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미래학교의 스마트 기기를 활용한 과학 수업이 과학긍정경험과 과학 학습자 정체성에 미치는 영향 탐색

Using Smart Devices in a Future School to Explore the Effects of Science Classes on Positive Science Experiences and Science Learning Identity

유은정 ( Eun-jeong Yu ) , 김경화 ( Kyung Hwa Kim )
  • : 한국지구과학회
  • : 한국지구과학회지 41권2호
  • : 연속간행물
  • : 2020년 04월
  • : 176-193(18pages)
한국지구과학회지

DOI


목차

서 론
연구 방법
연구 결과
결론 및 제언
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본 연구의 목적은 미래학교 연구학교인 C 중학교의 스마트 기기를 활용한 과학 수업이 과학긍정경험과 과학 학습자 정체성에 미치는 영향을 살펴보기 위함이다. 이를 위하여 미래학교 1학년 학생들을 대상으로 입학 당시와 1학년을 마무리하는 시점에 과학긍정경험(Shin et al., 2017)을 탐색하기 위하여 대응표본 t 검증을 실시하였다. 또한 1학년과 2학년 학생들에게 과학 수업에서의 나의 이미지를 그림으로 그리고 간단히 그림에 대해 서술하도록 하여 수정·보완된 분석틀(Luehmann, 2009)에 의거하여 스마트 기기를 활용한 미래학교의 과학 수업에서 학습자 정체성을 살펴보았다. 연구 결과 스마트 기기를 활용한 과학 수업을 통해 과학관련 진로포부, 과학관련 자아개념, 과학학습 정서에서 유의미한 효과가 나타났다. 스마트 기기를 활용한 과학 수업은 주체성과 능동성의 수준을 향상시키고, 즉각적이고 충분한 피드백을 통해 궁금한 것을 해결하고, 과학의 본성에 대한 의미 있는 인식을 경험하는데 도움을 주는 것으로 나타났다. 반면, 스마트 기기를 사용하는데 미숙한 학생들은 수업 시간에 적지 않은 부담감을 느끼는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 향후 이루어질 스마트 기기를 활용한 다양한 수업 맥락을 구상하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
The purpose of this study was to explore the effects of science classes on positive science experiences and science learner identity, using smart devices in a future school: C middle school. We conducted a paired t test at the beginning and end of the first school year with first-grade students at the future school to investigate positive experiences with science (Shin et al., 2017). Additionally, first and second-grade students in future schools using smart devices wrote and drew their own depictions in science classes to explore science learner identity, based on a modified analytical framework (Luehmann, 2009). The results show that significant effects on science-related career aspirations, self-concepts, and academic emotions were produced by science classes using smart devices. Science classes using smart devices helped students improve their level of agency and activity, solve problems with immediate and sufficient feedback, and experience meaningful perceptions of the nature of science. On the other hand, if students were immature in terms of their use of smart devices, they felt pressured to participate in the classes. The results of this study can be used as a foundation for designing various classroom contexts for the use of smart devices.

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I410-ECN-0102-2021-400-000907666

간행물정보

  • : 자연과학분야  > 지질
  • : KCI등재
  • :
  • : 격월
  • : 1225-6692
  • : 2287-4518
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1979-2021
  • : 2176


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42권5호(2021년 10월) 수록논문
최근 권호 논문
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12020년 3월 18일-20일 영동지역 강풍 사례 연구

저자 : 안보영 ( Bo-yeong Ahn ) , 김유준 ( Yoo-jun Kim ) , 김백조 ( Baek-jo Kim ) , 이용희 ( Yong-hee Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 479-495 (17 pages)

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본 연구는 2020년 3월 18일부터 20일까지 영동지역에 강풍이 발생했던 사례(남고북저형, 대류권계면 접힘에 의해 급격하게 발달하는 저기압)의 종관 및 열역학적/운동학적특성을 조사하기 위해 AWS 관측 자료, 종관 일기도, ECMWF 재분석 자료, 레윈존데, 윈드프로파일러 자료를 이용하였다. 분석결과, 사례 기간 영동지역 5개소에서 관측된 최대 순간 풍속은 20 m s-1 이상으로 나타났으며 대관령(27.7 m s-1)에서 가장 강하게 나타났다. 종관분석에서는 남고북저형의 기압배치와 함께 영동지역으로 등압선의 모양이 사인(sin)파 형태를 보이며 강한 기압경도력에 의해 강풍이 발달하다가 3월 19일부터는 한반도 북부지역에서 하루 내에 19 hPa 이상의 기압 하강과 함께 발달하는 저기압에 의해 지속적인 강풍이 발달했다. 북강릉 단열선도에서 역전층의 고도는 하층 강풍대와 함께 산 정상의 약 1-3 km 고도에 위치하였고, 레윈존데 및 수직 측풍 장비(윈드프로파일러)의 연직 바람장 분석 결과와 일치함을 확인할 수 있었다. 특히 열역학적 및 운동학적 연직 분석에서, 하층에서 온위의 연직 경도에 의한 강한 바람과 대류권계면 접힘에 의한 위치 소용돌이도의 발달이 영동지역 강풍 발생에 큰 역할을 한 것으로 사료된다.


This study investigates the synoptic (patterns of southern highs, northern lows, and lows rapidly developed by tropopause folding), thermodynamic, and kinematic characteristics of a strong wind that occurred in the Yeongdong region of South Korea on March 18-20, 2020. To do so, we analyzed data from an automatic weather station (AWS), weather charts, the European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis, rawinsonde, and windprofiler radars. The daily maximum instantaneous wind speed, exceeding 20 m s-1, was observed at five weather stations during the analysis period. The strongest instantaneous wind speed (27.7 m s-1) appeared in the Daegwallyeong area. According to the analysis of weather charts, along with the arrangement of the north-south low-pressure line, the isobars were moved to the Yeongdong area. It showed a sine wave shape, and a strong wind developed owing to the strong pressure gradient. On March 19, in the northern part of the Korean Peninsula, with a drop in atmospheric pressure of 19 hPa or more within one day, a continuous strong wind was developed by the synoptic structure of the developing polar low. In the adiabatic chart observed in Bukgangneung, the altitude of the inversion layer was located at an altitude of approximately 1-3 km above the mountaintop, along with the maximum wind speed. We confirmed that this is consistent with the results of the vertical wind field analysis of the rawinsonde and windprofiler data. In particular, based on the thermodynamic and kinematic vertical analyses, we suggest that strong winds due to the vertical gradient of potential temperature in the lower layer and the development of potential vorticity due to tropopause folding play a significant role in the occurrence of strong winds in the Yeongdong region.

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2라디오존데 고층관측자료를 활용한 한반도 남해안 지역의 2019년도 여름철 대기 안정도 특성 분석

저자 : 신승숙 ( Seungsook Shin ) , 황성은 ( Sung-eun Hwang ) , 이영태 ( Young-tae Lee ) , 김병택 ( Byung-taek Kim ) , 김기훈 ( Ki-hoon Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 496-503 (8 pages)

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한반도 남해안 지역의 여름철 대기 안정도 특성을 분석함으로써, 한반도 특성에 맞는 강수 예측을 위한 대기 안정도 지수의 정량적인 임계값을 도출하고자 하였다. 보성 표준기상관측소에서 관측한 2019년도 여름철 라디오존데 집중관측자료를 분석에 사용하였으며, 총 관측자료는 243개 이다. 강수 유무 및 중규모 대기 현상에 대한 대기 안정도를 분석하기 위해서, 대류가용잠재에너지(Convective Available Potential Energy, CAPE)와 폭풍지수(Storm Relative Helicity, SRH)를 비교하였으며 특히 SRH 분석은 고도 별로 총 4개의 층으로(0-1, 0-3, 0-6, 0-10 km) 세분화하였다. 강수 유무에 따른 분석은 강수가 없는 경우, 강수발생 전 12시간, 강수 발생 시로 구분하여 수행하였다. 그 결과, 2019년도 보성에서 발생한 여름철 강수 예측에는 CAPE 보다 SRH가 더 적합하며 0-6 km SRH가 약한 토네이도가 발생 가능한 기준과 같은 150 ㎡ s-2 이상일 경우 강수가 발생한 것으로 분석 된다. 또한, 장마와 태풍 기간의 대기 안정도를 분석한 결과를 보면, 일반적으로 SRH는 대기 깊이가 두꺼워 질수록 값이 커지는 데 반해서 0-10 km SRH 평균값보다 0-6 km 의 SRH 값이 더 크게 나타났다. 따라서, 2019년도 보성에서 발생한 태풍에 의한 강수를 판별하는 데는 0-6 km 의 SRH 값이 더 효과적이라고 할 수 있다.


By analyzing the characteristics of atmospheric stability in the southern coastal region of the Korean Peninsula in the summer of 2019, a quantitative threshold of atmospheric instability indices was derived for predicting rainfall events in the Korean Peninsula. For this analysis, we used data from all of the 243 radiosonde intensive observations recorded at the Boseong Standard Weather Observatory (BSWO) in the summer of 2019. To analyze the atmospheric stability of rain events and mesoscale atmospheric phenomena, convective available potential energy (CAPE) and storm relative helicity (SRH) were calculated and compared. In particular, SRH analysis was divided into four levels based on the depth of the atmosphere (0-1, 0-3, 0-6, and 0-10 km). The rain events were categorized into three cases: that of no rain, that of 12 h before the rain, and that of rain. The results showed that SRH was more suitable than CAPE for the prediction of the rainfall events in Boseong during the summer of 2019, and that the rainfall events occurred when the 0-6 km SRH was 150 ㎡ s-2 or more, which is the same standard as that for a possible weak tornado. In addition, the results of the atmospheric stability analysis during the Changma, which is the rainy period in the Korean Peninsula during the summer and typhoon seasons, showed that the 0-6 km SRH was larger than the mean value of the 0-10 km SRH, whereas SRH generally increased as the depth of the atmosphere increased. Therefore, it can be said that the 0-6 km SRH was more effective in determining the rainfall events caused by typhoons in Boseong in the summer of 2019.

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3보성 표준기상관측소자료를 활용한 국지예보모델 대기경계층 유형 비교 연구

저자 : 황성은 ( Sung Eun Hwang ) , 김병택 ( Byeong-taek Kim ) , 이영태 ( Young Tae Lee ) , 신승숙 ( Seung Sook Shin ) , 김기훈 ( Ki Hoon Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 504-513 (10 pages)

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대한민국 기상청에서 사용하고 있는 UM (Unified Model, UM) 모델의 국지예측시스템(Local Data Assimilation and Prediction System, LDAPS)은 수치모델 모의 시 대기경계층 유형에 따라 물리과정을 다르게 계산하기 때문에 이 과정을 검증하는 것은 모델의 정확도 향상에 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 수치모델의 대기경계층 유형을 관측자료를 기반으로 검증하였다. 관측자료를 기반으로 대기경계층 유형을 분류하기 위해서 보성 표준기상관측소에서 수행한 여름철 집중관측자료(라디오존데, 플럭스관측장비, 도플러 라이다, 운고계)를 활용하였으며, 2019년 6월 18일 부터 8월 17일 까지 61일 동안에 총 201회의 관측자료를 분석하였다. 또한 관측자료와 수치모델 결과가 다른 경우를 보면, 관측자료를 기반으로 한 대기경계층 유형 분류 결과에서 2유형으로 분류되는 사례가 수치모델에서는 1유형으로 분류된 사례가 53회로 가장 많이 나타났다. 그 다음으로는 관측자료를 기반으로 한 대기경계층 유형 분류 결과에서 5유형과 6유형으로 분류되는 사례가 수치모델에서는 3유형으로 분류된 사례가 많이 나타났다(각각 24회, 15회). 관측결과와 수치모델 모의 결과가 일치하지 않은 사례는 모두 층적운 접합 여부 및 적운 모의 등 수치모델의 구름물리 부분의 모의 성능에 기인하여 발생한 것이라고 분석된다. 따라서, 대기경계층 유형 분류의 구름물리과정의 모의 정확도를 개선하면 수치모델 성능이 향상 될 것으로 판단된다.


Different physical processes, according to the atmospheric boundary layer types, were used in the Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS) of the Unified Model (UM) used by the Korea Meteorological Administration (KMA). Therefore, it is important to verify the atmospheric boundary layer types in the numerical model to improve the accuracy of the models performance. In this study, the atmospheric boundary layer types were verified using observational data. To classify the atmospheric boundary layer types, summer intensive observation data from radiosonde, flux observation instruments, Doppler wind Light Detection and Ranging(LIDAR) and ceilometer were used. A total number of 201 observation data points were analyzed over the course 61 days from June 18 to August 17, 2019. The most frequent types of differences between LDAPS and observed data were type 1 in LDAPS and type 2 in observed(each 53 times). And type 3 difference was observed in LDAPS and type 5 and 6 were observed 24 and 15 times, respectively. It was because of the simulation performance of the Cloud Physics such as that associated with the simulation of decoupled stratocumulus and cumulus cloud. Therefore, to improve the numerical model, cloud physics aspects should be considered in the atmospheric boundary layer type classification.

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4고창 지점의 강수량계 설치 환경에 따른 겨울철 강수량 관측 특성 분석

저자 : 김병택 ( Byeong Taek Kim ) , 황성은 ( Sung Eun Hwang ) , 이영태 ( Young Tae Lee ) , 신승숙 ( Seung Sook Shin ) , 김기훈 ( Ki Hoon Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 514-523 (10 pages)

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고창 표준기상관측소(Gochang Standard Weather Observatory, GSWO)에서 3년간(2014-2016년) 관측한 겨울철 강수량 자료를 사용하여 겨울철 관측환경에 따른 강수량 관측 특성을 분석하였다. 이를 위해, 설치환경이 다른 강수량계 4종인 NS(No Shield), SA(Single Alter), DFIR(Double Fence Intercomparison Reference), PG(Pit Gauge)를 사용하여, DFIR을 기준으로 누적 강수량 차이, 강수 유형별 특성, 풍속 변화에 따른 수집효율을 분석하였다. 강수 유형은 고창 종관기상관측장비(Automated Synoptic Observing System, ASOS)의 기온 관측 자료를 사용하여 강우, 혼합 강수, 강설로 분류하여 분석하였다. 겨울철 누적 강수량은 SA, NS, PG 순으로 DFIR과 유사하게 나타났으며, 통계 분석 결과에서는 SA가 DFIR과 가장 유사한 결과를 보였다. 결과적으로, 겨울철 강수량 관측에서는 SA가 기준 강수량계와 가장 유사하게 관측되었으며, PG는 겨울철 관측에 적합하지 않은 것으로 분석된다.


Using the precipitation data observed at the Gochang Standard Weather Observatory (GSWO) during the winter seasons from 2014 to 2016, we analyzed the precipitation characteristics of the winter observation environment. For this study, we used four different types of precipitation gauges, i.e., No Shield (NS), Single Alter (SA), Double Fence Intercomparison Reference (DFIR), and Pit Gauge (PG). We analyzed the data from each to find differences in the accumulated precipitation, characteristics of the precipitation type, and the catch efficiency according to the wind speed based on the DFIR. We then classified these into three precipitation types, i.e., rain, mixed precipitation, and snow, according to temperature data from Gochang's Automated Synoptic Observing System (ASOS). We considered the DFIR to be the standard precipitation gauge for our analysis and the cumulative winter precipitation recorded by each other gauge compared to the DFIR data in the following order (from the most to least similar): SA, NS, and PG. As such, we find that the SA gauge is the most accurate when compared to the standard precipitation gauge used (DFIR), and the PG system is inappropriate for winter observations.

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5인공위성 고도계와 이어도 해양과학기지 관측 자료를 활용한 유의파고 극값 추정 기법 비교

저자 : 우혜진 ( Hye-jin Woo ) , 박경애 ( Kyung-ae Park ) , 변도성 ( Do-seung Byun ) , 정광영 ( Kwang-yeong Jeong ) , 이은일 ( Eun-il Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 524-535 (12 pages)

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급격한 기후 변화와 해양 온난화에 의해 지난 수십 년 동안 파고의 변동성이 증가하였다. 상위 1% (또는 5%) 파고와 같은 극한 파고는 국지적인 해역 뿐만 아니라 전 지구 대양에서도 평균 파고에 비해 현저하게 증가하였다. 1991년부터 인공위성 고도계를 활용하여 유의파고를 지속적으로 관측하고 있으며 통계적 기법을 기반으로 100년 빈도 유의파고를 추정하기에 비교적 충분한 자료가 축적되었다. 이어도 해양과학기지에서 유의파고 극값을 추정하기 위하여 2005년부터 2016년까지 위성 고도계 자료를 활용하였다. 대표적인 극값 분석 방법인 Initial distribution Method (IDM)와 Peak over Threshold (PoT)를 위성 도고계 유의파고 관측 자료에 적용하고 이어도 해양과학기지에서 관측된 실측 자료와 비교하였다. 이어도 해양과학기 관측 자료에 IDM과 PoT 기법을 적용하여 추정된 100년 빈도 유의파고는 각각 8.17 m와 14.11 m이며, 인공위성 고도계 관측 자료를 활용하였을 때는 각각 9.21 m와 16.49 m이었다. 관측 최대값과의 비교 분석에서 IDM을 활용한 분석은 유의파고 극값을 과소추정 하는 경향을 보였다. 이는 IDM 보다 PoT 기법이 유의파고의 극값을 적절하게 추정하고 있음을 의미한다. PoT 기법의 우수성은 높은 유의파고가 발생하는 태풍의 영향을 받는 이어도 해양과학기지 실측 자료를 활용한 결과에서도 증명되었다. 또한 PoT 기법으로 추정된 유의파고 극값의 안정성은 고도계 자료의 감소에 따라 저하될 수 있음을 확인하였다. 인공위성 고도계 자료를 활용하여 유의파고 극값 추정시 발생할 수 있는 한계점과 인공위성 자료를 검증할 수 있는 자료로써 이어도 해양과학기지 관측 자료의 중요성에 대하여 논의하였다.


Rapid climate change and oceanic warming have increased the variability of oceanic wave heights over the past several decades. In addition, the extreme wave heights, such as the upper 1% (or 5%) wave heights, have increased more than the heights of the normal waves. This is true for waves both in global oceans as well as in local seas. Satellite altimeters have consistently observed significant wave heights (SWHs) since 1991, and sufficient SWH data have been accumulated to investigate 100-year return period SWH values based on statistical approaches. Satellite altimeter data were used to estimate the extreme SWHs at the Ieodo Ocean Research Station (IORS) for the period from 2005 to 2016. Two representative extreme value analysis (EVA) methods, the Initial Distribution Method (IDM) and Peak over Threshold (PoT) analysis, were applied for SWH measurements from satellite altimeter data and compared with the in situ measurements observed at the IORS. The 100-year return period SWH values estimated by IDM and PoT analysis using IORS measurements were 8.17 and 14.11 m, respectively, and those using satellite altimeter data were 9.21 and 16.49 m, respectively. When compared with the maximum value, the IDM method tended to underestimate the extreme SWH. This result suggests that the extreme SWHs could be reasonably estimated by the PoT method better than by the IDM method. The superiority of the PoT method was supported by the results of the in situ measurements at the IORS, which is affected by typhoons with extreme SWH events. It was also confirmed that the stability of the extreme SWH estimated using the PoT method may decline with a decrease in the quantity of the altimeter data used. Furthermore, this study discusses potential limitations in estimating extreme SWHs using satellite altimeter data, and emphasizes the importance of SWH measurements from the IORS as reference data in the East China Sea to verify satellite altimeter data.

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6한반도 연안해역에서 인공위성 산란계(MetOp-A/B ASCAT) 해상풍 검증

저자 : 곽병대 ( Byeong-dae Kwak ) , 박경애 ( Kyung-ae Park ) , 우혜진 ( Hye-jin Woo ) , 김희영 ( Hee-young Kim ) , 홍성은 ( Sung-eun Hong ) , 손은하 ( Eun-ha Sohn )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 536-555 (20 pages)

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해상풍은 해양의 표층 해류 및 순환, 혼합층, 열속의 변화를 주도하며 해양-대기 상호작용을 이해할 수 있는 중요한 변수이다. 인공위성의 발달에 따라 산란계 관측 자료를 기반으로 산출한 해상풍은 여러 목적으로 광범위하게 사용되어 왔다. 한반도 연안과 같은 복잡한 해양 환경에서 산란계 관측 해상풍은 해양 및 대기 현상 이해에 중요한 요소이다. 따라서 위성 해상풍의 정확도 검증 결과가 다양한 활용을 위하여 중요하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 산란계인 MetOp-A/B (METeorological OPerational satellite-A/B)에 탑재된 ASCAT (Advanced SCATterometer) 해상풍 자료를 한반도 주변의 16개 지점에서 2020년 1월부터 12월까지 실측된 해양기상부이 해상풍 자료와 비교하여 해상풍의 정확도를 검증하였다. 해수면으로부터 4-5 m 고도에서 관측된 부이 바람은 LKB (Liu-Katsaros-Businger) 모델을 활용하여 10 m의 중립 바람으로 변환하였다. 일치점 생산 과정 결과 MetOp-A와 MetOp-B에 대하여 5,544개와 10,051개의 일치점을 만들었다. 각 위성 해상풍 풍속의 평균제곱근오차는 1.36 m s-1와 1.28 m s-1, 편차는 0.44 m s-1와 0.65 m s-1로 나타났다. 산란계의 풍향은 MetOp-A와 MetOp-B에서 각각 -8.03°와 -6.97°의 음의 편차와 32.46°와 36.06°의 평균제곱근오차를 보였다. 이러한 오차들은 해양-대기 경계층 내의 성층과 역학과 관련된 것으로 추정된다. 한반도 주변 해역에서 산란계 해상풍은 특히 풍속이 약한 구간에서 실측 풍속보다 과대추정되었다. 또한 연안으로부터의 거리가 가까워질수록 오차가 증폭되는 특성이 나타났다. 본 연구 결과는 산란계 해상풍 자료를 이용하는 해양-대기 상호작용 및 태풍 연구와 같은 한반도 연안 해역의 예측 모델 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.


Sea-surface wind is an important variable in ocean-atmosphere interactions, leading to the changes in ocean surface currents and circulation, mixed layers, and heat flux. With the development of satellite technology, sea-surface winds data retrieved from scatterometer observation data have been used for various purposes. In a complex marine environment such as the Korean Peninsula coast, scatterometer-observed sea-surface wind is an important factor for analyzing ocean and atmospheric phenomena. Therefore, the validation results of wind accuracy can be used for diverse applications. In this study, the sea-surface winds derived from ASCAT (Advanced SCATterometer) mounted on MetOp-A/B (METeorological Operational Satellite-A/B) were validated compared to in-situ wind measurements at 16 marine buoy stations around the Korean Peninsula from January to December 2020. The buoy winds measured at a height of 4-5 m from the sea surface were converted to 10-m neutral winds using the LKB (Liu-Katsaros-Businger) model. The matchup procedure produced 5,544 and 10,051 collocation points for MetOp-A and MetOp-B, respectively. The root mean square errors (RMSE) were 1.36 and 1.28 m s-1 , and bias errors amounted to 0.44 and 0.65 m s-1 for MetOp-A and MetOp-B, respectively. The wind directions of both scatterometers exhibited negative biases of -8.03° and -6.97° and RMSE values of 32.46° and 36.06° for MetOp-A and MetOp-B, respectively. These errors were likely associated with the stratification and dynamics of the marine-atmospheric boundary layer. In the seas around the Korean Peninsula, the sea-surface winds of the ASCAT tended to be more overestimated than the in-situ wind speeds, particularly at weak wind speeds. In addition, the closer the distance from the coast, the more the amplification of error. The present results could contribute to the development of a prediction model as improved input data and the understanding of air-sea interaction and impact of typhoons in the coastal regions around the Korean Peninsula.

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7Characterization of Groundwater Chemistry and Fluoride in Groundwater Quality Monitoring Network of Korea

저자 : Jiwon Han

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 556-570 (15 pages)

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This study presents the data analysis results of groundwater chemistry and the occurrence of fluoride in groundwater obtained from the groundwater quality monitoring network of Korea. The groundwater data were collected from the National Groundwater Information Center and censored for erratic values and charge balance (±10%). From the geochemical graphs and various ionic ratios, it was observed that the Ca-HCO3 type was predominant in Korean groundwater. In addition, water-rock interaction was identified as a key chemical process controlling groundwater chemistry, while precipitation and evaporation were found to be less important. According to a non-parametric trend test, at p=0.05, the concentration of fluoride in groundwater did not increase significantly and only 4.3% of the total groundwater exceeded the Korean drinking water standard of 1.5 mg/L. However, student t-tests revealed that the fluoride concentrations were closely associated with the lithologies of tuff, granite porphyry, and metamorphic rocks showing distinctively high levels. This study enhances our understanding of groundwater chemical composition and major controlling factors of fluoride occurrence and distribution in Korean groundwater.

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8야외 지질 답사에서 중학생들의 암석 관찰 특성

저자 : 강현지 ( Hyeonji Kang ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 571-587 (17 pages)

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본 연구는 귀추가 적용된 야외 지질 답사에서 중학생들의 관찰을 통한 문제 인식과 단서 포착 과정을 조사했다. 이를 위해 진단 평가, 야외 지질 답사, 답사 정리 순서로 진행되는 8회에 걸친 프로그램을 개발하여 중학교 1학년 학생 6명에게 적용했다. 야외 지질 답사는 2회로 자료 제공, 관찰, 규칙 생성, 가설 생성, 최종 가설 발표 순서로 진행됐다. 연구 자료로 야외 지질 답사 수업 녹음 및 녹화 자료, 학생 활동지 등이 수집되어 질적으로 분석됐다. 분석 결과, 야외 지질 답사 수행에서 세 가지 관찰 양상이 나타났다. 첫째, 관찰한 후 단서로 활용한 경우, 둘째, 관찰한 후 단서로 활용하지 않은 경우, 셋째, 관찰하지 못해 단서로 활용하지 않은 경우 등이다. 각각은 단서의 지질학적 중요도, 주목도, 단서의 종류, 관찰 특징(주목도 요소), 단서 활용 내용, 단서 버림 이유 등으로 구분할 수 있다. 이러한 결과를 종합해 각 양상에 해당하는 교육적 적용 방안을 모색하여 제시했다.


This study aims to investigate the problem recognition and clue capture processes of the observation stage in a geological field trip using abductive inquiry. To this end, eight outdoor geological programs were developed in the order of diagnostic evaluation, outdoor geological fieldwork, and review. Six middle-school students participated in these programs The geological field trip was conducted twice, followed by data provision, observation, rule generation, hypothesis generation, and final hypothesis presentation. Outdoor geological fieldwork recordings and student activity sheets were collected and analyzed qualitatively. From these data, three aspects of student observations emerged during the geological fieldwork: The characteristics of each pattern were subdivided into the geological importance of the clues, attention, type of clues, observation characteristics (attention factor), clue utilization, and clue deletion. Here, by combining these results, we propose educational applications that correspond to each aspect.

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9Self-Study Journey from a Novice to an Expert for Computational Thinking Practices

저자 : James Green , Young-shin Park

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 588-603 (16 pages)

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This study details a researcher's self-study journey in advancing from a computational thinking (CT) novice to an expert. The researcher went through a four-stage process, with a preliminary literature review preceding the four stages. From the literature review, the computational thinking analysis (CT_AT) tool was developed for use in stage one to analyze science, technology, engineering, art, and mathematic (STEAM) modules. Although no discernable patterns were found in analyzing the five science and five engineering-based modules, the analysis revealed which CT practices were missing or weakly exposed. In stage two activities were suggested to promote these missing or weakly exposed practices. Stage three required the researcher to develop his own STEAM module from the viewpoint of exposing students to CT. The fourth stage was to validate the CT_AT through interviews with pre-service and in-service teachers. These interviews led to changes in the CT_AT tool and, as a result, the researcher produced a guidebook that could be used by teachers in their own CT studies. This guidebook can be used by teachers to develop and become competent in CT skills.

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1고해상도 재분석자료와 관측소 1시간 평균 지상 온도 비교

저자 : 송형규 ( Hyunggyu Song ) , 윤대옥 ( Daeok Youn )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 95-110 (16 pages)

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본 연구에서는 고해상도 ERA5 재분석자료 중 우리나라 지상 온도 자료의 신뢰성을 검증할 목적으로 종관기상 관측소(ASOS) 관측자료와 비교를 수행하였다. 새롭게 생산되어 배포 중인 ERA5 재분석자료는 높은 시·공간적 해상도를 가져 여러 분야에 활용성이 매우 높다. 자료의 분석 기간은 ASOS 61개 관측소가 1999년 이후로 결측률이 매우 낮으며 시간평균 자료를 제공한다는 점을 고려하여 1999-2018년 기간으로 설정하였다. ERA5 격자 자료는 격자 내 90-m 수치표고모델(DEM) 분포로부터 내륙, 해안, 산악 지역에 해당하는 지형학적인 특성에 따라 분류하여 ASOS 지점 자료와 비교되었다. 분석 기간 전체에 대한 평균 지상 온도는 ASOS와 ERA5 모두 공간 분포의 패턴과 값은 큰 차이없이 유사하였다. ASOS와 ERA5의 산점도 비교를 통해 전체 기간, 특히 여름, 겨울 기간에 대해 계절 변동성을 가진다는 특성을 확인할 수 있었으며, 이는 달별 두 자료 사이의 매시간 차이 확률밀도함수(PDF)의 시계열을 통해서도 확인되었다. 두 자료 사이의 차이를 통계지수인 NMB, RMSE를 계산하여 정량화시켰을 때, 각 값에서 지역적인 특성을 보였으나 모든 지수에서 큰 차이가 없다고 판단할 수 있었으며, 상관성을 보기 위해 R과 IOA를 통해 구한 값은 모두 0.99에 근접하였다. 특히 일평균 산출에 있어 1-시간-평균 값 24개를 이용한 일평균의 경우가 최고와 최저온도의 평균을 이용하는 일평균에 비해 오차가 작게 나타났고, 두 자료 사이의 상관성도 높게 나타남을 확인하였다. 두 자료의 차이가 나타나는 원인으로 ERA5 격자 내 지형 효과가 가장 클 것으로 판단하여 수치표고모델을 활용하여 각 지역별 PDF를 이용해 첨도 및 왜도를 구하고, 이를 온도 차이 파워 스펙트럼의 1년 주기 변동 크기와 비교하였다. 그 결과, 양의 상관성을 가졌음을 확인하였다. 이는 지형 효과가 두 자료 차이의 원인이라고 설명하는 결과이다.

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2복잡한 도심에서의 유입된 미세먼지 잔류 가능성 예보 연구

저자 : 박성주 ( Sung Ju Park ) , 서유진 ( You Jin Seo ) , 김동욱 ( Dong Wook Kim ) , 최현정 ( Hyun Jeong Choi )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 111-128 (18 pages)

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본 연구에서는 복잡한 도심의 구조로 인한 미세먼지 농도의 강화 가능성에 대하여 데이터 마이닝 기술과 군집분석을 이용해 조사하였다. 데이터 마이닝 분석에서 미세먼지 농도와 서울지역 도시용도 데이터 사이에는 유의한 상관관계를 보이지 않았다. 그러나 전국 공공데이터를 기반으로 한 군집분석에서는 건물의 높이(층수)에서 특히 PM10과 강한 상관관계가 나타났다. 단일 케노피 모델(Single Canopy Model) 및 미기상 도시모델링 프로그램(ENVI-Met.4)을 사용한 모델링 분석을 실시하여 도시지역에서 모사된 대기 대류가 건물 분포 및 높이 유형의 배열에 따라 다양한 난류의 패턴을 구현함을 확인하였다. 도시 건물의 복잡한 구조는 대류활동을 제어하여 정체상태를 유도하고 지표 부근의 미세먼지 강화가능성을 초래 하였다. 따라서 도심 구조와 형태에 따른 열환경의 변화로 인한 정체 효과는 미세먼지 산정에 있어서 반드시 고려되어야 한다. 복잡한 도시지역의 미세먼지 잔류확률에 대한 정보를 제공하기 위해서는 대기정체 현상이 중요한 의미로 해석될 수 있다.

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3Landsat 영상 및 인공 신경망 기법을 활용한 춘천 소양호 면적 및 가뭄 모니터링

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

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 129-136 (8 pages)

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가뭄은 일반적으로 장기간에 걸쳐 물 공급이 부족하여 나타나는 환경 재앙 중 하나로 대부분 넓은 지역에 걸쳐 나타난다. 원격탐사 자료는 이러한 넓은 지역에서 나타나는 가뭄 모니터링에 적합한 방법이다. 따라서 이 연구에서는 강원도 소양호 지역의 Landsat 위성 영상 자료를 활용하여 약 30년(1985-2015) 동안의 소양호 면적을 산출하고 이를 가뭄 패턴과 분석하였다. 특히 ISODATA, Maximum likelihood 및 인공신경망을 활용하여 Landsat 영상을 분류하여 소양호 면적을 산출하였다. 또한 가뭄 패턴을 분석하기 위하여 산출된 호수 면적과 소양호 지역의 강수량을 활용한 표준 강수지수(Standardized Precipitation Index: SPI)와의 상관관계를 분석하였다. 영상 분류 연구 결과, ISODATA, Maximum likelihood 및 인공신경망 방법 중에서 호수 면적 산출의 최적의 방법은 인공신경망 방법임을 알 수 있었다. 또한, 인공신경망 방법을 적용하여 산출한 호수 면적과 SPI와의 상관관계 분석 결과 R2 값이 0.52를 가진다. 즉, SPI 지수가 낮을 때 호수 면적이 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉 호수 면적 변화를 통하여 소양호 지역의 가뭄 상태 감지 및 모니터링이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 이 연구는 향후 지역 가뭄 모니터링 프로그램 개발 등에 사용이 가능할 것이다.

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4지질 연구 자료의 관리와 활용을 위한 데이터베이스 구축: 암석, 광물의 분류와 3D 모델을 중심으로

저자 : 고보균 ( Bokyun Ko ) , 이창욱 ( Chang-wook Lee ) , 박성재 ( Sungjae Park ) , 이기영 ( Ki-young Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 137-146 (10 pages)

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국내에는 독자적으로 연구가 수행되어 개인적으로 보관 중인 지질 연구 자료가 다량 존재하는데, 이 자료에 대한 접근성이 떨어지기 때문에 다른 연구자들과의 공유가 용이하지 않다. 이런 자료에 대한 메타데이터를 체계적으로 구축하고 총괄적으로 관리하여 이 자료를 필요로 하는 연구자들이 효과적으로 연구를 수행할 수 있는 기회를 제공하는 것이 이 연구의 목적이다. 국내에서 연구된 약 1000여개의 지질 시료(900여개의 암석과 화석 시료, 100여개의 박편 시료)를 수집하였고, 각 시료의 고화질 사진, 분류, 시료명, 보유기관, 산지, 좌표, 특징 등에 대한 메타데이터를 구축하였다. 암석과 화석 시료 100개에 대해 추가적으로 3D 모델링을 수행하였다. 이 연구를 통해 유실되거나 방치되는 중요한 지질 자료에 대한 연구자들의 접근성이 높아지고 자료의 공유가 가능해진다. 따라서 연구자들은 반복적인 연구 자료 수집 작업으로 인한 시간과 비용의 낭비를 줄일 수 있고, 효율적인 연구를 수행하여 경쟁력을 갖춘 연구 결과를 획득할 수 있다. 또한 이미 확보된 시료에 대한 무분별한 반복 채집으로 인해 중요한, 그리고 피해에 취약한 자료가 훼손되는 것을 방지할 수 있다. 향후 전국의 대학과 연구기관에서 보관중인 다양한 암석과 박편 시료에 대한 메타데이터를 추가로 구축하면 자료의 식별 및 진전된 연구가 가능하고, 더불어 전문적인 광물학 및 암석학의 기초 지식에 대한 비교와 분석을 기대할 수 있다.

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5초등학교 학생의 과학에 대한 인식론적 신념 분석

저자 : 성기석 ( Gi-seok Sung ) , 신명경 ( Myeong-kyeong Shin ) , 김은정 ( Eun-jeong Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 147-154 (8 pages)

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이 연구의 목적은 초등학교 학생들의 과학에 대한 인식론적 신념을 분석하여 그들의 과학의 목적, 과학 지식의 본성, 과학 지식의 근원, 과학에서의 실험의 역할에 대한 신념의 특징을 알아보고자 하는 것이다. 본 연구의 대상은 S시에 위치한 K 초등학교 4-6학년 학생 99명이고, 과학에 대한 인식론적 신념을 검사하기 위한 도구로 Elder(1999)가 그의 연구에서 제시한 과학에 대한 인식론적 신념을 구성하는 요소로 이루어진 검사지를 번안하여 사용하였다. 설문지 응답을 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학의 목적에 대한 인식론적 신념을 분석한 결과, 6학년이 가장 현대적인 신념을 보유하고 있었다. 둘째, 과학 지식의 본성에 대한 신념의 경우, 4학년이 5, 6학년과 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 셋째, 과학 지식의 근원과 과학에서의 실험의 역할에 대한 신념을 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 않았다.

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6환경교육 활성화를 위한 과학과 교육과정과 환경과 교육과정 비교

저자 : 윤진아 ( Jin-a Yoon ) , 남윤경 ( Younkyeong Nam )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 155-175 (21 pages)

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본 연구는 우리나라 과학교육에서 통합교육의 주제로 다루어지는 환경문제와 관련하여 환경교육의 현황과 교육과정을 비교 분석하여 상호연계성과 시사점을 제공하고자 하였다. 이를 위해 2015 개정 환경과 교육과정과 2015 개정 과학과 교육과정을 분석대상으로 선정하고, 각 교과의 교육과정과 그 변천에 대한 문헌연구와 내용분석(Content Analysis)을 수행하였다. 교육과정 분석은 선행연구를 토대로 핵심역량과 교육목표를 비교하고, 과학과 및 환경과의 공통 소양 요소인 지식, 태도, 탐구, 그리고 참여와 실천의 4가지 범주를 도출하여 분석틀을 구안하고 이를 토대로 내용체계를 재구성하였다. 연구결과 핵심역량과 목표에서 환경교과는 총론기반의 지속가능한 사회참여를, 과학교과는 과학탐구능력과 과학적 소양이 강조되는 차이가 있었다. 또한 내용체계에서는 환경교과가 학습자의 관점을 중시한다면 과학교과는 과학탐구자로의 자세를 강조하였으며, 내용지식의 체계를 중요시하는 과학교과에 비해, 환경교과는 학년간 경계가 거의 없이 과학개념이 적용되는 것으로 나타나 국가 교육과정에서 교과간 내용 지식 연계성에 대한 충분한 정보를 제공할 필요성이 제기되었다. 또한 환경교과가 참여와 실천에 목적을 둔다면 과학교과는 지속가능한 과학기술개발과 개선, 과학적 흥미와 의사결정능력을 기르는데 초점을 두고 있어 체계적인 지속가능발전 교육을 위해 과학과 및 환경과 교육과정이 상호보완 될 필요가 있으며 과학과 교육과정에서 탐구활동의 주제를 더욱 다양하고 통합적인 주제로 다룰 필요가 있음을 제안하였다. 이를 통해 탐구 중심의 통합 교과서에서 보다 과학적 문제해결과 평생학습과 참여 역량을 강조하는 교과서로 바꿀 수 있는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 지속가능발전 교육을 위해 과학과 및 환경과 교육과정의 상호보완에 대한 시사점과 함께 과학교육이 환경교육의 버거운 역할을 분담할 수 있기를 기대한다.

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7미래학교의 스마트 기기를 활용한 과학 수업이 과학긍정경험과 과학 학습자 정체성에 미치는 영향 탐색

저자 : 유은정 ( Eun-jeong Yu ) , 김경화 ( Kyung Hwa Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 176-193 (18 pages)

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본 연구의 목적은 미래학교 연구학교인 C 중학교의 스마트 기기를 활용한 과학 수업이 과학긍정경험과 과학 학습자 정체성에 미치는 영향을 살펴보기 위함이다. 이를 위하여 미래학교 1학년 학생들을 대상으로 입학 당시와 1학년을 마무리하는 시점에 과학긍정경험(Shin et al., 2017)을 탐색하기 위하여 대응표본 t 검증을 실시하였다. 또한 1학년과 2학년 학생들에게 과학 수업에서의 나의 이미지를 그림으로 그리고 간단히 그림에 대해 서술하도록 하여 수정·보완된 분석틀(Luehmann, 2009)에 의거하여 스마트 기기를 활용한 미래학교의 과학 수업에서 학습자 정체성을 살펴보았다. 연구 결과 스마트 기기를 활용한 과학 수업을 통해 과학관련 진로포부, 과학관련 자아개념, 과학학습 정서에서 유의미한 효과가 나타났다. 스마트 기기를 활용한 과학 수업은 주체성과 능동성의 수준을 향상시키고, 즉각적이고 충분한 피드백을 통해 궁금한 것을 해결하고, 과학의 본성에 대한 의미 있는 인식을 경험하는데 도움을 주는 것으로 나타났다. 반면, 스마트 기기를 사용하는데 미숙한 학생들은 수업 시간에 적지 않은 부담감을 느끼는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 향후 이루어질 스마트 기기를 활용한 다양한 수업 맥락을 구상하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

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8관찰 가능한 달의 위상에 대한 초등 예비교사의 설명 유형과 특징 분석

저자 : 신윤주 ( Yoonjoo Shin ) , 안유민 ( Yumin Ahn )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 41권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 194-207 (14 pages)

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이 연구의 목적은 실제 관찰의 맥락을 강조한 달의 위상 변화 문제를 해결하는 과정에서 드러나는 초등 예비교사의 설명 유형과 그 특징을 파악하여 초등 교사 양성 프로그램에서 고려해야 할 부분에 대한 시사점을 제공하는데 있다. 이를 위해 초등 예비교사 30명이 관찰 가능한 달의 위상을 설명한 내용을 분석하였으며, 주요한 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 달의 위상 변화에 대해 현상의 관찰과 이에 대한 과학적 추론에 바탕을 두기 보다는 달의 위상별 출몰시간표를 도입하여 설명하는 경우가 많았다. 둘째, 태양이 뜨면 달이 보이지 않거나 또는 달이 떠 있다면 무조건 달을 관찰할 수 있다고 생각하는 유형의 대안 개념이 확인되었다. 셋째, 달을 관찰할 수 있는 시각과 방위에 대해서는 태양의 위치와 무관하게 관찰할 수 있다거나 남중할 때 관찰할 수 있다고 설명하는 경우도 있었다. 또한 달을 관찰하는 날짜는 음력으로 상정하여 접근하는 방식도 볼 수 있었다. 이상의 결과로부터 교육학적인 시사점을 논의하였다.

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