• 제목/요약/키워드: 공학 태도

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실제 하수조건에서 고지질 함량 조류자원의 생체생성과 하수처리 특성 분석 (Charaterization of Biomass Production and Wastewater Treatability by High-Lipid Algal Species under Municial Wastewater Condition)

  • 이장호;박준홍
    • 대한환경공학회지
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    • 제32권4호
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    • pp.333-340
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    • 2010
  • 하수나 폐수를 이용해서 조류를 배양하고 이를 통해서 획득된 조류 생체로부터 바이오디젤을 생산한다는 것은 친생태적이면서 신재생에너지 생산이라는 점에서 최근 각광받는 녹색성장기술이다. 바이오디젤 생산에 필요한 지질의 함량이 높은 조류 종에 대한 연구가 최적 인공배양액 조건에서 연구된 사례들이 있다. 하지만 실제 하수의 조건에서 고지질 함량 조류의 생체생성과 하수처리능에 대한 정보 제공이 미흡한 것이 현황이다. 본 연구에서는 바이오디젤 전구물질인 지질함량이 높다고 알려진 조류 종들을 선별해서 국내 하수조건에서 생체생성능과 하수처리능을 분석하였다. 이를 위해서 실제 하수에서 토착조류를 제거한 후 지질함량이 높다고 알려진 조류 4종(Chlorella vulgaris AG10032, Ankistrodesmus gracilis SAG278-2, Scenedesmus quadricauda, Botryococcus braunii UTEX 572)을 각각 하수에 식종한 후에 조류의 성장률과 유기물, 질소 및 인의 제거를 실험실 규모의 회분식반응조에서 분석하였다. 일정한 광반응 조건 (80 ${\mu}E$, 24시간)에서 9일간 배양하면서 시간 별로 조류의 건조 생체량과 COD, 질소 및 인을 각기 측정하였다. 그 결과 C. vulgaris, A. gracilis와 S.quadricauda는 하수의 토착조류 보다 하수에서 더 우월하게 성장하는 것을 알 수 있었다. 반면 B. braunii는 하수조건에서 성장을 할 수 없는 것으로 나타났다. 하수에서 배양가능한 조류들에 의한 질소 (Total-N, ${NH_4}^+$-N)와 인(Total-P, ${PO_4}^{3-}$-P)의 제거능이 우수하였고, 하수처리 방류수질 기준을 만족하였다. 하수에서 배양가능한 조류들에 의한 용존 COD의 제거 분석 결과, A. gracilis와 S. quadricauda는 효과적인 COD제거를 지속하였지만, C. vulgaris는 초기의 COD 제거가 지속되지 않는 불안정성을 보였다. 이러한 결과들을 종합적으로 고려해서 본 연구에서는 A. gracilis와 S. quadricauda를 실제 하수에 적응성과 처리능이 우수한 조류자원으로 선정하였다.

고해상도 위성영상을 활용한 북한 6차 핵실험 이후 지표변화 관측 (Detection of Surface Changes by the 6th North Korea Nuclear Test Using High-resolution Satellite Imagery)

  • 이원진;선종선;정형섭;박순천;이덕기;오관영
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제34권6_4호
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    • pp.1479-1488
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    • 2018
  • 2017년 9월 3일 북한에서 발생한 인공지진 신호가 기상청 지진관측망에 관측되었다. 진앙은 풍계리 핵실험 지역으로 지금까지의 실험 중 가장 강력한 실험이었다. 직접적 접근이 제한되는 상황에서 6차 핵실험에 의한 주변 지표변화 연구를 위해 고해상도 위성 자료를 활용하였다. 우선, 지표변위 관측을 위해 ALOS-2 위성 자료를 활용하여 레이더 간섭기법(InSAR: SAR Interferometry)을 적용하였다. 하지만 6차 핵실험 주변 지역의 대규모 지표변위와 강한 진동으로 인해 낮은 긴밀도(coherence) 값을 지니며 레이더 간섭도가 생성되지 않았다. 이는 강한 진동으로 인한 표면의 변화와 레이더 간섭도가 생성 가능한 최대 지표변위 관측 범위보다 큰 변위가 발생했기 때문으로 추정되며 이러한 한계를 극복하기 위해 오프셋 트래킹(Offset Tracking) 방법을 활용하였다. 오프셋 트래킹 방법은 6차 핵실험 전 후 위성 영상레이더의 강도 영상(Intensity)에 대한 교차상관기법(Cross-Correlation)을 이용하는 것으로 상관관계 추정을 위해 사용된 윈도우 크기에 따라 결과가 달라지는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 32부터 224까지 16단계로 윈도우 크기를 변화시키고 그 결과의 통계적 처리 후 지표변위를 생성하였다. 그 결과, 6차 핵실험 장소를 기준으로 만탑산 서쪽 지역에서 최대 3 m의 지표변위를 관측하였다. 또한, 고해상도 광학 영상을 활용하여 6차 핵실험에 의한 산사태 및 함몰지역으로 추정되는 지역을 확인하였다. 이러한 현상은 매우 강력한 지하 핵실험에 의한 것으로 판단되며 기존 음파 및 지진파를 이용한 핵실험 분석뿐만 아니라 고해상도 위성영상을 활용하여 비접근 지역에 대한 보조 분석 자료로 활용이 가능 할 것이다.

옥수수 부산물과 토끼 분변의 이화학적 성분특성 및 퇴비 제조조건 (Composting Method and Physicochemical Characteristics of By-products from Home Garden Plants and Small Herbivore Feces)

  • 김대균;김진영;이원석;김혜형;서명훈;박인태;현준기;유가영
    • 환경영향평가
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    • 제27권6호
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    • pp.695-703
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    • 2018
  • 북한의 텃밭에서는 비료사용이 매우 제한적이므로 남북한 농업분야 협력사업의 하나로 텃밭 부산물을 이용한 퇴비 제조방법의 제안은 실용적 가치가 있다. 본 연구는 북한의 실정을 고려하여 토끼 분변과 옥수수 부산물이 가장 얻기 쉬운 원재료 물질로 판단하고 이를 이용한 퇴비 제조 방법을 제안하고자 하였다. 북한의 시료를 구하기는 불가능한 일이기 때문에 남한의 여러 지역에서 옥수수 부산물 시료를 구하여 이들의 이화학적 성질을 분석하였다. 분석 결과, 주요 비료 성분인 질소의 경우 남한 정도의 공간 규모에서 유의한 차이가 없었으므로 경기도 지역의 옥수수 부산물을 퇴비화 재료로 활용하였다. 토끼 분변도 여러 지역에서 수집 분석하였는데 이를 풀만을 급이한 중국 단동의 분변 시료와 비교하였다. 이 결과 사료를 먹은 토끼 분변의 질소 함량은 풀을 먹인 토끼 분변에 비해 유의하게 낮았다. 북한 상황을 고려할 때 텃밭에서 키우는 토끼는 사료가 아닌 풀을 급이할 확률이 크지만 재료의 가용성으로 인해 경기도 연천에서 토끼의 분변을 확보하여 퇴비화 재료로 활용하였다. 퇴비화 과정은 토끼 분변과 옥수수 부산물의 혼합비를 1:1, 1:2, 1:3 로 각각 처리하여 60일 동안 진행하였다. 그 결과 1:1 혼합비를 통해 제조된 퇴비는 부숙 완료 후 총 질소 함량은 1.98%이었고 유기물/질소 비도 31.7에 달하여 시판되고 있는 상업용 퇴비와 질적으로 차이가 없음을 확인하였다.

누룩의 protease 활성이 멸치액젓의 품질에 미치는 영향 (Effect of Nuruk protease activity on the quality of anchovy sauce)

  • 이명해;정인학;정석태;장윤희
    • 한국식품과학회지
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    • 제53권3호
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    • pp.356-363
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    • 2021
  • 본 연구는 멸치액젓 고유의 풍미를 유지하되 비린내를 줄이고 발효속도를 향상시키기 위한 방법으로, 재래식 액젓 제조 시에도 손쉽게 이용할 수 있으며 우리 조상들이 이용한 방법을 응용하고자 시중의 재래식 누룩 3종과 개량식 누룩 2종을 멸치액젓에 첨가하여 누룩 첨가 멸치액젓의 품질특성을 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다. 누룩의 protease 활성은 누룩 C가 모든 시료 중에서 가장 높은 활성도를 보였다. pH와 총산도의 변화는 발효 기간의 경과에 따라 pH가 처음 15일까지는 급격히 낮아지다가 경시적으로 낮아졌으며, 총산도는 pH 변화의 추세에 따라 높아졌다. 아미노산성 질소의 함량은 발효 초기 15일 동안 급격히 증가하다가 그 이후에는 경시적으로 증가하였으며, 발효 60일에 Fs-C가 대조구와 유의성에 있어 차이를 나타내지는 않았지만 1292±14.9 mg% 로 가장 높은 함량을 나타냈다. 휘발성염기질소 함량은 여러 가지 잡균의 번식이 많은 재래누룩에서 대체로 휘발성염기질소 함량이 높고 단일균만을 접종시켜 제조한 개량누룩을 첨가한 액젓이 휘발성 염기질소의 함량이 낮은 것을 볼 수 있었다. 갈색도는 발효 초기에 가장 낮은 값을 나타냈던 시료 Fs-C가 발효 60일에는 증가율이 107.1%로 가장 큰 변화를 보이며 높은 것으로 나타났다. 유리아미노산은 Fs-C 시료가 대조구에 비해 5.6%의 멸치 함량 감소에도 총 아미노산 함량은 1.9% 감소한 값을 나타냄으로 큰 차이를 나타내지 않음을 볼 수 있었다. 누룩 첨가시료 중에서 Fs-C 시료의 총 유리아미노산 함량이 가장 높은 것으로 나타났으며, 특히 glutamic acid 함량은 총 유리아미노산 중 차지하는 비율이 15.0-18.9%로 재래누룩 첨가시료들이 대조구와 개량누룩 첨가시료들보다 높았으며, 재래누룩 중에서도 Fs-C 시료가 가장 높은 함량을 나타냈다. 관능 평가 결과는 누룩 무첨가구인 대조구가 전체 시료구 중에 가장 낮은 평가를 받았다. 재래누룩 중에서는 Fs-C가, 개량누룩 중에서는 Fs-D가 전체적인 경향으로 볼 때 높은 평가를 받아 우수성이 인정되었다고 할 수 있겠다. 속성 멸치액젓을 제조하기 위한 속성 발효제로서 누룩의 첨가는 발효기간을 단축시키는데 도움을 줄 뿐만 아니라, 감칠맛을 더해 주고 비린내를 줄여줌으로써 풍미를 더해 주어 전체적인 관능도를 높여 주었으므로 멸치액젓의 제조에 효과적인 접근법으로 사료된다.

모래 지반의 입자크기가 지반-말뚝 시스템의 동적 거동에 미치는 영향 평가 (Evaluation of Particle Size Effect on Dynamic Behavior of Soil-pile System)

  • 한진태;유민택;양의규;김명모
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제26권7호
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    • pp.49-58
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    • 2010
  • 흙의 입자 크기에 따른 지반-말뚝 시스템의 동적 거동 차이를 알아보기 위해, 단말뚝 및 군말뚝에 대한 1g 진동대모형 실험을 수행하였다. 지반 조성에 사용된 시료는 주문진 표준사와 호주산 세사이며, 흙의 입자 크기에 따른 영향을 알아보기 위해 다른 실험 조건은 동일하게 하였다. 단말뚝 실험 결과 말뚝의 횡방향 변위는 말뚝 직경의 1%인 탄성 영역 이내로 발생하였다. 단말뚝의 p-y 거동을 살펴보면 동일 변위에서 주문진 표준사 모형 지반의 지반 반력 값이 호주산 세사 모형 지반에서의 지반 반력보다 더 크게 나타났으며, 이는 주문진 표준사 모형 지반에서의 초기 탄성 강성이 더 크게 평가됨을 의미한다. 이러한 입자 크기에 따른 초기 지반 강성 차이는 공진주 실험 및 삼축압축실험을 통해서 확인하였다. 또한 외삽을 통해 단말뚝의 동적 p-y 중추 곡선을 산정한 결과 동적 p-y 중추곡선의 강성이 주문진 표준사 지반에서 호주산세사 지반보다 더 크게 산정되었다. 그러므로 사질토 지반에서 입자크기에 관계없이 동일한 p-y곡선을 적용하여 말뚝의 동적 거동을 예측하는 방법에 오류가 있을 수 있다. 군말뚝 실험에서는 단말뚝 실험과 같은 실험 조건에서 말뚝 직경의 1% 이상의 횡방향 변위가 발생하였으며, 모형 지반 종류와 상관없이 유사한 p-y 거동이 나타났다. 이는 변형율이 큰 비선형 영역에서는 주문진 표준사와 호주산 세사의 강성 차이가 크지 않기 때문이다. 이러한 일련의 단말뚝 및 군말뚝 실험 결과로 볼 때, 군효과를 평가하기 위해 단말뚝의 p-y 곡선에 단순히 p-승수(p-multiplier)를 곱하여 군효과를 고려하는 방법에 오류가 있을 수 있다고 판단된다.

선진 공여국의 국제개발 사례 분석 기반 지속가능성 리스크 프레임워크 제안 (Proposed Sustainability Risk Framework through the Analysis of Advanced Donor Countries' International Development Cases)

  • 이경태;김주형
    • 한국건설관리학회논문집
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    • 제24권6호
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    • pp.12-23
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    • 2023
  • 국제개발 사업은 공여국의 해외원조를 통해서 수원국의 지속가능한 개발을 돕는 것을 목표로 한다. 그러나 프로젝트 이후의 지속가능성을 유지하기 위해서는 초기단계에서부터 양 국가가 협상하면서 나아가야 함에도 불구하고 명확한 가이드라인이나 기준이 세워지지 않았다. 또한 상대적으로 선진국인 공여국에서 수원국의 상황을 이해하면서 프로젝트를 진행해야함에도 불구하고, 공여국 중심의 프로젝트를 진행하다보니 지속가능성의 가치를 중시하지 못한 경우가 많다. 이에 본 연구는 이론고찰을 통해 지속가능성을 위협하는 경제적, 사회적, 환경적 리스크를 추출하고, 해당 기준들을 기반으로 협상 프레임워크를 제안하였다. 본 프레임워크를 검증하기 위해 실질적으로 선진공여국(호주, 미국, 일본)과 대한민국이 진행한 국제개발 사례들을 분석하였으며, 각 국가의 강조하는 관점을 본 프레임워크를 기준으로 경제, 사회, 환경적 관점에서 분석하였다. 각 국가에서 공유한 계획단계부터 운영단계까지 전체적인 내용을 다룬 보고서를 내용분석한 결과, 선진 공여국이 지속가능성을 유지하기 위해서는 공통적으로 (1) 사전조사의 중요성이 강조되어야 하며 (2) 공여국만의 중점적 가치가 존재함에도 수원국의 국민 및 해당 커뮤니티와의 조율이 필수적이며 (3) 선진국의 보완해야할 가치로는, 경제적으로는 사전 운영 및 유지비용의 고려, 사회적으로는 수원국민들과의 소통, 그리고 환경적으로는 시공 초기 단계에서부터 고려되어야하는 오염물질의 처리가 중요함을 파악하였다. 이와 관련지어 대한민국은 지역 주민들과의 협의도 중시하여 사회적 통합을 이뤄야하며, 현지관리자의 배치를 통한 바른 협상을 통해 지속가능성을 향상시켜야 할 것이다. 본 연구에서 제안한 프레임워크는 양 국가와 현지인들과의 의사소통을 향상시키는 도구로 활용될 것이며 이를 통해 프로젝트 만족도와 지속가능성을 높일 것으로 기대한다.

미계측 저수지 수체 모니터링을 위한 원격탐사 및 디지털 공간정보 융합 (Convergence of Remote Sensing and Digital Geospatial Information for Monitoring Unmeasured Reservoirs)

  • 이희진;서찬양;조정호;남원호
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제39권5_4호
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    • pp.1135-1144
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    • 2023
  • 국내 농업용 저수지는 1970년 이전에 축조되어 준공 년도가 50년 이상 된 노후화된 시설이 대다수이며, 소규모 저수지는 기본 제원 및 수위 등을 파악할 수 있는 계측시스템이 없는 미계측 저수지이다. 준공 이후 호우발생 시 퇴적된 토사 유입, 퇴사량 증가에 따른 저수지 용량 감소 및 산업 고도화에 따른 수질악화 등은 저수지의 용수공급능력을 저하시키고 형상 변화를 야기한다. 따라서, 디지털 정보 및 원격탐사 정보를 결합한 계측 기술을 활용하여 미계측 저수지 수체 모니터링을 위한 공간정보 구축 방안이 필요하다. 본 연구에서는 지표면의 고도정보와 형태를 파악할 수 있는 Light Detection And Ranging (LiDAR) 센서를 활용하여 저수지 시설물의 고해상도 Digital Surface Model (DSM), Digital Elevation Model (DEM) 자료를 구축하고, 멀티빔(MultiBeam) 음향 측심기 기반 수심측량 정보의 융합을 통해 디지털 공간정보 융합 방안을 제시하고자 한다. 드론용 LiDAR를 활용하여 공간해상도 50 cm의 DSM 및 DEM 자료를 구축하여, 저수지 제방, 여수로, 용수로 등의 수리시설물의 디지털 공간정보를 구축하였다. 다분광 영상을 활용하여 수체를 탐지하기 위해 정규식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), 정규수분지수(Normalized Difference Water Index, NDWI)를 산정하여, 저수지의 수표면을 산정하였다. 또한, 고해상도 DEM 자료는 수심측량 자료와 융합하여 수심도를 작성하였으며, Triangulated Irregular Network (TIN)로부터 저수지 만수면적 및 체적을 산정하였다. LiDAR 센서 및 멀티빔 기반의 수심측량, 광학위성자료 영상 및 다중분광 드론영상을 활용한 수체 탐지 기술 등의 공간정보 융합은 미계측 저수지의 디지털 인프라를 구축하여 저수지의 가용용수공급능력을 모니터링 하기 위한 기초자료로서 활용성이 높을 것으로 사료된다.

이산화탄소 기반 플라스틱 열분해 수소 생산 공정: 지속가능한 폐어망 재활용 (Carbon Dioxide-based Plastic Pyrolysis for Hydrogen Production Process: Sustainable Recycling of Waste Fishing Nets)

  • 김유림;이슬기;정성엽;이재원;조형태
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제62권1호
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    • pp.36-43
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    • 2024
  • 폐어망은 해양 플라스틱 폐기물의 50% 이상을 차지하며, 해양생태계를 파괴하는 주요 원인으로 지목되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 폐어망은 소각, 매립, 기계적 재활용 등의 방법으로 처리되고 있으나, 부가가치가 낮은 제품으로 재활용되며, 오염 물질을 배출한다는 한계가 존재한다. 하지만 플라스틱 고분자로 구성된 폐어망은 열분해 방법을 통해 처리할 경우, 합성가스 및 열분해유와 같은 유용한 자원으로 재활용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CO2 기반에서 폐어망을 촉매 열분해하여 고순도의 H2를 생산하는 공정을 제안하였다. 제안된 공정은 다음 3단계로 구성된다. 첫째, 전처리 된 폐어망을 CO2 기반 하 Ni/SiO2 촉매 열분해 반응을 통해 합성가스 및 열분해유를 생산한다. 둘째, 생성된 열분해유를 연소시켜 열분해 반응의 에너지원으로 재사용한다. 마지막으로, 합성가스를 WGS (Water-Gas-Shift) 및 PSA (Pressure Swing Adsorption)를 통해 고순도의 H2로 전환한다. 본 연구에서는 제안된 공정의 열분해 결과를 일반적인 열분해 조건인 기존 N2 기반 열분해 결과와 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 폐어망 500 kg/h을 열분해 시 N2 기반에서는 2.933 kmol/h의 고순도 H2를, CO2 기반에서는 3.605 kmol/h 의 고순도 H2를 생산 가능했다. CO2 기반 폐어망 열분해에서 CO 생산이 향상되어 최종적으로 H2 생산량이 증대된 결과가 도출되었다. 또한 폐어망 열분해 시 CO2 기반에서는 공정 운전 과정에서 배출되는 CO2를 포집 후 활용함으로써, N2 기반 열분해에 비해 CO2 배출량을 89.8% 줄일 수 있었다. 연구 결과를 바탕으로 CO2 기반에서의 제안 공정은 폐어망 재활용과 더불어 친환경적인 수소 연료생산이라는 목표를 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

파래의 포자형성률을 이용한 해양생태독성시험 방법에 관한 연구 (Development of Marine Ecotoxicological Standard Methods for Ulva Sporulation Test)

  • 한태준;한영석;박경수;이승민
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제13권2호
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    • pp.121-128
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    • 2008
  • 해조류를 이용한 수생태독성시험법으로 대형 녹조 구멍갈파래(Ulva pertusa)의 포자형성률을 endpoint로 사용하는 독성시험법이 개발되었다. 생태독성시험을 위한 최적 조건은 광조사량 $100\;{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, 수소이온농도(pH) $7{\sim}9$, 염분 $25{\sim}35\;psu$ 그리고 수온 $15{\sim}20^{\circ}C$이다. 본 시험법의 민감도는 표준중금속(Cd, Cu, Pb, Zn)을 가지고 확인하였고, 오염 시료에 적용 가능성은 9 지역의 산업폐수 또는 생활하수 오니 용출액(elutriate)을 이용하여 이루어졌다. 네 종의 중금속에 대한 포자형성률 억제 반응의 $EC_{50}$ 값을 산출한 결과, 구리($0.062\;{mg}{\cdot}L^{-1}$) > 카드뮴($0.208\;mg{\cdot}L^{-1}$) >납($0.718\;mg{\cdot}L^{-1}$) > 아연($0.776\;mg{\cdot}L^{-1}$) 순으로 민감하게 나타났는데, 이러한 결과는 US EPA에서 제공하는 ECOTOX DB에 탑재되어 있는 국제적으로 공인된 수생태 독성시험법 결과와 비교해 볼 때, 더 높은 중금속 민감성을 보였다. 현장시료에 대한 포자형성률 억제 반응의 $EC_{50}$ 값을 살펴보면 산업폐수오니($EC_{50}=6.78%$)에서 가장 높고 정수장오니($EC_{50}=15.00%$)에서 가장 낮은 독성 반응을 보이는 것으로 나타났다. 산업폐수 또는 생활하수오니 용출액내에 함유된 독성원 농도와 산출된 $EC_{50}$ 값 사이에 상관성을 밝히기 위해 Spearman rank correlation test를 실시한 결과, 구리, 카드뮴, 납 그리고 아연이 구멍갈파래의 포자형성 저해 반응과 밀접한 상관관계가 있는 것으로 확인되었다. 본 시험법은 독성 민감성이 높고, 사용이 간편하고, 경제적이고, 해석이 용이하며, 대량의 시험재료 확보가 상시 가능하고, 배양이 어렵지 않아 매우 편리한 시스템이라고 할 수 있다. 특히, 파래의 포자형성 과정이 파래 집단의 성쇠와 밀접한 관련이 있으므로 생태적인 의미까지 포함하기에 보다 다양한 독성물질을 대상으로 독성민감성이 확인될 경우, 수서 생태독성을 진단하는데 유용한 프로토콜로 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 파래류는 넓은 지리적 분포와 속 수준에서 포자형성 과정의 유사성 때문에 전 세계적으로 광역적 적용이 가능할 것으로 기대된다.

중학교 「기술·가정」의 '건강한 식생활과 식사 구성' 단원에 적용한 스마트 교수·학습 과정안과 교재 개발 (Development of smart education-based teaching and learning plans and a smart textbook for 'healthy diet and meal plans' unit in 「Technology·Home Economics」)

  • 최송은;채정현
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제26권4호
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    • pp.85-114
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    • 2014
  • 본 연구는 21세기 학습 환경과 학습자가 변화되고 있는 교육 패러다임의 변화에 맞추어 중학교 기술 가정 '건강한 식생활과 식사 구성'을 중심으로 스마트교육을 기반으로 한 가정과 식생활 교수 학습 과정안과 스마트교재를 개발하고, 이를 수업에 적용하여 스마트교재를 평가하고 수업의 효과를 분석하는데 목적이 있다. 연구의 목적을 달성하기 위한 연구내용은 다음과 같다. 첫째, 스마트교육을 기반으로 한 '건강한 식생활과 식사 구성'을 중심으로 가정과 식생활 교수 학습 과정안을 개발한다. 둘째, 개발한 식생활 교수 학습 과정안을 기본으로 하여 스마트컨텐츠 저작도구를 이용하여 식생활 스마트교재를 제작한다. 셋째, 개발한 스마트교육을 기반으로 한 식생활 수업을 실행한 후에 이 수업을 평가한다. 연구 과정은 ADDIE 모형에 따라 분석, 설계, 개발, 실행, 평가의 5단계로 진행하였다. 분석 단계에서는 2009 개정 중학교 기술 가정 교육과정과 해설서, 성취기준 성취수준 분석 및 '건강한 식생활과 식사 구성' 관련 교과서를 분석하였다. 설계 단계에서는 교수 학습 과정안을 구상하고 학습 목표 및 수업 과정을 설계하였다. 이를 위해 2009 개정 기술 가정 교육과정의 '청소년의 생활' 단원의 건강한 식생활과 식사 구성을 중심으로 하여 교과서의 내용 요소를 추출하여 내용을 재구성하고, 재구성한 내용을 토대로 학습 목표 및 수업 과정을 설계하였다. 개발 단계에서는 '청소년의 생활'에 속한 '건강한 식생활과 식사 구성' 중 2개의 소단원인 '청소년의 식생활 문제'와 '균형 잡힌 건강 식생활의 실천'으로 각 2차시씩 총 4차시 분량의 교수 학습 과정안과 학습 활동지 및 학습 자료 등의 교수 학습 자료를 제작하였으며, 이를 토대로 스마트컨텐츠 저작도구인 DocZoom을 이용하여 스마트교재를 개발하였다. 그리고 스마트교육을 기반으로 한 식생활교육 프로그램 적용의 효과성 및 스마트교재 활용 수업에 대한 태도를 알아보고자 사전 사후 설문지를 제작하였다. 실행 단계에서는 교수 학습 과정안을 적용하여 개발된 식생활교육 관련 스마트교재를 수업에 적용하였다. 개발된 교수 학습 과정안을 토대로 제작한 소단원 2개 분량의 식생활교육 스마트교재를 이용하여 2014년 6월 2일부터 6월 13일까지 경기도 광명에 있는 남녀공학의 S 중학교 1학년 각각 3학급을 대상으로 실험집단과 비교집단으로 나누어 1주일에 2시간씩 기술 가정 수업에 직접 활용하였다. 총 2주간의 수업을 실행한 후, 사전 사후 설문을 실시하고, 평가 단계에서는 실험집단과 비교집단의 사전 사후 설문 점수의 평균 및 표준편차를 산출하고, 쌍표본 t-test를 실시하여 개발된 식생활교육 스마트교재의 수업 적용 효과를 알아보았다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 스마트교육을 기반으로 한 스마트교재를 활용한 수업에서 가정과 수업에 대한 흥미(t=-3.99, p<.001), 학습에 대한 애정과 열정(t=-2.61, p<.05), 학습에의 주도성 및 독립성(t=-4.77, p<.001), 학생들의 식생활 수업에 대한 관심도(t=-3.83, p<.001)를 높이는데 효과적이었다. 스마트교재를 활용한 수업을 받은 학생들을 대상으로 이 수업에 대한 평가를 한 결과, 학생들은 스마트교재를 활용한 수업이 기존의 서책형 교과서를 이용한 수업보다 수업 자료를 찾는데 시간을 절약할 수 있었으며, 동영상과 도표 등의 관련 자료를 바로 볼 수 있어 이해하기 쉬웠다고 평가하였다. 또한, 다수의 학생이 기존의 서책형 교과서를 이용한 수업보다 편리하였으며, 수업이 더 재미있어졌다고 응답하는 등 학생들은 스마트교재를 이용한 수업을 흥미로워 하였으며, 학습에 도움이 되는 등의 긍정적인 평가를 하였다. 이러한 결과로 볼 때 가정과에서 스마트교재를 활용한 스마트교육은 가정과 수업에 대한 흥미를 향상시켰을 뿐만 아니라 학습에 대한 애정과 열정, 학습에서의 주도성 및 독립성, 식생활 수업에 대한 관심도를 향상시키는데 효과가 있음을 알 수 있었다.

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