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2015 개정 교육과정 통합과학 교과서의 과학의 본성(NOS) 분석 (Analysis of the Nature of Science (NOS) in Integrated Science Textbooks of the 2015 Revised Curriculum)

  • 전영빈;이영희
    • 과학교육연구지
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    • 제44권3호
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    • pp.273-288
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    • 2020
  • 본 연구에서는 2015 개정 교육과정 고등학교 통합과학 교과서에 나타난 과학의 본성(NOS) 분포를 분석하였다. 분석 대상은 2015 개정 교육과정으로 출판된 통합과학 교과서 5종 모두를 분석하였으며, 분석의 개념적 틀로는 과학적 소양 기반 4가지 영역의 과학의 본성(NOS)(Lee, 2013)을 활용하였다. 4가지 영역의 과학의 본성(NOS)은 1. 과학지식의 본성(nature of scientific knowledge), 2. 과학적 탐구의 본성(nature of scientific inquiry), 3. 과학적 사고의 본성(nature of scientific thinking), 그리고 4. 과학과 기술 및 사회의 상호작용의 본성(nature of interactions among science, technology, and society)이다. 분석은 2명의 분석자가 수행하였으며, 두 분석자간의 신뢰도는 Cohen's kappa 계수 0.83 ~ 0.96으로 비교적 높은 신뢰도 값을 나타냈다. 분석 결과는 다음과 같다. 첫째, 2015 개정 교육과정 통합과학 교과서에서는 과학의 본성(NOS) 4가지 측면 중에서 '과학탐구의 본성(nature of scientific inquiry)' 영역을 전반적으로 가장 강조하고 있었다. 이것은 통합과학 교과서 5개 출판사 전체 영역에서 '과학 탐구의 본성(범주 II)'의 분포가 평균 약 44 %로 나타나는 것에서 확인할 수 있었다. 둘째, 2015 개정 교육과정 통합과학 교과서는 출판사에 상관없이 '과학탐구의 본성(범주 II)'을 가장 강조하고 있었지만, 그외 다른 측면의 과학의 본성(NOS) 부분은 출판사별로 다소 차이가 나타나고 있었다. 따라서 통합과학 교과서들은 과학적 내용과 활동을 탐구하는 방법으로서 주로 제시하면서 출판사별로 다소 다르게 과학의 본성(NOS) 특징을 강조하고 있다고 말할 수 있다. 셋째, 2015 개정 교육과정 통합과학 교과서에서 강조하는 과학의 본성(NOS) 측면은 4. 환경과 에너지 단원을 제외하고 모든 단원에서 유사하게 나타났다. 이것은 과학의 본성(NOS) 단원별 분석 결과가 대부분의 단원에서 전체 교과서 분석 결과와 유사한 양상이었으며, 4. 환경과 에너지 단원에서만 범주 II의 '과학 탐구의 본성' 영역 다음으로 '과학-기술-사회와 상호작용하는 과학의 본성(STS)(범주 IV)'이 강조되고 있는 것에서 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 2015 개정 교육과정 통합 과학 교과서가 지난 교육과정에 비하여 비교적 다양하고 균형 있는 과학의 본성(NOS) 측면을 제시하고 있으며, 2015 개정 교육과정의 목표인 과학적 문제해결력과 창의력 증진을 위하여 과학적 탐구를 강조를 하고 있다는 것을 알 수 있었다.

17~18세기 전생서(典牲署)의 관직 운영과 참하관(參下官)의 관로(官路) (The manage of a public office who 'Junsangseo(典牲署)' and Official Road(官路) of lower officials(參下官) at the 17th - 18th century)

  • 나영훈
    • 동양고전연구
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    • 제69호
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    • pp.45-82
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    • 2017
  • 본 논문은 17~18세기 전생서의 관직 운영을 통해, 조선후기 참하관(參下官)의 관로 여정에 대한 구체적인 실증을 목적으로 한다. 지금까지 조선시대 중앙정치제도 연구는 주로 정치적으로 중요한 관료였던 당상관을 중심으로 연구되었고, 관로를 연구하더라도 문과 출신과 이와 연결된 '청요직(淸要職)'을 중심으로 검토되었다. 이는 이들의 중요성에서 기인한 자연스러운 현상이다. 다만, 조선은 문과 출신과 청요직으로 분류되는 관직 외에도, 수많은 관직과 그들의 관로가 존재했다. 따라서, 이들 이른바 '비청요직(非淸要職)' 관원의 관로에도 관심을 가질 필요가 있다. 특히, 종7품에서 종9품으로 구성되는 참하관은 모든 관료들이 관로를 시작하는 단계에 있는 관로로서, 참하관을 검토하는 것은 관직 운영 이해의 첫걸음이 될 수 있다. 이 연구는 이러한 관심의 일환으로, 조선후기 비청요직 관원 가운데 참하관의 관로를 해명하고자 한다. 2장에서는 전생서의 법제적 성격과 "전생서선생안"의 사료적 가치를 살펴보았다. 그 결과 "전생서선생안"에는 1627년(인조 4)부터 1797년(정조 21)까지, 약 170년간에 이르는 기간의 종6품 주부부터, 종7품 직장, 종8품 봉사, 정8품 부봉사, 종9품 참봉까지 모두 507명의 인원이 기록된 것을 확인하였다. 이들은 연대기와의 교차검토를 통해, 대부분 그 신뢰성을 확인할 수 있는 인물이었다. 3장에서는 전생서 관원의 출신과 관로, 재직기간을 구체적으로 검토하였다. 그 결과 전생서 관원의 출신은 대부분 생원진사를 거친 문음 출신(42.4%)이거나, 출신을 알 수 없는 경우(45.7%)가 다수였음을 확인하였다. 출신을 알 수 없는 경우 대부분 문음 출신일 것으로 추정되었다. 이를 제외하면 10% 가량의 과거 출신자들이었는데, 이는 모두 종6품의 주부에서 발견되는 출신이었다. 참하관은 단 1명도 과거 출신이 없었다. 이어 전생서의 전직과 이직을 살펴보았다. 그 결과 참상관인 주부는 전직은 49%가 평서되었고, 45%는 승서되었으며, 6%는 강등되었음을 확인하였다. 이직에서는 46.8%가 평서되었고, 50%는 승서되었다. 주로 반은 평서되고 반은 승서되는 것을 알 수 있다. 반면, 참하관은 80% 가량이 승서되었고, 이직에서도 70~80%가 승서되었다. 특히 종7품 직장은 80% 이상이 승육(陞六)되어 참상관으로 진출하였다. 즉, 전생서 참하관은 대부분 계서적인 단계를 거쳐 순차적으로 승진하였음을 실증하였다. 재직일수 역시, 참상관인 주부는 약 6개월(180일)이었던 것에 비해, 참하관은 대략 1년(360일)을 전후하여 근무하였다. 특히, 법전의 규정에 의하면 참상관은 900일, 참하관은 450일에 사만(仕滿)되어 천전(遷轉)하는 것으로 되어 있는데, 참하관은 대체로 법정 재직일수를 채우고 승서되어간 것으로 추정할 수 있었다. 4장에서는 전생서 참하관을 참상관, 그리고 '참하청요직'인 세자시강원의 종7품 설서(設書)와 비교하여 그 관직 특성을 드러내었다. 동일한 참하관에서도 청요직인 설서와 직장은 분명한 차별이 존재하였다. 청요직인 설서는 모두 문과 출신이었고, 전생서 직장은 모두 문음 출신이었다. 또한 설서는 평균 연령이 34세로, 48세인 전생서 직장보다 13살이나 어렸다. 관로 역시 설서는 대부분 청요직 관로였던 것에 비해, 직장은 청요직 관로는 하나도 거칠 수 없었다. 이는 전생서 한 관서에 국한된 분석이지만, 전생서의 참하관은 여타 관서의 참하관과 대체로 유사한 출신과 관로를 거치고 있었을 것으로 생각된다. 다만 참하관에는 청요직도 있지만, 감역이나 별제, 도사 등 일반적인 참하관 이외의 수많은 층위가 존재하기 때문에 이들 모든 직종에 대한 검토는 필수적이다. 이를 확언하기 위해서는 더 많은 사례분석이 필요하며, 이에 따라 전국적으로 산재한 수많은 선생안 데이터가 DB화될 필요가 있다.

황백의 지표성분 berberine과 palmatine의 분석법 개발과 검증 및 항산화 효능 평가 (Development and Validation of Analytical Method and Antioxidant Effect for Berberine and Palmatine in P.amurense)

  • 장길웅;최선일;한웅호;문효;권희연;최예은;박병우;김정진;이옥환
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제35권6호
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    • pp.544-551
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    • 2020
  • 본 연구의 목적은 예로부터 약재로 사용되어 온 황백의 대표적인 지표물질 berberine 및 palmatine의 동시 분석법을 개발 및 검증하고 지표물질들의 항산화 효능을 평가하여 해당 물질들에 대한 기초자료를 제공하고자 하였다. 표준물질들의 동시 분석법은 특이성, 직선성, 정확성, 정밀성, 검출한계 및 정량한계를 측정하여 신뢰성을 검증하였으며, 지표물질들의 항산화 활성은 FRAP 활성, reducing power 및 아질산염 소거능 실험으로 측정하였다. HPLC-PDA를 이용하여 berberine과 palmatine의 혼합용액을 분석하였을 때, 두 물질이 간섭 없이 선택적으로 분리되었음을 확인하였다. Berberine 및 palmatine의 검량선의 상관계수 값은 모두 0.9999로 우수한 직선성을 보여 분석에 적합함을 알 수 있었고 정확성과 정밀성은 농도를 알고 있는 황백 시료에 인위적으로 저농도, 중농도, 고농도의 표준물질 혼합용액을 첨가하여 계산하였다. 정밀성과 정확성은 일간실험 및 일내실험으로 확인하였다. Berberine의 일간 및 일내 정밀성은 1.27-1.93%, 0.12-0.56%의 수준으로 나타났고, palmatine의 일간 및 일내 정밀성은 0.19-2.89%, 0.36-1.52%로 % 이하의 우수한 정밀성을 나타냈으며, berberine의 일간 및 일내 정확성은 98.43-100.73%, 99.56-101.45%로 나타났고 palmatine의 일간 및 일내 정확성은 93.20-100.60%, 92.39-97.10%로 나타났다. Berberine과 palmatine의 검출한계는 각각 0.32 µg/mL, 0.35 µg/mL로 확인되었고 정량한계는 0.97 µg/mL, 1.06 µg/mL로 확인되었다. 분석법 검증결과, 확립된 분석법은 특이성, 직선성, 정밀성, 정확성, 검출한계 및 정량한계가 모두 우수한 분석법임을 검증할 수 있었다. 항산화 활성은 FRAP 활성, reducing power 및 berberine과 palmatine 모두 농도 의존적으로 활성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 황백은 추후 항산화에 도움을 주는 소재로의 적용 및 항염증 효과로 인한 피부 기능개선 제품의 소재로서 활용도가 넓을 것으로 사료되며, 황백 내에 존재하는 항산화물질인 berberine 및 palmatine의 동시분석법을 통하여 성분의 함량을 분석하여 효능을 확인할 수 있을 것으로 사료된다.

A Study on the System of Private Investigation

  • Park, Jong-Ryeol;Noe, Sang-Ouk
    • 한국컴퓨터정보학회논문지
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    • 제27권1호
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    • pp.167-174
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    • 2022
  • 지난 2021년 3월 25일 「탐정업법」 제정을 촉구하는 추진위원회가 결성된 이후 사회 각계각층의 많은 의견과 관심이 쏟아지고 있는 실정이다. 문재인 대통령 대선 공약이기도 한 탐정제도는 많은 국민들의 치안서비스 수요 충족과 사법제도 개선, 국제화 제고 등의 효율적인 부분은 물론 실질적인 복지국가 발전을 도모하는 차원에서도 그 의미는 클 것으로 본다. 헌법재판소는 특정인들의 일반생활을 조사하는 것을 직업으로 하는 행위와 탐정이라는 유사 명칭의 사용마저도 금지한 「신용정보의 이용 및 보호에 관한 법률」 제40조 하단이 헌법에 저촉되지 아니한다는 9명 재판관의 의견 합치에 따라 일반생활 조사와 상관없이 탐정업무는 가능하게 되었다. 특히 2020년 8월 5일 탐정업의 등장으로 그동안 범죄수사 영역에서 독점적인 지위를 점유하고 있었던 검찰과 경찰, 변호사 등과 서로 치열한 경쟁을 통해 국민들에게 오히려 효과적인 업무서비스를 제공할 수 있을 것이다. 그러나 사회의 급속한 변화에도 불구하고 탐정의 역할이 점차 확대되고 있지만 입법불비로 인하여 불법적인 행위가 만연할 뿐만 아니라 현재 1,600여개에 달하는 업체들이 탐정이라는 명칭을 사용하며 영업을 하고 있는 가운데 관리감독이 필요하지만 경찰은 "권한이 없다"는 이유만으로 사실상 손을 놓고 있어 그 피해는 오롯이 국민들에게 돌아갈 상황이라 무엇보다 법률 공백이 우려된다. 한편 탐정업 도입으로 불법행위를 감독하는 기관을 우려하고 있는 부분에서 미국처럼 민간경비와 탐정은 서로 비슷한 부분이 많으며, 또 지금까지 민간경비업체 관리 및 감독업무를 담당하고 있는 경찰에 탐정관련업체 관리감독 업무를 맡김으로서 국민들의 신뢰를 얻어낼 수 있을 것으로 본다. 따라서 우리나라를 제외한 대부분의 OECD 국가들이 「탐정업법」을 입법화하고 있는 현 시점에서 「탐정업법」을 제정하지 않고 탐정업을 허용하는 것은 사회적인 혼란을 더욱 부채질할 뿐만 아니라 새로운 4차산업과 더불어 탐정산업을 저해할 수 있기 때문에 「탐정업법」 제정이 조속히 이루어져야 할 것으로 본다.

통계분석 및 전산모사 기법을 이용한 적응광학 시스템 성능 예측 (Performance Prediction for an Adaptive Optics System Using Two Analysis Methods: Statistical Analysis and Computational Simulation)

  • 한석기;주지용;이준호;박상영;김영수;정용석;정도환;허준;이기훈
    • 한국광학회지
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    • 제33권4호
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    • pp.167-176
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    • 2022
  • 적응 광학(adaptive optics, AO)은 대기 외란을 실시간으로 보정하는 기술을 말하고, 이러한 적응광학의 효율적 개발을 위하여, 다양한 성능 예측 기법을 도입하여 적응광학이 적용된 시스템 성능 예측을 실시한다. 적응광학의 성능 예측 기법으로 자주 사용되는 기법으로는 통계분석, 전산모사 및 광학 벤치 테스트가 있다. 통계분석에서는 적응광학 시스템을 통계 분석 모델로 가정하여 오차값(분산)의 제곱을 전부 합쳐 스트렐비를 간단하게 추정한다. 다만, 하위 변수 간의 상관 관계는 무시되어 이에 따른 추정의 오류는 존재한다. 다음으로, 전산모사는 대기 난류, 파면센서, 변형거울, 폐쇄 루프 등 모든 구성요소를 가능한 한 실제와 가깝게 모델링하고, 시간 흐름에 따른 적응광학 시스템의 변화를 모두 구현하여 성능 예측을 수행한다. 다만, 전산모사 모델과 현실 사이에는 여전히 일부 차이가 있어, 광학 벤치 테스트를 통하여 시스템 성능을 확인한다. 최근 국내에서 개발된 변형 거울을 적용한 1.6 m 지상 망원경용 적응광학 시스템을 개발 중에 있어, 이에 적용 가능한 적응광학 시스템을 통하여 성능 예측 기법이 요구되며 동시에 성능 예측 기법의 비교를 진행하고자 한다. 앞서 언급된 통계분석 및 전산모사를 이용하여 시스템 성능 예측을 수행하였으며, 성능 예측의 분석을 위해 각각의 성능 예측 기법의 망원경 및 적응광학 시스템 모델링 과정 및 결과를 제시하였다. 이때 성능 예측을 위한 대기 조건으로는 보현산 관측 중앙값(median)을 적용하였다. 그 결과 통계 분석 방법의 경우 평균 스트렐 비가 0.31이 도출됨을 확인하였고, 전산모사 방법의 경우 평균 스트렐 비가 0.32를 가짐을 확인함으로써 두 방법에 의한 예측이 거의 유사함을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 전산모사의 경우 해석 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여, 모사 시간이 대기 임계 시간 상수의 약 240배인 0.9초 이상 수행되어야 함을 알 수 있었다.

해양산업 클러스터와 항만도시재생의 상관성에 관한 연구 - 부산 북항을 중심으로 - (A Study on the Correlation between Marine Industry Cluster and Port Regeneration - Focused on the Busan North Port -)

  • 리윈장;양명인;전수아;어영호;최태영
    • 한국항만경제학회지
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    • 제38권1호
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    • pp.101-111
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    • 2022
  • 한국은 아시아의 대표적인 선진국로서 대외무역항로와 해양경제가 내륙국가에 비하여 절대적인 우위를 가진다. 사회 변화에 따라 원래의 항만지역은 다양한 원인으로, 일부 병폐가 점차 사람들의 사야를 드러내 보이고 있다. 이로 인해 직접적인 영향과 손상을 받는 것은 항만지역 해양산업 클러스터의 경제이율과 미래 발전 공간이다. 본 연구는 해양산업 클러스터와 항만도시재생 사이의 관계에 대해 연구하였다. 정량분석 각도에서 재생디자인을 분석해 나가며 항만도시재생을 통하여 해양산업 클러스터를 활성화 시킬 수 있는 필요성 및 중요성을 제시하고자 한다. 우선 이론적 배경을 고찰하여, 세계적으로 잘 된 항만도시 사례 분석을 통해 연구대상지 부산 북항의 현황을 맞춰서 분석하였다. 그리고 본 연구의 신뢰성을 높이기 위하여 다시 해양산업 클러스터와 항만도시재생의 데이터로 실증분석을 하였다. 본 연구 사례조사와 실증분석의 결과를 보면 해양산업 클러스터와 항만도시재생 간 실제로 향상시키고 상호작용한 관계이다. 연구를 통해 부산 북항재개발사업을 디자인적, 환경적, 경제적 차원에서 추진하고 지역 발전의 우세를 찾을 동시에 부산지역 해양도시로서의 위상을 높일 수 있을 것으로 기대한다. 연구 결과에 따르면 어느 나라나 항만도시든지 경제, 사회, 문화 등의 발전은 해양산업 클러스터의 활성화를 촉진할 수밖에 없으며, 마찬가지로 항만지역이 어느 정도 발전하면 자연히 물리적 여건상 낙후되어 지역발전에 장애가 생기게 되는데, 항구도시의 재생을 통해 이 문제를 간단명료하게 해결할 수 있다.

한반도 중부지역에서의 SAR Sentinel-1 위성강우량 추정에 관한 예비평가 (A preliminary assessment of high-spatial-resolution satellite rainfall estimation from SAR Sentinel-1 over the central region of South Korea)

  • 능엔 호앙 하이;정우성;이달근;신대윤
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제55권6호
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    • pp.393-404
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    • 2022
  • 위성에서 보다 미세한 공간 분해능으로 신뢰할 수 있는 지상 강우 관측은 도시 수문학적 및 미시적 농업 수요에 필수적이다. 전통적으로 "톱다운" 접근 방식 기반 위성 강우 산출물이 널리 사용되고 있지만 공간 분해능에 한계가 있다. 본 연구는 C-밴드 SAR Sentinel-1 위성 데이터(SM2RAIN-S1)에 적용되는 매개 변수화된 SM2RAIN 모델인 강우 추정을 위한 새로운 "상향식" 접근 방식의 가능성을 평가하여 중부지방에 대한 높은 공간 분해능 지상 강우 추정치(0.01° 그리드/6일)를 생성하는 것을 목표로 한다. 그것의 성능은 중부지방 두 개의 다른 하위 지역, 즉 혼합 산림 중심, 중간 하위 지역, 그리고 경작 중심, 서해안 하위 지역의 1년 기간 동안 기존의 재분석 프로덕트와 우량계 네트워크의 각각의 강우 데이터를 사용하여 공간 및 시간적 가변성에 대해 평가되었다. 평가결과에 따르면 SM2RAIN-S1 프로덕트는 중부지방의 일반적인 강우 패턴을 포착할 수 있고, 서로 다른 토지 피복으로 지역 규모에서 공간 분해능 강우량 측정 가능성을 보유할 수 있으며, 강우량 관측치에 대한 편중된 강우량 추정치가 제공되었다. 또한 SM2RAIN-S1 강우량은 피어슨의 상관 계수(R = 0.69)를 고려할 때 혼합림에서 더 우수했으며, 이는 혼합림에서 토양 수분과 강우의 시간 역학을 포착하는 데 6일 SM2RAIN-S1 데이터의 적합성을 암시했다. 그러나, RMSE와 바이어스 측면에서, 혼합림보다는 경작지의 SM2RAIN-S1 강우 생성물에서 더 나은 성능을 얻었으며, 이는 높은 증발증산 손실(특히 혼합림)에 의해 유도된 더 큰 오류를 SM2RAIN의 추가 개선에 포함해야 한다는 것을 나타낸다.

한국 인삼제품에 대한 외국인의 인식도와 구매의도의 관계 분석 (Causal Relation Analysis of Foreigners' Perceptions of Korean Ginseng Products and the Purchase Intentions)

  • 최나영;한상준;장광진
    • 현장농수산연구지
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    • 제20권1호
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    • pp.19-34
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    • 2018
  • 한국 인삼에 대한 외국인의 인식도 및 구매의사와의 상관관계를 연구한 결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다. 연구 내용에 해당하는 외국인의 인삼제품 개선희망도와 한국인삼 인식도가 구매의도에 미치는 영향관계에 대한 두 가지 결과는 외국인의 인삼제품 개선 희망도는 한국인삼 구매의도에 직접적으로 유의한 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다. 다만, 한국인삼 인식도는 한국인삼 구매의도에 매우 큰 영향을 미친다는 결과가 도출되었다. 인삼제품 개선희망도와 한국인삼 인식도가 구매의도에 어떠한 영향을 미치는지 분석한 결과, 한국인삼에 대한 인식도가 구매의도에 매우 높은 영향을 미치고 있는 반면 인삼제품 개선희망도는 구매의도에 낮은 영향관계에 있었으나 인식도를 통해 간접적으로 구매의도에 보다 높은 30%의 양의 영향관계를 보였다. 즉, 제품의 이용 편리성, 휴대하기 좋은 형태와 관련된 변수에 해당하는 인삼제품 개선희망도는 직접적으로 한국인삼 구매의도에 영향을 거의 미치지 못했으며 한국인삼의 유용함, 고품질, 안전 신뢰와 같은 인식도가 실질적 구매의도에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 따라서 한국인삼 구매의도를 높이기 위해서는 인삼의 효용에 관한 인식도를 높이는 것이 제품이용 편의성을 높이는 것에 비해 우선적으로 필요하다. 현재 한국의 인삼산업의 큰 문제점은 인삼재배를 위한 노동력 부족과 수출품 운송방법 및 체계의 구축과 홍보의 부족함 등을 들 수 있다. 이 결과로 한국 인삼 재배면적의 감소와 세계 시장 점유율이 1980년 이래로 계속 하락이 이어졌다고 볼 수 있다. 앞으로도 인삼제품의 소비와 판매증진을 위해서 국제적인 스포츠 행사나 기타 세계행사 등을 최대한 이용하고 또한 영화나 드라마를 최대한 이용한 국제 마케팅이 필요하다. 세계를 대상으로 한국인삼이 인삼의 종주국이고 우수하다는 것을 세계에 알리는 끊임없는 노력 또한 필요할 것으로 본다. 이 연구는 외국인을 대상으로 하여 한국인삼의 인식도와 개선 희망도를 조사하여 구매의도를 높일 수 있는 영향요인을 분석하였다. 하지만 더 많은 인원의 외국인을 대상으로 할 것과 또한 보다 다양한 종류의 방법으로 설문함으로써, 일반 외국인 소비자의 한국인삼 구매의도를 높일 수 있는 실질적 영향 요인 연구가 필요하다는 것은 추후 연구과제로 남긴다. 한국의 인삼은 세계 어느 시장에 내놓아도 그 우수성이 인정되는 만큼 외국인의 구매의도를 높여 인삼제품의 소비와 판매증진에 좀 더 많은 노력을 기울여야 할 것으로 보인다.

3D 프린팅 소재 화학물질의 독성 예측을 위한 Data-centric XAI 기반 분자 구조 Data Imputation과 QSAR 모델 개발 (Data-centric XAI-driven Data Imputation of Molecular Structure and QSAR Model for Toxicity Prediction of 3D Printing Chemicals)

  • 정찬혁;김상윤;허성구;;신민혁;유창규
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제61권4호
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    • pp.523-541
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    • 2023
  • 3D 프린터의 활용이 높아짐에 따라 발생하는 화학물질에 대한 노출 빈도가 증가하고 있다. 그러나 3D 프린팅 발생 화학물질의 독성 및 유해성에 대한 연구는 미비하며, 분자 구조 데이터의 결측치로 인해 in silico 기법을 사용한 독성예측 연구는 저조한 실정이다. 본 연구에서는 화학물질의 분자구조 정보를 나타내는 주요 분자표현자의 결측치를 보간하여 3D 프린팅의 독성 및 유해성을 예측한 Data-centric QSAR 모델을 개발하였다. 먼저 MissForest 알고리즘을 사용해 3D 프린팅으로 발생되는 유해물질의 분자표현자 결측치를 보완하였으며, 서로 다른 4가지 기계학습 모델(결정트리, 랜덤포레스트, XGBoost, SVM)을 기반으로 Data-centric QSAR 모델을 개발하여 생물 농축 계수(Log BCF)와 옥탄올-공기분배계수(Log Koa), 분배계수(Log P)를 예측하였다. 또한, 설명 가능한 인공지능(XAI) 방법론 중 TreeSHAP (SHapley Additive exPlanations) 기법을 활용하여 Data-centric QSAR 모델의 신뢰성을 입증하였다. MissForest 알고리즘 기반 결측지 보간 기법은, 기존 분자구조 데이터에 비하여 약 2.5배 많은 분자구조 데이터를 확보할 수 있었다. 이를 바탕으로 개발된 Data-centric QSAR 모델의 성능은 Log BCF, Log Koa와 Log P를 각각 73%, 76%, 92% 의 예측 성능으로 예측할 수 있었다. 마지막으로 Tree-SHAP 분석결과 개발된 Data-centric QSAR 모델은 각 독성치와 물리적으로 상관성이 높은 분자표현자를 통하여 선택함을 설명할 수 있었고 독성 정보에 대한 높은 예측 성능을 확보할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 방법론은 다른 프린팅 소재나 화학공정, 그리고 반도체/디스플레이 공정에서 발생 가능한 오염물질의 독성 및 인체 위해성 평가에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

한국 동해연안의 종관주기 해수면 변동 특성과 발생원인 (Sea Level Variability at a Synoptic Band along the East Coast of Korea and its Causal Mechanism)

  • 정성윤;윤재열;박태욱;임세한;오임상
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제13권2호
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    • pp.89-105
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    • 2008
  • 한국 동해 연안에서의 종관주기 해수면 변동 특성과 그 원인을 규명하기 위해 동해 연안 4개 정점에 대하여 1999-2005년까지 7년 동안의 해수면과 대기압 자료를 분석하였다. 해수면의 wavelet 스펙트럼 분석 결과 모든 연도에 걸쳐 약 3-17일에 이르는 종관주기에서 95% 신뢰수준의 유의한 해수면 변동성이 식별되었고, 그러한 변동성은 봄에서 초여름에 이르는 기간에 비교적 강하게 나타났다. 이러한 변동성의 원인을 찾기 위해 해수면과 대기압 간 교차 스펙트럼 분석을 한 결과, 종관주기에서 높은 상관성을 보여 종관주기 해수면 변동의 생성에 있어 역기압 효과(inverted barometric effect)가 중요하게 작용함을 알 수 있었다. 또한, 동해 연안의 인접 해수면 관측소간 교차 스펙트럼 분석결과 북에서 남으로 위상지연이 생기는 경우와 그렇지 않은 경우로 나뉘었다. 즉 1999, 2003, 2005년은 인접 해수면 관측소간 남쪽으로 점진적인 위상지연이 발생하였고 2000-2002, 2004년은 점진적인 위상지연이 발생하지 않았다. 위상지연이 발생하는 경우의 위상속도는 약 12-15m/s로 연안 켈빈파의 위상속도와 유사한 형태로 볼 수 있다. 이러한 점진적인 위상지연의 발생원인은 봄에서 초여름 기간에 동아시아 대륙에서 발달한 저기압이 동해 북부해역을 통과하여 동진할 때 발생하는 것으로 사료된다. 인접 관측소간 점진적인 위상지연이 발생하지 않은 경우는 동아시아 대륙에서 발달한 저기압이 종관주기를 가지고 동해 연안을 중부나 남부 구역을 통해 지날 때 나타남을 알 수 있었다. 이처럼 우리나라 동해안에서 점진적인 위상지연이 발생하지 않는 경우에는 일본 남서해안에서 북동쪽으로 연안을 따라 $5{\sim}8\;m/s$의 전파속도를 가지고 점진적인 위상지연이 발생함을 알 수 있었다.