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딥러닝 객체 탐지 기술을 사용한 스마트 쇼핑카트의 구현 (Implementation of Smart Shopping Cart using Object Detection Method based on Deep Learning)

  • 오진선;천인국
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제21권7호
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    • pp.262-269
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    • 2020
  • 최근 다양한 쇼핑 환경에서 결제에 소요되는 시간을 줄이기 위한 많은 시도들이 이루어지고 있다. 또한 4차 산업혁명시대에 들어서면서 인공지능 기술이 고도화되고 있으며, IoT 장비들은 더욱 소형화되고 저렴해져서 이 두 가지 기술을 융합시킴으로써 사용자의 시간을 절약할, 인간을 대신하는 무인 환경을 구축하는 것에 대한 접근이 용이해졌다. 본 논문에서는 저가 IoT 장비들과 딥러닝 객체 탐지 기술을 기반으로 하는 스마트 쇼핑카트 시스템을 제안한다. 제안된 스마트 카트 시스템은 실시간 상품 인식을 위한 카메라와 라즈베리파이, 트리거 역할을 하는 초음파 센서, 상품이 쇼핑카트에 들어온 것인지 나간 것인지를 판단하기 위한 무게 센서, 가상의 장바구니에 대한 UI를 제공하는 스마트폰 어플리케이션, 학습된 데이터가 저장되는 딥러닝 서버로 구성된다. 각 모듈 간의 통신은 TCP/IP 네트워크 및 HTTP 네트워크로 이루어지며, 서버의 상품 인식을 위해서는 객체탐지 기술이 구현된 YOLO darknet 라이브러리를 사용한다. 사용자는 스마트폰의 앱을 통하여 스마트 카트에 넣은 물건들의 목록을 점검하고 자동으로 결제할 수 있다. 본 논문에서 제안된 스마트 카트 시스템은 가성비가 높은 무인 상점을 구현하는데 응용될 수 있다.

읽기, 쓰기, 향유 체험을 중심으로 본 청소년의 미디어 리터러시 분석 (An analysis of Adolescents' media literacy: How do they read, write, and enjoy information and communication media?)

  • 신나민;안화실
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제14권8호
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    • pp.3777-3785
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    • 2013
  • 정보통신 미디어는 21세기 정보화 사회 청소년들의 학습과 생활 전반에서 필수적인 요소로 기능한다. 본 연구는 급격히 변모하고 있는 청소년들의 미디어 수용 및 활용 경험을 중층적으로 이해하기 위하여 이들의 미디어(메시지) 읽기, 쓰기, 향유 체험을 분석하였다. 분석에는 구조화된 설문지를 통해 서울, 경기 지역 10개교에서 수집된 12-18세 중고등학생 1,036명의 자료가 사용되었다. 연구결과는 다음과 같이 요약 된다: 1) 청소년들의 일상적인 미디어 이용은 핸드폰 사용, TV 보기, 인터넷 사용, mp3 플레이어듣기, 컴퓨터나 비디오 게임하기, 라디오 듣기, 비디오/DVD 보기 순으로 나타났다; 2) 미디어 활용에서의 성차 분석 결과 남학생은 인터넷 매체에서 그리고 여학생은 핸드폰, SNS 매체에서 더 다양한 활동을 하는 것으로 나타났다; 3) 웹 정보의 비판적 읽기 및 수용에 관해서는 성차는 발견되지 않았고 중고생 간의 학교급별 차이는 유의미했다; 4) 온라인 컨텐츠 제작과 온라인을 통한 자기표현 및 사회적 참여 활동에 대해서는 여학생이 남학생보다, 고등학생이 중학생보다 더 적극적인 것으로 나타났다, 5) 미디어 향유체험의 하루 평균 시간은 주말 게임, 주중 게임, TV 보기, 인터넷 사용 순으로 나타났고, 이 가운데 TV매체에 있어서만 여학생이 남학생보다 그리고 중학생이 고등학생보다 유의미하게 많은 시간을 보내는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 올드 미디어와 뉴미디어 간의 컨버전스 현상과 청소년의 성별, 연령별 미디어 활용 행태에 관한 통합적인 논의를 제시 한다.

초등학교 아침활동시간에 '사이언스 TV'를 활용한 과학 커뮤니케이션 활동 적용 및 학생들의 반응분석 (Application and Analysis of Students' Responses to Utilize 'Science TV' in Science Communication Activities at Early Morning Classes on Elementary School Students)

  • 권난주;권현주
    • 과학교육연구지
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    • 제36권1호
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    • pp.56-68
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    • 2012
  • 본 연구는 과학의 대중화에 중요한 역할을 하는 과학 커뮤니케이션 중에서 '사이언스TV'라는 과학방송을 과학 커뮤니케이션 자료로 활용하여 초등학교 저학년에게 적용하고, 이러한 과학 커뮤니케이션 활동이 초등학교 저학년 학생들의 과학에 대한 인식과 흥미에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 하였다. 이를 위해 선행연구 및 관련 문헌을 조사하였고, '사이언스TV'의 다양한 프로그램 중에서 초등학교 저학년 학생들이 이해할 수 있는 실생활 주제 중심의 내용인 '과학의 숲에서 만나는 과학향기' 프로그램을 선정하고, 내용을 분석하여 총 15차시의 주제를 정하였다. 이 주제를 토대로 '사이언스TV'를 초등학교 저학년을 위한 과학 커뮤니케이션 자료로 활용하는 전략을 개발하였다. 이 자료를 초등학교 2학년 1개 반 21명 학생을 대상으로 과학 커뮤니케이션 활동에 적용하였다. 과학 커뮤니케이션 활동 후에는 활동에 대한 반응 설문 조사를 실시하였다. 그리고 설문지, 활동 학습지 자료를 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 과학방송인 '사이언스 TV'를 과학 커뮤니케이션 자료로 활용하여 초등학교 아침활동시간에 과학 커뮤니케이션 활동을 전개할 수 있다. 둘째, '사이언스 TV'를 활용한 과학 커뮤니케이션 활동은 초등학교 저학년 학생들에게 과학이 실생활과 밀접한 관련이 있음을 인식시켜주고, 결국 과학 대중화에 기여할 수 있음을 보여주었다.

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잠재성장모형을 사용한 청소년의 학업긴장이 불행감과 휴대전화 의존에 미치는 종단적·복합적 영향 분석 (Longitudinal and Complex Influence of Academic Strain on Unhappiness and Mobile Phone Dependency among Adolescents using Latent Growth Model)

  • 전상민
    • 디지털융복합연구
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    • 제14권12호
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    • pp.293-302
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    • 2016
  • 본 연구는 시간이 경과함에 따라 청소년의 학업긴장과 불행감, 휴대전화 의존이 어떠한 변화 추이를 가지고, 학업긴장의 변화가 불행감과 휴대전화 의존의 변화에 어떠한 종단적 복합적 영향을 파악하여 이들 간의 악순환을 방지하는 방안 모색을 목적으로 한다. 이를 위하여 일반긴장이론을 개념적 연구틀로 설정하고, 한국청소년정책연구원의 제 2~4차 한국아동 청소년패널 1,589명의 청소년 응답치를 사용하여 잠재성장모형 분석을 수행하였다. 분석결과, 청소년의 학업긴장과 불행감, 휴대전화 의존은 모두 시간의 경과에 따라 지속적으로 증가하였다. 학업긴장의 초기값은 불행감의 초기값 및 휴대전화 의존의 초기값과 변화율에는 정적 영향을 미쳤고, 학업긴장의 변화율은 불행감의 변화율에 정적 영향을 미쳤다. 불행감의 변화율은 휴대전화 의존 변화율에 정적 영향을 미쳤다. 또한, 학업긴장의 변화율이 불행감의 변화율을 매개로 하여 휴대전화 의존의 변화율에 정적 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이상의 연구결과를 바탕으로 본 연구는 청소년의 학습과 부정적 정서, 휴대전화 의존에 대한 유용한 시사점을 제공하였고, 상기 변수들의 변화의 근거에 대한 후속 연구를 제안하였다.

자유학기제 1차 연구학교의 가정교과 관련 운영 실태 (Home Economics related Programs from the First Pilot Schools implementing the Free Learning Semester)

  • 이은영;손주영;김예슬;조재순
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제26권3호
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    • pp.69-89
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    • 2014
  • 본 연구의 목적은 가정교과가 자유학기제에 적극 대처할 시사점을 찾고자 첫 자유학기제 연구학교의 시범운영 보고서 42부를 분석하여 자유학기제 연구학교의 주요 현황과, 자유학기제 연구학교의 공통과정과 자율과정의 주요 프로그램 운영실태, 자유학기제 연구학교 활동 중 가정교과와 관련된 공통과정과 자율과정의 운영 형태와 실행사례를 분석하였다. 이에 따른 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 연구학교는 중점모형을 한 개 또는 두 세 개씩 운영하고 있었으며, 시수파악이 가능한 총 28개 연구학교 중 15개 연구학교에서 가정교과 수업 시수가 감소하였다. 둘째, 자유학기제 연구학교의 공통과정 운영은 모든 학교에서 교육과정을 재구성하였고 학생 참여 활동 중심의 교수 학습방법 다양화, 학교 실정에 맞는 교과별 과정 중심의 평가방법을 시도한 반면, 교과 교육과 연계한 진로교육은 다소 미흡한 편이다. 자율과정 운영에서 진로활동은 모든 연구학교에서 참여 단위, 시기, 방법, 운영시간 등을 다양하게 추진하고 지역사회의 인적 물적 자원을 적극 활용한 체험활동이 이루어졌다. 학생 선택프로그램 활동은 진로, 교과, 동아리, 예술 체육활동, 방과후 활동 등과 결합하여 진행되었고, 선택프로그램 참여형태는 동아리별, 직업흥미유형별, 개인 희망에 따라 선택하였다. 동아리활동은 교과활동, 진로활동, 스포츠 활동, 예술활동, 봉사활동 등과 연계하여 이루어졌다. 예술 체육활동은 음악, 미술, 체육교과 모두 또는 부분 개설되었으나 활동내용은 주로 교과내용 중심으로 진행되었고 일부(18개 학교)에서만 선택 및 체험활동 중심의 예술 체육활동 프로그램을 시도하였다. 셋째, 가정교과는 공통과정 운영을 명시한 17개 학교에서 교수 학습 방법의 다양화와 교과연계 진로학습에서 교과 융합 수업, 진로연계 수업, 주제중심통합 수업, 학생활동 참여중심 수업, STEAM 교육, 학생선택 프로젝트 학습 등이 이루어졌다. 가정교과의 자율과정은 공통과정과 함께 혹은 자율과정만 운영하기도 하였다. 자율과정 중 진로탐색은 가정교과 직업관련 지역탐방, 직업인들과의 만남, 생활과학대학 방문 등의 활동이 이루어졌다. 학생 선택프로그램은 요리 직업관련 활동, 녹색학교 만들기, 건축학개론 등의 지속적인 프로그램 활동이, 동아리 활동은 요리와 십자수반 활동 중심으로 진행되었다. 공통과정의 가정교과수업은 주로 교사가 진행하였으나 외부체험이 많은 진로탐색 활동은 전적으로 외부강사를 활용하고 있었으며, 가정교과의 활동프로그램은 식생활 위주로 이루어지고 있었다. 이상의 연구 결과를 살펴볼 때, 자유학기제에서 가정과 교육은 수업 시수가 감축되지 않는 노력과 함께 공통과정의 교과 수업 방법의 다양화와 아울러 학생들의 요구를 반영한 자율과정 선택프로그램의 개발과 교사가 주도할 수 있는 교과연계 진로 체험 프로그램 개발이 필요하다.

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저산소 허혈 뇌 손상을 유발시킨 미성숙 흰쥐에서 마우스 골수 기원 중간엽 줄기 세포 이식 후 기능 회복 (Functional recovery after transplantation of mouse bone marrow-derived mesenchymal stem cells for hypoxic-ischemic brain injury in immature rats)

  • 최욱선;신혜경;은소희;강훈철;박성원;유기환;홍영숙;이주원;은백린
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제52권7호
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    • pp.824-831
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    • 2009
  • 목 적 : HIE의 치료법으로 줄기 세포가 대안으로 떠오르고 있다. mMSC가 성인 동물 모델에서의 뇌졸중 및 퇴행성 뇌질환에 유의한 기능 회복을 보인다는 보고가 많이 있으나 미성숙 동물 모델에서의 연구 보고는 거의 없는 상태이다. 이에 HIE가 유발된 미성숙뇌에 mMSC를 투여하여 기능 회복에 대한 효과를 평가하고자 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 생후 7일된 수컷 Sprague-Dawley 흰쥐를 sham 대조군, 뇌 손상 대조군, 고용량 mMSC 이식군 및 저용량 mMSC 이식군으로 나누었으며 저산소 허혈 뇌 손상 유도 2주 후에 mMSC를 병변부 국소 이식을 시행하였다. 세포 이식 2, 4, 6 및 8주째에 개방장 시험을 시행하여 운동 기능 회복 정도를 평가하였고, 이후 1주일 동안 Morris 수중 미로 시험을 3개 부문으로 시행하여 학습 및 기억력 회복 정도를 평가하였다. 결 과 : 개방장 시험 결과 네 군간에서 통계적으로 유의한 차이는 없었다(F=0.412, P=0.745). 공간 획득 검사에서 네 군간 평균 탈출 시간에 서로 차이가 있었고(F=380.319, P<0.01), 고용량 mMSC 이식군 및 sham 대조군은 뇌 손상 대조군에 비해 검사 2일째부터 5일째까지 각각 평균 탈출 시간이 감소하였으며(P<0.05), 시간이 갈수록 더 유의하게 차이를 보였다(F=16.034, P<0.01). 참조 기억 검사에서는 네 군간 차이는 없었으며 시각 검사에서는 다섯번째 시행 검사에서만 고용량 mMSC 이식군과 뇌 손상 대조군간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다(P<0.05). 결 론 : 일부 검사에서만 고용량 mMSC 이식의 효과가 뚜렷하였고 그 외의 검사에는 통계적으로 유의한 결과는 보이지는 않았으나 산술적인 호전을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 향후 최적의 효과를 보이는 줄기 세포의 농도와 이식 시기를 결정하는 연구가 필요할 것으로 보이며 HIE에서 mMSC가 대안적인 치료 수단으로 이용될 수 있다고 생각된다.

벤처.중소기업가의 전략적 직관에 의한 의사결정 모형에 대한 사례연구 (A Case Study on Venture and Small-Business Executives' Use of Strategic Intuition in the Decision Making Process)

  • 박종안;김영수;도만승
    • 벤처창업연구
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    • 제9권1호
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    • pp.15-23
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    • 2014
  • 본 논문은 경영환경에 대한 불확실성 증대, 데이터 없는 최초 상황 발생, 합리적 의사결정이 불가능할 경우 등 기업환경이 변화할 때, 벤처 중소기업 경영자들은 의사결정 시 직관을 어떻게 활용하는가에 관한 사례연구다. 논문은 문헌 연구와 벤처 중소기업 경영자 16명을 심층 인터뷰하여 자료를 수집하였고, Klein, G, 의 "포괄적(generic) 멘탈 시뮬레이션 모델"로 분석하였다. 연구에 사용된 직관은 본인의 경험을 사용하는 전문가(expert) 직관과 타인의 경험도 활용하는 전략적(strategic) 직관으로 분류하였다. 사례연구 결과 경영자들은 전문가 직관과 전략적 직관을 다르게 활용하고 있었다. 전문가 직관의 특징은 별 노력 없이도 빠르게 작동하는데, 반해 전략적 직관은 시간이 많이 소요된다. 또 다른 특징은 전문가적 직관은 이미 발생된 일에 대한 의사결정에 많이 사용되고, 전략적 직관은 미래형 의사결정에 많이 활용되었다. 전략적 직관의 프로세스는 (1)전략적 관심단계 (2)매개물 발견단계 (3)1차 멘탈 시뮬레이션 단계 (4)핵심 매개변수 띄우기 단계, (4)2차 멘탈 시뮬레이션 단계 (5)내부 평가 단계 (6) 의사결정 단계를 거친다. 위에 단계를 모델링하여 벤처 중소기업 경영자들의 "전략적 직관에 의한 의사결정 모형(Strategic intuition decision-making model)"을 도출하였다. 사례분석 결과 나타난 중요한 결과는 첫째, 성공하는 의사결정 시 성공과 실패의 중요한 차이는 의사결정 프로세스 중 "2차 멘탈 시뮬레이션"에서 결정되었고, 둘째, 전문가 직관이 전략적 직관보다 많아질수록 경영의 어려움에 봉착하였으며. 셋째, 전략적 직관은 학습이 가능하다.

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김밥에서의 Staphylococcus aureus에 대한 정량적 미생물위해평가 모델 개발 (Quantitative Microbial Risk Assessment Model for Staphylococcus aureus in Kimbab)

  • 박경진;오덕환;하상도;박기환;정명섭;천석조;박종석;우건조;홍종해
    • 한국식품과학회지
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    • 제37권3호
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    • pp.484-491
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    • 2005
  • 정량적 미생물 위해평가(Quantitative microbial risk assessment: QMRA)는 국민건강에 영향을 주는 잠재된 위해를 연구하여 식품내 존재하는 병원성미생물과 관련한 위해를 체계적으로 평가하는 것이다. 본 연구는 깁밥에서의 Staphylococcus aureus에 대한 QMRA 모델을 개발하고 이를 식품위생관리에서 이용할 수 있는 기준을 제시하여, 식품안전 분야에서의 QMRA의 필요성과 활용성을 알리기 위해서 실시하였다. QMRA 모델은 매장에서부터 최종소비에 이르기까지 4 단계로 구성되었으며, 미생물 성장모델과 조사자료 그리고 확률분포가 김밥의 최종소비에서의 S. aureus 수준을 평가하기 위하여 이용되었다. S. aureus에 대한 양-반응모델이 없는 관계로 최종 소비단계에서의 S. aureus의 오염수준을 잠재적인 위해를 결정하는데 이용하였다. 이를 위하여 5 log CFU/g이상을 잠재적 유해수준으로 가정하였으며, 시뮬레이션 결과 최종 소비되는 김밥에서 이 유해수준을 초과할 가능성은 30.7%로 나타났다. 김밥에서의 S. aureus의 오염수준은 평균 2.67 log CFU/g으로 나타났으며, 민감도 분석에서는 매장에서의 김밥 보관온도 및 시간이 가장 중요한 요인으로 결정되었다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때 김밥 매장에서는 현실적으로 보존시간 관리가 어렵다고 한다면 보관온도를 $10^{\circ}C$ 이하로 유지하는 것이 가장 중요한 것으로 나타났다. 본 연구에서와 같이 QMRA는 식품 내 존재할 수 있는 잠재적인 위해에 영향을 미치는 인자들에 대한 평가에 이용될 수 있으며 이를 식품위생관리에 직접적으로 활용 가능한 것으로 나타났다.삼의 분석방법별 기준인 ginsenoside -Rg1과 -Re의 함량비($Rg1/Re{\Leq}3.87$)에 부합되었다.도에서 MA 저해 효과는 쑥갓>미나리>참깨의 순으로, 각각 54, 48, 29%를 나타냈다. 참깨는 20, $100{\mu}g/mL$의 농도에서처럼 가장 작은 효과를 보여줬고, 쑥갓은 50% 이상의 항산화 효과를 나타냈다. Aldehyde/Carboxylic acid assay에서는 참깨가 가장 높은 효과를 보여줬지만 Lipid MA asaay에서는 그에 비해 가장 낮은 효과를 나타냈다.안전한 수준인 것으로 판단된다. 보여진다.ificantly more inclusive. As a result of the evolution of new fibers, materials, processes and markets, we assert that a new "ENGINEERING WITH FIBERS" (EwF)(중략)web.cnu.ac.kr/~fabric이다. 제작된 멀티미디어를 실제 수업에 활용한 결과 수강생(32명)의 96.9%가 보조자료로 사용된 멀티미디어 콘텐츠자료가 실험관련 교과목 수업에 효과적이라고 응답하였고, 87.5%가 활용된 멀티미디어 콘텐츠 자료에 만족하며, 75%가 기존의 교과서와 비교하여 더 많이 활용하였다고 응답하였다. 따라서 멀티미디어 콘텐츠를 활용한 교육은 개인차에 따른 개별화 학습을 가능하게 할 뿐만 아니라 능동적인 참여를 유도하여 학습효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다.향은 패션마케팅의 정의와 적용범위를 축소시킬 수 있는 위험을 내재한 것으로 보여진다. 그런가 하면, 많이 다루어진 주제라 할지라도 개념이나 용어가 통일되지

과학영재학교 과학교사들의 영재교육에 대한 신념과 교수활동 유형 (Beliefs About Gifted Education and Classroom Practices of the Science Teachers at Science Academy in Korea)

  • 김경진;권병두;김찬종;최승언
    • 한국과학교육학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.514-525
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    • 2005
  • 일반교육에서와 마찬가지로 영재교육이 성공적으로 이루어지기 위하여서는 영재학생들을 담당하고 있는 교사의 역할이 무엇보다도 중요하다. 현재 각급 학교에서 영재교육을 담당하고 있는 대부분의 교사들은 단 기간의 영재교육연수를 받은 후 영재학생들을 가르치고 있다. 이런 단기간의 영재교육연수만으로도 그동안 일반 학생들을 담당하고 있던 교사가 영재교육에 대한 나름대로의 철학을 정립하고 영재학생들을 효과적으로 가르칠 수 있을지는 의문이다. 최근 교사의 신념이 교수활동에 중요한 역할을 한다는 것을 시사하는 연구 결과가 많이 발표되고 있다. 이 논문은 현재 과학영재학교에서 과학과목을 가르치고 있는 교사들을 대상으로 사례연구를 수행하여, 영재교육에 대한 교사의 개인적 신념과 교수활동과의 관계를 파악하는데 그 목적이 있다. 이 연구에서 구체적 으로 다루고자 하는 문제는 다음과 같아. 첫째, 연구에 참여한 교사들의 영재교육에 대한 신념은 무엇인가? 둘째, 이들의 신념은 교수활동에 어떤 방식으로 반영 되고 있는가? 본 연구에 참여한 교사들은 과학영재학교 물리교사 2명, 생물교사2명, 기구과학교사1명으로 총 5명이다. 자료는 참여교사 당 4차시의 수업 관찰 및 녹화, 심층면담을 통해서 수집하였고, 모든수업과 면담자료를 전사 후에 분석하였다. 이외에 추가적인 자료는 이메일을 통해서 수집하였다. 참여교사들의 사례 분석 결과는 다음과 같다. 참여 교사들의 영재교육에 대한 신념은 독립적으로 존재하는 것이 아니라 교수학습관과 교과목에 대한 신념이 서로 맞물려 하나의 신념체계를 형성하고 있는 것으로 나타났다. 또한 참여교사들의 신념체계는 '학생 중심', '교사 중심', '갈등 혼돈', 이 세 가지 형태로 나눌 수 있었다. '학생 중심' 신념체계를 가진 교사들은 수업진행 시 학생들의 질문이나 의견이 중요한 역할을 하게 하며, 학생들이 교사의 지적권위에 의지하지 않고 학생들 스스로 문제를 해결하도록 함으로써, 학생들이 수업에 주체가 되어 적극적으로 수업에 동참하게 하는 교실 참여구조를 보이고 있었다. '교사 중심' 신념체계를 가진 교사들은 주어진 시간 내에 많은 지식을 가르치는데 치중하고, 수업진행에서 학생보다 교사가 절대적인 역할을 수항하여 학생들이 주체적으로 수업을 이끌어나가기 보다는 교사의 지적권위에 학생들이 의존하는 수동적인 교실 참여구조를 보이고 있었다. '갈등 혼돈' 신념체계를 가진 교사는 자신만의 확고한 신념체계가 아직 형성되어 있지 않으며, 교수활동에서 전통주의 교수학습관이 많이 반영되고 있었다. 이 연구의 결과는 교사의 신념이 교수활동에 중요한 영향을 미친다는 사실을 다시 확인시켜준다. 특히, 영재학생 담당교사의 경우는 영재교육에 관한 신념뿐 아니라 교수학습관과 교과목에 대한 개인적 신념이 교수활동에 크게 영향을 미친다는 것을 보여준다. 이에 더하여 연구자는 본 연구결과를 바탕으로 영재교사교육에 대한 몇 가지 개선점을 제안하였다.

제주도 표선유역 중산간지역의 최적 지하수위 예측을 위한 인공신경망의 활성화함수 비교분석 (Comparative analysis of activation functions of artificial neural network for prediction of optimal groundwater level in the middle mountainous area of Pyoseon watershed in Jeju Island)

  • 신문주;김진우;문덕철;이정한;강경구
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권spc1호
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    • pp.1143-1154
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    • 2021
  • 활성화함수의 선택은 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 모델의 지하수위 예측성능에 큰 영향을 미친다. 특히 제주도의 중산간 지역과 같이 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 경우 적절한 지하수위 예측을 위해서는 다양한 활성화함수의 비교분석을 통한 최적의 활성화함수 선택이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 제주도 표선유역 중산간지역 2개 지하수위 관측정을 대상으로 5개의 활성화함수(sigmoid, hyperbolic tangent (tanh), Rectified Linear Unit (ReLU), Leaky Rectified Linear Unit (Leaky ReLU), Exponential Linear Unit (ELU))를 ANN 모델에 적용하여 지하수위 예측결과를 비교 및 분석하고 최적 활성화함수를 도출하였다. 그리고 최근 널리 사용되고 있는 순환신경망 모델인 Long Short-Term Memory (LSTM) 모델의 결과와 비교분석하였다. 분석결과 지하수위 변동폭이 상대적으로 큰 관측정과 상대적으로 작은 관측정에 대한 지하수위 예측에 대해서는 각각 ELU와 Leaky ReLU 함수가 최적의 활성화함수로 도출되었다. 반면 sigmoid 함수는 학습기간에 대해 5개 활성화함수 중 예측성능이 가장 낮았으며 첨두 및 최저 지하수위 예측에서 적절하지 못한 결과를 도출하였다. 따라서 ANN-sigmoid 모델은 가뭄기간의 지하수위 예측을 통한 지하수자원 관리목적으로 사용할 경우 주의가 필요하다. ANN-ELU와 ANN-Leaky ReLU 모델은 LSTM 모델과 대등한 지하수위 예측성능을 보여 활용가능성이 충분히 있으며 LSTM 모델은 ANN 모델들 보다 예측성능이 높아 인공지능 모델의 예측성능 비교분석 시 참고 모델로 활용될 수 있다. 마지막으로 학습기간의 정보량에 따라 학습기간의 지하수위 예측성능이 검증 및 테스트 기간의 예측성능보다 낮을 수 있다는 것을 확인하였으며, 관측지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡할수록 인공지능 모델별 지하수위 예측능력의 차이는 커졌다. 본 연구에서 제시한 5개의 활성화함수를 적용한 연구방법 및 비교분석 결과는 지하수위 예측뿐만 아니라 일단위 하천유출량 및 시간단위 홍수량 등 지표수 예측을 포함한 다양한 연구에 유용하게 사용될 수 있다.