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Hardware Approach to Fuzzy Inference―ASIC and RISC―

  • Watanabe, Hiroyuki
    • 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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    • pp.975-976
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    • 1993
  • This talk presents the overview of the author's research and development activities on fuzzy inference hardware. We involved it with two distinct approaches. The first approach is to use application specific integrated circuits (ASIC) technology. The fuzzy inference method is directly implemented in silicon. The second approach, which is in its preliminary stage, is to use more conventional microprocessor architecture. Here, we use a quantitative technique used by designer of reduced instruction set computer (RISC) to modify an architecture of a microprocessor. In the ASIC approach, we implemented the most widely used fuzzy inference mechanism directly on silicon. The mechanism is beaded on a max-min compositional rule of inference, and Mandami's method of fuzzy implication. The two VLSI fuzzy inference chips are designed, fabricated, and fully tested. Both used a full-custom CMOS technology. The second and more claborate chip was designed at the University of North Carolina(U C) in cooperation with MCNC. Both VLSI chips had muliple datapaths for rule digital fuzzy inference chips had multiple datapaths for rule evaluation, and they executed multiple fuzzy if-then rules in parallel. The AT & T chip is the first digital fuzzy inference chip in the world. It ran with a 20 MHz clock cycle and achieved an approximately 80.000 Fuzzy Logical inferences Per Second (FLIPS). It stored and executed 16 fuzzy if-then rules. Since it was designed as a proof of concept prototype chip, it had minimal amount of peripheral logic for system integration. UNC/MCNC chip consists of 688,131 transistors of which 476,160 are used for RAM memory. It ran with a 10 MHz clock cycle. The chip has a 3-staged pipeline and initiates a computation of new inference every 64 cycle. This chip achieved an approximately 160,000 FLIPS. The new architecture have the following important improvements from the AT & T chip: Programmable rule set memory (RAM). On-chip fuzzification operation by a table lookup method. On-chip defuzzification operation by a centroid method. Reconfigurable architecture for processing two rule formats. RAM/datapath redundancy for higher yield It can store and execute 51 if-then rule of the following format: IF A and B and C and D Then Do E, and Then Do F. With this format, the chip takes four inputs and produces two outputs. By software reconfiguration, it can store and execute 102 if-then rules of the following simpler format using the same datapath: IF A and B Then Do E. With this format the chip takes two inputs and produces one outputs. We have built two VME-bus board systems based on this chip for Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The board is now installed in a robot at ORNL. Researchers uses this board for experiment in autonomous robot navigation. The Fuzzy Logic system board places the Fuzzy chip into a VMEbus environment. High level C language functions hide the operational details of the board from the applications programme . The programmer treats rule memories and fuzzification function memories as local structures passed as parameters to the C functions. ASIC fuzzy inference hardware is extremely fast, but they are limited in generality. Many aspects of the design are limited or fixed. We have proposed to designing a are limited or fixed. We have proposed to designing a fuzzy information processor as an application specific processor using a quantitative approach. The quantitative approach was developed by RISC designers. In effect, we are interested in evaluating the effectiveness of a specialized RISC processor for fuzzy information processing. As the first step, we measured the possible speed-up of a fuzzy inference program based on if-then rules by an introduction of specialized instructions, i.e., min and max instructions. The minimum and maximum operations are heavily used in fuzzy logic applications as fuzzy intersection and union. We performed measurements using a MIPS R3000 as a base micropro essor. The initial result is encouraging. We can achieve as high as a 2.5 increase in inference speed if the R3000 had min and max instructions. Also, they are useful for speeding up other fuzzy operations such as bounded product and bounded sum. The embedded processor's main task is to control some device or process. It usually runs a single or a embedded processer to create an embedded processor for fuzzy control is very effective. Table I shows the measured speed of the inference by a MIPS R3000 microprocessor, a fictitious MIPS R3000 microprocessor with min and max instructions, and a UNC/MCNC ASIC fuzzy inference chip. The software that used on microprocessors is a simulator of the ASIC chip. The first row is the computation time in seconds of 6000 inferences using 51 rules where each fuzzy set is represented by an array of 64 elements. The second row is the time required to perform a single inference. The last row is the fuzzy logical inferences per second (FLIPS) measured for ach device. There is a large gap in run time between the ASIC and software approaches even if we resort to a specialized fuzzy microprocessor. As for design time and cost, these two approaches represent two extremes. An ASIC approach is extremely expensive. It is, therefore, an important research topic to design a specialized computing architecture for fuzzy applications that falls between these two extremes both in run time and design time/cost. TABLEI INFERENCE TIME BY 51 RULES {{{{Time }}{{MIPS R3000 }}{{ASIC }}{{Regular }}{{With min/mix }}{{6000 inference 1 inference FLIPS }}{{125s 20.8ms 48 }}{{49s 8.2ms 122 }}{{0.0038s 6.4㎲ 156,250 }} }}

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이용자 참여형 학교숲 설계에 관한 연구 - 대구 파동초등학교를 대상으로 - (User-participatory Design Process for School Forests - Focusing on Daegu Padong Elementary School -)

  • 정태열;권지현
    • 한국조경학회지
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    • 제45권6호
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    • pp.50-61
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    • 2017
  • 본 연구는 학교숲의 이용자들이 설계 과정에 직접적으로 참여할 수 있는 이용자 참여형 설계 과정을 고안하고, 이를 대구 파동초등학교에 적용해 설계를 진행하였다. 학교숲의 이용자는 저학년, 고학년, 지역주민(학부모 포함) 및 교직원 4집단으로 설정하였다. 연구 방법으로는 시청각 교육, 이미지 조사, 선호도 조사, 카드놀이, 모형놀이의 과정을 거쳐 이용자 참여형 설계를 실시하였으며, 1년여 후 이용 후 만족도 조사를 실시하였다. 설계과정으로 제일 먼저 학생들을 대상으로 시청각 교육을 통해 학교숲의 개념을 정립하였고, '내가 원하는 학교숲'이라는 제목의 글짓기, 그림그리기 활동을 통한 이미지 조사를 실시하였다. 그 다음 이미지 조사 시 빈도수가 높았던 공간과 시설물을 문항으로 한 선호도 조사를 저학년, 고학년, 교직원, 지역주민을 대상으로 실시하였다. 선호도 조사 결과, 선호도가 높게 나타났던 공간과 시설물의 카드를 제작하여 4집단이 각각 학교 배치도 위에 놓아 원하는 공간과 시설물의 위치를 알아보았고, 이것을 토대로 모형을 작성하여 이용자들의 협의를 거쳐 하나의 기본구상안을 작성하였다. 기본구상안을 토대로 실시설계도를 작성하였으며, 학교숲을 완공한 후 1년이 지난 뒤 이용자들을 대상으로 이용 후 만족도 조사를 실시하였다. 본 연구의 의의로는 첫째 학교숲을 이용할 잠재력이 있는 모든 집단을 설계 참여 주체로 삼았다는 것, 둘째 설계 과정을 순차적으로 진행하며, 각 과정에서 토론과 협의를 거쳐 의견을 구체화하여 이용자 스스로 하나의 안을 도출해내었다는 것, 셋째 학교숲 완공 후 이용 만족도 조사를 실시함으로써 이용자들이 학교숲을 어떻게 활용하고, 어떤 공간을 가장 선호하는지 알 수 있으며, 선호공간이 설계과정에서도 관심도가 높았던 공간이었다는 점에서 이용자 참여는 중요한 부분이라는 것을 증명할 수 있다는 것에 있다.

비용효율적 지능형 침입탐지시스템 구현을 위한 유전자 알고리즘 기반 통합 모형 (An Integrated Model based on Genetic Algorithms for Implementing Cost-Effective Intelligent Intrusion Detection Systems)

  • 이현욱;김지훈;안현철
    • 지능정보연구
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    • 제18권1호
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    • pp.125-141
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    • 2012
  • 본 연구는 최근 그 중요성이 한층 높아지고 있는 침입탐지시스템(IDS, Intrusion Detection System)의 침입탐지모형을 개선하기 위한 방안으로 유전자 알고리즘에 기반한 새로운 통합모형을 제시한다. 본 연구의 제안모형은 서로 상호보완적 관계에 있는 이분류 모형인 로지스틱 회귀분석(LOGIT, Logistic Regression), 의사결정나무(DT, Decision Tree), 인공신경망 (ANN, Artificial Neural Network), 그리고 SVM(Support Vector Machine)의 예측결과에 적절한 가중치를 부여해 최종 예측결과를 산출하도록 하였는데, 이 때 최적 가중치의 탐색을 위한 방법으로는 유전자 알고리즘을 사용한다. 아울러, 본 연구에서는 1차적으로 오탐지율을 최소화하는 최적의 모형을 산출한 뒤, 이어 비대칭 오류비용 개념을 반영해 오탐지로 인해 발생할 수 있는 전체 비용을 최소화할 수 있는 최적 임계치를 탐색, 최종적으로 가장 비용 효율적인 침입탐지모형을 도출하고자 하였다. 본 연구에서는 제안모형의 우수성을 확인하기 위해, 국내 한 공공기관의 보안센서로부터 수집된 로그 데이터를 바탕으로 실증 분석을 수행하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 유전자 알고리즘 기반 통합모형이 인공신경망이나 SVM만으로 구성된 단일모형에 비해 학습용과 검증용 데이터셋 모두에서 더 우수한 탐지율을 보임을 확인할 수 있었다. 비대칭 오류비용을 고려한 전체 비용의 관점에서도 단일모형으로 된 비교모형에 비해 본 연구의 제안모형이 더 낮은 비용을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이렇게 실증적으로 그 효과가 검증된 본 연구의 제안 모형은 앞으로 보다 지능화된 침입탐지시스템을 개발하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

우리나라 간호연구의 현황과 문제 (Nursing research issues and trends : views from Korea)

  • 오가실;신희선;김희순
    • 대한간호
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    • 제31권3호
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    • pp.76-87
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    • 1992
  • The purposes of study was: 1. To identify the direction and scope of research activities in Korean Nursing. 2. To discuss the unique problems present in Korea that warrant nursing research. 3. To delineate the factors that facilitate and/or hinder nursing research in Korea. This study was conducted at six colleges of nursing in Korea. The schools which were selected had doctoral programs at the time, the data were collected in 1990. Four of the schools were located in the metropolitan area of the capital city, Seoul, and two were in two other cities similar in size. The total population of the study was 283 nurses. The instrument for the research was the English version of Research Profile Questionnaire which was translated into Korean by the researchers and was validated in its translation by two professors. A pretest procedure was done before the data collection process. Of the population of 283, 210 subjects received the questionnaire and 150 subjects responded(71.4%). Excluding incomplete questionnaires, 141 questionnaires were utilized for data analysis. Data were analyzed using descriptive statistics. Responses to open-ended questions were content analyzed for themes and categories. Results of the study were as follows : Respondents currently , involved in nursing research numbered 108(76.6%), but 33(23.4%) did not have any research experience. The inexperienced respondenLs tended to be younger than the experienced subjects and most( 60.6%) were employed in hospitals, while 82.4 percent of the experienced nurses were employed in nursing schools. Among the respondents with research experience, 68.5 percent were involved in one to three projects and 31.5 percent were engaged in four or more projects. The experienced nurses indicated that nursing research in Korea is active. On the other hand, the responses of the inexperienced were that nursing research is not active. The most frequently selected research subjects were patients(76.9%, 83 respondents) followed by nurses, healthy persons and nursing students. The relatively high percentage of healthy persons as study subjects, could be explained as a concern of nurses for healthy persons as well as for ill patients. The aforememioned literature review showed a dramatic change in the kinds of study subjects; approximately 33 percent were patients but 25 percent were healthy subjects of various ages. The hospital was the prevailing research setting(67.6%) but at the same time various community settings were used. This is a changing phenomena in nursing research of Korea. Current research designed to build on previous studies amounted to 75 percent; about 39.8 percem were theory and hypothesis generated. Over 65 recommended additional research focusing on hypothesis-testing 0:' theory building. The previously quoted literature review found that only 4.0 percent of the study quescions were developed from a theoretical framework. The most frequently listed current major focus of nursmg research was stress and adaptation. Patients with cancer, pain, social support and care of the elderly were the next most frequently reported. These concerns may reflect problems associated with a technological and industrializing societyl. The most frequently identified problem was lack of clinical research. The need for replication research and research that contributes to the accumulation of nursing knowledge were found to be rare in Korean research. A need for theory testing and theory construction research was also identified. Although advanced statistical methods were often utilized in nursing research, the results were frequently considered by the interviewers not to be applicable in practice, and readers had difficulty in comprehending the findings. Even though the number of clinical nurses involved in research is increasing, it is still considered inadequate. Among 108 respondents, 83(76.9%) gave lack of time as a barrier to conducting nursing research. Over fifty percent of the respondents reported lack of funding or, personally, low confidence in research skills as barriers. The respondents offered 183 suggestions for future emphasis in nursing research. Among the 51 areas of emphasis, clinical research received the highest number and nursing intervention was next. The findings suggested that nursing research should be based on theory, be related to practice and relevant to the situation of a unique Korean culture.

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영양.식생활 교육자료의 인증 시스템 개발 연구 (Development of an accreditation system for dietary and nutrition related education resources)

  • 김지명;이경애;박유경;이경혜;오상우;이희승
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제47권2호
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    • pp.145-156
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    • 2014
  • 본 연구에서는 영양 식생활 교육자료에 대한 인증 시스템을 개발하기 위하여 2011년 4월부터 10월에 걸쳐 연구를 진행하였다. 문헌고찰, 인터뷰, 자문회의 및 전문가 회의, 설문조사, 공청회 개최 등의 체계적인 연구 절차를 통해 타당성, 신뢰성, 적용가능성을 갖춘 인증 시스템을 개발하고자 하였다. 인증 시스템 개발을 위하여 보건복지부의 우수건강도서, 환경부의 우수환경도서, 교육과학기술부의 우수과학도서, 문화체육관광부의 우수학술도서 및 우수교양도서, 농림수산식품부의 농업교육프로그램, 대한의학회의 건강정보심의인증, 시각장애인연합회의 사용자웹접근성인증, 한국정보화진흥원의 웹접근성품질마크, 문화체육관광부의 데이터베이스품질인증 제도를 분석 참고하였다. 본 연구에서 개발된 영양 식생활 교육자료에 대한 인증 시스템은 제 3자에 의한 인증 시스템으로 운영되며, 이를 위해 인증 운영기관에 인증위원회가 구성되어 인증 전반에 대한 업무를 관장한다. 인증 심사 절차는 신청 및 접수, 자료 정리 및 분류, 1차 심사 (서면평가), 2차 심사 (전체회의), 결과통보의 순으로 진행한다. 인증 심사위원은 3인으로 구성하며, 총 인증 심사기간은 2개월로 하고, 상반기와 하반기로 년 2회 접수를 실시한다. 인증 심사 결과는 적합 또는 부적합으로 평가하며, 최종 인증을 받은 교육자료는 인증서 및 인증마크를 발급받고, 홈페이지, 보도자료 등을 통한 홍보 추진, 공동주관기관을 통한 판촉 및 홍보를 지원하도록 한다. 인증 유효기간은 웹사이트의 경우에만 2년으로 하며, 갱신심사로 기간을 연장할 수 있다. 이상에서 개발된 영양 식생활 교육자료에 대한 인증 제도는 정보에 대한 신뢰성을 높여 교육과 학습에 대한 만족도를 높여줄 것으로 기대된다.

커뮤니티유니온의 다양성: 청년유니온과 아르바이트노동조합의 비교연구 (Varieties of Community Unionism: A Comparison between the Youth Community Union and the Arbeit Workers' Union in South Korea)

  • 양경욱;채연주
    • 산업노동연구
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    • 제24권2호
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    • pp.95-136
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    • 2018
  • 전세계적으로 불안정 노동자들이 증가하면서 이들의 열악한 노동권 및 노동조건이 이슈가 되고 있지만 이들의 이익을 어떻게 대변할 것인가는 여전히 논란이 되고 있다. 노동자들의 노동권 보장 및 향상을 위한 제도적 장치는 노동조합이지만, 특정 작업장 또는 기업 중심의 노동조합은 고용안정성을 결여한 노동자들의 노동권익을 온전히 대변하기 어렵기 때문이다. 이에 최근 불안정 노동자들을 대표하는 독자적인 기구로서 커뮤니티유니온이 미국, 영국, 일본 등지에서 등장하고 있다. 이는 기업이나 작업장이 아닌 지역을 기반으로 노동자 개인이 직접 가입하는 방식을 취하는 조직형태로, 실업자와 구직자, 소규모 작업장에 일하거나 단기계약 혹은 간접고용 노동자들을 포괄하는 데 적합한 것으로 알려져 있다. 한국에서는 1997년 금융위기 이후 비정규직, 단기 계약직 등 불안정 노동자들이 급증하면서 이들의 노동권을 보장하기 위해 청년유니온, 아르바이트노동조합, 예술인소셜유니온, 뮤지션유니온 등 기존과는 다른 새로운 형태의 커뮤니티유니온이 등장하고 있다. 이들은 불안정노동자들의 노동권익 보장을 위해 여러 활동을 전개하고 있으며, 최근 학계에서도 이러한 새로운 노동조합형태를 규명하려는 시도가 시작되고 있다. 본 연구는 대안적 노동조합 논의에 기여하고자 한국에서 자생한 여러 대안노동조합을 비교분석하고자 한다. 대표적 대안조직인 청년유니온과 아르바이트노동조합의 조직간 동질성과 이질성을 규명함으로써 한국의 대안노동조합조직의 방향성 논의를 위한 초석을 마련하는 데 본 연구의 목적이 있다. 이를 위해 본 연구는 커뮤니티유니온에 대한 이론적 논의에서 시작하여, 커뮤니티유니온의 5가지 특성(멤버십 구조 및 조직구조, 인정투쟁, 관심 범위, 다른 조직과의 연대, 저항 및 활동 방식)을 중심으로 두 조직을 비교 및 평가할 것이다. 궁극적으로 본 연구는 커뮤니티유니온이 한국사회에서 앞으로 어떻게 발전하게 될지 그 가능성을 모색하고자 한다.

소집단 논변 활동에서 협력적 성찰의 역할 탐색 -학생들의 인식적 고려와 실행을 중심으로- (Exploring the Role of Collaborative Reflection in Small Group Argumentation: Focus on Students' Epistemic Considerations and Practices)

  • 조한빛;하희수;김희백
    • 한국과학교육학회지
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    • 제39권1호
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    • pp.1-12
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    • 2019
  • 본 연구는 소집단 논변활동에서 나타난 학생들의 인식적 실행을 토대로 하여 학생들이 지닌 인식적 고려를 파악하고, 수업 실행 중에 나타난 학생들의 인식적 고려 수준의 변화에 협력적 성찰이 어떻게 영향을 미쳤는지를 탐색하고자 하였다. 이를 위해 중학교 1학년을 대상으로 소집단 논변 활동과 수업 후 소집단 구성원과의 협력적 성찰을 진행하였다. 협력적 성찰을 진행한 소집단 중에 수업 실행으로 부터 인식적 측면의 변화가 명확히 드러나며, 이 변화에 협력적 성찰이 기여한 바가 분명하게 드러난 소집단을 초점집단으로 선정하였다. 논변 활동에서의 소집단 논의 및 협력적 성찰을 녹화, 녹음하였고, 그 전사본과 협력적 성찰시 활용된 체크리스트를 바탕으로 학생들의 인식적 고려를 지식 산물의 본성, 지식 산물 구성의 정당화, 청중에 대한 인식 측면에서 분석하였다. 그리고 인식적 고려와 실행의 변화에 있어 협력적 성찰이 어떻게 역할을 하였는지 분석하였다. 연구결과, 소집단 학생들이 보인 인식적 고려 수준은 제각각 차이가 있었으며, 협력적 성찰이 기여한 변화는 5차시 수업 이후에 나타났다. 학생의 인식적 고려 수준의 변화를 촉진하는 요인은 크게 네 가지로 구분되었다. 첫째, 협력적 성찰에서 연구자가 수업 실행에 대한 성찰을 유도하는 과정에서 구성원을 협력자로 인식하는 기회를 제공했고, 이는 '청중에 대한 인식' 측면에서 인식적 고려 수준의 발달을 지원하였다. 둘째, 협력적 성찰이 기존과는 다른 방식의 동료와의 상호작용이 나타나게 하는 맥락 조성에 기여하였다. 구성원을 협력자로 인식하고 논변을 발전시키는 과정에 참여하도록 유도하는 상호작용이 '정당화' 측면에서 다른 구성원의 인식적 고려 수준 발달을 지원한 것으로 확인되었다. 셋째, 협력적 성찰에서 제공된 체크리스트가 활동에서 기대하는 바를 명시화함으로써 생산적인 인식적 실행을 촉구하였고, 이 또한 학생의 인식적 고려 수준의 발달을 지원하였다. 마지막으로 협력적 성찰에서 연구자가 사용한 발화 패턴을 모방한 학생의 인식적 실행은 학생이 인과적 설명 구성을 할 수 있게 촉진하였고, 이는 '본성' 측면에서 인식적 고려 수준의 발달을 지원하였다. 본 연구는 학생의 인식적 고려 수준을 발달시킬 수 있는 지원 방안을 마련하고, 발달된 인식적 고려를 바탕으로 생산적인 인식적 실행을 촉진하는 데에 기여할 것이다.

연구활동종사자 작업환경측정 결과 및 제도개선 방향 (Work Environment Measurement Results for Research Workers and Directions for System Improvement)

  • 황제규;변헌수
    • 한국산업보건학회지
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    • 제30권4호
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    • pp.342-352
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    • 2020
  • Objectives: The characteristics of research workers are different from those working in the manufacturing industry. Furthermore, the reagents used change according to the research due to the characteristics of the laboratory, and the amounts used vary. In addition, since the working time changes almost every day, it is difficult to adjust the time according to exposure standards. There are also difficulties in setting standards as in the manufacturing industry since laboratory environments and the types of experiments performed are all different. For these reasons, the measurement of the working environment of research workers is not realistically carried out within the legal framework, there is a concern that the accuracy of measurement results may be degraded, and there are difficulties in securing data. The exposure evaluation based on an eight-hour time-weighted average used for measuring the working environment to be studied in this study may not be appropriate, but it was judged and consequently applied as the most suitable method among the recognized test methods. Methods: The investigation of the use of chemical substances in the research laboratory, which is the subject of this study, was conducted in the order of carrying out work environment measurement, sample analysis, and result analysis. In the case of the use of chemical substances, after organizing the substances to be measured in the working environment, the research workers were asked to write down the status, frequency, and period of use. Work environment measurement and sample analysis were conducted by a recognized test method, and the results were compared with the exposure standards (TWA: time weighted average value) for chemical substances and physical factors. Results: For the substances subject to work environment measurement, the department of chemical engineering was the most exposed, followed by the department of chemistry. This can lead to exposure to a variety of chemicals in departmental laboratories that primarily deal with chemicals, including acetone, hydrogen peroxide, nitric acid, sodium hydroxide, and normal hexane. Hydrogen chloride was measured higher than the average level of domestic work environment measurements. This can suggest that researchers in research activities should also be managed within the work environment measurement system. As a result of a comparison between the professional science and technology service industry and the education service industry, which are the most similar business types to university research laboratories among the domestic work environment measurements provided by the Korea Safety and Health Agency, acetone, dichloromethane, hydrogen peroxide, sodium hydroxide, nitric acid, normal hexane, and hydrogen chloride are items that appear higher than the average level. This can also be expressed as a basis for supporting management within the work environment measurement system. Conclusions: In the case of research activity workers' work environment measurement and management, specific details can be presented as follows. When changing projects and research, work environment measurement is carried out, and work environment measurement targets and methods are determined by the measurement and analysis method determined by the Ministry of Employment and Labor. The measurement results and exposure standards apply exposure standards for chemical substances and physical factors by the Ministry of Employment and Labor. Implementation costs include safety management expenses and submission of improvement plans when exposure standards are exceeded. The results of this study were presented only for the measurement of the working environment among the minimum health management measures for research workers, but it is necessary to prepare a system to improve the level of safety and health.

예비화학교사의 TPACK 발달을 위한 실천기반 교사교육 프로그램의 효과 및 방해 요인 분석 (The Effect and Disturbance Factors of Practical-Based Teacher Education Program for the Development of TPACK in Pre-service Chemistry Teachers)

  • 정미선;백성혜
    • 대한화학회지
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    • 제66권4호
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    • pp.305-322
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    • 2022
  • 본 연구에서는 예비화학교사들의 테크놀로지 활용 수업전문성(TPACK)을 향상시키고자 실천기반 교사교육 프로그램을 개발하고 적용하였다. 또한 TPACK 발달 측정을 통해 프로그램 효과 및 방해요인을 확인하였다. 연구 참가자는 충청북도에 소재한 K 교사양성대학교에서 화학교육강좌를 수강하는 화학교육과 3학년 20명과 4학년 2명이었다. 개발한 교사교육프로그램은 준비, 리허설, 실습, 성찰의 네 단계로 구성되었으며, 준비, 리허설, 성찰 단계에서는 연구자와 동료의 피드백을 제공하였다. 연구 결과, 본 연구의 프로그램은 예비교사들의 "구성적 학습 활동"에서는 교육적 효과가 나타나지 않았으나, "문제해결"에서는 교육적 효과가 있는 것으로 나타났다. 즉, "구성적 학습 활동"에서는 사전과 사후에 대부분의 예비교사들은 0수준으로, 테크놀로지를 단순히 교과 내용 설명이나 오개념 개선을 위한 도구로 사용하기 위하여 예비교사가 일방적으로 제공하고, 학습자는 이를 통해 수동적으로 지식을 습득하도록 계획하였다. 그러나 "문제해결"의 경우 사전에 0수준이었던 예비교사들이 1수준으로 변화하였다. 즉, 테크놀로지를 활용하지 않고 단순 기억에 의존해서 문제를 해결하도록 수업을 구상하였던 학생들의 대부분이 교사가 제시한 테크놀로지의 관찰을 통해 다양한 문제에 접근하고 해결할 수 있도록 기회를 제공하는 수업을 계획하는 것으로 변화하였다. 그러나 학습자가 스스로 테크놀로지를 선택하고 다양하게 조작하면서 다양한 문제를 테크놀로지를 활용하여 해결하는 자발적 학습을 구성하는 2수준에 해당하는 예비교사들은 많지 않았다. 또한, 예비화학교사들이 TPACK 발달에 대한 방해요인으로 인식한 외적요인으로는 TPACK 구현을 위한 교실지원환경 미흡, 교육 계획을 위한 시간 부족, 부적절한 기술 역량 등이 있었으며, 내적요인으로는 전통적 교육관, 그리고 테크놀로지에 대한 부정적 태도 등이 있는 것으로 확인되었다. 특히 그 중에서 부적절한 기술 역량을 외적 방해요인으로 인식한 비율이 높기 때문에 예비교사들을 위해 TK를 통해 TPACK 발달이 이루어 지도록 하는 TPACK 발달 유형 중 유형 2나 유형 3에 해당하는 교육프로그램의 개발이 필요함을 확인하였다.

연구학교 참여 초등교사의 인공지능 활용 과학 수업에 관한 인식 변화 (Changes in Perceptions of Science Classes Using Artificial Intelligence among Elementary Teachers Participating in Research School)

  • 김태하;윤혜경
    • 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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    • 제42권3호
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    • pp.467-479
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    • 2023
  • 학교 교육에서 인공지능을 활용한 교육이 성공적으로 이루어지기 위해서는 교사의 인식이 중요하다. 이 연구에서는 연구학교 참여 전후에 초등교사의 인공지능 활용 과학 수업 필요성에 관한 인식과 교수 효능감 수준을 '학습', '교수', '평가', '의사소통' 네 가지 측면에서 조사하고 분석하였다. 강원특별자치도교육청에 의해 지정되어 일 년 동안 연구학교로 운영된 한 초등학교에 근무하는 초등교사 24명을 대상으로 하였다. 연구학교 운영 전후에 수집한 설문 결과를 데이터로 활용하여 인공지능 활용 과학 수업에 대한 인식 변화를 탐색하였고, 특히 네 명의 교사를 대상으로 개별 심층 면담을 하여 인공지능 활용과학 수업에 관한 인식 변화에 영향을 미친 경험 요인을 탐색하였다. 주요한 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 초등교사는 연구학교 경험 이전부터 인공지능 활용 과학 수업 필요성에 관해 긍정적으로 인식하고 있었으며, 이는 연구학교 경험 이후에도 유사하게 유지되었다. 둘째, 초등교사의 인공지능 활용 과학교수 효능감은 대체로 중간 수준이었으며 연구학교 경험 이후에도 통계적으로 유의미한 수준으로 높아지지 않았다. 셋째, '필요성-효능감'을 함께 사분면으로 분석한 결과 연구학교를 경험한 초등교사는 '학습', '교수', '평가' 측면에 대하여 절반 정도가 긍정적인 변화를 경험하였다. 넷째, 초등교사의 인공지능활용 과학 수업에 관한 인식 변화에 영향을 미친 중요한 경험 요인은 '개인적 배경과 특성', '교사 개인의 수업 실천 경험', '교사공동체 활동', '학교 행정과 업무' 네 가지로 추출할 수 있었다. 이와 같은 연구결과가 연구학교 운영과 인공지능 활용 초등 과학교육에 주는 시사점을 논의하였다.