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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.

중학생의 센스메이킹 설계에서 개념적 이해는 어떻게 활용되는가? -질문 고안과 조사 과정 설계에서 논의된 인식적 준거를 중심으로- (How Do Students Use Conceptual Understanding in the Design of Sensemaking?: Considering Epistemic Criteria for the Generation of Questions and Design of Investigation Processes)

  • 하희수
    • 한국과학교육학회지
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    • 제43권6호
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    • pp.495-507
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    • 2023
  • 센스메이킹 활동에서 교사는 학생과 함께 질문을 고안하고 조사과정을 설계할 때 많은 어려움을 겪는다. 그 주된 이유로 새로운 설명을 고안하는 과정에서 개념적 이해가 어떻게 활용되는지 예상하기 어렵다는 점이 있다. 본 연구에서는 센스메이킹 목표하에 이루어지는 활동 설계에서 어떠한 인식적 준거 활용되는지 밝히고, 각 준거를 중심으로 한 논의에서 학생의 개념적 이해가 어떻게 활용되는지 드러내고자 했다. 이를 위해 센스메이킹 활동에 참여한 학생들의 조별 활동 과정을 탐색했으며, 이때 센스메이킹의 목표하에 이루어진 질문 고안과 조사 과정 설계과 탐구활동의 단순화된 절차 수행의 목표가 잘 반영된 과정을 비교 탐색했다. 분석 결과, 센스메이킹 과정 설계에서 활용되는 인식적 준거는 현상의 흥미로움 여부, 자료 수집 가능성, 관측 가능하며 현상을 설명할 수 있는 변인으로의 해석 가능성으로 도출되었다. 이에 반해 탐구활동의 단순화된 절차 수행의 목표가 두드러진 사례에서는 자료 수집 가능성만이 인식적 준거로 활용된 것으로 나타났다. 현상의 흥미로움 여부를 중심으로 한 논의에서는 탐구하는 현상 속 요소의 구조, 기능에 관한 개념적 이해가 학생들이 탐구하고자 하는 현상을 규명하고 해당 현상에 대한 기존 지식을 점검하는 과정에서 활용되었다. 야외에서 자연현상을 탐색하는 과정에서 관측 자료, 즉 사실적 이해가 형성되는 것으로 나타났다. 이와 더불어 탐구하고자 하는 현상과 관련하여 문헌에서 찾아낸 정보인 사실적 이해는 해당 현상에 대한 새로운 지식 고안이 필요한지 여부를 판단하는 데 활용되었다. 자료 수집 가능성에 대한 논의에서는 탐구 현상의 구성 요소를 주어진 자원 내에서 조사할 수 있을지 판단하는 과정에서 각 요소에 대응하는 구조, 기능에 관한 개념적 이해가 활용되었다. 이때 각 요소의 관측 가능성을 논하며 절차적 이해가 함께 활용되었다. 세 번째 인식적 준거는 관측 가능하며 현상을 설명할 수 있는 변인으로의 해석 가능성이었다. 이 준거를 바탕으로 한 논의에서는 일상 용어를 활용한 표현을 관측 가능한 변인으로 변환하고, 다시 관측 결과 구성한 사실적 이해의 의미를 일상 용어로 해석할 수 있는 방안이 다루어졌다. 이 과정에서 기능에 관한 개념적 이해, 해당 개념과 관련된 사실적 이해가 활용되었다. 그리고 탐구하는 현상의 요소들을 변인으로 해석하기 위해서 해당 현상을 설명할 수 있는 포괄적인 기작에 대한 개념적 이해가 활용되었다. 본 연구 결과는 과학 수업에 자연현상에 대한 설명 구성 과정을 도입한 취지를 반영한 센스메이킹 활동을 운영하고, 학생과 함께 센스메이킹 과정을 설계할 때의 개념적 지원 방안을 마련하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

국가직무능력표준(NCS) 기반 교육과정에 대한 비판적 고찰 (A Critical analysis of NCS-based Curriculum)

  • 고경임
    • 디지털융복합연구
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    • 제13권8호
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    • pp.69-82
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    • 2015
  • 본 연구는 NCS 기반 교육과정을 교육학 이론의 관점에서, 특히 Tyler의 과학적 교육과정과 이를 둘러싼 논쟁을 검토하여 최근 전문대학교에 전면적으로 도입되고 있는 NCS 기반 교육과정이 가진 한계와 과제를 제시하고자 한다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, NCS 기반 교육과정의 도입은 산업체 인력수요와 대학 인재양성 간의 불일치를 해소하고 능력중심사회를 실현하기 위해 국정과제의 일환으로 추진되었다. 둘째, 청년실업의 확대, 산업인력의 고령화, 학력차별의 구조적인 문제 등을 갖고 있는 고용시장에서 인력수요 불일치 문제가 전문대학의 NCS 기반 교육과정 도입으로 해결될 수 있을지에 대한 비판적 문제의식을 제기한다. 셋째, NCS 기반 교육과정이 이론적 배경으로 하고 있는 Tyler의 과학적 교육과정개발 절차와 핵심요소를 둘러싼 정당성과 이데올로기에 대해 많은 논쟁이 이루어졌고, 그 한계가 지적되어 새로운 교육과정 패러다임으로 대체되고 있다는 점에서 NCS 기반 교육과정의 도입에 대한 재검토가 요구된다. 넷째, 다양한 한계 내에서도 NCS 기반 교육과정의 도입 목적을 실현하기 위해서는 인력수요의 불일치 문제와 관련한 사회 경제 정치적 관계의 구조적 특성을 고려하여 해결점을 찾아야하고, 직무 능력과 표준에 대한 규정의 주체 문제, 창의적 융복합 시대에서 NCS의 사회적 유효성 문제, 교육과정의 정체성과 이에 대한 다양한 이론적 관점 및 실천이 고려되어야 한다는 점을 제안한다.

사회과 교수-학습 방법에서 ICT를 활용한 수행평가 처리 시스템 개발 (The Development of Performance Evaluation Processing System using ICT in to Society Teaching and Learning Method)

  • 이진경;고병오
    • 정보교육학회논문지
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    • 제5권3호
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    • pp.380-388
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    • 2001
  • 정보화시대의 사회에서 교수학습활동의 질을 개선하고 창의성이나 문제해결력 등 고등사고 기능을 신장시키기 위해 질적평가인 수행평가의 필요성이 대두되고 있으나 교육현장의 실정으로는 진정한 의미의 수행평가에 대한 부담과 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 수업의 한 과정으로서 평가가 이루어질 수 있도록 본 평가 시스템을 설계 및 구현한다. 즉, 수행평가의 이론적인 조사와 평가 유형 및 사회과 교수-학습 방법을 검토하고, 각 모형에 적절한 수행평가 방법을 알아본다. 그 중 사회과에서 가장 널리 활용되고 있는 수행평가 방법중의 하나인 보고서를 중심으로 기본 보고서 양식을 만들고, 이를 활용한 평가 시스템을 설계 및 구현한다. 평가 시스템은 크게 교사 모듈과 학습자 모듈로 구성되었고, 교사 모듈에서는 보고서 양식을 작성하여 학생들에게 제공 및 제출된 보고서를 평가한다. 학습자 모듈에서는 보고서를 작성하여 교사에게 제출하고 자신이 작성한 보고서를 수업시간에 발표하는데 활용할 수 있게 하였다. 따라서 교사는 이미 작성된 보고서를 활용하거나, 스스로 보고서 양식을 작성하여 제시할 수 있으며, 제출된 보고서를 평가한다. 아동은 평가 결과를 확인할 수 있을 뿐 만 아니라 기존의 발표 형식에서 벗어나 ICT를 활용해 발표를 할 수 있다.

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제 7-단계 수학에서 양.음수의 지도에 관한 연구 (On Teaching of Positive Numbers and Negative Numbers in the 7-th Grade Mathematics)

  • 김흥기;김응석
    • 대한수학교육학회지:학교수학
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    • 제8권1호
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    • pp.1-25
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    • 2006
  • 양수와 음수의 취급이 처음으로 시작되는 제 7-단계 교과서들을 살펴본 결과 양의 부호, 음의 부호가 붙은 수를 읽는 방법과 유리수에 대한 일부 교과서의 정의는 재고해야 하며, 반대의 수 곧 반수를 정의하여 활용하는 것과 양수와 음수의 도입은 대소 관계를 다루는 곳에서 그 정의를 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다. 연산에서는 양의 부호와 음의 부호가 붙은 수에 대한 가시적인 표현을 충분히 익히게 하여 초등학교에서의 연산 도입을 구체적이고 가시적으로 처리한 것과 같이 양수, 음수의 연산에도 그 방법을 연계하여 활용 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다고 생각되어 화살표(유향선분)를 사용하여 양수 음수를 가시적으로 도입한 후에 이들을 사용하여 초등학교에서의 계산 방법을 양수 음수까지 확장된 수에까지 그대로 적용한 학습 내용을 제시하였다. 그리고 제시한 학습 내용으로 지도를 하여본 결과 이와 같이 연계된 학습내용이 보다 바람직한 것임을 알 수 있었다.

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균형성과표(BSC)개념을 적응한 학교급식 운영성과 측정지표 개발 (Development of Performance Indicators Based on Balanced Score Card for School Food Service Facilities)

  • 곽동경;장혜자;송지영
    • 대한지역사회영양학회지
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    • 제10권6호
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    • pp.905-919
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    • 2005
  • This study raised the necessity of developing performance indicators for measuring the management efficiency and effectiveness of school food service, and as a means of helping its implementation, a balanced score card (BSC) approach developed by Norton and Kaplan was adopted. This study established BSC in seven phases through literature: Phase 1 Defining a school food service and the scope of working activities, Phase 2 Establishing the vision of a school food service, Phase 3 Setting strategic goals, Phase 4 Identifying critical success factors (CSFs), Phase 5 Developing Key Performance Indicators (KPIs), Phase 6 Extracting cause and effect relationship, and Phase 7 Completing a preliminary BSC. The preliminary BSC was fumed into a survey, which was administered to food service related people working at the Office of Education and School Food Service including 16 offices,209 dietitians, 48 school administrators both from self-operated and contract-managed, and 9 experts in areas related to school food service. They were asked questions about strategies from 4 different perspectives,12 CSFs, 39 KPls, and the cause and effect relationships among them. As a result, among the CSFs based on 4 different perspectives, all factors other than ' zero sum on profit/loss ' from the financial perspective turned out to be valid. In terms of KPIs, manufacturing cost percentages, casualty loss count/reduction rates, school foodervice participation rates, and sales goal achievement rates were found to be valid from the financial perspective, while student satisfaction index, faculty satisfaction index, leftover ratio, nutrition educational performance count, index of evaluating nutrition education, customer claim count/reduction rate, handling customer claim count/reduction rate, and parent satisfaction index were found to be valid from the customers' perspective. Besides, nutritional requirement sufficient ratio, nutritional management score, food poisoning outbreak count, employee safety accident count, sanitary inspection assessment index, meals per labor hour (productivity index), computerization ratio, operational management index, and purchase management assessment index were also found to be valid from the perspective of internal business processes. From the perspective of innovation and learning, employee turnover ratio/rate of absenteeism, annual education and training count, employee satisfaction index, human resource management assessment index, annual menu-related customer feedback, food service information index for employees and parents/schools were also found to be valid. The significance of this study is to present indices for measuring overall performance of school lunch food service operations without putting any limitation on types of school food service management, and to help correctly assess the contribution of the current types of school food service management to schools and students. (Korean J Community Nutrition 10(6) : $905\∼919$, 2005)

수학적 연결성 관점에서 CMP 교과서 분석 -방정식·부등식과 함수 단원을 중심으로- (A Study on Analysis of American CMP Textbooks in terms of mathematical connectivity -Focused on equations, inequalities, and functions-)

  • 박정미;박장희;이중권
    • 한국학교수학회논문집
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    • 제20권3호
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    • pp.277-302
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    • 2017
  • 2009 개정 교육과정과 2015 개정 교육과정 수학과 교육목표에서 실생활에서의 수학의 활용도에 대해 강조하고 있음에도 실제 학교 현장에서는 그에 대한 인식이 매우 낮다. 이에 본 연구에서는 수학적 연결성 관점에 중점을 둔 교육과정에 주목할 필요가 있음을 인식하고, NCTM(1989, 2000) 규준 중에서 연결성 관점에 중점을 두고 문제해결 능력 강화와 수학적 의사소통능력을 향상시키기 위해서 1990년부터 꾸준히 개발된 CMP 교육과정을 살펴보고자 한다. 이를 위해 수정, 보완을 거쳐 2014년 세 번째로 출간된 CMP 교과서를 방정식 부등식과 함수 단원 중심으로 분석하였다. 첫째, Janvier(1987)의 함수 표현 양식(상황 언어적 서술, 표, 그래프, 공식)을 활용한 새로운 분석틀을 사용하여 연결성과 관련한 분석을 하였고, 둘째, 수학의 다른 단원, 다른 영역, 타 교과목 및 실생활 내용간의 연결성과 관련하여 분석하였다. 그 결과 CMP 교과서에는 새로운 개념, 원리를 제시할 때나 문제 풀이 활동을 할 때 상황에 맞는 다양한 실생활 소재가 사용되고 있었다. Janvier(1987)의 함수 표현 양식에 따른 12가지의 연결 과정이 다양하게 제시되어 있었고, 방정식과 함수, 부등식과 함수와의 관계, 타 교과목 및 실생활 내용간의 연결성도 구체적인 상황으로 표현되어 있음을 확인할 수 있었다.

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Development of tailored nutrition information messages based on the transtheoretical model for smartphone application of an obesity prevention and management program for elementary-school students

  • Lee, Ji Eun;Lee, Da Eun;Kim, Kirang;Shim, Jae Eun;Sung, Eunju;Kang, Jae-Heon;Hwang, Ji-Yun
    • Nutrition Research and Practice
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    • 제11권3호
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    • pp.247-256
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    • 2017
  • BACKGROUND/OBJECTIVES: Easy access to intervention and support for certain behaviors is important for obesity prevention and management. The available technology such as smartphone applications can be used for intervention regarding healthy food choices for obesity prevention and management in elementary-school students. The transtheoretical model (TTM) is comprised of stages and processes of change and can be adopted to tailored education for behavioral change. This study aims to develop TTM-based nutrition contents for mobile applications intended to change eating behaviors related to weight gain in young children. SUBJECTS/METHODS: A synthesized algorithm for tailored nutrition messages was developed according to the intake status of six food groups (vegetables, fruits, sugar-sweetened beverages, fast food and instant food, snacks, and late-night snacks), decision to make dietary behavioral changes, and self-confidence in dietary behavioral changes. The messages in this study were developed from December 2014 to April 2015. After the validity evaluation of the contents through expert consultation, tailored nutrition information messages and educational contents were developed based on the TTM. RESULTS: Based on the TTM, stages of subjects are determined by their current intake status, decision to make dietary behavioral changes, and self-confidence in dietary behavioral changes. Three versions of tailored nutrition messages at each TTM stage were developed so as to not send the same messages for three weeks at most, and visual materials such as figures and tables were developed to provide additional nutritional information. Finally, 3,276 tailored nutrition messages and 60 nutrition contents for applications were developed. CONCLUSIONS: Smartphone applications may be an innovative medium to deliver interventions for eating behavior changes directly to individuals with favorable cost-effectiveness. In addition, using the TTM for tailored nutrition education for healthy eating is an effective approach.

E-learning의 결정요인이 학습효과에 미치는 영향 (The Effect of the Determinants of Distance-Learning on the Effectiveness of Education)

  • 손달호;김현주
    • 경영정보학연구
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    • 제10권2호
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    • pp.49-70
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    • 2008
  • 교육의 패러다임이 교수자 중심에서 학습자 중심으로 바뀌면서 가상 교육의 환경이 현실에서 벌어지는 교육환경과 많은 차이가 있을 뿐 아니라 인터넷 기반 교육은 학습자들 간의 다양한 상호작용을 지원할 수 있는 장점도 가지고 있다. 본 연구는 이러한 점을 감안하여 E-Learning 학습에 영향을 미치는 결정요인을 추출해서 추출한 요인들이 E-Learning 기대효과와 학습효과에 어떠한 영향을 미치는지를 분석해 보고자 한다. 이와 같은 연구목적을 위하여 E-Learning 학습에 영향을 미치는 요인들은 크게 학습자의 특성과 시스템 지원환경, 교수자의 특성 3개의 요인으로 구성하였다. 학습자의 특성 요인은 사용의 편의성과 자기효능감의 2개의 요인들로 구성하였으며, 시스템의 특성요인은 컨텐츠 구성, 내용의 적정성, 상호작용정도, 매체 풍부성 4개의 요인으로 구성하였다. 마지막으로 교수자의 특성 요인들로는 강의내용, 강의 스타일, 교수자신용도 등 3개의 요인들로 구성하였다. 분석결과 학습자의 특성은 사용자 편의성이 기대효과와 학습효과에 유의한 관계를 가지는 것으로 나타났다. 이는 시간과 공간의 제약을 받지 않고 인터넷을 통한 학습의 편리성이 학습의 성과가 향상되기를 바라는 학습자의 기대가 컸기 때문인 것으로 생각되고, 또한 학습효과도 학습자가 학습에 거는 기대감이 학습효과에 반영된 것이라고 볼 수 있다.

청주권 토지이용 체계에 관한 연구 (지역지구제 중심으로) (A study on Cheong-ju urban land use planning on the subject of Zoning)

  • 권상준
    • 기술사
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    • 제16권1호
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    • pp.20-34
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    • 1983
  • A phenomenon in the unplanned urban sprawl of Cheong-ju city has to be rest-rained from disposing and to develop, though progress in urbanization inevitably decreases rural area. So, this thesis aims at reviewing, revising and guiding toward the more effective land use planning practice and zoning mechanism and system of Cheong-ju city. I proposed that land use planning should be had several factors and thereupon that Korean zoning mechanism and system including Building Code should be amended because of inducing human activities in buildings and facilities not to demarcate and plan every one of them. First, the factors of urban planning are a rather diversified approach to it than a unified, supplementation of the applicable difference in time between preparing and appling it, a solid controlling system, a micro and macro planning theory and giving serious consideration for the inertia from the existing land use. Second, the applicable amendments for our zoning mechanism including Eluding Code are as follows; a need of reorganization for Zoning Ordinance appricated to different regulation concerning a scale and peculiarity of a oily, a decision of the different earmarked confinement in area to different zone ana from Zoning Ordinance in City Planning Law, a demarcated facilities and the more detailed land use concerning human activies than the exsisting and entrusting decision on the ways and processes of it to every rural city planning committee, a settlement of zone ana area considering for block-unit and Planned Unit Development(P. U. D.), and a need of security jurisprudence in order to solve the zoning regulation rather in City Planning Law than in Building Code that our zoning regulation and controlling system are depended on. According to these applicable amendments to Cheong-ju city, I proposed the conceptions of Cheong-ju city land use planning are as follows; a reinforcement with one cored pattern of urban land use, a selection of gradual urban sprawl by way of city development and renewal, a strengthening accessibility to the core of the city with Plurizing the system of arterial roads, a choice of priority to conservation at the core of tile city and security of open spaces and parking area at the area of the city, a harmonization between development and conservation at the inner ring area that is situated between the core and periphery reserved area in order to develop in the future, a buffered open space situated at the congested area with heterogenous functions, and a completion of urban open space system. The proposal made here so far is for the hope of the better structure of Cheong-ju city that should be granted to the peculiarity developed with educational, cultural, conservative and self-sufficient city functions.

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