본 연구는 개념적 혼란이 지속되고 있는 융합교육의 특성을 규명하기 위하여 융합교육의 현장경험을 가진 교사 19명을 대상으로 델파이 연구를 수행하였다. 총 3차의 델파이 연구가 실시되었으며, 융합교육의 특성으로서 핵심요인과 기대효과를 도출하였다. 융합교육의 전제 조건인 핵심요인은 학습자의 다양한 질적 경험을 위해 교육내용과 교육방식의 개방적이고 융통적인 활용을 강조하는 '교육설계', 교사, 교사-동료 간, 교사-학습자 간의 관계 속에서 발휘되는 교사의 역량을 의미하는 '교사전문성', 다양한 교육주체의 심리적 지원을 통해 융합교육을 가능하도록 하는 '교육환경'으로 유형화되었다. 융합교육의 기대효과는 '학습자의 인지적 특성', '학습자의 정의적 특성', '교사 및 교육체제' 차원에서의 변화를 포함하였으며, 융합교육이 교육 본연의 가치를 실현하는 하나의 틀로서 인식되었다. 본 연구에서 융합교육은 다수의 일반적인 학습자를 대상으로 한 교육적 가치 실현을 지향하며, 다양한 교육내용과 교육방식을 적용하고 교사의 전문성을 비롯한 관련 교육주체의 심리적 요인이 중요한 핵심요인으로 다루어진다는 특성을 나타냈다. 연구의 결과는 융합교육의 실체를 다각적인 이해의 틀을 가지고 교육 현장의 맥락에서 확인하였다는 점에서 의의를 갖는다.
이 연구에서는 5개 대학부설 과학영재교육원의 중등 화학반 교재를 고안한 분석틀에 의해 비교 분석하였고, N대학교 부설 과학영재교육원 학생들의 설문 조사를 통하여 영재 교육 프로그램의 내용과 운영에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. 이를 토대로 올바른 영재교육에 대한 시사점을 찾고자 하였다. 고안한 분석틀은 교재 내용, 활동의 유형, 활동의 수준, 실험 활동의 개방도, 창의적 사고력 유형 등 6가지 범주에 따른 준거로 구성되었다. 교재분석결과 대체로 단원 내용이 적절하게 배분되어 이루어졌지만 첨단과학이나 융합과학 등의 내용이 부족했다. 활동의 유형은 대부분이 강의나 실험활동으로 다양한 활동들로 이루어진 프로그램이 개발되어야 할 것이다. 또한 지적 선행 학습이나 과학적 사고력 증진을 위한 학습활동의 비율이 높았다. 활동의 수준 분석 결과 창의적 활동이 매우 부족했고 실험활동의 개방도에서는 2수준 이상의 활동 비율이 낮았다. 그리고 창의적 사고력 유형분석에서는 확산적 사고력과 연관적 사고력을 촉진하는 활동이 부족함을 보였다. 진정한 영재교육이 이루어지기 위해서는 과학영재교육 프로그램 개발이 요구된다. 리커트 방식의 설문지와 면담을 통해 분석한 프로그램 내용에 대한 응답은 전반적으로 N대학교 부설 영재교육원 프로그램의 내용과 자신의 능력향상, 운영방식 등에 매우 긍정적인 반응을 보였다.
본 연구의 주된 목적은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 최근 수학적 모델링이 강조되는 상황에서 보로노이 다이어그램과 들로네 삼각분할을 주제로 영재교육을 위한 수학적 모델링 프로그램을 개발하는 것이다. 둘째, 본 연구에서 개발한 수학적 모델링 프로그램을 실제 영재교육 수업에 적용한 결과를 분석하여 수학적 모델링 수업을 설계하는 현직교사와 융합형 영재프로그램을 개발하는 영재교사에게 도움을 주고자 한다.
본 연구는 과학공학 융합 수업을 통해 학생들의 공학과 공학자에 대한 인식이 어떻게 변화되었는지 알아보기 위한 연구이다. 본 연구에서 사용한 과학공학 융합 수업은 제한된 예산과 시간동안 공학적 문제를 해결하는 24차시 수업으로 설계되었으며 20명의 초등 과학 영재 학생들에게 적용하였다. 본 연구의 주요데이터는 공학자 그림 그리기와 설명문항, 그리고 이에 대한 개별 인터뷰와 초점 집단 면접을 통해 수집되었으며, 공학자 그리기에 대한 설명과 인터뷰는 전사내용을 토대로 양적(빈도분석과 대응표본 t-검증), 질적 분석 방법을 모두 사용하여 분석하였다. 과학공학 융합 수업은 과학 영재 학생들의 공학 설계에 대한 이해에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 공학과 공학자, 그리고 공학과 사회의 관계에 대한 인식도 바람직한 방향으로 변화하였다. 공학은 여러 명이 협력하는 사회적인 활동이라는 인식, 그리고 공학자의 윤리의식, 공학의 사회적 가치 등 공학과 사회의 관계에 대한 인식도 바람직하게 변화하였다.
본 논문에서는 SW교육의 심화교육으로 가상현실 프로그래밍 교육을 초·중등학교 수준에 맞추어 적용할 수 있는 모듈을 개발하고 해당 모듈의 적용 가능성 및 효과성을 검증하였다. 연구 결과 본 논문에서 제시한 가상현실 프로그래밍 모듈은 문제해결과 학습몰입에서 모두 유의미한 향상을 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 개발된 가상현실 프로그래밍 모듈은 일선 초·중학교에서 기초적인 코딩의 개념과 알고리즘 이해 교육을 벗어나 심화교육으로 적용될 가능성이 충분한 것으로 판단된다. 특히, 전국 2,920개의 영재교육기관에서 이루어지고 있는 정보영재교육에 활용 될 경우 정보영재교육의 수준을 높여줄 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 가상현실 프로그래밍 교육은 과학, 예술, 건축 등 다양한 분야와 융합교육이 가능해 학생들에게 다양한 흥미를 제공해주고 종합적인 분석력과 창의력을 길러줄 것으로 기대된다.
이 연구에서는 과학 영재의 과학 창의성을 신장시키기 위하여 문제 해결형 탐구 실험을 개발 적용하여 그 효과를 분석하고자 하였다. 이를 위해 먼저, 과학 개념, 과학 탐구 기능, 창의적 사고 영역에서 선정된 요소를 융합하여 문제 해결형 탐구 실험을 개발하였고, 과학 창의성을 측정하기 위해 과학 창의적 문제 해결력 검사(TSCPS)를 개발하였다. 과학 창의성을 신장시키기 위해 개발된 문제 해결형 탐구실험을 대학교 부설 영재 센터에 재학 중인 중학생 과학 영재 21명에게 적용하였다. TSCPS를 사전 사후에 실시하여 결과를 비교하였고, 실험 과정 중에 나타나는 학생 간 대화를 분석하였다. 문제 해결형 탐구 실험의 적용 후 TSCPS 사후 검사결과가 향상되었다. 실험 과정에서 나타난 학생 간 대화를 분석한 결과, 문제 해결을 위해 논리적인 설명과 사고를 많이 요구하는 실험에서는 수렴적 사고에 관한 대화 수가, 문제 해결을 위한 아이디어의 제시가 강조되는 실험에서는 발산적 사고에 관한 대화 수가 많이 나타났다. 이로써 문제 해결형 탐구 실험이 과학 창의성 신장에 긍정적인 영향을 줄 것이라 생각된다. 과학의 영역 특수성을 반영한 창의적 문제 해결형 탐구 실험은 영재 교육을 현장에서 수행하는 데 실질적인 도움이 될 것이라 기대한다.
본 연구의 주요 목적은 초등과학영재교육에서 활용할 수 있는 원격천문대 시스템을 구축한 후, 이를 활용한 천체관측 교육 프로그램을 개발하고, 초등과학영재에게 적용하여 과학탐구능력 및 과학적 태도에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 이와 같은 연구 목적을 달성하기 위해 경기도 소재 A초등학교와 B초등학교 5학년 과학영재학생 35명을 대상으로 원격천문대 시스템을 활용한 천체관측 교육 프로그램을 적용하여 과학탐구능력과 과학적 태도 검사를 실시하였다. 교육 프로그램을 적용해본 결과 과학탐구능력의 하위 요소 중 기초탐구능력과 통합탐구능력 모두에서 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 기초탐구능력과 통합탐구능력을 종합한 과학탐구능력에서도 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 원격천문대 시스템을 활용한 천체관측 교육 프로그램이 초등과학영재의 과학적 태도에 미치는 영향 역시 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 하위요소로는 개방성, 협동성, 끈기성, 창의성에서는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났으나 호기심, 비판성, 자진성에서는 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 원격천문대 시스템을 활용한 천체관측 교육 프로그램은 기존의 지구 외부 세계와 학습자가 분리된 채 이루어진 천문교육을 스마트 인프라의 적용을 통해 참여와 공유, 융합을 구현하여 학습자의 역량을 강화시킬 수 있을 것으로 기대한다.
컴퓨터 비전에서 딥러닝을 활용한 이미지 분할 기법은 핵심 분야 중 하나이다. 이미지 분할 기법이 다양한 도메인에 사용되면서 딥러닝 네트워크의 오작동을 일으키는 적대적 공격에 대한 방어와 강건함이 요구되고 있으며 자율주행 자동차, 질병 분석과 같이 모델의 보안 취약성이 심각한 사고를 불러 올 수 있는 영역에서 적대적 공격은 많은 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 이미지 분할 기법에 따른 구별방법과 최근 연구되고 있는 적대적 공격의 방향성을 설명하며 향후 컴퓨터 비전 분야 연구의 효율성을 위해 중점적으로 검토되고 있는 연구주제를 설명한다
컴퓨터 비전 분야에서 오랫동안 사용되었던 CNN(Convolution Neural Network)은 오분류를 일으키기 위해 악의적으로 추가된 섭동에 매우 취약하다. ViT(Vision Transformer)는 입력 이미지의 전체적인 특징을 탐색하는 어텐션 구조를 적용함으로 CNN의 국소적 특징 탐색보다 특성 픽셀에 섭동을 추가하는 적대적 공격에 강건한 특성을 보이지만 최근 어텐션 구조에 대한 강건성 분석과 다양한 공격 기법의 발달로 보안 취약성 문제가 제기되고 있다. 본 논문은 ViT가 CNN 대비 강건성을 가지는 구조적인 특징을 분석하는 연구와 어텐션 구조에 대한 최신 공격기법을 소개함으로 향후 등장할 ViT 파생 모델의 강건성을 유지하기 위해 중점적으로 다루어야 할 부분이 무엇인지 소개한다.
본 논문에서는 정보영재의 창의적 문제해결력 향상을 위한 STEAM 기반 쓰기 활용 전략을 제안한다. 창의적 문제해결(creative problem solving)을 위해서는 다양한 요소의 복합적이며 역동적인 상호작용이 필요하며, 이러한 상호작용을 유도하고 실세계의 복잡한 문제를 해결할 수 있는 능력을 함양하기 위해서는 융합교육을 통해 다양한 학문을 아우르는 학습 경험을 제공해야 한다. 또한, 다양한 교과에서 이미 교육적 효과가 검증된 쓰기는 비판적 사고를 유도하고 문제해결의 시작이라 할 수 있는 문제인식을 도와 창의적 문제해결에 긍정적 영향을 줄 뿐만 아니라, 문제 해결과정과의 유사성을 바탕으로 문제해결력 향상을 위한 효과적인 도구로 쓰일 수 있다. 학습자들은 일상생활에서 흔히 사용하는 자판기, 휴대전화 같은 첨단기술 제품을 사용한 경험을 쓰고 분석하는 과정을 통해 알고리즘을 찾고 실생활에 쓰이는 여러 학문의 원리를 자연스럽게 학습하면서 다양한 사고의 융합과 상호작용을 경험하고 창의적 문제해결력을 함양할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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