과학영재반 학생 대상 NetLogo 기반 모델링 콘텐츠 개발 및 적용 사례

박홍준(Park, Hongjoon),전영국(Jun, Youngcook) 한국과학영재교육학회 2018 과학영재교육 Vol.10 No.1

이 논문의 목적은 순천만 습지의 대표적인 철새인 흑두루미의 생태를 에이전트 기반 모델링 도구인 Netlogo를 사용하여 시뮬레이션하는 콘텐츠를 설계 및 개발하고 과학영재반 수업에서 팀별 프로젝트로 수행한 사례를 탐구하는 것이다. 우리는 먼저 NetLogo 라이브러리 중에서 어항 시뮬레이션 예제를 토대로 에이전트 기반의 모델링 기법을 제공하였다. 그리고 이를 토대로 순천만의 흑두루미 먹이 사슬로 확장함으로써 영재반 학생들이 순천만에 서식하는 생물 사이의 관계성을 NetLogo 모델링 언어로 실험하게 하는 탐구 경험을 할 수 있도록 수업 콘텐츠를 설계하였다. 우리는 2016년 4월부터 7월 사이에 수학 및 정보 영재반 수업과 7월 말에 5일에 걸쳐 집중 프로그램 기간 동안에 미니 사사 프로젝트를 수행하였고 그 과정에서 생성된 학습 소감문 및 프로그래밍 코드 등을 수집하였다. 그리고 미니 사사 과정생들을 대상으로 사후 면담을 한번 실시하여 Netlogo 프로그래밍 수행 과정을 분석하였다. 그 결과 참여 학생들은 짧은 기간(4일) 동안에 순천만 먹이사슬에 관한 자료 검색을 토대로 방정식을 도출하는 한편 이를 토대로 Netlogo로 각 등장 생물에 관하여 에이전트 기반의 모델링을 하여 시뮬레이션 결과를 그래프로 구현하는 프로젝트 기반의 코딩 학습의 혜택을 거둔 것으로 드러났다. 또한 참여 학생들은 수치와 그래프가 가지는 의미를 분석하는 활동을 통해 자료 수집-분석-표현-모델링-구현-결과 제시-분석에 따른 과학적 탐구 능력을 함양할 수 있었다. This paper aims at exploring gifted students’ inquiry-based activities using NetLogo contents of Hooded Crane Modeling for Food-Chain in a Math-Information Combined Class as well as with a mini mentoring-based team project. We first used a fish tank example from NetLogo library and provided a modified version for the target class teaching. Based on this, we extended it to modeling food chain of Hooded cranes in Suncheon wetland conservation for promoting inquiry-based scientific exploration. The research methods that were employed were contents development according to the IT-fused curriculum design and case study for implementing the proposed program at an attached gifted science education center in a regional university. We conducted two cases of applying those contents during the extensive program during the last week of July in 2016 and collected NetLogo codes as well as reflective memos from the participating students. We analyzed the collected data with an extra interview with the group of students who engaged in a mini mentoring-based team project. As a result, the participating students revealed taking benefits of coding education in terms of conducting modeling and simulation for the food chain relationship among warm-crab-bird-hooded crane and implemented it in NetLogo. Moreover, the mini mentoring-based team project turned out to be close to the shortened version of full scaled project via the cycle of data collection-analysis-representation-modeling-coding-running simulation-analysis of results to promote scientific exploration activities.

NetLogo 시뮬레이션 활동이 초등과학영재들의 생태계 개체군 상호작용에 대한 이해에 미치는 영향

오승유,남윤경,조운석 한국영재학회 2022 영재교육연구 Vol.32 No.1

This study investigated how gifted students’ understanding of the concept of eco-systems were affected by the NetLogo simulation-based program. Twenty gifted elementary students at the University-affiliated Science Gifted Education Center participated in online simulation lessons using NetLogo Models’ Library. The main data source of this study was a questionnaire asking the students to express their understanding of interactions between agents in the given NetLogo eco-system simulation by System Dynamic Modeler (SDM). The result showed that after the lessons, the students’ understanding of the interactions between agents was characterized as follows. First, the number of individual agents increases and decreases at a certain width. Second, the ecosystem equilibrium of an ecosystem with a larger number of species lasts longer. Third, when a change occurs in the population of the lower food chain, the corresponding change also occurs in the population indirectly connected to that population. Fourth, even minor adjustments can change the overall appearance of an ecosystem over time. This study is meaningful in that NetLogo simulation activities can help elementary students improve their understanding of the basic principles of the ecosystem, such as predator-prey-interaction and ecosystem equilibrium. 본 연구는 과학영재를 대상으로 생태계 개념에 대한 정확한 이해에 NetLogo 시뮬레이션 활동의 효과를 논의하고자 하였다. 이를 위해 대학부설 과학영재교육원 초등과학영재 20명을 대상으로, NetLogo 시뮬레이션을 활용한 생태계 개체군 상호작용 수업을 실시하고 수업 전후 개체군 상호작용 관계도와 생태계 평형 설문지를 적용하여 생태계를 이루는 개체군 상호작용과 생태계 평형에 대한 이해도 변화를 분석하였다. 분석결과 학생들은 다음과 같은 개념을 학습하였다. 첫째, 개체군을 이루는 개체 수는 일정 폭으로 진동하면서 유지된다. 둘째, 생태계를 이루는 종의 개수가 더 많은 생태계의 생태계 평형이 더 오래 지속된다. 셋째, 하위 먹이사슬의 개체군에 변화가 일어날 때, 하위 먹이사슬의 개체군과 간접적으로 연결된 개체군에도 그에 따른 변화가 일어난다. 넷째, 작은 변화에도 시간이 지남에 따라 생태계의 전체적인 모습이 변할 수 있다. 본 연구는 초등학생을 대상으로 NetLogo를 이용하여 생태계의 기본적인 원리인 피식-포식 상호작용과 생태계 평형에 대한 이해도를 높일 수 있다는 것을 보였다는 점에서 의의가 있다.

컴퓨터 프로그래밍과 창의성 발현 활동에 관한 질적 사례 연구: NetLogo 기반의 계산적 사고 중심으로

전영국 ( Young Cook Jun ) 한국컴퓨터교육학회 2015 컴퓨터교육학회 논문지 Vol.18 No.3

본 논문의 목적은 정보과학영재반 학생들이 계산적 사고의 관점에서 NetLogo 프로그래밍을 하면서 문제를 해결하는 과정의 특성을 살펴보는 데 있다. 이를 위하여 전남 지역의 S대 부속 과학영재교육원에서 실시한 중등정보과학 수업에 관한 강의 자료, 학생들의 프로그래밍 산출물, 소감문을 수집하였고 면담 및 학생 활동을 촬영한 비디오 자료를 추가하였다. 연구자는 NetLogo 프로그래밍 수업 중 다각별 그리기 과제에서 나타나는 학생들의 사고 및 프로그래밍 작업 패턴, 학습태도, 행동특성 등을 분석함으로써 계산적 사고와 관련된 프로그래밍 학습의 특징을 도출하였다. 연구참여자(진우)는 계산적 사고를 해 나가는 과정과 컴퓨터 프로그래밍으로 코딩하는 방식에서 번득이는 아이디어의 순간 포착 및 간결한 코딩 등의 양상을 보여주었다. 사례간의 비교고찰과 해석적 논의를 통해 중등정보과학 영재수업을 담당하는 교육실천가들에게 계산적 사고를 함양시키는 프로그래밍 교수-학습과정에 관한 후속 연구 방향을 제시하였다. The aim of this paper is to explore and understand the gifted student``s characteristics such as NetLogo programming patterns, attitudes, his/her interest in problems solving. Based on transcripts and coding video frames, we explored the meaningful scenes to come up with thinking patterns, NetLogo programming patterns, attitudes, behaviors on tasks such as drawing regular starlike shapes. This case study contrasts with two other students revealing their unique characteristics both in computational thinking patterns and coding activities. The participant reveals his own ways of finding a clue and elaborating it further for coming up with concise NetLogo coding. This paper provides cross-case discussion and future research direction on how to improve gifted education in terms of problem solving in creative ways.

컴퓨터활용교육 : NetLogo 기반의 과학탐구용 시뮬레이션 콘텐츠 개발 및 형성평가

우정훈 ( Jeong Hoon Woo ),전영국 ( Young Cook Jun ) 한국컴퓨터교육학회 2014 컴퓨터교육학회 논문지 Vol.17 No.2

본 논문의 연구목적은 탐구실험중심 과학교육의 실현 방법으로 고고보드와 NetLogo를 이용한 실세계와 가상세계를 연결해주는 시뮬레이션 콘텐츠를 설계 및 개발하는데 있다. 먼저 탐구실험 수업을 위한 컴퓨터 시뮬레이션과 로봇활용교육을 이용한 수업모형을 탐색하고 가상시뮬레이션과 실제실험을 연동할 수 있도록 컴퓨터 기반의 실험 장치(MBL)을 제작하였다. 이 장치를 토대로 중등과학교과내용 중 온도변화(열평형)과 전기(저항과 전압과의 관계)단원 내용을 대상으로 시뮬레이션 콘텐츠를 제작하였다. 닫혀있는 계에서의 온도변화가 같아지는 열평형반응을 탐구실험과 시뮬레이션으로 시각화하였으며, 전기단원의 저항과 전압과의 관계에서는 각 저항의 직렬연결을 이루었을 때, 각 저항에 걸리는 전류가 같고 전하의 흐름을 시뮬레이션 하였다. 중학생들을 대상으로 개발된 콘텐츠를 사용하게 하면서 시뮬레이션 사용 및 인터페이스에 대한 형성평가를 하였으며 컴퓨터 기반 과학교육에서 활용할 수 있는 방향성을 제시하였다. This paper aims at implementing experimental devices with which middle school students can explore scientific ideas using GoGo Board and NetLogo that connect real and simulated worlds. Related research literature was reviewed to design a simulation-based learning model using computer simulation and robot-related activities. In order to construct devices for exploratory experiments, GoGo Board was adopted for developing the interface of Micro-Based Laboratory(MBL) devices with several sensors while NetLogo was used for connecting MBL devices (real world) and simulated experiments (virtual world). The simulation contents were developed in the area of heat equilibrium for changing temperature and the conduct-current relationship appeared in the textbook of middle school science class. With the developed device and contents students can visualize the change of temperature cold and hot waters in terms of heat equilibrium. They also can measure the change of conductor representing the relationship between conductor and current. The formative evaluation of the contents carried out with several middle school students indicated the future direction for upgrading simulation contents and interface. The results might be beneficial for science educators who want to apply simulation contents with the use of computers.

PBL 기반의 NetLogo를 이용한 교육용 콘텐츠 저작이 예비중등교사의 창의성에 미치는 효과

김진영(Jin-young Kim),박홍준(Hong-joon Park),전영국(Young-cook Jun) 한국공학교육학회 2011 공학교육연구 Vol.14 No.4

The objective of this study is the analysis of the effects of educational contents authoring in a PBL using NetLogo Pre-service teachers creativity. With utilization of the analysis, we attempted to draw implications on the factors considered in instructional design. To compare their creativity before and after class, we have done pre-service teachers test for each Pre- and Post- TTCT and LCT. Based on the analysis, as a result, there has been a significant improvement in their creativity, most especially in the fluency subcategory.

행위자 기반 모형 NetLogo를 사용한 어도에서의 어류 이동 평가

남건우,안광국,이혁제,배대열,장진욱,기서진 한국환경기술학회 2023 한국환경기술학회지 Vol.24 No.4

. We assessed the impact of barriers to fish migration using an agent-based model (ABM), which described heterogeneous behaviors in complex systems based on (rule-based) programming of micro-level processes. The software NetLogo, one of popular ABM platforms, was adopted to build a simulation model for fish movement across fish ladders in a 2-D river system. Performance of the developed model was evaluated in terms of the size of ladder (specifically for the width) and initial fish population as well as both the number of ladders and passage efficiency. Results showed that passage efficiency decreased as the number of the ladder on the river network increased. On the other hand, an increase in the size of ladder and fish population was found to enhance fish movement progressively up to certain thresholds, specifically less than the ladder width of 6 m and 300 fish. Although we did not clearly explain the reason for this saturated movement, end-users were capable of further extending the functionality of the simulation model from future experiments. Therefore, we believe that the modeling approach examined in this study not only can be used to identify potential barriers disrupting fish passage, but also retrofits fishways to existing hydraulic structures.

GIS와 행위자 기반의 비상 대피 모형 개발

유순영 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.1

Agent-based emergency evacuation modeling has been developed using NetLogo which is a multi-agent programmable modeling environment, and applied for a small area in Yangpyeong, Seoul. Geographic information on buildings and emergency shelters were loaded and used for agents to decide an optimal route to the nearest shelter. Agents were categorized into adults,children, seniors and the disabled based on the speed to evacuate. Evacuation patterns were assumed as follows: 1) Agents head for the nearest shelter. 2) If there are buildings on the way, they rotate until they find a way to the nearest shelter through buildings or the direction is against the shelter or against the direction which they headed for in the previous step. 3) Adults take care of a child within a certain radius and the adults accompanied with a child are slowed down. 4) All agents are retarded in a crowed place in proportion to the number of agents. The simulation results show that the GIS and agent-based modeling well represents the evacuation patterns of the agents assumed for this study. Once the evacuation patterns are provided, the GIS and agent-based modeling will be useful to plan evacuation routes and to create evacuation maps in vulnerable zones. NetLogo를 이용하여 GIS와 행위자 기반의 비상 대피 모형을 개발하고, 소규모 연구 지역에 적용하여 보았다. 서울시 양천동의 공간 정보를 활용하여 비상대피소의 위치 및 행위자의 이동 통로가 구성되었으며, 대피 속도를 고려하여 행위자는 청장년,아동, 노인, 장애인의 4가지 유형으로 구분하였다. 행위자의 행동 패턴은 다음과 같이 가정하였다. 1) 비상대피시 행위자는 가장 가까운 대피소로 향한다. 2) 만약 대피소로의 최단 경로가 건물에 의해 막히면 우회하나, 기존 이동 방향과의 역방향 또는대피소와의 역방향은 택하지 않는다. 3) 청장년은 일정 거리 이내의 아동 대피를 돕고자 하며, 이 경우 청장년의 대피 속도가감소할 수 있다. 4) 모든 행위자는 혼잡한 구간에서 행위자의 수에 비례하여 대피 속도가 감소한다. 모의 결과는 본 연구에서개발된 행위자 기반 모형이 본 논문에서 가정한 행위자의 대피 성향을 잘 모의하고 있음을 보여준다. 재난 유형 및 지역 특성에 따라 비상시 행위자가 취하는 대피 성향 정보가 구축될 경우, 행위자기반모형을 통해 재해 취약자을 중심으로 대피 시뮬레이션이 평가되어, 과학적인 대피로 지정 및 대피지도 작성이 이루어질 수 있을 것으로 기대된다.

전통 문양을 채색분석 해 보는 자전적 경험 탐구

전영국(Youngcook Jun) 한국융합예술치료교육학회 2021 예술과 인간 Vol.7 No.-

그림을 그리는 활동과 밑그림을 여러 가지 색깔로 칠해보는 채색활동은 내적인 감정, 생각, 느낌 등을 표현하게 해 준다. 이 연구의 목적은 연구자의 채색활동을 통해 문양에 담긴 의미와 조형적 특징을 탐구하는 자전적 경험을 이해하는데 있다. 연구자는 전통 그림과 문양에 대한 세미나에 참여하면서 채색분석 방법을 알게 되었으며 약 1년에 걸쳐 배운 경험을 토대로 채색 활동이 주는 심미적 경험을 살펴보고자 한다. 먼저 연구자는 투각향료에서 나타나는 조형 패턴에 대하여 NetLogo로 코딩해 보았으며 용면와(龍面瓦)와 고구려 안악 3호분의 연꽃 무늬를 채색분석해 보는 경험을 질적으로 해석하였다. 그 결과 연구자는 그 자체로 다양한 색감을 통해 형태를 꾸며나가는 활동이며 채색을 하는 과정을 통해 내적인 감정과 느낌이 순화되면서 사물을 보는 눈이 확장됨을 서서히 알아차리게 되었다. 이 연구 결과는 조형의 밑그림을 채색하면서 조형에 대하여 분석하는 활동이 조형에 담긴 의미를 해석하는데 도움을 주었으며 더 나아가 무늬가 전개되어 나가는 조형방식을 탐구하는데 체계적인 방법임을 확인할 수 있었다. The purpose of this study is to understand the aesthetic experiences of interpreting traditional patterns with color analysis. I (researcher) learned how to analyze coloring while participating in a seminar on Korean traditional patterns and would like to examine the autobiographical aesthetic experiences of coloring activities carried out for about one year. As part of the art-based research method, I collected and qualitatively analyzed the artifacts of color analysis and memorized data for the selected traditional patterns as well as NetLogo coding. The coloring work itself is an activity to decorate the form through various colors and the process of coloring, and has side effects of tuning the inner emotions and feelings purified. With such a method, I gradually noticed that the eyes to see things were becoming expanded and deepened. The results of this study confirmed that color analysis of traditional patterns helped to interpret the meanings contained in those patterns via re-interpretation from the a/r/tographic perspectives.

NetLogo를 활용한 인공지능 수업 탐구

전영국(Youngcook Jun) 한국컴퓨터교육학회 2021 한국컴퓨터교육학회 학술발표대회논문집 Vol.25 No.2(A)

이 논문은 사범대학에서 개설된 중등 컴퓨터교육과 예비교사를 위한 인공지능 강좌에서 강의 방법 및 도구를 탐색하는 내용을 담고 있다. 복잡한 문제에 대한 지식표현 방법과 추론 알고리즘을 비롯하여 규칙 기반의 동물원 맞추기 예제, 인공신경망, 불확실한 추론 방식을 소개하고 퍼즐 맞추기와 게임하기 및 대화형 자연어 처리 등의 분야에서 다루는 알고리즘을 다룬다. 실습 예제의 도구로서 NetLogo와 Netica 등을 사용하는 사례를 제시하였다.

자율주행자동차의 Jerk에 따른 평균주행속도 변화 분석

정승원,문영준,황기연 한국교통연구원 2018 交通硏究 Vol.25 No.1

Jerk is a differential value of accelerating or decelerating speed that influences on driving stability and riding comfort. Since ordinary drivers feel difficult to control jerks when they adjust speed, it is rarely used in road traffic. By applying the concept of jerk that affects driving stability, the study analyzed average vehicle speed changes both on main and entry-exit sections in a freeway according to varying entrainment rate and density of Automated Vehicles (AVs). This study finds, in main freeway sections, that low jerk with low entrainment rate in a high density showed a high average vehicle speed, while in entry and exit sections showed a low jerk high average vehicle speed regardless of entrainment rate. As jerk increases, the gap between acceleration and deceleration widens and a deceleration becomes more frequent due to shock wave. Since ordinary cars are rarely affected by AVs under a low traffic density, it is assumed that average vehicle speed of high jerk is higher. By contrast, ordinary cars are more or less affected by AVs due to indispensable conflicts in entry and exit sections. Overall the application of jerk into AVs does not have great impacts on traffic flow. So that when jerk is limited in consideration of driving stability and riding comfort for passengers, it has limited influence over general traffic flow. Furthermore, it can be asserted that loosening limitations of jerks for AV can promote traffic flow more smoothly or improve driving capability rather than driving stability. Jerk는 가속도의 미분 값으로 주행안정성 및 승차감에 영향을 준다. 일반적인 운전자가 가감속할 때 Jerk를 컨트롤하는 것은 어렵기 때문에 도로교통에서 자주 활용되는 개념은 아니며, 철도나 승강기에서 활용하는 개념이다. 자율주행자동차는 조향 및 가속 장치를 자동화하여 운전자의 역할의 일부를 수행하는 기술로서, Jerk의 개념 적용이 가능하다. 자율주행자동차는 Jerk의 제한을 낮춰서 승차감을 향상시킬 수 있고, 반대로 주행속도와 주행성을 고려하여 Jerk의 제한을 높일 수도 있다. 다만 자율주행자동차와 일반 자동차가 혼재된 교통류에서 자율주행자동차의 Jerk의 제한을 어떻게 두는가에 따라 교통흐름의 부정적인 영향도 있을 수 있다는 우려가 따른다. 이에 본 연구에서는 자율주행자동차의 Jerk로 인해 일반 자동차와 전체 교통류의 흐름에 어떤 영향을 주는지 분석하였다. 분석방법으로 행위자기반모형 시뮬레이션 툴인 Netlogo를 이용하여 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 기본구간과 진입출구간, 밀도와 자율주행자동차의 혼입율에 따른 다양한 시나리오를 설정하고, 각 시뮬레이션 분석 결과를 통해 자율주행자동차의 Jerk 영향을 분석하였다. 분석 결과 기본구간에서는 저혼입율일수록 고밀도일 때 낮은 Jerk의 평균주행속도가 높게 분석되었고, 진입출구간에서는 혼입율과 상관없이 저밀도일 때 낮은 Jerk의 평균주행속도가 높게 분석되었다. 즉, 승차감이나 주행안정성을 고려하여 Jerk를 반영하여도 일반자동차나 전체 교통류에 큰 영향을 미치지 않으며, 경우에 따라서는 평균주행속도가 높아질 수도 있다. 따라서 자율주행자동차에 Jerk를 반영하여 주행안정성을 향상시킬 수 있으며, 반대로 Jerk의 제한을 여유있게 두어 주행성을 향상시킬 수도 있을 것으로 판단된다.