the spectral mixture algorithm. Preprocessing principal component analysis (PCA) removed noise and performed dimensional compression. The endmember spectra of toluene and seawater were extracted through the N-FINDR technique. By calculating the abundance fraction of toluene and seawater based on the spectrum, the detection accuracy of HNS in all pixels was presented as a probability. The probability was compared with radiance images at a wavelength of 418.15 nm to select abundance fractions with maximum detection accuracy. The accuracy exceeded 99% at a ratio of approximately 42%. Response to marine spills of HNS are presently impeded by the restricted access to the site because of high risk of exposure to toxic compounds. The present experimental and detection results could help estimate the area of contamination with HNS based on hyperspectral remote sensing.

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3한반도 주변해역 일별 위성 해수면온도 합성장 스펙트럼 특성

저자 : 우혜진 ( Hye-jin Woo ) , 박경애 ( Kyung-ae Park ) , 이준수 ( Joon-soo Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 632-645 (14 pages)

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위성 해수면온도 합성장은 수치예보모델의 입력 자료 및 지구온난화와 기후 변화 연구에 활용되는 중요한 자료이다. 본 연구에서는 2007년부터 2018년까지 6종류의 위성 해수면온도 합성장 자료를 수집하여 한반도 주변 해역에서 각 해수면온도 합성장 자료의 공간 분포 특성을 분석하였다. 기상청 해양기상부이 실측 수온 자료와 해수면온도 합성장 자료의 시계열을 비교하고 오차의 최대값 및 최대값이 나타나는 시기를 분석하였다. 황해 연안에 위치한 덕적도와 칠발도 부이에서 위성 해수면온도 합성장과 실측 수온의 차는 1년주기 또는 반년주기의 높은 변동성을 보였다. 포항 부이에서는 강한 용승에 의해 냉수대가 발생한 2013년 여름철에 높은 수온 차가 나타났다. 해수면온도 자료의 시계열을 활용하여 스펙트럼 분석을 수행한 결과, 일별 위성 해수면온도 합성장은 약 1개월 이상의 주기에서는 실측 자료와 유사한 스펙트럼 에너지를 보였다. 반면 위성 해수면온도 합성장과 실측 수온의 스펙트럼 에너지의 차는 시간 주파수가 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 이는 위성 해수면온도 합성장 자료가 연안 부근 수온의 시간적 변동성을 적절하게 표현하지 못하였을 가능성을 시사한다. 위성 해수면온도 영상의 해양 전선은 공간 구조와 강도의 측면에서 위성 해수면 온도 합성장 자료 간 차이점을 보였다. 해수면온도 합성장에서 표현되는 공간 규모 또한 공간 스펙트럼 분석을 통해 조사하였다. 그 결과 고해상도 해수면온도 합성 영상이 저해상도 해수면온도 영상보다 상대적으로 중규모 해양 현상의 공간 구조를 더 잘 표현하였다. 따라서 실제 중규모 해양 현상을 보다 구체적으로 표현할 수 있는 위성 해수면온도 합성장 생산을 위한 고도의 기술 개발이 필요하다.


Satellite sea surface temperature (SST) composites provide important data for numerical forecasting models and for research on global warming and climate change. In this study, six types of representative SST composite database were collected from 2007 to 2018 and the characteristics of spatial structures of SSTs were analyzed in seas around the Korean Peninsula. The SST composite data were compared with time series of in-situ measurements from ocean meteorological buoys of the Korea Meteorological Administration by analyzing the maximum value of the errors and its occurrence time at each buoy station. High differences between the SST data and in-situ measurements were detected in the western coastal stations, in particular Deokjeokdo and Chilbaldo, with a dominant annual or semi-annual cycle. In Pohang buoy, a high SST difference was observed in the summer of 2013, when cold water appeared in the surface layer due to strong upwelling. As a result of spectrum analysis of the time series SST data, daily satellite SSTs showed similar spectral energy from in-situ measurements at periods longer than one month approximately. On the other hand, the difference of spectral energy between the satellite SSTs and in-situ temperature tended to magnify as the temporal frequency increased. This suggests a possibility that satellite SST composite data may not adequately express the temporal variability of SST in the near-coastal area. The fronts from satellite SST images revealed the differences among the SST databases in terms of spatial structure and magnitude of the oceanic fronts. The spatial scale expressed by the SST composite field was investigated through spatial spectral analysis. As a result, the high-resolution SST composite images expressed the spatial structures of mesoscale ocean phenomena better than other low-resolution SST images. Therefore, in order to express the actual mesoscale ocean phenomenon in more detail, it is necessary to develop more advanced techniques for producing the SST composites.

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4이란 자그로스 습곡대의 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템에 대한 고찰

저자 : 우주환 ( Juhwan Woo ) , 이철우 ( Chul Woo Rhee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 646-661 (16 pages)

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자그로스 습곡대는 신생대 시기에 아라비아 판과 유라시아 판이 충돌하며 형성되었다. 이 습곡대는 터키에서 호르므즈 지역까지 북서-남동 방향으로 2,000 km 이어진 산맥을 이룬다. 전세계 석유의 약 8%가 자그로스 산맥(충상단층)의 전면부에 발달한 습곡으로 이루어진 배사구조에 집적되어 있다. 지금까지 알려진 자그로스 지역의 5개 석유시스템 가운데 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템의 원시 자원량이 가장 많다. 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템의 근원암은 Kazhdumi층과 Pabdeh층으로 석유 생성 이상으로 숙성되었으며, 저류암은 Bangestan층군(Sarvak, Ilam 층)과 Asmari층이며, 덮개암은 증발잔류암층인 Gachsaran층과 셰일 층인 Gurpi층이다. Bangestan층군과 Asmari층에 트랩되어 있는 원유는 90%이상이 Kazhdumi층에서 기원하였고 그 외 나머지 원유는 Pabdeh층에서 기원하였다. 데즈풀만 지역에서 고각의 배사구조를 이루고 있는 Asmari, Sarvak, Khami층은 이미 많은 부분이 탐사된 반면 좀더 깊은 곳에 위치한 퇴적층과 저각의 소규모 배사구조는 아직 탐사되지 않았다. 그러므로 이 지역의 개발 잠재력은 자그로스 습곡대 석유시스템의 이해를 필요로 한다.


The Zagros fold-thrust belt formed from the collision of the Arabian and Eurasian plates during Cenozoic periods and extends for 2,000 km, from Turkey to the Hormuz Strait, in the northeast-southwest direction. Anticline traps in the front of the Zagros thrust fold hold approximately 8% of the world's petroleum reserves. Middle Cretaceous to Early Miocene petroleum systems of the belt have the largest original oil in place (OOIP). The oil is expelled from Kazhdumi and Pabdeh source rocks, and accumulated in the Asmari and Bangestan (including Sarvak and Ilam formations) reservoir rocks covered by the evaporitic Gachsaran and the marly Gurpi formations. The hydrocarbons trapped in the Asmari and Sarvak reservoirs are mainly charged (more than 90%) by the Kazhdumi Formation whereas the rest are charged by the Pabdeh Formation. In the Dezful Embayment, all the large high-relief anticlines have been drilled into, except in the Asmari, Sarvak and Khami formations, where a few anticlines of smaller size and deeper strata remain unexplored. Therefore, the exploration potential of these regions strengthens our understanding of the Zagros foldthrust belt's petroleum system.

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53D 사진측량법을 이용한 여수 사도 공룡발자국 화석산지 조사 및 교육자료 활용방안

저자 : 조혜민 ( Hyemin Jo ) , 홍민선 ( Minsun Hong ) , 손종주 ( Jongju Son ) , 이현영 ( Hyun-yeong Lee ) , 박경범 ( Kyeong-beom Park ) , 정종윤 ( Jongyun Jung ) , 허민 ( Min Huh )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 662-676 (15 pages)

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여수 사도 공룡발자국 화석지는 많은 수의 공룡발자국 화석과 함께 공룡의 집단행동에 대한 연구로 잘 알려진 지역이다. 또한 다양한 종류의 지질유산 및 지형유산이 분포하고 있어 지질관광과 지질교육의 장으로 주목받고 있다. 그러나 지리적 위치에 따른 접근성, 조차에 의한 시간적 제약, 지속적인 풍화 및 훼손에 의해 학생들의 교육을 위한 야외조사는 매우 제한적으로만 이루어지고 있다. 따라서 이번 연구는 최근 다양한 분야에서 이용되고 있는 사진측량법을 이용하여 사도의 공룡발자국 화석들의 3D 모델과 이미지를 생성한 후 이를 통해 과거에 확인하지 못한 화석에 대한 세부적인 정보를 확인함과 동시에 이를 교육자료로 활용 할 수 있는 방안에 대하여 제안하고자 한다. 획득한 3D 이미지를 통해 확인한 결과 기존에 육안이나 사진으로 확인하지 못하였던 일부 발자국 화석들의 존재를 확인할 수 있었고 기존에 발견된 화석이라도 사진이나 해석 드로잉으로 표현하지 못하였던 세부를 이미지로 나타낼 수 있었다. 또한 발자국 화석의 3D 모델은 향후 반영구적인 데이터로 보존할 수 있어 여러 형태로의 활용과 보존이 가능하다. 이번 연구에서는 사진측량법으로 얻어진 3D 모델을 활용하여 3D 프린팅 및 가상야외조사에 활용할 모바일 증강현실 콘텐츠를 구현하였으며 향후 3D 모델이 필요한 다양한 교육 콘텐츠 분야에서 사진측량법을 활용할 수 있을 것으로 보인다.


The Yeosu Sado dinosaur tracksite is well known for many dinosaur tracks and research on the gregarious behavior of dinosaurs. In addition, various geological and geographical heritage sites are distributed on Sado Island. However, educational field trips for students are very limited due to accessibility according to its geological location, time constraints due to tides, and continuous weathering and damage. Therefore, this study aims to generate 3D models and images of dinosaur tracks using the photogrammetric method, which has recently been used in various fields, and then discuss the possibility of using them as paleontological research and educational contents. As a result of checking the obtained 3D images and models, it was possible to confirm the existence of footprints that were not previously discovered or could not represent details by naked eyes or photos. Even previously discovered tracks could possibly present details using 3D images that could not be expressed by photos or interpretive drawings. In addition, the 3D model of dinosaur tracks can be preserved as semi-permanent data, enabling various forms of utilization and preservation. Here we apply 3D printing and mobile augmented reality content using photogrammetric 3D models for a virtual field trip, and these models acquired by photogrammetry can be used in various educational content fields that require 3D models.

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6로스해 Iselin Bank에서 규조를 이용한 고해양 환경변화 해석

저자 : 박영숙 ( Young-suk Bak ) , 김성한 ( Sunghan Kim ) , 이재일 ( Jae Il Lee ) , 유규철 ( Kyu-cheul Yoo ) , 이민경 ( Min Kyung Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 677-687 (11 pages)

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로스해의 Iselin Bank 인근에서 채취한 RS15-GC41코어로부터 규조를 분석한 결과 총 24속 35종의 규조를 감정하였으며, 규조 개체수 농도는 0.2-28.6×106/g 범위에 해당하였다. 규조 군집 조성에 의해 4개의 규조 군집대를 설정하였으며 규조 군집의 변화는 거의 10만년을 주기로 변화 하였다. Marine Isotope Stages 1-11 시기에 RS15-GC41이 퇴적되는 동안 간빙기(Interglacial)에는 open ocean을 지시하는 Rhizosolenia styliformis, Fragilariopsis kerguelensis와 Thalassionema nitzschioides등이 풍부하게 산출되며, 빙기(Glacial)에는 sea-ice종인 Actinocyclus actinocyclus의 산출이 풍부하게 나타난다. MIS 7, 9와 11의 간빙기 동안 MIS 1, 3과 5 시기보다 sea-ice의 분포가 더 넓고 지속 기간이 더 오래 계속되었음을 알 수 있다. Paralia sulcata는 이 시기(MIS 7, 9와 11) 동안 해류에 의한 ice-rafted debris의 유입과 함께 연안지역으로부터 재이동 되었음을 뒷받침 해 준다.


In this study, we analyzed diatoms from core RS15-GC41 collected in Iselin Bank, Ross Sea. A total of 24 genera and 35 species of diatoms are identified, and the having valve abundance of diatoms varies from 0.2 to 28.6×106/g. Four diatom assemblage zones are established by the vertical distribution of diatoms, and changed with a cycle of 100 kyrs. RS15-GC41 were deposited over the last 400 kyrs (corresponding to Marine Isotope Stages 1-11). The open-water species Fragilariopsis kerguelensis, Rhizosolenia styliformis, and Thalassionema nitzschioides abundantly occurred in interglacial periods. Whereas, Actinocyclus actinochilus abundantly dominant during the glacial periods. The distribution of these diatoms indicated, it can be seen that the sea-ice extent was larger and lasted longer during MIS 7, 9, and 11 than that of MIS 1, 3, and 5. Moreover, Paralia sulcata was abundantly predominant in MIS 7, 9, and 11; this finding suggests likely indicating that P. sulcata was transported from the coastal/inner shelf area to the study site, during accumulated in the sediments, reworked with the influx of ice-rafted debris by the currents

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72020년 9월 23일 서천 화구 폭발 관측 연구

저자 : 제일영 ( Il-young Che ) , 김인호 ( Inho Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 688-699 (12 pages)

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2020년 9월 23일 새벽 1시 39분경 전국 여러 곳에서 목격된 서천 화구는 대기권에 진입 후 두 차례 폭발했음이 전천 카메라 영상에 확인되었으며, 충격파는 한반도 서남부 지역 지진 및 인프라사운드 관측소에 기록되었다. 17개 관측소에서 측정된 화구 지진파 및 음파의 도달 시간 정보와 베이지안에 기초한 격자탐색법으로 화구 발생 위치를 추정하였다. 위치결정에는 대기권 바람 분포에 따른 음파 속도 변화를 반영하여 계산 결과의 신뢰도를 높였다. 화구 발생 위치는 36.050°N, 126.855°E, 고도 35 km로 전천 카메라 영상에서 관측된 두번째 화구 위치와 유사하였다. 서해 상공에서 한반도 내륙으로 입사하며 발생한 두 차례의 폭발이 근거리 인프라사운드 관측소에서 확인되었다. 또한 서천 화구 폭발 충격음은 장거리를 전파하여 최대 ~266 km에 위치하는 관측소에서도 기록되었으며 파형 모델링이 관측 결과를 뒷받침하였다. 인프라사운드 5개 관측소에서 측정된 두번째 화구 폭발 신호의 평균 주기는 ~0.4 s이며, 주기-폭발 에너지 관계식을 적용했을 때 서천 화구의 폭발 에너지는 약 0.3 ton TNT 폭발에 상응한다.


On September 23, 2020, at 1:39 a.m., a bright fireball above Seocheon was observed across the country. Two fireball explosions were identified in the images of the All-Sky Camera (ASC), and the shock waves were recorded at seismic and infrasound stations in the southwestern Korean Peninsula. The location of the explosion was estimated by a Bayesian-based location method using the arrival times of the fireball-associated seismic and infrasound signals at 17 stations. Realistic azimuth- and rang-dependent propagation speeds of sound waves were incorporated into the location method to increase the reliability of the results. The location of the sound source was found to be 36.050°N, 126.855°E at an altitude of 35 km, which was close to the location of the second fireball explosion. The two explosions were identified as sequential infrasound arrivals at local infrasound stations. Simulations of waveforms for long ranges explain the detection results at distant infrasound stations, up to ~266 km from the sound source. The dominant period of the signals recorded at five infrasound stations is about 0.4 s. A period-energy relation suggests the explosion energy was equivalent to ~0.3 ton of TNT.

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8천문 현상을 포함하는 예술 작품에 대한 중학생의 탐색 분석

저자 : 최하늘 ( Haneul Choi ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 700-716 (17 pages)

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본 연구는 현대 과학 교육의 탐구 활동에서 관찰 또는 탐색의 역할이 강조되고 있는 것과 과학 탐구 소재 확장의 필요성에 의해 진행되었다. 이에 본 연구는 예술 작품을 활용한 탐구 프로그램을 개발, 적용하여 귀추 과정 중 학습자들의 탐색 특징을 자세히 분석했다. 동양화, 서양화, 신화, 관현악, 전통 가옥을 소재로 한 '미술관으로 간 과학자' 프로그램이 개발되었으며, 방과 후 과학 교실에 다니는 중학생 5명이 참여했다. 연구 결과, 작품 속 주목할 만한 현상을 탐색한 학습자들은 탐색 특징에 따라 크게 세 유형으로 나뉘었다. 과학 개념에 쉽게 연결할 수 있는 내용을 관찰, 기술한 학습자가 있는 반면, 과학 개념과 상대적으로 거리가 먼 일상적 요소를 주로 관찰한 학습자도 있었다. 자신들의 주관적 평가와 의견을 바탕으로 작품을 탐색한 학습자도 있었는데 이들은 자신의 감상 의견을 중심으로 작품을 탐색하는 특징을 보였다. 연구의 결론 및 시사점으로 탐구 활동에서 시각적으로 관찰할 수 없는 소재의 비적합성, 학습자들의 선지식이 탐색 활동에 미치는 영향, 지구과학 탐구 소재의 확장 가능성 등을 제시했다. 본 연구는 천문학을 중심으로 한 귀추 탐구에서 학습자들의 탐색 특징을 살펴봄으로써 다양한 내용과 방법의 지구과학 학습을 제시하고, 특히 귀추가 천문 학습에 적절히 활용될 수 있는 가능성을 제시한다.


This study is based on the importance of observation or exploration in contemporary scientific inquiry and the need to expand the learning materials of science inquiry. It aims to analyze students' characteristics of exploration in abduction by developing and applying an educational program using art materials. For this study, a program named “Scientist going to the museum” utilizing artistic materials such as Oriental and Western paintings, mythology, orchestral suite, and traditional houses, was developed and five middle school students participated. Students who found and explored interesting phenomena in the work were divided into three main groups depending on the characteristics of the exploration activity. Some students observed and described elements that could be connected to scientific concepts, while others mainly explored everyday elements that were relatively unrelated to such concepts. Moreover, another type of students explored the works based on their subjective evaluations. This study shows that learning materials that cannot be visually explored are not suitable for abductive activities that students' prior knowledge has a significant impact on their exploration, and that educational materials for earth science inquiry could be expanded. This study also provides an example of learning materials and methods, and that abduction may be utilized for learning astronomy.

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9초·중·고등학생들의 극지에 대한 인식

저자 : 정수임 ( Sueim Chung ) , 최하늘 ( Haneul Choi ) , 김민지 ( Minjee Kim ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 717-733 (17 pages)

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이 연구는 극지 연구의 중요성을 확산하고자, 극지 소양 교육 방향을 설정하는 기초 자료를 제공하기 위해 수행되었다. 초·중·고등학생들의 극지 인식을 극지 정보 획득 현황, 극지에 대한 인상, 극지 문제 인식 측면에서 조사했다. 초·중·고 9개교 학생 975명이 선택형과 서답형이 포함된 16문항에 대한 설문 조사에 참여했다. 연구 결과, 학생들은 시청각 매체를 중심으로 한 극지 경험이 많았고, 학교 교육에서 극지에 대한 학습 경험이 상대적으로 적었다. 극지에 대한 인상은 지구 온난화로 빙하가 녹으면서 위기에 처한 북극곰과 같은 이미지가 대부분이었다. 학생들은 시청각 매체에서 본 장면을 정서와 결합하면서 이미지를 형성했다. 극지 문제 인식 측면에서 학생들은 공통적으로 생물과 자연 환경, 기후 변화에 관심이 많았지만, 학교급 및 진로 희망에 따라 관심 분야가 달랐다. 학생들은 극지 문제를 해결하는 주체로서 과학자의 위상을 높게 평가했으며, 극지 문제에 대해 실용적 가치보다는 세계 시민적 가치를 우선했다. 이상의 결과를 바탕으로 학교 교육과정에서 극지 내용 수용 및 체계화, 극지 과학자와 교육자의 협력에 의한 차별화된 학습 경험 마련, 여러 교과에 생성력 있는 빅아이디어 중심의 극지 소양 설정, 지구계 중심의 학습 접근법, 후속 연구의 방향 설정, 다양한 가치를 수용하는 과학 교육의 필요성 등을 시사점으로 제시했다.


This study is aimed to provide basic data to set the direction of polar literacy education and to raise awareness of the importance of polar research. Elementary, middle, and high school students' perception of the polar region was examined in terms of current status of polar information, impression regarding polar regions, and awareness of related issues. The study included 975 students from nine elementary, middle, and high schools, who responded to 16 questions, including close-ended and open-ended items. The results suggest that students had more experiences regarding the polar region on audiovisual media, but relatively limited learning experiences in school education. The impression they had of the polar region was confined to the monotonous image of a polar bear in crisis, following the melting of the glacier due to global warming. The students formed powerful images by combining scenes they saw in audiovisual media with emotions. In terms of recognizing problems in the polar region, the students were generally interested in creatures, natural environment, and climate change, but their interests varied depending on their school level and their own career path. The students highly valued the scientist's status as agents to address the problems facing the region, and gave priority to global citizenship values rather than practical standards. Based on the results, we suggest the following: introducing and systematizing content focusing on the polar region in the school curriculum, providing a differentiated learning experience through cooperation between scientists and educators, establishing polar literacy based on concepts that are relevant to various subjects, earth system-centered learning approach, setting the direction for follow-up studies and the need for science education that incorporates diverse values.

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10초·중등학교 교사들의 극지 소양

저자 : 정수임 ( Sueim Chung ) , 최하늘 ( Haneul Choi ) , 김민지 ( Minjee Kim ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 734-751 (18 pages)

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이 연구는 극지 소양 교육을 학교 교육과정에 반영하기 위한 기초 자료를 마련하고자 수행되었다. 교육과정을 현장에서 구현하는 교사들이 지닌 극지 인식과 교수 경험, 극지 관련 인지적·정의적 특성을 조사했다. 대도시 및 중소도시 10개교의 초·중·고등학교 교사 56명을 대상으로 극지 관련 인식, 교수 현황, 극지 지식, 극지와 기후 변화에 대한 신념 및 태도를 포함한 설문을 실시했다. 그 결과, 교사들은 극지 정보에 대한 효능감은 낮은 편이나, 극지와 기후 변화 문제 해결에 있어 교육자의 위상을 긍정적으로 평가하고 있으며 세계 시민적 가치를 실용적 목적보다 우선했다. 학교에서 극지와 기후 변화 문제를 교수한 경험은 교과와 비교과에 걸쳐 다양했지만, 완성된 형태의 교수-학습 자료를 제공받기 원하는 등 교수 개발에 있어 수동적인 면모를 보였다. 인지적 측면에서 교사들은 극지 변화와 기후가 영향을 주고받는 작동 원리와 과정에 대해 다소 모호한 이해를 드러냈다. 정의적 측면에서 대부분 교사들은 학교급을 초월해서 극지 관련 문제에 대한 신념과 태도에서 높은 경향이 나타났지만, 행동 선택은 근소하게 낮았다. 이상의 결과를 바탕으로 극지 소양을 증진시키기 위한 기회 및 자료 제공, 가치 및 태도 형성을 위한 다양한 맥락의 교육 소재 발굴, 극지 연구 자료를 활용한 교육 자료 개발, 학생과 교사를 포함한 극지 지식에 대한 오개념 파악, 초등 교사의 극지 소양 강화, 정의적 태도와 가치관 함양 등의 시사점을 제안했다.


The purpose of this study is to prepare basic data to reflect polar literacy education in the school curriculum. The perception about the polar regions, teaching experience, and polar-related cognitive and affective characteristics of teachers were investigated. The survey was conducted among 56 elementary, middle, and high school teachers from schools from 10 major cities and surrounding regions, based on their perceptions of the polar region, current teaching status, polar knowledge, and beliefs and attitudes toward polar region and climate change. Results showed that although teachers' polar information efficacy was low, they positively evaluated the status of educators in resolving polar and climate change problems, and prioritized global citizenship values over practical purposes. The experience of teaching polar region and climate change issues at schools varied across subjects and non-subjects, but showed a passive aspect in teaching development, such as wanting to be provided with consolidated learning materials. On the cognitive aspect, teachers revealed an ambiguous understanding of the mechanisms and processes by which polar change and climate influence each other. On the affective aspect, most teachers showed strong beliefs and attitudes for polar-related issues beyond the school level, but their behavior choices were relatively lower. Based on the results, we propose the following as recommendations: providing opportunities and materials to promote polar knowledge, discovering educational materials in various contexts to form values and attitudes, developing educational materials from polar research materials, identifying misconceptions about polar knowledge among students and teachers, strengthening elementary school teachers' polar literacy, and cultivating positive attitudes and values toward polar issues.

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1눈송이의 크기와 질량 관계가 지표 강수 모의에 미치는 영향

저자 : 임교선 ( Kyo-sun Sunny Lim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 1-18 (18 pages)

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본 논문은 기상 모델의 미세구름물리 모수화 과정 내의 눈송이의 질량-크기 관계가 지표 강수 모의에 미치는 영향에 대해 연구에 관한 것이다. WDM6와 WSM6 미세구름물리 모수화 방안이 연구를 위해 사용되었다. 실제 관측된 자료를 바탕으로 산출된 Thompson의 눈송이의 질량-크기 관계를 도입하여 WDM6와 WSM6 내의 눈송이의 질량-크기 관계식을 대체하였다. 이상적인 스콜선과 한반도 겨울철 강수 사례에 대해 수정된 WDM6와 WSM6를 사용하여 민감도 실험을 실시하였다. 결과적으로, 대기 하층에서는 싸락눈과 빗방울의 혼합비가 증가하였고 눈송이의 혼합비는 감소하였다. 이러한 혼합비와 지표 강수의 변화는 빗방울과 눈송이의 충돌 및 병합 과정과 싸락눈의 융해 과정에 기인한 것으로 분석되었다.

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2태풍 내습 시 자갈 해빈의 지형반응 - 부산 태종대 감지 해빈의 사례

저자 : 이영윤 ( Young Yun Lee ) , 장태수 ( Tae Soo Chang )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 19-30 (12 pages)

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자갈해빈에 대한 태풍의 영향력을 조사하기 위하여 태종대 감지 자갈해빈에서 2018년 10월에 내습한 태풍 '콩레이'와 2019년 7월의 태풍 '다나스'에 대하여 VRS-GPS, 드론 측량을 수행하였다. 감지해빈의 전반적인 퇴적물 분포를 파악하기 위해서 입도분석을 하였으며, 자갈해빈의 회복력을 확인하기 위해 주기적으로 감지해빈의 지형측량을 수행하였다. 감지해빈의 자갈퇴적물은 서쪽에서 동쪽으로 갈수록 평균 -6.2Φ에서 -5.4Φ로 세립해지며, 해안선의 수직방향으로는 포말대(swash zone)에서 상대적으로 세립한 구형의 퇴적물(-4.5Φ)이, 범(berm)에서는 상대적으로 조립하고 편평한 퇴적물(-5Φ - -6Φ)이 나타난다. 감지 자갈해빈은 특징적으로 2열의 범을 갖는데, 해빈의 전방에 정상조건에서 형성되는 하부 범(lower berm)과 약 10 m 후방에 상부 범(upper berm)이 존재한다. 태풍 콩레이 내습 후 감지해빈은 육지 쪽에 위치한 상부 범에서 약 1.4 m의 침식이 발생하여 상부 범이 사라졌고, 상부 범의 배후지에서는 평균 약 50 cm 침식되어 그 고도가 낮아졌으나, 하부 범에서의 침식은 관찰되지 않았다. 한편 상대적으로 위력이 약한 태풍 다나스의 경우, 내습 직후 감지해빈은 하부 범과 상부 범에서 침식이 발생하여 평균 80 cm 높이의 퇴적물이 침식되었으나, 반면 배후지에서는 50 cm 높이의 퇴적이 확인되었다. 하지만 내습 후 하부 범에서 빠른 속도로 퇴적이 발생하여 내습 약 3일 내에 소실되었던 하부 범이 생성되었다. 이러한 결과는 감지 자갈해빈이 태풍에 의한 지형변화가 일시적으로 발생하지만, 이후 정상조건에서 태풍 이전의 지형으로 매우 빠르게 회복됨을 시사한다. 따라서 자갈해빈의 경우 태풍침식에 대한 복원력이 매우 뛰어나다고 평가된다.

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3Sentinel-1 위성의 영상 분류 기법을 이용한 백두산 천지의 얼음 면적 변화 탐지

저자 : 박성재 ( Sungjae Park ) , 엄진아 ( Jinah Eom ) , 고보균 ( Bokyun Ko ) , 박정원 ( Jeong-won Park ) , 이창욱 ( Chang-wook Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 31-39 (9 pages)

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아시아에서 가장 큰 칼데라 호수인 천지는 해발 약 2250 m의 백두산 정상에 위치한다. 천지는 높은 해발고도 및 바다와 인접한 환경으로 인해 1년 중 6개월 정도가 눈과 얼음으로 뒤덮여 있다. 천지의 수원은 대부분 지하수로부터 유입되기 때문에 수온과 백두산의 화산활동이 밀접한 관련이 있다. 하지만 2000년대에 들어서며 백두산에 많은 화산활동이 관측되고 있다. 본 연구에서는 유럽우주국(European Space Agency: ESA)에서 제공하는 Sentinel-1 위성 영상자료를 활용하여 백두산의 겨울철 생성되는 얼음의 면적을 분석하였다. Sentinel-1 위성의 후방산란 영상에서 얼음의 면적을 산출하기 위해 질감 분석 기법을 활용하여 2개의 편파영상에서 20개의 Gray-Level Co-occurrence Matrix(GLCM) 레이어를 생성했다. 면적 산출에 사용된 방법은 GLCM 레이어를 Support Vector Machine (SVM) 알고리즘으로 분류하여 영상에서 얼음의 면적을 산출했다. 또한 산출된 면적은 삼지연 기상관측소에서 획득된 기온자료와 상관관계를 분석하였다. 본 연구는 본격적인 장기간의 시계열 분석에 앞서 얼음의 면적을 산출하는 새로운 방법에 대한 대안을 제시하는 근거로서 활용될 수 있을 것이다.

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4전북 서해안권 국가지질공원 지질명소 안내 표지판에 사용된 용어 분석

저자 : 신영준 ( Young-jun Shin ) , 조규성 ( Kyu-seong Cho )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 40-47 (8 pages)

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본 연구는 전북 서해안권 국가지질공원 지질명소의 안내 표지판에 기술된 용어를 분석하였다. 안내 표지판에 기술된 용어들 중 명사만을 추출하여 표준국어대사전, 지구과학 학술용어집, 2015개정 교육과정에 따른 교과용 도서 개발을 위한 편수 자료를 기준으로 등재 여부를 확인하여 8가지 유형으로 분류하였다. 추출된 용어 중 71개(10.8%)의 용어는 어느 용어집에도 등재되지 않은 [유형 8]에 해당하는 용어들이었다. 이 유형의 용어들은 대부분이 [명사]+[명사] 또는 [명사]+[접사]가 결합하여 파생된 합성어로 그 의미를 명확하게 해석하여 이해하기란 쉽지 않은 것으로 판단되었다. 또한 256개(46%)의 용어가 전문 분야에서 사용되는 전문 용어로 확인되었다. 따라서 국가지질공원 안내 표지판의 제작에 있어 일반인들과 학생들이 더 쉽게 읽고 이해할 수 있도록 전문 용어를 가급적 쉽게 풀어서 기술하고 전문 용어를 사용할 경우에는 용어에 대한 주석을 달아 부연 설명을 통해 충분한 교육적 효과를 얻을 수 있도록 해야 할 것이다.

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5집단중심 추세모형을 적용한 과학고등학교 학생들의 통합 탐구 기능 변화 분석

저자 : 이기영 ( Kiyoung Lee ) , 하민수 ( Minsu Ha ) , 박재용 ( Jaeyong Park )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 48-60 (13 pages)

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이 연구의 목적은 집단중심 추세모형을 적용하여 과학고 학생들이 탐구를 수행하는 과정에서 나타난 통합 탐구 기능 변화의 양상과 특징을 분석하는 것이다. 이를 위해 3개의 가설-연역적 탐구 과제를 이용하였으며, 이를 59명의 과학고 학생들에게 순차적으로 수행하게 하고 그 과정을 보고서로 작성하게 하였다. 작성된 보고서는 Lee and Park (2017)에 의해 개발된 평가 준거틀에 따라 통합 탐구 기능 4개 요소별로 평가하였으며, 이를 집단중심 추세모형에 적용하여 탐구 과제를 수행한 3개 시점에 따른 탐구 기능 수준의 변화 양상을 요소별로 분석하였다. 또한, 탐구 기능 변화에서 나타난 특징을 몇 가지 관점에서 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다: 첫째, 집단중심 추세모형을 적용하여 학생들의 통합 탐구 기능 변화 양상을 분석한 결과, 4개 요소 모두에서 2개 집단으로 분류되었으나 그 변화 양상은 요소별로 많은 차이가 있었다. 둘째, 학생들의 통합 탐구 기능 변화에서 나타난 특징을 분석한 결과, 탐구 기능의 맥락의존성, 탐구 기능 발달 경로의 변이성, 탐구 기능 요소별 수준의 들쭉날쭉성을 발견할 수 있었다. 연구 결과를 토대로 과학고 학생들의 통합 탐구 기능 발달을 위한 제언을 하였다.

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6과제 맥락에 따른 초등학생들의 암석 기술어(記述語)에 관한 연구

저자 : 오필석 ( Phil Seok Oh )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 61-74 (14 pages)

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본 연구의 목적은 두 가지 서로 다른 과제 맥락에서 학생들이 사용하는 암석 기술어를 비교하고 암석 학습에 적합한 과제의 특징을 밝히는 것이었다. 이를 위하여 24명의 초등학교 3학년 학생들에게 3가지 퇴적암에 관한 기술 과제와 추론 과제를 제시하고, 각 과제의 맥락에서 학생들이 사용한 암석 기술어를 학생의 개념에 관한 자원 기반 관점에 따라 분석하였다. 그 결과, 기술 과제에 비하여 추론 과제에서 일상적인 기술어를 사용하여 암석의 특징을 기술한 학생 수와 일상적인 기술어의 사용 빈도가 감소하였다. 또, 학문적으로 보다 적절한 기술어를 사용한 학생이 암석의 생성 과정에 대해서도 과학적으로 타당한 추론을 하는 것을 알 수 있었다. 반면, 과학적인 타당성이 부족한 추론들은 대개 일상적인 기술어를 사용하여 암석의 특징을 기술한 경우에 발견되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 지구과학의 본질적 특징에 적합한 암석 학습을 위해서는 추론적인 과제가 제시되어야 함을 논의하였다.

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7중학생을 위한 시스템 사고 기반 STEAM 교육 프로그램의 개발 및 효과 분석

저자 : 김유란 ( Yuran Kim ) , 전재돈 ( Jaedon Jeon ) , 엄주영 ( Jooyoung Eom ) , 이효녕 ( Hyonyong Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 75-91 (17 pages)

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이 연구의 목적은 중학생을 위한 시스템 사고 향상에 적합한 사전 교육 및 STEAM 교육 프로그램을 개발하고 중학생에게 적용하여 프로그램의 효과를 분석하는 것이다. 이 연구는 중학생을 대상으로 시스템 사고에 대한 사전 교육 프로그램과 시스템 사고를 향상시키기 위한 STEAM 교육 프로그램을 개발하는 것이다. 개발된 프로그램은 경상북도에 위치한 소규모 중학교 1학년 4명, 3학년 4명을 대상으로 투입하여 효과를 분석하였다. 시스템 사고의 분석은 Hung(2008)에 의해 개발된 루브릭이 활용되었다. 학생들의 시스템 사고에 대한 신뢰도와 루브릭의 타당도를 확인하기 위해 전문가들이 연구 결과를 검토하였다. 시스템 사고의 효과를 확인하기 위해 루브릭, 시스템 사고에 대한 학생들의 인지, 단어 간 관계 분석, 인과 지도의 검사를 체계적으로 적용하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 시스템 사고사전 교육 프로그램과 교사용 지도서를 개발하였다. 이는 학생의 시스템 사고에 대한 개념과 인과 지도 작성법에 대한 기초 지식을 학습시키기 위한 것이다. 개발된 사전 교육 프로그램은 '지구 온난화'를 주제로 한 무한도전이라는 친숙한 예능 프로그램을 이용하여 인과 지도 작성 방법을 학습하도록 구성되었다. 사전 교육프로그램은 대상 학생들이 친숙하게 접근할 수 있도록 지구 온난화를 주제로 한 예능 프로그램을 기반으로 하였으며, 이를 통해 인과 지도 작성 방법을 학습할 수 있도록 구성하였다. 효과성 검사를 적용한 결과, 학생들의 시스템 사고 향상을 위한 사전 교육 프로그램은 효과적인 것으로 분석되었다. 둘째, '분석-설계-제작-평가-시스템 사고'의 5단계로 구성된 ADBAS 모형을 적용하여 '공기 소화기' 주제의 시스템 사고 기반 STEAM 교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 시스템의 이해 능력, 시스템 내 관계 파악 능력, 시스템 일반화 능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 연구를 통해 개발된 사전 교육 프로그램 및 STEAM 교육 프로그램은 학생의 시스템 사고 향상을 돕는데 적합하며, 시스템 사고와 STEAM 교육의 접목이라는 점에서 중요한 의미를 가진다. 또한 시스템 사고 향상을 위해 이 프로그램을 투입하기에 적절한 것으로 판단되어 '창의융합인재'를 양성하는데 기여할 것이다. 또한 시스템 사고 향상을 위한 위 프로그램의 적절한 투입은 창의융합형 인재를 양성하는 교육 목표를 달성하는 데 있어 기여를 할 것으로 판단된다.

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