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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.

학생들의 생산적 과학 참여에서 발현되는 과학공감의 특성과 변화 분석 (Characteristics and Changes in Scientific Empathy during Students' Productive Disciplinary Engagement in Science)

  • 양희선;강성주
    • 한국과학교육학회지
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    • 제44권1호
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    • pp.11-27
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    • 2024
  • 본 연구는 학생들의 생산적인 과학 참여에 영향을 미치는 과학공감의 역할을 조사하고, 해당 과정에서 나타나는 과학공감의 주요 요소를 분석하는 것을 목표로 하였다. 초등학교 5학년 학생 12명이 본 연구에 참여하였고, 일반공감 능력을 기준으로 세 집단으로 나누어 디자인적 사고 과정을 적용한 생산적 과학 참여 수업을 진행하였다. 문제 해결의 다섯 단계 중 아이디어 생성과 프로토타입에서 소집단의 발화를 분석하여 과학공감과 과학실천 측면에서 관찰하였다. 분석결과, 디자인적 사고 과정을 효과적으로 적용한 과학 공감은 학생들의 생산적 과학 참여를 촉진하는 것으로 나타났다. 이에 세 집단의 과학공감 및 과학실천의 평균 발화 빈도가 아이디어 생성 단계에서는 증가한 후 감소하는 경향이 나타났으며, 프로토타입 단계에서는 후반부에 오히려 발화 빈도가 증가했다. 그러나 일반공감 능력이 낮은 소집단은 프로토타입 단계에서 협력적 의사소통의 결여로 과학공감과 과학실천의 발화 빈도가 감소하는 것으로 관찰되었다. 뿐만 아니라, 학습자들은 생산적인 과학 참여 상황에서 5가지 주요 과학공감 구성요소가 모두 발화로 드러났다. 높은 일반공감 능력 집단에서는 타인과의 과학공감 요소인 공감적 이해와 공감적 걱정이 높은 빈도로 나타났으나, 낮은 일반공감 능력 집단에서는 연구대상과의 과학공감 요소인 민감성, 과학적 상상, 상황적 관심이 상대적으로 더 높은 빈도로 관찰되었다. 이러한 결과는 과학 수업에서 타인뿐만 아니라 연구대상과의 과학적으로 공감하는 경험이, 일반적인 공감 능력과는 별개의 중요한 특성으로 학생들의 생산적 과학 활동을 다양한 참여를 유발하며 이를 지속하게 할 수 있음을 시사한다. 본 연구는 과학공감이 학생들의 생산적 과학 참여에 다양한 방향으로 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시하여, 과학 수업에서 과학공감의 이론적 구조와 안정성에 대한 논의에 기여할 것으로 판단된다.

2022 개정 수학과 교육과정에 따른 내용 체계의 세 범주와 초등학교 1~2학년 수학 교과서 차시명의 연계성 분석 (Analysis of the linkage between the three categories of content system according to the 2022 revised mathematics curriculum and the lesson titles of mathematics textbooks for the first and second-grade elementary school)

  • 김성준;김은경;권미선
    • 한국수학교육학회지시리즈E:수학교육논문집
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    • 제38권2호
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    • pp.167-186
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    • 2024
  • 제5차 수학과 교육과정부터 수학과 교육 목표는 인지적, 과정적, 정의적 목표의 세 범주로 제시되어 왔으며, 2022 개정 수학과 교육과정에서는 내용 체계 역시 지식·이해, 과정·기능, 가치·태도로 구분하여 제시하고 있다. 따라서 학생들에게 수업 목표를 제시하기 위해서는 수학과 교육 목표인 세 가지 측면을 모두 제시할 필요가 있다. 현재 수학 교과서에 제시되는 차시명은 수업 목표와 직접적으로 연결되어 있으며, 학생들이 수업 중 가장 먼저 정보를 얻을 수 있는 부분이다. 이에 본 연구에서는 2015 개정 1~2학년 수학 교과서에 제시된 차시명과 내용 체계의 세 범주가 어떻게 연결되어 있는지를 분석하였다. 분석 결과 대부분의 차시명은 세 범주 중 2가지를 제시하고 있었으나 반영된 요소는 지식·이해와 과정·기능 범주에 편중된 양상을 보였다. 일부 차시명의 경우 가치·태도 범주의 내용 요소를 반영하고 있었으나, 이는 수학 내용 영역에 따라 제시된 내용 요소 수에 많은 차이를 보였다. 세 범주의 균형있는 학습을 위해 가치·태도 범주의 내용 요소를 반영한 차시명을 제시할 수 있는 방안을 살펴보고, 영역별로 차이를 보이지 않도록 균형있게 제시하는 방안도 함께 탐색해 볼 필요가 있을 것이다. 특히 지식·이해 범주는 제시하지 않아도 학생들이 그 목표를 정확히 이해할 수 있다는 점을 고려하여, 지식·이해 범주에 맞춰진 초점에서 벗어나 과정·기능과 가치·태도 범주의 내용 요소를 구체적으로 반영하는 진술도 필요해 보인다. 이를 통해 2022 개정 수학 교과서 개발 시 필요한 차시명 제시 방식을 제안하고 이를 활용한 효과적인 수업 목표를 제시하는 데 도움을 주고자 하였다.

동해안굿 전승자 학습 변화의 의미 (The Implications of Changes in Learning of East Coast Gut Successors)

  • 정연락
    • 공연문화연구
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    • 제36호
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    • pp.441-471
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    • 2018
  • 동해안굿은 대한민국의 동해안 일대 해안선을 따라 강원도 고성 일대에서 부터 부산지역에 이르기까지 어촌마을에서 행해지는 굿이다. 동해안굿은 거의 세습무를 중심으로 연행되는데, 이 논문은 동해안굿의 세습무 집단 중 김석출 무계의 학습 양상을 세습무와 학습무로 구분하여 살펴보고 이를 토대로 변화하고 있는 동해안굿 학습 양상이 가진 의미를 규명하는 데 의의가 있다. 세습무는 집이 곧 교육 현장이었다. 어릴 때부터 굿판에 따라다니며 소리며 춤을 연행하게 해보아 실전경험을 쌓을 수 있었다. 그러나 대를 이어 무업을 계승해오던 세습무 가계에서 더 이상 자손들이 무업을 이어받지 않게 되면서 무업의 계승과 학습 방식에 변화가 발생했다. 1980년대 이후부터 굿이 가, 무, 악이 어우러진 종합예술로 인정받아 국가 및 각 시도 무형문화재로 지정받고, 예술대학 등에서 전공교육과정으로 편성되어 무속을 전공한 새로운 학습무들이 등장하게 되었다. 이들 학습무는 대학, 동해안별신굿보존회, 굿이 진행되는 현장 등에서 동해안별신굿의 연희 능력을 체계적으로 전승받고 있다. 시대의 변화에 따라 세습무가 학습무들을 받아들여 무업을 계승해나가며 굿의 연행 집단과 굿을 수용하는 마을 사람들의 인식에도 변화가 나타났다. 과거와 달리 굿이 한국전통예술의 원형으로 가무악 총체적 학습의 산물로 인정받으며 국가무형문화재로 지정을 받게 됨으로써 무당의 사회적 지위와 개인적 자존감이 매우 높아지게 되었다. 과거 천시 당하던 무당이 아닌 대내외적으로 인정받는 전통예술인으로 자리 잡게 되면서 굿 현장이나 마을사람들과의 관계에서도 그 지위나 대우가 많이 달라졌다. 마을 구성원들도 무집단의 세대가 변화함에 따라 과거와 달리 새로운 학습적인 요소들이 첨가된 것에 대해 인정하고 수용하는 입장을 취하고 있다. 마을단위에서도 전통적인 굿의 형식이나 제의만을 주장하기보다 마을 주민 모두가 함께 어우러질 수 있는 축제 형식이나 다양한 굿의 방향성을 고민하고 있다. 변화하는 굿의 흐름과 신진 세대의 적응에서 새로운 의미를 찾아나가고 있는 것이다. 급변하는 시대의 흐름에 따라 굿판이 점점 축소되는 현실 속에서 동해안굿은 다른 지역 굿에 비해 아직까지는 활발히 연행되고 있다. 힘겹게 동해안굿을 보존해 온 세습무의 뒤를 이어 학습무들이 활발히 유입되고, 연행 집단이 굿의 전통을 보존하는 한편, 굿을 예술 콘텐츠로 활용하기 위해 애쓰고 있기 때문이다. 또한 학습무들은 세습무로부터 배워 온 무속의 학습을 체계적으로 정리하여 후대에 최대한 원형에 가깝게 전승하고자 준비하고 노력하고 있다. 앞으로도 동해안굿은 마지막 세습무의 대를 이어 학습무들이 전통을 계승하고 시대에 맞춰 발전시켜 나갈 것이다.

신구(新舊) 관념의 교차와 전통 지식 체계의 변용 (The Conceptual Intersection between the Old and the New and the Transformation of the Traditional Knowledge System)

  • 이행훈
    • 한국철학논집
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    • 제32호
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    • pp.215-249
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    • 2011
  • 본고는 서양 근대 문명 수용 초기(1890~1910)에 발생한 신구 관념의 대립과 충돌을 중심으로 전통 지식 체계의 변용을 역사의미론적으로 탐색함으로써 한국의 근대를 성찰하는 데 목적이 있다. 한국에서 신구 관념을 놓고 벌어진 주체 간의 투쟁은 전통개신론자들과 문명개화론자들의 주장에서 첨예하게 드러났다. 서양의 충격에서 비롯된 신구 관념의 대립과 충돌은 우주 자연으로부터 사회 정치체제, 학술?문화 등 모든 부문에서 인식의 전환을 요구하였지만, 전통 지식 체계를 이해하는 시각에는 다소 차이가 있었다. 신구 관념에 따른 전통 지식 체계의 구축과 변용과정에서 문명개화론자들에게 '구(舊)'는 단순히 과거의 '지나간', '오래된' 것이 아니라 파괴하고 제거하지 않으면 새로운 문명 건설을 방해하는 장애물이었다. 그러나 전통개신론자들에게 '구(舊)'는 '온고지신(溫故知新)'의 이념 속에서 다시 '신(新)'으로 거듭날 수 있는 가능성을 내함하고 있는 '개신(改新)'의 대상이었다. 박은식의 "유교구신론(儒敎求新論)"이나 한용운의 "조선불교유신론(朝鮮佛敎維新論)"은 전통 지식 체계를 '신학(新學)'으로 재편하려한 대표적인 시도였다. 보편성과 객관성, 합리성을 추구하는 과학적 방법을 수용함으로써 전통 지식 체계는 근대적인 학문으로 변화할 수 있었다. 그러나 신학(新學)으로 변화하는 과정에서 성학(聖學)으로서의 위상은 탈각되었고, 신앙과 종교적 전통 또한 약화될 수밖에 없었다. 이러한 전통 지식 체계의 변용과 '구학의 신학화' 과정에서 신구 관념의 교차가 발생하였다. 여기서 특히 신구 관념의 교차를 가능하게 한 '실(實)(학(學))' 개념에 주목할 필요가 있다. 20세기 전후 발간된 다종의 근대 매체는 신구 관념의 다층적 전개 양상을 여실히 보여주는데, 전통 지식 체계가 신학(新學)으로 변용될 수 있었던 계기로서 '실학'이라는 개념적 준거틀이 작동하였음을 확인할 수 있다. 물론 이 시기 실학이 지칭하는 대상은 대체로 서양의 학문인 '신학(新學)'을 표상하고 심지어 등치되기도 했지만, 전통개신론자들은 문명개화론자들이 점유하였던 '실학' 개념과 그 의미를 재해석함으로써 전통 지식 체계를 신학으로 바꿀 수 있었다. 이들은 과학 기술에 압도되어 점차로 거세되어가던 전통적 가치를 '신학' 수용의 토대로 인식하고, '실학(實學)'을 개념을 준거로 하여 '신학(新學)'을 재전유(再專有)(re-appropriation)하였다. 일제의 강점이 구체화 되어 전통 지식 체계의 주체적 변용 시도는 일정한 한계에 직면할 수밖에 없었지만 '구학의 신학화'는 '동도서기(東道西器)' 논리가 지닌 모순과 문명개화론의 탈주체성을 넘어서는 것으로 평가할 수 있다. 도덕 원리와 경쟁 원리가 충돌하고 '진화'와 '진보'가 대세인 현실에 대응하려했던 '동도서기(東道西器)' 논리는 이미 분리될 수 없는 도(道)와 기(器)를 분리 가능한 것으로 상정해야만 성립되는 모순을 안고 있었고, 문명개화론은 서양을 내면화하여 자기 비하와 멸시로 주체의 균열을 야기하고 전통 지식 체계로부터 단절됐다는 비판에서 자유로울 수 없기 때문이다.

가족계획과 모자보건 통합을 위한 조산원의 투입효과 분석 -서산지역의 개입연구 평가보고- (An Intervention Study on Integration of Family Planning and Maternal/Infant Care Services in Rural Korea)

  • 방숙;한성현;이정자;안문영;이인숙;김은실;김종호
    • Journal of Preventive Medicine and Public Health
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    • 제20권1호
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    • pp.165-203
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    • 1987
  • This project was a service-cum-research effort with a quasi-experimental study design to examine the health benefits of an integrated Family Planning (FP)/Maternal & Child health (MCH) Service approach that provides crucial factors missing in the present on-going programs. The specific objectives were: 1) To test the effectiveness of trained nurse/midwives (MW) assigned as change agents in the Health Sub-Center (HSC) to bring about the changes in the eight FP/MCH indicators, namely; (i)FP/MCH contacts between field workers and their clients (ii) the use of effective FP methods, (iii) the inter-birth interval and/or open interval, (iv) prenatal care by medically qualified personnel, (v) medically supervised deliveries, (vi) the rate of induced abortion, (vii) maternal and infant morbidity, and (viii) preinatal & infant mortality. 2) To measure the integrative linkage (contacts) between MW & HSC workers and between HSC and clients. 3) To examine the organizational or administrative factors influencing integrative linkage between health workers. Study design; The above objectives called for quasi-experimental design setting up a study and control area with and without a midwife. An active intervention program (FP/MCH minimum 'package' program) was conducted for a 2 year period from June 1982-July 1984 in Seosan County and 'before and after' surveys were conducted to measure the change. Service input; This study was undertaken by the Soonchunhyang University in collaboration with WHO. After a baseline survery in 1981, trained nurses/midwives were introduced into two health sub-centers in a rural setting (Seosan county) for a 2 year period from 1982 to 1984. A major service input was the establishment of midwifery services in the existing health delivery system with emphasis on nurse/midwife's role as the link between health workers (nurse aids) and village health workers, and the referral of risk patients to the private physician (OBGY specialist). An evaluation survey was made in August 1984 to assess the effectiveness of this alternative integrated approach in the study areas in comparison with the control area which had normal government services. Method of evaluation; a. In this study, the primary objective was first to examine to what extent the FP/MCH package program brought about changes in the pre-determined eight indicators (outcome and impact measures) and the following relationship was first analyzed; b. Nevertheless, this project did not automatically accept the assumption that if two or more activities were integrated, the results would automatically be better than a non-integrated or categorical program. There is a need to assess the 'integration process' itself within the package program. The process of integration was measured in terms of interactive linkages, or the quantity & quality of contacts between workers & clients and among workers. Intergrative linkages were hypothesized to be influenced by organizational factors at the HSC clinic level including HSC goals, sltrurture, authority, leadership style, resources, and personal characteristics of HSC staff. The extent or degree of integration, as measured by the intensity of integrative linkages, was in turn presumed to influence programme performance. Thus as indicated diagrammatically below, organizational factors constituted the independent variables, integration as the intervening variable and programme performance with respect to family planning and health services as the dependent variable: Concerning organizational factors, however, due to the limited number of HSCs (2 in the study area and 3 in the control area), they were studied by participatory observation of an anthropologist who was independent of the project. In this observation, we examined whether the assumed integration process actually occurred or not. If not, what were the constraints in producing an effective integration process. Summary of Findings; A) Program effects and impact 1. Effects on FP use: During this 2 year action period, FP acceptance increased from 58% in 1981 to 78% in 1984 in both the study and control areas. This increase in both areas was mainly due to the new family planning campaign driven by the Government for the same study period. Therefore, there was no increment of FP acceptance rate due to additional input of MW to the on-going FP program. But in the study area, quality aspects of FP were somewhat improved, having a better continuation rate of IUDs & pills and more use of effective Contraceptive methods in comparison with the control area. 2. Effects of use of MCH services: Between the study and control areas, however, there was a significant difference in maternal and child health care. For example, the coverage of prenatal care was increased from 53% for 1981 birth cohort to 75% for 1984 birth cohort in the study area. In the control area, the same increased from 41% (1981) to 65% (1984). It is noteworthy that almost two thirds of the recent birth cohort received prenatal care even in the control area, indicating that there is a growing demand of MCH care as the size of family norm becomes smaller 3. There has been a substantive increase in delivery care by medical professions in the study area, with an annual increase rate of 10% due to midwives input in the study areas. The project had about two times greater effect on postnatal care (68% vs. 33%) at delivery care(45.2% vs. 26.1%). 4. The study area had better reproductive efficiency (wanted pregancies with FP practice & healthy live births survived by one year old) than the control area, especially among women under 30 (14.1% vs. 9.6%). The proportion of women who preferred the 1st trimester for their first prenatal care rose significantly in the study area as compared to the control area (24% vs 13%). B) Effects on Interactive Linkage 1. This project made a contribution in making several useful steps in the direction of service integration, namely; i) The health workers have become familiar with procedures on how to work together with each other (especially with a midwife) in carrying out their work in FP/MCH and, ii) The health workers have gotten a feeling of the usefulness of family health records (statistical integration) in identifying targets in their own work and their usefulness in caring for family health. 2. On the other hand, because of a lack of required organizational factors, complete linkage was not obtained as the project intended. i) In regards to the government health worker's activities in terms of home visiting there was not much difference between the study & control areas though the MW did more home visiting than Government health workers. ii) In assessing the service performance of MW & health workers, the midwives balanced their workload between 40% FP, 40% MCH & 20% other activities (mainly immunization). However, $85{\sim}90%$ of the services provided by the health workers were other than FP/MCH, mainly for immunizations such as the encephalitis campaign. In the control area, a similar pattern was observed. Over 75% of their service was other than FP/MCH. Therefore, the pattern shows the health workers are a long way from becoming multipurpose workers even though the government is pushing in this direction. 3. Villagers were much more likely to visit the health sub-center clinic in the study area than in the control area (58% vs.31%) and for more combined care (45% vs.23%). C) Organization factors (admistrative integrative issues) 1. When MW (new workers with higher qualification) were introduced to HSC, it was noted that there were conflicts between the existing HSC workers (Nurse aids with less qualification than MW) and the MW for the beginning period of the project. The cause of the conflict was studied by an anthropologist and it was pointed out that these functional integration problems stemmed from the structural inadequacies of the health subcenter organization as indicated below; i) There is still no general consensus about the objectives and goals of the project between the project staff and the existing health workers. ii) There is no formal linkage between the responsibility of each member's job in the health sub-center. iii) There is still little chance for midwives to play a catalytic role or to establish communicative networks between workers in order to link various knowledge and skills to provide better FP/MCH services in the health sub-center. 2. Based on the above findings the project recommended to the County Chief (who has power to control the administrative staff and the technical staff in his county) the following ; i) In order to solve the conflicts between the individual roles and functions in performing health care activities, there must be goals agreed upon by both. ii) The health sub·center must function as an autonomous organization to undertake the integration health project. In order to do that, it is necessary to support administrative considerations, and to establish a communication system for supervision and to control of the health sub-centers. iii) The administrative organization, tentatively, must be organized to bind the health worker's midwive's and director's jobs by an organic relationship in order to achieve the integrative system under the leadership of health sub-center director. After submitting this observation report, there has been better understanding from frequent meetings & communication between HW/MW in FP/MCH work as the program developed. Lessons learned from the Seosan Project (on issues of FP/MCH integration in Korea); 1) A majority or about 80% of the couples are now practicing FP. As indicated by the study, there is a growing demand from clients for the health system to provide more MCH services than FP in order to maintain the achieved small size of family through FP practice. It is fortunate to see that the government is now formulating a MCH policy for the year 2,000 and revising MCH laws and regulations to emphasize more MCH care for achieving a small size family through family planning practice. 2) Goal consensus in FP/MCH shouBd be made among the health workers It administrators, especially to emphasize the need of care of 'wanted' child. But there is a long way to go to realize the 'real' integration of FP into MCH in Korea, unless there is a structural integration FP/MCH because a categorical FP is still first priority to reduce the rate of population growth for economic reasons but not yet for health/welfare reasons in practice. 3) There should be more financial allocation: (i) a midwife should be made available to help to promote the MCH program and coordinate services, (in) there should be a health sub·center director who can provide leadership training for managing the integrated program. There is a need for 'organizational support', if the decision of integration is made to obtain benefit from both FP & MCH. In other words, costs should be paid equally to both FP/MCH. The integration slogan itself, without the commitment of paying such costs, is powerless to advocate it. 4) Need of management training for middle level health personnel is more acute as the Government has already constructed 90 MCH centers attached to the County Health Center but without adequate manpower, facilities, and guidelines for integrating the work of both FP and MCH. 5) The local government still considers these MCH centers only as delivery centers to take care only of those visiting maternity cases. The MCH center should be a center for the managment of all pregnancies occurring in the community and the promotion of FP with a systematic and effective linkage of resources available in the county such as i.e. Village Health Worker, Community Health Practitioner, Health Sub-center Physicians & Health workers, Doctors and Midwives in MCH center, OBGY Specialists in clinics & hospitals as practiced by the Seosan project at primary health care level.

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