• 지구물리와물리탐사
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• 제26권3호
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• pp.114-125
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• 2023

편미분방정식의 해를 구하기 위한 여러 수치해법들의 한계와 순수 데이터 기반 기계학습의 단점을 극복하기 위해 물리정보신경망(physics-informed neural network, PINN)이 제안되었다. 물리정보신경망은 편미분방정식을 손실함수 구성에 직접 활용하여 기계학습 훈련에 물리적 제약을 주는 기법으로 파동방정식 모델링에도 활용될 수 있다. 그러나 물리정보신경망을 이용하여 파동방정식을 풀기 위해서는 신경망 훈련 시 입력에 대한 2차 미분이 수행되어야 하고, 그 결과로 출력되는 파동장은 복잡한 역학적 현상들을 포함하고 있어 섬세한 전략이 필요하다. 이 해설 논문에서는 물리정보신경망의 기본 개념을 설명하고 파동방정식 모델링에 활용하기 위한 고려사항들에 대해 고찰하였다. 이러한 고려사항에는 공간좌표 정규화, 활성함수 선정, 물리손실 추가 전략이 포함된다. 훈련자료의 공간좌표를 정규화한 후 사용하면 파동방정식 모델링을 위한 신경망 훈련에서 초기 조건이 더 정확하게 반영되는 것을 수치 실험을 통해 보였다. 또한 신경망을 통한 파동장 예측에 가장 적절한 활성함수를 선정하기 위해 여러 함수들의 특성을 비교했다. 특성 비교는 각 활성함수들의 입력자료에 대한 미분과 수렴성을 중심으로 이루어졌다. 마지막으로 신경망 훈련 중 손실함수에 물리손실을 추가하는 두가지 시나리오의 결과를 비교하였다. 수치 실험을 통해 훈련 초기부터 물리손실을 활용하는 전략보다 초기 훈련단계 이후부터 물리손실을 적용하는 커리큘럼 기반 학습전략이 효과적이라는 결과를 도출했다. 추가로 이 결과를 물리손실을 전혀 사용하지 않은 훈련 결과와 비교하여 PINN기법의 효과를 확인하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제11권1호
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• pp.469-478
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• 2011

본 연구는 학습자의 학습양식이 혼합교육의 효과에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 2008년도와 2009년도에 혼합교육으로 진행된 신경해부학을 이수한 물리치료과 1학년생 102명의 자료를 대상으로 하였다. 혼합교육은 13주 동안 주당 3시간의 강의실 수업과 16강 24강좌로 구성된 온라인 수업으로 구성되었다. Kolb의 학습양식에 따라 분류한 결과 융합자가 가장 많았다. 학습양식에 따른 유의한 차이는 없었으나, 혼합교육을 가장 선호하고(학습자의 92.1%), 혼합교육에 의해 학습참여도(학습자의 55.5%)와 흥미도(학습자의 58.8%)가 향상되었으며, 혼합교육이 학습에 도움이 된 것으로(학습자의 85.1%) 나타났다. 강의만족도에 있어서는 학습양식에 따라 유의한 차이가 있었는데, 융합자의 만족도가 80.7%로 가장 높게 나타나 적응자의 만족도인 67.5%와 유의한 차이를 보였다.

• 한국과학교육학회지
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• 제40권2호
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• pp.191-201
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• 2020

이 연구에서는 증강현실을 활용한 협력적 과학 개념학습에서 나타나는 학생들의 언어적 상호작용과 물리적 상호작용을 심층적으로 조사하였다. 3개의 소집단으로 구성된 고등학교 1학년 학생 12명이 연구에 참여하였다. 이들은 화학 결합 개념 이해를 목표로 개발된 스마트 기기 기반의 증강현실 어플리케이션을 활용한 수업에 참여하였다. 학생들의 수업 과정은 녹음 및 녹화하였으며, 반구조화된 면담을 실시하였다. 연구 결과, 언어적 상호작용 중 개별 진술 단위에서는 정보 질문과 정보 설명 및 방향 질문과 방향 설명에 관한 진술의 비율이 높았고, 상호작용 단위에서는 교정형 및 누적형 상호작용의 비율이 높았다. 학습 진행에 관한 개별 진술 및 상호작용의 비율도 높게 나타났다. 학생들의 물리적 상호작용은 유의미한 언어적 상호작용 없이 단독으로 이루어진 경우가 가장 많았다. 학생들이 지식 구성 언어적 상호작용을 하며 물리적 상호작용을 할 때는 가상 객체를 응시하거나 활동지 관련 활동을 하는 비율이 높았던 반면, 물리적 상호 작용만 수행하거나 운영 관련 언어적 상호작용을 하며 물리적 상호 작용을 할 때는 증강현실의 마커의 조작과 관련한 다양한 탐색적 활동이 주로 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 과학 교과에서 증강현실을 활용한 협력적 개념학습이 효과적으로 이루어지기 위한 방안을 제안하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제23권3호
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• pp.131-140
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• 2020

머신러닝을 이용한 분류 모델 훈련에서 학습자료의 양과 질은 학습한 모델의 성능을 좌우하므로 학습자료 생성이 매우 중요한 역할을 한다. 그러나 자료 생성에 높은 비용이 들어 이상적인 학습자료 생성이 어려울 때에는 클래스 간 자료 불균형 문제가 발생한다. 만약 학습자료로 사용될 탐사자료가 클래스 간 불균형하게 얻어지면, 클래스 별로 균형있는 학습이 이루어지기 힘들다. 따라서 데이터가 상대적으로 적은 클래스는 재현율이 현저히 떨어지게 된다. 그 뿐만 아니라 정확도와 정밀도 등의 평가지표들에 대한 신뢰도가 떨어지게 된다. 따라서 이 연구에서는 두 단계에 걸쳐 자료 불균형 문제를 해소하고자 하였다. 첫 번째로 기존의 정확도와 정밀도를 개선하여 자료 불균형을 고려할 수 있는 새로운 평가지표로 가중정확도와 가중정밀도를 고안하였다. 다음으로 클래스 간의 가중정밀도와 재현율의 균형을 맞추어 주도록 오버샘플링을 수행하였다. 개발한 알고리듬을 물리검층 자료를 이용한 암상 및 공극유체 규명 문제에 적용함으로써 검증하였다. 그 결과 다수 클래스와 소수 클래스들 간의 불균형이 상당 부분 완화되었고, 클래스 간의 경계를 보다 명확하게 확인할 수 있었다.

• 한국과학교육학회:학술대회논문집
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• 한국과학교육학회 2008년도 53차 정기총회 및 동계학술대회
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• pp.128.1-128.1
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• 2008

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.788-791
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• 2009

유비쿼터스 환경에서 러닝 서비스는 언제, 어디서, 어떠한 물리적 장치에 구애받지 않고 사용자에게 적절한 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 그러한 u-러닝 서비스를 제공하기 위해서는 학습자 수준을 정확히 판단할 수 있는 진단 기법이 필요하다. 또한 u-러닝 서비스에서 학습자의 학습 환경을 정확히 파악하여 이에 적절한 형태의 학습 컨텐츠를 제공하는 학습 컨텐츠 적응화 기술도 요구된다. 따라서 본 논문에서는 온톨로지 모델링을 이용하여 학습자의 프로파일과 학습 컨텐츠를 모델링하고, 모델링된 프로파일 정보와 컨텐츠 정보를 온톨로지 추론 규칙을 정의함으로서 학습자의 학습 정보를 정확히 파악하고 학습자에게 적절한 학습 컨텐츠를 제공할 수 있는 온톨로지 모델링과 추론을 기반으로 유비쿼터스 환경에서 학습자의 정보와 각 이종 디바이스에 대해 적합한 학습 컨텐츠를 제공할 수 있는 u-러닝 시스템을 제안한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권6호
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• pp.1051-1061
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• 2017

이미지는 대상에 대해 자신이 경험한 종합적인 결과이며 의식의 표면에 갖고 있는 심상을 의미한다. 교과에 대한 이미지는 그 교과를 학습하는 데 중요한 영향을 미친다. 학습자들이 갖고 있는 교과에 대한 이미지 분석은 교수 학습의 방향성을 결정하는 좋은 자료가 될 것이다. 이 연구의 목적은 물리 이미지 측정도구를 개발하고 적용하여 교육적 시사점을 논의하는 데 있다. 연구 방법은 의미분석법에 의해 물리 이미지 측정도구를 개발하고, 중등 예비 물리교사에게 적용한다. 연구 대상은 사범대학교 물리교육 전공 1학년 39명, 2학년 31명, 3학년 37명, 4학년 38명이고, 전체 남학생은 82명, 여학생은 63명 총 145명이다. 연구결과 물리 이미지 측정도구는 '관심', '느낌', '범위', '평가', '관점'의 5개 요소, 25문항으로 구성되었다. 개발한 물리 이미지 측정도구를 중등 예비교사들에게 적용한 결과 성별, 학년별에 따라 요소별로 통계적인 유의미한 차이가 나타났다. 물리 이미지의 '관심', '느낌' 요소에서 남학생이 여학생 보다 통계적으로 유의미하게 높게 나타났다. 학년별에서는 물리 이미지의 '범위' 요소에서 2학년이 4학년보다 통계적으로 높은 것으로 나타났다. 끝으로 물리 이미지 측정도구 활용의 유용성 및 물리 이미지 분석에 대한 교육적 시사점을 논의하였다.

• 과학교육연구지
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• 제37권2호
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• pp.374-388
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• 2013

이 연구에서는 교사 양성을 위한 전공 교육과정에 관하여 물리교육과 재학생의 인식을 조사하고 개선 방안을 탐색하고자 하였다. 이를 위하여 한 사범대학의 물리교육과에 재학 중인 3학년 15명, 4학년 13명을 대상으로 설문을 실시하였다. 응답자 중 24명(86 %)이 고등학교에서 물리 I을 이수하였고, 22명(79%)은 대학수학능력시험에서 물리 I과목에 응시하였다. 설문 결과에 따르면 본인에게 현재 가장 필요한 영역으로 고등학교 물리 수준의 이해(36%), 일반물리학 수준의 이해(29 %) 등이 많이 선택되었다. 또 가장 필요한 신설 강좌로 응답자의 61 %(17명)가 고등학교 물리 수준의 강좌를 지목하였다. 아울러 일반물리학에 대한 학습이 필요하다는 점에 있어 비교적 일관된 의견을 보였다. 구체적으로 살펴보면 재학생들은 연습 문제 풀이가 어렵고 이해가 부족하여, 일반물리학 학습 과정에서 어려움을 겪는다고 응답하였다. 일반물리학 강좌의 개선 방안으로는 핵심 개념 이해를 위한 충분한 설명을 가장 우선시하였다. 이처럼 설문에 참여한 예비 교사들은 대체로 고교 물리 및 일반물리학의 이해를 도와줄 수 있는 방향으로 대학의 전공 교육과정이 개정되기를 희망하였다. 다만 고등학교에서 물리 II를 이수한 학생과 전혀 이수하지 않은 학생 사이에 의견 차이가 있었다. 새 교육과정의 적용 및 대학수학능력시험의 선택 과목 축소 등에 따라 향후 고등학교에서 물리를 이수하고 물리교육과에 입학하는 학생이 더욱 줄어들 것으로 예상되기 때문에, 학습 수요를 고려하여 전공 교육과정을 개정하는 방안을 다각적으로 검토할 필요가 있다.

• 융합정보논문지
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• 제10권8호
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• pp.161-172
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• 2020

본 연구는 학습자의 능동적인 학습활동을 촉진하여 학습의 질을 제고하기 위해 설계된 ALC(Active learning classroom) 수업에 대한 학습자의 인식을 살펴보는 것을 목적으로 한다. 본 연구의 목적을 달성하기 위해 수도권 소재 A대학 71명의 학생(ALC 수업 43명, 일반교실 수업 28명)을 대상으로 설문조사를 실시하고, 교실 구성요소 간의 관계, 교수자의 수업전문성, 교실의 사회·문화적 환경, 심리·정서적 환경에 대한 인식을 비교하였다. 주요 연구 결과로는 첫째, ALC 수업 학생들은 교수·학습과 물리적 학습환경의 관계를 보다 긍정적으로 인식하는 것으로 나타났다. 둘째, ACL 수업 학생들은 ALC 환경을 능숙하게 다루는 측면에서의 교수자의 전문성을 긍정적으로 인식하는 것으로 나타났다. 셋째, ALC 수업 학생들은 교수자와의 비형식적 관계가 보다 촉진되었다고 인식하였으나 심리·정서적 측면에서의 만족도 및 몰입은 차이가 없는 것으로 나타났다. 본 연구는 새로운 학습공간 설계에 있어 교수·학습활동 운영을 위한 실제적인 시사점을 제공할 것으로 기대한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제13권9호
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• pp.1973-1979
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• 2009

본 논문에서는 과학영재의 관찰평가를 비교 분석하여 수학 및 과학분야의 영재 학습자와 정보과학영재의 특성을 밝혀내어 정보과학영재의 선발 및 교육에 시사점을 찾으려고 하였다. 연구의 대상은 대학부설과학영재교육원의 기초과정 학습자들로써 분야는 물리, 지구과학, 수학, 정보과학 학습자들이다. 연구의 방법으로는 학습자들의 1년간의 관찰평가를 일원분산분석을 통하여 각 분야별 학습자의 특성을 비교하였다. 그 결과 정보과학영재 학습자는 물리 및 지구과학분야 학습자와 태도 영역과 문제 해결 영역의 세부 영역에서 대부분 다른 특성을 보였으며, 정보 과학 학습자의 과목별 분석에서는 과학보다는 수학과 정보 과목에서 태도 영역의 평가가 비교적 우수하게 분석되었다. 이에 본 연구자는 정보과학영재의 특성이 분명히 존재하며 과학 및 수학 영재 학습자와의 차이는 학습자간의 수준의 문제와 분야별 특성에 기인한 것이라 판단하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 정보과학영재의 선발 및 교육에 적용할 수 있으리라 기대한다.