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Design and Implementation of IoT based Low cost, Effective Learning Mechanism for Empowering STEM Education in India

  • Simmi Chawla;Parul Tomar;Sapna Gambhir
    • International Journal of Computer Science & Network Security
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    • 제24권4호
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    • pp.163-169
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    • 2024
  • India is a developing nation and has come with comprehensive way in modernizing its reducing poverty, economy and rising living standards for an outsized fragment of its residents. The STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) education plays an important role in it. STEM is an educational curriculum that emphasis on the subjects of "science, technology, engineering, and mathematics". In traditional education scenario, these subjects are taught independently, but according to the educational philosophy of STEM that teaches these subjects together in project-based lessons. STEM helps the students in his holistic development. Youth unemployment is the biggest concern due to lack of adequate skills. There is a huge skill gap behind jobless engineers and the question arises how we can prepare engineers for a better tomorrow? Now a day's Industry 4.0 is a new fourth industrial revolution which is an intelligent networking of machines and processes for industry through ICT. It is based upon the usage of cyber-physical systems and Internet of Things (IoT). Industrial revolution does not influence only production but also educational system as well. IoT in academics is a new revolution to the Internet technology, which introduced "Smartness" in the entire IT infrastructure. To improve socio-economic status of the India students must equipped with 21st century digital skills and Universities, colleges must provide individual learning kits to their students which can help them in enhancing their productivity and learning outcomes. The major goal of this paper is to present a low cost, effective learning mechanism for STEM implementation using Raspberry Pi 3+ model (Single board computer) and Node Red open source visual programming tool which is developed by IBM for wiring hardware devices together. These tools are broadly used to provide hands on experience on IoT fundamentals during teaching and learning. This paper elaborates the appropriateness and the practicality of these concepts via an example by implementing a user interface (UI) and Dashboard in Node-RED where dashboard palette is used for demonstration with switch, slider, gauge and Raspberry pi palette is used to connect with GPIO pins present on Raspberry pi board. An LED light is connected with a GPIO pin as an output pin. In this experiment, it is shown that the Node-Red dashboard is accessing on Raspberry pi and via Smartphone as well. In the final step results are shown in an elaborate manner. Conversely, inadequate Programming skills in students are the biggest challenge because without good programming skills there would be no pioneers in engineering, robotics and other areas. Coding plays an important role to increase the level of knowledge on a wide scale and to encourage the interest of students in coding. Today Python language which is Open source and most demanding languages in the industry in order to know data science and algorithms, understanding computer science would not be possible without science, technology, engineering and math. In this paper a small experiment is also done with an LED light via writing source code in python. These tiny experiments are really helpful to encourage the students and give play way to learn these advance technologies. The cost estimation is presented in tabular form for per learning kit provided to the students for Hands on experiments. Some Popular In addition, some Open source tools for experimenting with IoT Technology are described. Students can enrich their knowledge by doing lots of experiments with these freely available software's and this low cost hardware in labs or learning kits provided to them.

제주 팽림월대(彭林月臺)의 경관특성 및 관리방안 (Characristics and Management Plans of Myeongwoldae and Myeongwol Village Groves Located in, Jeju)

  • 노재현;오현경;최영현;강병선;김영숙
    • 한국전통조경학회지
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    • 제32권2호
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    • pp.68-81
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    • 2014
  • 본 연구는 제주시 한림읍 소재 명월대와 명월숲의 생태문화경관적 특성 파악과 가치 발굴을 목적으로 시도되었다. 이를 위해 이곳의 장소성을 밝히고 명월대와 명월숲의 경관특성을 조명하는 한편 지속가능한 활용과 보존을 위한 관리방안을 제시하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 명월성과 명월포구는 예로부터 군사요새이자, 명월 수류촌은 서부 제주지역 행정의 중심지인 한림읍 명월지역의 위상을 보여줄 뿐 아니라 명월지역에 존재했던 월계정사와 우학당은 교육문화의 본산으로, 교육 중심지 명월리의 장소성을 대변한다. 명월대는 조선시대 선비들이 시와 풍월을 즐기고, 장기와 바둑을 두던 유풍이 남아있는 음풍농월의 현장이자 제주도의 대표적인 유교 문화경관이다. 현재의 명월대 유구는 일제강점기인 1931년 홍종시(洪鍾時)를 중심으로 한 명월청년회 주도로 이루어진 정비사업의 결과이다. 사각형-팔각형-원형 등 3단으로 구성된 명월대의 석축 구성은 유교사상의 천인합일사상을 바탕으로, 중앙의 팔각은 천원지방(天圓地方)의 의미를 부여한 것으로 보인다. 한편 명월대교와 명월교는 모두 초기에는 홍예교로 석축된 것으로 추정되며 명월교는 제주에 남아있는 유일한 홍예교로 근대문화유산적 가치가 있다. 명월숲의 식물상은 총 97분류군(taxa)이 확인되었으며, '식물구계학적 특정식물종의 분류군 및 등급기준'에 준하면 IV등급에는 가는쇠고사리, III등급에 호랑가시나무, 후추등, 까마귀쪽나무, 멀구슬나무, 산유자나무, 노랑하늘타리, 아욱메풀, 아왜나무 등 8분류군으로 나타났다. 반면에 귀화식물은 제주도에만 이입된 솔잎미나리를 비롯하여 14분류군이 확인되었다. 명월숲에는 팽나무 41주와 푸조나무 30주, 산유자나무 2주, 소나무, 동백나무, 멀구슬나무, 호랑가시나무 각각 1주 등 도합 77그루의 수목이 군락을 이루고 있다. 조사된 자료를 근거로 명월대와 명월숲의 보존관리방안은 다음과 같다. 명월대와 명월교 그리고 명월숲을 하나의 통합 영역으로 한 보존관리가 필수적이다. 명월교는 제주도내에서는 찾아보기 어려운 홍예교로 수준 높은 석공예물로 장기적인 보존방안이 마련되어야 할 것이다. 한편 교량노후화로 인해 사고위험에 노출되고, 안전진단이 요구되는 명월대교는 정밀안전진단 결과에 따른 대책이 요구된다. 재시공시 초건 시의 모습인 2수문의 완벽한 홍예교로 건립하여 명월대와 함께 향후 대표적 지역 명소로 보존 및 활용해야 할 것을 건의한다. 또한 조사결과에 근거한 종조성으로 볼 때 현재 제주특별자치도 기념물 제19호 '명월 팽나무군락'의 명칭은 '명월 팽나무-푸조나무군락'으로 재고되어야 할 것이다. 그리고 팽나무와 푸조나무 구분 없이 이루어진 일련번호 체계는 개선되어야 하며 노거수목 및 특정식물종이나 귀화종에 대해서는 생육상태에 대한 주기적인 모니터링이 요구된다.

공공 서비스 수출 플랫폼을 위한 온톨로지 모형 (An Ontology Model for Public Service Export Platform)

  • 이광원;박세권;류승완;신동천
    • 지능정보연구
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    • 제20권1호
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    • pp.149-161
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    • 2014
  • 공공 서비스의 수출의 경우 수출 절차와 대상 선정에 따른 다양한 문제가 발생하며, 공공 서비스 수출 플랫폼은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 사용자 중심의 유연하고, 개방형 구조의 디지털 생태계를 조성할 수 있도록 구현되어야 한다. 또한 공공서비스의 수출은 다수의 이해당사자가 참여하고 여러 단계의 과정을 거쳐야 하므로 사용자의 이해 종류와 탐색 컨설팅 협상 계약 등 수출 프로세스 단계별로 맞춤형 플랫폼 서비스 제공이 필수적이다. 이를 위해서 플랫폼 구조는 도메인과 정보의 정의 및 공유는 물론 지식화를 지원할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 공공서비스 수출을 지원하는 플랫폼을 위한 온톨로지 모형을 제안한다. 서비스 플랫폼의 핵심 엔진은 시뮬레이터 모듈이며 시뮬레이터 모듈에서는 온톨로지를 사용하여 수출 비즈니스의 여러 컨텍스트들을 파악하고 정의하여 다른 모듈들과 공유하게 된다. 온톨로지는 공유 어휘를 통하여 개념들과 그들 간의 관계를 표현할 수 있으므로 특정 영역에서 구조적인 틀을 개발하기 위한 메타 정보를 구성하는 효과적인 도구로 잘 알려져 있다. 공공서비스 수출 플랫폼을 위한 온톨로지는 서비스, 요구사항, 환경, 기업, 국가 등 5가지 카테고리로 구성되며 각각의 온톨로지는 요구분석과 사례 분석을 통하여 용어를 추출하고 온톨로지의 식별과 개념적 특성을 반영하는 구조로 설계한다. 서비스 온톨로지는 목적효과, 요구조건, 활동, 서비스 분류 등으로 구성되며, 요구사항 온톨로지는 비즈니스, 기술, 제약으로 구성 된다. 환경 온톨로지는 사용자, 요구조건, 활동으로, 기업 온톨로지는 활동, 조직, 전략, 마케팅, 시간으로 구성되며, 국가 온톨로지는 경제, 사회기반시설, 법, 제도, 관습, 인프라, 인구, 위치, 국가전략 등으로 구성된다. 수출 대상 서비스와 국가의 우선순위 리스트가 생성되면 갭(gap) 분석과 매칭 알고리즘 등의 시뮬레이터를 통하여 수출기업과 수출지원 프로그램과의 시스템적 연계가 이루어진다. 제안하는 온톨로지 모형 기반의 공공서비스 수출지원 플랫폼이 구현되면 이해당사자 모두에게 도움이 되며 특히 정보 인프라와 수출경험이 부족한 중소기업에게 상대적으로 더 큰 도움이 될 것이다. 또한 개방형 디지털 생태계를 통하여 이해당사자들이 정보교환, 협업, 신사업 기획 등의 기회를 만들 수 있을 것으로 기대한다.

고등학생을 위한 가정교과 기반 예비부모교육 프로그램 개발 및 평가 (Development and evaluation of Pre-Parenthood Education Program for high school students based on Home Economics subject)

  • 노희연;조재순;채정현
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제29권4호
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    • pp.161-193
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    • 2017
  • 본 연구의 목적은 고등학교 교육과정에서 활용할 수 있는 가정교과 기반의 예비부모교육 프로그램을 개발하고 평가하여, 예비부모인 고등학생 학습자들이 훗날 우리 사회의 주역이 될 미래세대를 현명하게 보살필 수 있는 성숙한 부모가 되는데 필요한 역량을 갖추도록 하며 동시에 현재 정부가 추진하고 있는 부모교육 활성화 방안의 청소년 대상 예비부모교육을 실행하는 데 도움이 되는 기초자료를 제공하는데 있다. 본 연구의 예비부모교육프로그램 개발 및 평가 과정은 일반적체제설계모형인 ADDIE 모형을 따랐으며, ADDIE모형 중 실행단계(Implement)를 제외한 분석, 설계, 개발, 평가의 4가지 과정을 거쳐 이루어졌다. 먼저, 분석 단계에서는 프로그램 내용요소 추출과 프로그램 개발의 시사점을 얻기 위해 관련 선행연구와 2015 개정 중 고등학교 "기술 가정" 교육과정 문서를 대상으로 분석이 이루어졌다. 그 결과 가정교과 이 외의 분야에서 연구되어 온 예비부모교육의 9 가지 주제(1.자기이해, 2.예비부모의 성, 3.결혼, 4.임신과 출산, 5.부모됨, 6.부모역할, 7.부모 자녀관계, 8.부모와 가족, 9.부모와 사회)와 해당 내용요소들은 이미 가정교과 교육과정에 모두 포함되어 있음을 확인하였으며, 9가지 주제 이외에 가정교과만의 독자적인 주제(1.생애설계, 2.가정생활 내 의 식 주 실천역량, 3.가정생활과 자녀안전, 4.가족문화)와 해당 내용요소들을 별도로 확인함으로써 예비부모교육 시행에 있어 가정교과가 지닌 강점(청소년과 가정과 사회를 바라보며 부모교육 내용 뿐만 아니라 식 의 주 소비 생활 전반을 포함하는 총체적 관점의 교육과 실제로 부모 준비를 실천하게 하는 교육)을 확인하였다. 둘째, 프로그램 개발을 위한 설계는 가정교과와 예비부모교육 간의 접점을 찾고 이를 프로그램 구성요소(목적, 개발방향, 주제, 내용요소, 학습목표, 학습활동)에 반영하는 과정을 통해 이루어졌다. 이 연구의 예비부모교육 프로그램은 미래세대를 현명하게 길러낼 수 있는 성숙한 부모가 지녀야 할 관련 지식, 태도, 가치관, 실천적 문제 해결 능력을 고등학생 학습자가 갖추도록 지원하는 것을 일차 목적으로 두며, 부모됨의 준비 관점에서 학습자가 현재 생활 점검 및 개선을 통해 생활자립능력을 갖추도록 하는 것을 이차목적으로 둔다. 궁극적으로 이 두 가지 목적 달성을 통해 학습자가 장차 부모로서 살아갈 가정생활 영역과 개인적 성취와 관련된 직업생활 영역 그리고 사회 발전에 기여할 수 있는 민주시민으로서의 삶의 영역간의 균형을 이뤄 이를 조화롭게 영위할 수 있는 성숙한 부모로의 성장을 돕고자 하였다. 프로그램 개발방향은 '전체 전개', '내용구성', '교수 학습법 구성'으로 크게 세 가지 측면에서 설정되었다. 프로그램의 주제는 총 11개로 '1. 부모 됨: 부모가 된다는 건', '2. 배우자선택: 행복한 부부관계, 자녀에게 주는 최고의 선물', '3. 임신과 출산: 새로운 생명과의 감동적인 만남', '4. 신생아 돌봄: 24시간 신생아 돌봄', '5. 영유아자녀돌봅: 사랑스러운 나의 아기와의 관계, 애착', '6. 유아기 자녀 돌봄: 별에서 온 내 아이, 유아기 자녀 돌보기', '7. 부모와 건강가정: 건강가정 속 부모와 자녀', '8.부모 자녀 관계: 현명한 부모, 자녀와 효과적으로 상호작용하기', '9. 가정생활 내 자녀안전: 가정생활 속 안전관리자, 부모', '10. 영유아 돌봄 실습', '11. 지역사회 양육지원서비스 개발 실습'이다. 프로그램의 들어갈 최종 내용요소들은 분석단계에서 추출된 내용요소들을 11개 주제와의 관련성을 토대로 분배된 후 선정되었다. 학습목표와 학습활동은 해당 주제와 내용요소를 반영하여 구상되었으며, 특히 프로그램의 학습활동은 1) 부모 됨 관련 실천적 문제를 포함한 사례 활용, 2) 학습한 지식과 기술을 활용한 지역사회 교류활동, 3) 부모 됨 관련 학습내용을 활용한 실생활 프로젝트 활동, 4) 고등학생 학습자의 현재 삶의 긍정적인 변화를 유도하는 활동, 그리고 5) 자녀 발달을 지원하는 가정교과 내 의 식 주 실습활동을 주요 특징으로 한다. 셋째, 프로그램의 개발은 앞서 설정된 설계에 따라 이루어졌으며, 이에 총 11개 주제에 따른 17차시 분량에 해당하는 교수 학습과 정안 및 학습자료가 개발되었다. 개발된 교수 학습과정안은 수업흐름 및 교사 참고자료를 포함하며, 수업 도입부에 가상의 자녀로부터 수업관련 메시지를 받는 것을 시작으로, 정리단계에서는 받은 메시지에 대한 답장의 형태로 해당 차시의 내용 정리 및 예비부모로서의 다짐을 하는 것을 기본 틀로 하였다. 학습자료는 학습활동을 위해 필요한 각종 계획서나 보고서 양식을 포함하며, 정규교육과정에서의 교과서와 같은 역할을 하도록 구체적으로 작성되었다. 넷째, 개발된 프로그램의 평가는 프로그램 개발과정과 결과물 두 가지 측면에 대해 가정교과 전문가 13인으로부터 5점 리커트형 설문지를 활용하여 이루어졌다. 개발과정에 대한 기초분석 평가결과 평균 4.61점, 내용타당도 지수 97.4%였으며, 프로그램 결과물에 대한 평가결과는 평균 4.37점 내용타당도 지수 86.9%였다. 이와 같은 값은 이 연구 프로그램의 개발과정과 그 결과물에 대한 타당도가 상당히 높은 수준에서 확보됐음을 나타내며, 이에 이 연구의 가정교과 기반의 예비부모교육 프로그램은 고등학생 학습자를 대상으로 하는 예비 부모 교육 프로그램으로 타당하고 적합하다는 결론을 내릴 수 있다.