Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제21권2호
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pp.108-116
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1997
유전알고리즘은 진화원리에서 발견된 몇몇 특징들을 컴퓨터 알고리즘과 결합시켜 복잡한 최적화 문제를 해결하려는 도구로서 1975년 미국의 Holland 교수에 의해 처음으로 개발되었다. 주어진 문제에서 탐색환경이 다변수 또는 다봉(multi-modal)이 되어 대단히 복잡하거나 또는 부분적으로 알려질 경우는, 구배(gradient)에 기초한 재래식 방법을 사용하여 최적화하는 것은 매우 어렵게 되고 경우에 따라서는 불가능할 수도 있다. 이러한 이유로 유전알고리즘과 같은 강인한 탐색법이 요구된다. 유전알고리즘의 장점은 연속성(continuity), 미분가능성(differentiability), 단봉성(unimodality) 등과 같이 탐색공간에 대한 제약으로부터 자유롭다는 것이다. 다시 말하면 목적함수 외 탐색공간에 대한 사전지식을 필요로 하지 않고, 매우 크고 복잡한 공간일지라도 전역해 쪽으로 수렴해 갈수 있다는 것이다. 이러한 특성 때문에 유전알고리즘은 실제 환경에서 많은 복잡한 최적화 문제를 해결하는 방법으로 인정을 받고 있으며, 함수의 최적화, 신경회로망의 학습, 동적시스템의 식별및 제어, 신호처리등 여러 분야에 성공적으로 응용되고 있다. 이러한 중요성에 비해 유전알고리즘에 대한 연구는 국내적으로는 아직 미진한 수준이나 최근 이에 대한 관심이 고조되고 있으며, 또한 그 응용분야도 점점 넓어져 이론 개발과 실질적인 응용에 확산되리라 생각된다. 따라서 본 해설기사는 유전알고리즘의 원리와 응용 사례를 살펴봄으로서 최적화 문제를 해결하려는 독자들에게 조금이나마 도움을 주고자 한다.
그 동안 웹 프로그램 언어인 HTML에 대한 교수-학습 방안과 온라인 학습에 대한 연구들이 이루어져 왔지만 단순 태그 기능 학습에 그쳐 고급사고력을 높이는 프로그래밍학습의 목표를 달성하기는 부족하였다. 본 논문에서는 학습자의 창의력과 문제해결력을 높여주기 위한 HTML 교수-학습 지원 시스템을 설계하였다. HTML 교수-학습 지원시스템은 구성주의 교육 방법인 문제중심학습(Problem-Based Learning)을 이론적 토대의 하여 설계되었으며 나선형 교육과정의 원리에 따라 이원화된 학습요소들에 의해 학습의 위계를 실정하였다. 이 교수-학습지원시스템에서 HTML 학습에 대한 평가는 구성주의 원리에 입각하여 다양한 방식을 통해 지속적으로 이루어지도록 하였다. 또한 교수-학습에 활용되는 해결 과제는 같은 수준, 같은 영역의 문제은행을 축적하여 교수자가 자유롭게 상황에 맞게 선택하여 활용하도록 하였으며, 학습자의 학습 곁과를 통계자료와 도표를 통해 한눈에 살펴보고 적절한 피드백을 주도록 설계하였다. 이와 같은 원리를 토대로 한 교수-학습지원시스템 설계를 통해 학습자가 보다 많은 프로그래밍 경험을 축적하여 창의적이고 자기주도적으로 웹 프로그래밍을 할 수 있는 능력을 키워줄 수 있음을 기대하였다.
이 논문의 목적은 "왜 프레게는 공리 V 대신 흄의 원리를 기본 원리로 삼지 않았을까?"라는 물음에 답하는 데 있다. 이 물음은 프레게 철학의 해석에 관한 물음이기도 하지만, 최근의 새로운 논리주의의 기획이 정당한가를 묻는 물음이 기도 하다. 이 물음에 답하기 위해, 나는 프레게 철학의 틀 안에서 흄의 원리를 공리로 삼는 방안과 정의로 삼는 방안을 차례로 살펴보았다. 우리 논의를 통해 흄의 원리를 공리로 간주하는 방안은 프레게의 논리주의 기획이나 공리관과 어울리지 않으며, 그것을 정의로 간주하는 방안 또한 그의 정의관과 어울리지 않는다는 점을 밝힌다. 나아가 흄의 원리를 기수 개념의 암묵적 정의로 간주하려는 시도가 해결해야 할 문제가 어떤 것인지를 규명하였다.
본 연구에서는 한국정보올림피아드 경시부문 초등부 지역예선을 준비하고 컴퓨터 원리를 학습할 수 있는 교재를 Polya의 문제해결 단계의 원리를 적용하여 개발하였다. 교재의 내용은 학생들이 컴퓨터 원리를 학습할 수 있도록 프로그래밍의 기본이 되는 이산수학과 자료구조로 선정하였다. 개발된 교재는 J대학교의 정보영재교육원에 재학 중인 초등학생을 대상으로 투입한 뒤 기출문제를 재구성한 검사도구를 활용하여 정보올림피아드 문제해결 능력 신장에 도움이 되었음을 밝혔다. 앞으로 정보올림피아드 지도교사를 위한 지도서의 개발 및 연수 등 컴퓨터 교육을 정상화 할 수 있는 현실적인 여건이 구비되어야 할 것이다.
7차 교육과정은 응용소프트웨어를 얼마나 잘 다루는지와 같은 컴퓨터를 도구적 활용을 중점으로 구성되었다. 컴퓨터 과학의 기본원리를 적용하여 문제해결능력을 신장시키고 이를 구현하기 이한 체계적인 교육의 필요성이 제기되어 2007년 개정 교육과정에서 문제해결방법과 절차라는 대영역이 포함되었다. 정보과목 문제해결방법과 절차 영역에서 다양한 문제를 이해 분석하여 알고리즘을 설계하고 구현하는데 있어 원활한 교수학습을 위한 다양한 방법과 도구들에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구는 창의적 문제해결 향상에 효과적인 프로그래밍 언어들은 상용소프트웨어들의 비용부담과 언어적 문법, 에러발생에 대한 해결에 비중이 높아 학습자가 겪는 인지적 부담을 감소 할 수 있는 EPl(Educational Programming Language)인 Scratch 프로그래밍으로 창의적 문제해결력 향상을 위한 교수학습 모형을 개발하였다.
초등학교에서의 컴퓨터 교육의 방향은 컴퓨터의 원리를 바르게 이해하고 활용하며, 이를 통해 문제해결능력을 기르는 것이다. 본 논문에서는 컴퓨터의 원리 중에서 가장 중요한 알고리즘 개념에 대하여 초등학교 4학년 수학-나 여러 가지 문제 푸는 방법 찾기 단원을 기반으로 문제중심활동 방법을 이용하여 수업을 설계하고 현장에 적용하였다. 적용 결과를 통하여, 수학문제를 이용한 알고리즘 학습이 기존의 교수방법보다 효과가 있음을 보인다.
창조와 혁신이 성공의 중요한 키워드로 대두되면서 창의적 문제해결 방법론인 트리즈(TRIZ)에 대한 관심이 고조되고 있다. 지금까지 트리즈는 전자 및 기계분야에 도입되어 제품혁신의 원동력으로 활용되고 있어, 본 연구에서는 미래유망기술인 바이오분야에 트리즈 기법을 적용하여 문제를 해결하고 혁신적인 연구개발을 추진할 수 있는지의 가능성을 타진해보고자 하였다. 바이오분야 연구 중 홍삼제조과정에서 발생하는 문제를 선정하고, 이의 문제와 문제원인 구분 및 모순을 도출하고 트리즈의 발명 40가지 원리를 적용하여 홍삼 제조과정에서 발생되는 갈라짐 문제를 해결하고자 하였다. 홍삼은 수삼을 스팀 등의 방법으로 쪄서 익혀 말린 담갈색의 인삼으로, 홍삼의 갈라짐은 유효성분의 유출과 외형등급 하락으로 상품성을 떨어트리는 주요 원인이 된다. 트리즈 툴(Tool) 중 모순 매트릭스 및 브레인스토밍을 통해 적용 가능한 발명원리를 도출하고, 실험을 통해 홍삼 제조과정에서 갈라짐을 방지할 수 있는 유용한 방법들을 제안하였다.
컴퓨팅적 사고(Computational Thinking)는 실세계와 다양한 학문 분야에 적용될 수 있는 보편적 문제해결 능력으로 컴퓨터 과학 분야의 핵심역량이자 미래 인재가 필수적으로 갖추어야 할 소양이다. 컴퓨팅적 사고는 문제를 분석하고 문제 해결에 적합한 컴퓨팅 원리 및 전략들을 선택, 적용하는 경험을 통해 증진될 수 있다. 본 연구에서는 학습자에게 컴퓨팅적 사고를 기반으로 한 문제 해결 경험을 제공하기 위한 퍼즐기반 학습을 설계하고 초등정보영재 교육에서의 적용 가능성을 탐색하였다. 학습에 활용된 퍼즐 문항들은 학습자 수준에 맞게 구성된 서술형 퍼즐로 제약조건, 최적화, 확률, 통계, 패턴인식, 전략의 6가지 유형으로 분류된다. 퍼즐 기반 학습을 초등학교 6학년 영재학급에 적용한 결과, 학습자의 컴퓨팅적 사고 및 문제해결성향에 긍정적인 영향을 준 것을 확인하였다. 이는 컴퓨팅적 문제 해결 원리를 포함한 퍼즐 해결 경험이 흥미와 통찰을 유도하고, 실세계와 유사한 다양한 문제 해결 경험을 제공하기 때문인 것으로 판단된다.
직설법적 조건문의 이론이 해결해야 할 문제 중 하나는 각자 옳을 것 같지만 모두 참일 수 없는 직설법적 조건문에 관한 세 원리들이 있다는 것이다. 먼저 직설법적 조건문을 진리 함수적으로 분석하는 것은 '주관적 확률'을 고려할 때 이 문제를 해결할 수 없다고 논증할 것이다. 필자는 여기서 직설법적 조건문에 관한 성향적 분석을 제시하고 이 이론이 세 원리들의 문제를 해결한다고 주장한다. 그리고 잘 알려져 있는 직설법적 조건문의 수용 조건 혹은 주장가능성 조건을 제시하는 아담스 논제는 조건부 확률이 두 절대적 확률의 비로 정의된 다면 옳지 않을 것이라고 주장한다. 조건부 확률을 성향적으로 정의할 경우에만 아담스 논제는 옳을 수 있다. 마지막으로 아담스 논제의 주장가능성 조건을 진리 조건으로 제시하는 이론도 논박될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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