본 연구는 사회문화적 관점에서 지식의 생산자이자 소비자인 과학교사의 학습과정을 전 생애에 걸쳐 살펴보고 이를 바탕으로 과학교사의 실천적 지식의 형성 및 발달 과정을 탐색하고자 한다. 이를 위하여 수년 동안 대학 및 대학원에서 수업 및 세미나를 함께 하면서 예비 교사 혹은 교사로서의 삶을 가까이에서 지켜 볼수 있었던 두 명의 과학교사를 연구 참여자로 최종 선정하였다. 이들은 교직경력 3년에서 6년의 중학교 과학교사로 각자 상이한 삶의 맥락을 토대로 과학교사로서 전문성을 발달시키며 실천적 지식을 형성해 나가고 있었다. 연구 참여자의 삶에 대한 심층적 이해와 과학 교사로서 실천적 지식을 탐색하기 위하여 생애사 모델과 실천적 지식의 구조를 분석틀로 사용하였다. 연구 결과 과학 교사의 실천적 지식의 형성 및 발달은 교사 개인의 삶의 맥락에 따라 주요 관심과 비중이 상이하게 달라짐을 확인 할 수 있었다. 이러한 교사 개인의 삶의 여정을 통해 자연스럽게 형성된 과학교사의 실천적 지식은 수업 전문성 향상을 위한 중요한 모티브로 작용하고 있었으며, 교사 개인의 끊임없는 반성과 성찰로 더욱 공고히 발전하는 경향을 보였다.
과학기술정보가 앞으로의 경제발전의 주도적인 역할을 수행할 지식기반사회의 핵심 요체임과 동시에 우리나라가 지식정보강국으로 도약할 기본적인 인프라임에도 불구하고 국가 지식정보시스템 개발에 따른 경제성장 및 제반 경제구조에 미치는 영향에 대한 분석은 현재 매우 미미한 실정이다. 이에 본 논문은 국가 지식정보시스템 개발의 연구활동이 경제 각 부문에 미치는 효과를 한국은행(2007)의 산업연관분석을 이용하여 생산유발효과, 부가가치유발효과, 수입유발효과, 취업자유발효과로 나누어 경제적 파급효과를 분석하고, 연구개발 투자에 대한 비용편익분석을 통해 국가 지식정보시스템 개발에 대한 경제사회적 타당성을 검증하고자 한다.
컴퓨터의 눈이라고 불리우는 감지 장치를 통하여 얻어진 항공 사진에 관한 영상을 분할하고, 이런 초기자료를 바탕으로 영상을 해석하여 건물 및 도로에 관한 정보를 추출하는 흑판 시스템을 소개한다. 흑판 시스템의 구성요소인 흑판, 지식원, 제어 모듈의 기능및 역할이 지식 표현과 제어 전략 측면에서 설명된다. 프레임 형태를 취하는 흑판위의 가설들의 계층적 구조와 가설 생성및 검증을 담당하는 지식원의 구조에 대하여 소개하고, 이들 지식원을 운영하여 원하는 해를 구해가는 제어 전략에 대하여 상세히 소개한다. 특히, 영상자료의 탐색 영역을 제한하기 위한 매핑 영상의 활용 방법에 대하여 소개한다.
물리교과의 내용은 다른 과학교과에 비해 비교적 위계관계가 강하다. 즉, 이미 배운 것과 지금 배우고 있는 것 그리고 앞으로 배울 것이 서로 밀접하게 연결되어 있다. 이런 학습의 위계에 대하여 평가를 통해 학생들이 구성하는 지식구조를 지식의 위계라는 관점에서 정확히 분석함으로써 21C 교육의 이념인 주도적이고 창의적인 물리교육을 도모할 수 있다. 특히, 처리 과정을 컴퓨터시스템을 이용하여 정확하고 빠르게 처리할 수 있음은 물론 객관적 타당도를 높이고 많은 양의 자료를 효율적으로 처리할 수 있다. 더 나아가서 개개인에 대해 실질적으로 도움을 줄 수 있는 피드백을 제시하여 학생들의 이해를 증진 시킬 수 있다. 본 연구에서는 과학영재 선발 문항에 대하여 지식공간론을 적용하여 과학 영재교육원 지원자들의 평가결과를 분석하고, 그 결과를 토대로 향후 과학영재 선발 시 과학적인 평가방법을 개발함에 있어서 기초자료로 활용하고자 한다.
이 연구는 중학교 일기변화 단원의 개념 검사지를 개발하여 지식상태 분석법으로 일기변화 관련 개념의 위계를 분석하였고, 개별 학습자의 지식상태와 위계에 따른 수업효과를 알아보았다. 일기변화 관련 개념에 대하여 중학생들이 갖고 있는 지식상태의 위계구조는 '습도 ${\rightarrow}$ 기단 ${\rightarrow}$ 구름 ${\rightarrow}$ 강수 ${\rightarrow}$ 전선 ${\rightarrow}$ 일기' 순이었다. 일기변화 개념 검사에서 같은 점수를 획득하여 학습능력이 비슷할 것으로 추정되는 개별 학습자의 지식상태가 서로 다르게 나타나는 사례가 있었다. 즉, 지식상태의 구조화 정도가 달랐는데, 이는 학습자의 지식상태 구조에 따라 서로 다른 교수-학습 처방이 이루어져야 함을 시사한다. 학습자의 지식상태 분석은 개별 학습자마다의 학습 처방과 선수학습평가의 역할을 할 수 있다. 학습자의 지식상태에 따른 개념의 위계를 고려한 교수-학습 효과를 알아보기 위해 교과서의 내용 제시 순서와 비교하여 수업한 결과, 학습자의 지식상태를 고려하여 수업한 경우에 개념의 성취도가 유의미(p < .05)하게 더 높았다. 이는 교사들이 일기변화 단원을 지도할 때, 학습자의 지식상태를 파악하여 교육과정을 토대로 교과서의 학습 내용을 재순서화 함으로써 더 효과적인 교수-학습이 이루어질 수 있음을 보여 준다.
본 연구에서는 초등과학 교육과정의 '우리 몸의 구조와 기능' 단원에서 배설 기관을 주제로 TPACK 기반의 STEAM 프로그램을 개발하여 적용하였다. 프로그램 개발 및 적용은 교육과정 분석 및 학습 목표 세부화, 물리적·심리적 학습 환경 분석, 교수·학습 방법 및 테크놀로지 선정, 수업에 활용할 교사의 TPACK 요인 정리 및 교수·학습자료 개발, 프로그램 적용 및 효과성 검증의 과정으로 진행하였다. STEAM 프로그램 설계 과정에서 고려한 교사의 TPACK은 내용학 지식(배설 기관의 생김새와 하는 일), 교육학 지식(STEAM, 문제 기반 학습, 조사학습, 토의학습, 협동 학습, 과학 글쓰기), 테크놀로지 지식(3D 프린터 및 스마트 기기 활용 기술)과 지식 간의 융합적인 요인이었다. 프로그램은 총 8시간으로 구성되었으며 실험 집단으로 선정된 5학년 학생 29명을 대상으로 적용하였다. 비교 집단의 5학년 27명에게는 교과서 중심으로 개발된 같은 주제의 프로그램을 적용하였다. 프로그램을 적용한 결과 실험 집단은 비교 집단에 비하여 창의적 문제해결력과 과학적 태도에서 유의미한 향상을 보였고 STEAM 프로그램에 대한 만족도도 높게 나타났다. 그러나 두 집단 간의 학업성취도는 유의미한 차이가 없었다. 학생들은 스스로 조사하고 탐구하며 알게 된 지식을 활용하여 문제를 해결하는 과정, 친구들과의 토의 및 협동 학습 과정을 통해 창의적 문제해결력이 향상되었던 것으로 보이며 새로운 기술의 활용, 학생 중심의 활동 과정 및 실생활과 관련된 문제를 해결하는 과정에서 과학적 태도와 만족도가 높아진 것으로 판단된다.
본 연구는 인지과학으로부터 몇 가지의 이론을 이용하여 디자인의 사고과정 중의 일부를 설명함으로서, 인지과학으로부터의 지식을 디자인의 문제 해결에 응용하거나, 새로운 사고 발상 방법을 개발할 수 있는 가능성을 모색하기 위한 것이다. 디자인은 복합적이고 고도의 두뇌활동을 필요로 하는 영역이다. 그리고 인지과학은 인간의 두뇌활동을 연구하는 학문이다. 따라서 디자인과 인지과학의 연결은 디자인의 거의 전반에 걸쳐 응용될 가능성을 가지고 있다. 그 연결 가능성을 살펴보기 위하여 본 논문은 주로 아이디어 발상부분에 대한 사고의 과정을 인지과학으로 부터의 지식을 빌어 설명하여 보았다. 디자인의 프로세스와 사고 발상 과정을 인지과학의 지식구조에 대한 이론으로 해석해 본 결과, 디자인 사고 발상의 새로운 전개 가능성을 찾을 수 있었다.
과학기술은 기술영역간의 관계를 통해 고유한 연구영역을 그리며 발달하며, 이는 학제의 다양성을 바탕으로 기존 기술들이 독특한 결합과정의 형성을 의미한다. 기술의 결합과정은 지식의 결합과정 관점으로 이해할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 에너지산업과 다른 특성을 갖는 신 재생에너지의 기술발전경로를 '지식흐름'의 관점에서 탐색하여 신 재생에너지 연구의 학제 구조 및 다양성을 살펴보고자 한다. 계량서지학적 분석은 데이터 수집의 간편성 및 초기 연구결과물 분석에 적용할 수 있다는 장점에 의해 여러 분야에서 폭넓게 응용되어 왔다. 특히, A.L Porter(1984)에 의해 'citation'을 이용한 학제간관계 측정에 적용하여 계량서지학적 방법을 바탕으로 지식흐름을 관찰하는데 선구적인 방법을 제시하였다. 또한 Tijsen(1992)은 동시분류분석방법을 적용하여 네덜란드 에너지 연구분야의 학제구조를 분석하였고, Kajikawa(2007)은 에너지분야의 신기술인 태양전지와 연료전지에 한정하여 인용네트워크 분석을 수행하여 연구발전의 경향을 알아보았다. 이에 본 연구에서는 계량 서지학적 방법의 하나인 co-classification 방법론을 적용하여 태양광 분야 중 태양전지에 초점을 맞추어 학제 간 다양성 분석 연구를 수행 하였다. 태양광은 신 재생에너지 중 전후방연관 파급효과가 가장 큰 분야이며, 반도체 기반기술을 바탕으로 그 기술을 전개할 수 있기에 국내 산업과의 연관도가 높은 산업이다. 태양전지의 연구 동향 파악 및 고유의 연구영역을 도출을 분석하기 위한 기본 자료는 ISI의 'Web of Science'를 기반하여 수집하였다. 또한 태양광 연구의 연구구조 파악을 위하여 계량서지학분석의 하나인 'co-classification' 방법론을 추가적으로 적용하여 학제간의 분석을 수행하였다. 분석결과 1979-2009년까지의 태양전지 연구 논문 2,602개를 바탕으로 동시에 2개 이상의 SC를 포함한 논문은 총 논문의 51.8%이며, 출현한 SC는 65개로 분석되었다. 이 중 2개 이상의 SC가 동시에 출연한 횟수는 증가하는 경향을 가짐을 알 수 있었다. 이는 과학기술의 발전이 기술의 결합과정 또는 지식의 결합과정 관점으로 이해할 수 있음을 확인할 수 있었다.
신경회로망 구조의 정제(精製)는 회로망의 일반화능력이나 효율성의 관점에서 중요한 문제이다. 본 논문에서는 feed-forward neural networks로부터 은닉지식을 추출하는 방법을 사용하여 네트워크 재구성을 통한 정제방법을 제안한다. 먼저, 효율적인 if-then rule 추출방법을 제시하고 그 추출된 룰들을 사용하여 룰기반 네트워크로 변환하는 과정을 보여준다. 생성된 룰기반 네트워크 fully connected network에 비하여 상당히 축소된 연결 복잡도를 가지게 되며 일반적으로 더 우수한 일반화능력을 가지게 된다. 본 연구는 도메인 지식이 없이 데이타만 사용하여 어떻게 정제된 룰기반 신경망회로를 생성하고 있는가를 보여준다. 도메인 데이타들에 대한 실험결과도 제시하였다.
비형식교육의 장인 과학관은 전시물과 그 전시물을 설명한 판넬 등을 통하여 교육적 기능을 담당한다. 비형식 교육의 중요성 때문에, 과학관 전시는 전시물과 내용이 관람자와 교감하고 상호작용해야 할 뿐만 아니라 관람자에게 설득적으로 구성될 필요가 있으며, 하나의 공간에서 학습과 휴식이 어우러지면서 즐거움을 제공할 수 있어야한다. 이러한 과학관 전시의 요구사항을 충족시키기 위하여 가장 우선적으로 도입할 수 있는 방법이 스토리텔링이다. 스토리텔링은 '이야기하다'로서 관람객들에게 흥미 유발의 기능을 가지며, 그 효과가 단순 나열식보다 훨씬 크다. 하지만 스토리텔링기법에도 지식과 정보량에 있어서는 단점이 있다. 이것을 보완하기 위한 한 방법으로 전시물 설명에 논증 기법의 도입이 대두되고 있다. 즉, 거시적인 관점에서는 스토리텔링을 이용한 하나의 스토리를 도입하는 한편, 미시적인 관점에서는 논증의 구조를 따른 설명문을 이용한다면, 관람객들에게 흥미와 함께 지식과 정보를 모두 줄 수 있다. 이 연구에서는 논증과 스토리텔링의 조화된 결합을 통해 과학관의 전시를 재배열하는 작업을 수행하였다. 거시적인 관점과 미시적인 관점에서의 점검기준으로 영국의 자연사 박물관과 국립과천과학관 자연사관 우주와 지구관의 전시물의 구조를 분석 하였다. 그 결과 영국의 자연사 박물관과는 달리 국립과천과학관의 전시물은 스토리 내용, 설명문의 내용, 체험위주의 전시물이 부족하였다. 따라서 현 과천과학관의 전시물에 대해 스토리텔링과 Booth 등(2008)과 Lawson(2003)의 논증과의 조화를 도입하는 것이 바람직하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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