지구 시스템 내 물질 순환에 대한 중·고등학교 학생들의 시스템 사고 분석: 인간의 활동이 순환에 미치는 영향을 고려하여

오현석 ( Hyunseok Oh ),이기영 ( Kiyoung Lee ),김권중 ( Kwonjung Kim ) 경북대학교 과학교육연구소 2021 科學敎育硏究誌 Vol.45 No.3

이 연구의 목적은 인간 활동의 영향을 고려하여 지구 시스템 내에서 물질 순환에 대한 중·고등학생들의 시스템 사고의 수준과 특성을 분석하는 것이다. 이를 위해 2015 개정 교육과정 분석을 통해 평가 문항을 개발하였으며, 시스템 사고를 적용하여 평가 루브릭을 개발하였다. 한국 지구과학 올림피아드에 참여한 중·고등학생을 연구 대상으로 하였다. 평가 문항을 이용하여 수집된 학생 응답을 평가 루브릭을 이용하여 시스템 사고 수준을 결정하였으며, 단어 분석을 이용하여 시스템 사고의 특성을 파악하였다. 이를 토대로 인간 활동의 영향을 고려한 교육과정 개선을 논의하였다. 연구 결과는 다음과 같다: 첫째, 대다수 중등학교 학생의 시스템 사고 수준이 물질의 순환에 대한 시스템 요소를 확인하거나 분류하는 낮은 수준이었으며, 시스템 연관이나 경향의 일반화와 같은 높은 수준은 상대적으로 적은 비율인 것으로 나타났다. 물의 순환보다 탄소의 순환에서 학생들의 시스템 사고 수준이 높은 것으로 나타났다. 둘째, 물질 순환에 대한 시스템 사고의 특성은 물의 순환에서는 물을 주요 시스템 요소로 인지한 상태로 기권과 다른 시스템 요소 간에 주로 증발로 연관을 나타내고 있었다. 탄소의 순환에서는 이산화 탄소를 주요 시스템 요소로 간주하여 생물권과의 연관으로 광합성과 호흡을 표상하고 있었다. 셋째, 지구 시스템 내 물질의 순환에서 인간 활동의 영향을 고려한 교육을 위해서 기존의 지구 시스템에서 확장하여 사회-생태 시스템을 고려한 교육과정의 개선을 제언하였다. The purpose of this study is to analyze the level and characteristics of system thinking of middle and high school students on cycle of matter in the Earth system considering the impact of human activities on the cycle. For this purpose, we developed items for assessment and assessment rubric through the analysis of 2015 revised curriculum and applying systems thinking, respectively. Middle and high school students who participated in the Korea Earth Science Olympiad were the subjects of this study. The level of system thinking was determined using the assessment rubric for student responses collected using items for assessment. The characteristics of system thinking were identified using word analysis. Based on these, the improvement of the curriculum considering the impact of human activities was discussed. The results of the study are as follows: first, the system thinking level of most secondary school students was low in identifying or classifying system elements for matter cycle, and high levels, such as system relationship or generalization of patterns, were found to be relatively small. It was found that students had a higher level of system thinking in the carbon cycle than in the water cycle. Second, in terms of the characteristics of system thinking about water cycle, water was recognized as a major system element and mainly related with evaporation between atmosphere and other system elements. Whereas, in the carbon cycle, carbon dioxide was regarded as a major system element, and photosynthesis and respiration were represented in relation with the biosphere. Third, for education considering the impact of human activities on the matter cycle in the Earth system, it is proposed improving the curriculum considering the socio-ecological system by extending the existing earth system.

시스템 사고력 평가를 위한 활동지와 루부릭 개발-통합과학 지구 시스템 단원을 중심으로

손미현,정대홍 한국현장과학교육학회 2019 현장과학교육 Vol.13 No.1

Talents with creativity-integrated pursued in the 2015 revision curriculum are those who have Integrated thinking abilities, and the fusion thinking is based on system thinking. System thinking is the ability to look at, analyze, and integrate knowledge. System thinking can be improved in learning situations, and the 'Earth System' unit of 'System and Interaction' aims to cultivate system thinking. Assessment in terms of student’s growth through feedback is very important and we have developed a tool to evaluate the system thinking of the Earth system unit. Based on the eight elements of system thinking presented by Ben-Zvi Assaraf & Orion(2005), we reduced and merged them into six, and organized activities to evaluate each element. We used a concept map that can be used easily and quantitatively in school, and structured the class so that the assessment and lessons are interacted. Item 1 lists the key words of the contents. Item 2 draws a concept map using the words listed. Item 3 is a concept map of the effects of human activities on changes in the Earth system. We developed the first rubrics through literature review.and then After applying to high school students and validation process of science teachers and science education experts. we modified the rubric. This study is meaningful in that it developed a practical tool to assess system thinking in school. 2015 개정 교육과정에서 추구하는 창의융합형 인재는 융합적 사고력을 갖춘 사람으로, 융합적 사고는 시스템 사고를 바탕으로 한다. 시스템 사고는 부분과 전체를 넘나들면서 문제를 통합적으로 살펴보고 분석하며 지식을 통합할 수 있는 능력이다. 이러한 시스템 사고는 구체적인 학습 상황에서 향상될 수 있으며, 통합과학 교육과정의 ‘시스템과 상호작용’의 ‘지구 시스템’ 단원은 이러한 시스템 사고를 함양하는데 목적이 있다. 피드백을 통한 학생의 성장이라는 측면에서 평가는 매우 중요하며, 지구시스템 단원의 시스템 사고를 평가하기 위한 도구를 개발하였다. Ben-Zvi Assaraf and Orion(2005)이 제시한 8가지 시스템 요소를 바탕으로 6가지로 축소, 병합하였으며 각 요소를 평가할 수 있도록 활동을 구성하였다. 시스템 사고를 확인할 수 있는 다양한 측정 도구 중 학교에서 쉽게 사용하고 정량적인 평가가 가능한 개념도를 활용하였고 교수학습과 평가가 동시에 이루어질 수 있도록 구성하였다. 문항 1은 학습 내용의 핵심 단어를 나열하는 것, 문항 2는 나열한 단어를 이용해 개념도를 그리는 것, 문항 3은 인간의 활동이 지구 시스템 변화에 미치는 영향을 개념도로 그리는 것이다. 평가기준은 문헌연구를 바탕으로 요소별 1차 루브릭을 개발한 후 고등학교 1학년 13명에게 적용한 산출물 결과와 과학교사 및 과학교육 전문가의 타당도 검증 과정을 거쳐 2차 수정하였다. 적용 학생들의 학업성취 수준이 높고 지구시스템 단원에서만 활용 가능 하다는 한계가 있으나 시스템 사고를 현장에서 평가할 수 있는 실용성 높은 도구를 개발했다는 점에서 의미가 있다.

국제표준에 따른 건축전기설비의 접지시스템 설계순서

이주철(Ju-Cheol Lee),염진근(Jin-Geun Yeom),정승현(Seung-Hyun Jeong),변철균(Cheol-Gyun Byeon),김재철(Jae-Chul Kim) 한국조명·전기설비학회 2014 조명·전기설비학회논문지 Vol.28 No.8

In this paper, designing of an earthing system in accordance with international standards with regard to 22.9kV-y multi-grounded neutral system is discussed and confirmed that the consumer’s earthing system can be a part of a global earthing system by interconnecting its earthing system with the neutral conductor of 22.9kV-y multi-grounded system. Further, it is proposed that some modification of the earthing system design flowchart given in the international standards are necessary when considering the equipotential bonding, lightning protection, and telecommunications facilities as well as the basic safety requirements.

선박의 접지 시스템에서 지락 고장에 따른 대지 전압 변동 특성

김종필(Jong-Phil Kim),류기탁(Ki-Tak Ryu),이윤형(Yun-Hyung Lee) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.2

선박에서 주로 사용하는 전압은 450[V], 6.6[kV], 11[kV]이며, 운항 중 전력계통의 안정성 확보를 위해 접지시스템이 적용된다. 일반적으로 450[V]를 사용하는 저전압 선박은 비접지 시스템을 6.6[kV], 11[kV]를 사용하는 고전압선박은 고저항 접지 시스템을 적용한다. 선박의 전력계통에서 지락 고장이 발생하면 건전상의 대지 전압이 선간전압 또는 그 이상으로 증가하고, 케이블의 절연에 과도한 충격을 주게 되므로 이를 분석하는 것은 매우 중요한 부분이다. 따라서 본 논문에서는 선박에서 주로 채택하고 있는 고저항 접지 및 비접지 시스템에 대해 지락 고장에 따른 선박 전력계통의 대지 전압의 변동 특성과 고장 상의 판단 방법을 대칭 좌표법을 이용하여 분석하고자 한다. 이를 위해 대칭 좌표법을 이용하여 대지 전압의 수학적 모델을 유도하고, 시뮬레이션을 위한 선박 전압은 6.6[kV]와 450[V]로 선정하였다. MATLAB을 이용한 시뮬레이션 결과 두 접지 시스템 모두 지락상 보다 위상이 120° 앞선 상의 대지 전압이 가장 높게 상승하였고, 이를 이용하여 고장 상을 정확하게 판단할 수 있음을 확인하였다. The voltages mainly used in ships are 450 [V], 6.6 [kV], and 11 [kV], and an earthed system is applied to ensure the stability of the power distribution system. In general, low-voltage ships using 450 [V] apply an unearthed system, while high-voltage ships using 6.6 [kV] or 11 [kV] use a high-resistance earthed system. When an earth fault occurs in a ship"s power distribution system, the voltage of the healthy phase increases to the line-to-line voltage or higher, which causes an excessive impact on the insulation of the cable. Thus, analyzing this behavior is very important. In this paper, we investigate the characteristics of the line-to-earth voltage variation according to earth faults and a recognition procedure of a faulty phase using the symmetrical coordinate method for a high-resistance earthed system and unearthed system. A mathematical model of the line-to-earth voltage was derived through the symmetric coordinate method, and the ship voltage for simulations was selected as 6.6 [kV] and 450 [V]. A MATLAB simulation proved that this method can determine the highest increase of the line-to-earth voltage, which leads by 120° on the faulty phase, and it accurately judges the faulty phase in both earthed systems.

과학 글쓰기를 통한 고등학생의 지구 시스템에 대한 이해와 시스템 사고의 분석

이현동,김태수,이효녕 한국지구과학회 2017 한국지구과학회지 Vol.38 No.1

The purposes of this study were to analyze high school students’ understanding about the Earth system and systems thinking process, and to develop science writing programs designed to assess students’ understanding about themes of Earth Science such as global warming, volcanoes, and desertification. A total of 8 11 th grade students from general high schools participated in the writing program and draw the causal maps. The methods of this study are as follows. First, DAET-C was used to investigate the way of students’ understanding about the Earth systems. What the students’ best understood was the component of the Earth systems followed by the interaction of the Earth systems and the scientific literacy of Earth science. Second, feedback circulations on the causal maps were found in four students in global warming section, one student in volcanic eruption section, and four students in desertification section, which means that systems thinking was not largely employed by the students. Consequently, the student participants understood that the global change was happening in correlation with complex concepts and factors, but they were short of using systems thinking in their science study. Therefore, the result of this study suggests that more studies be conducted to develop systems thinking in Earth Science learning through science writing programs. 이 연구의 목적은 과학 글쓰기를 통해 고등학생의 지구 시스템에 대한 이해와 시스템 사고 과정을 분석하는 것이다. 글쓰기 활동에 활용한 자료는 지구과학 I 교과 내용 중 지구환경 변화에 관련된 3가지 주제(지구 온난화, 화산분출, 사막화)이며 이와 관련된 과제를 개발하였다. 개발한 자료는 고등학교 2학년 학생 8명을 대상으로 투입하였으며작성한 과학 글쓰기 내용을 바탕으로 DAET-C 체크리스트와 지구 시스템에 관련된 개념을 구성요소로 하여 인과지도를 작성한 후, 이를 근거로 하여 시스템 사고의 관점에서 분석하였다. 그 결과로 첫째, 학생들은 지구 시스템의 구성, 지구 시스템의 상호작용, 지구과학적 소양, 시스템 순으로 지구 시스템을 이해하는 것으로 조사되었다. 둘째, 학생들의과학 글쓰기 내용을 바탕으로 각각의 주제별로 인과지도를 작성한 결과 피드백 순환 고리가 나타난 학생은 연구에 참여한 8명 중 지구 온난화 관련 주제에서는 4명, 화산 분출 관련 주제에서는 1명, 사막화 관련 주제에서는 4명의 학생이 지구 시스템에서 하위 요소 간의 상호작용을 고려하는 시스템 사고를 하고 있는 것으로 조사되었다. 결론적으로 연구에 참여한 학생들은 지구환경 변화가 지구계 하위 요소 사이의 상호작용을 통해 복잡한 과정 속에서 복합적으로 이루어지고 있다는 사고를 하고 있었으나, 지구 시스템의 순환에 대한 과정에서 시스템 사고는 미흡한 것으로 나타났다. 과학 글쓰기 활동을 활용하여 지구 시스템 교육과 시스템 사고를 향상 시킬 수 있는 다양한 연구가 필요할 것이다.

통합접지기반 건축물에서의 22.9㎸ 수전설비 접지에 관한 연구

박상교,최창규 한국조명·전기설비학회 2012 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.10

본 논문에서는 최근 개정된 전기설비기술기준 및 판단기준에서의 공통·통합 접지 도입에 대응하여, 통합 접지기반 건축물에서의 22.9 [㎸] 수전설비 접지설계에 대한 사례를 제시하고자 한다. 좀 더 구체적으로는, 22.9 [㎸]계통 수전설비의 용량에 적합한 변전실 면적을 계산하고, 그에 적합한 메시 접지망 설계사례를 제시하였다. 제시된 접지설계는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 평가하였으며, 그 결과 이 설계는 ANSI/IEEE Std. 80에서 규정한 안전 조건들을 만족하는 것으로 판단되었다. Accommodating the introduction of common·global earthing system in the recent revision of Korea Electric Standard Code(KESC), this paper presents an example of the design of the mesh grounding system of 22.9㎸ substation in global earthing system-based buildings. To be specific, in this paper the area suitable for the grounding system of 22.9㎸ substation in global earthing system-based buildings was calculated, and proposes a mesh ground system suitable for it. The proposed mesh ground system is evaluated via computer simulation, and is proved to obey the safety criteria of ANSI/IEEE Std. 80.

물의 순환에 대한 고등학생들의 지구시스템 관련 개념과 시스템 사고의 분석

강천덕 ( Chun Duk Kang ),이효녕 ( Hyo Nyong Lee ),윤일희 ( Ill Hee Yoon ),김은주 ( Eun Ju Kim ) 경북대학교 과학교육연구소 2008 科學敎育硏究誌 Vol.32 No.1

본 연구의 목적은 물의 순환에 대한 고등학생들의 시스템 사고의 정도를 알아보고, 학생들이 물의 순환에 대해 기술한 내용 중에서 지구시스템과 관련된 개념들은 어떤 것들이 있는지 알아보고자 하는 것이다. 연구 대상은 비평준화 지역인 포항시에서 성적이 중간 정도인 고등학교 3학년 학생 4명을 선정하여 물의 순환에 대한 질문지를 작성하게 하고 그 결과를 토대로 인과지도를 작성한 후 시스템 사고의 관점에서 분석하였다. 연구의 결과는 첫째, 학생들이 기술한 내용 중에 지구시스템과 관련된 개념은 모두 21개였으며, 이 중 과학적 개념 연결은 14개, 비과학적 개념 연결은 7개로 나타났다. 둘째, 학생들이 기술한 내용을 인과지도로 작성한 결과 피드백 루프가 완성된 학생은 A, C학생 2명 뿐 이었으며 그 중 C학생의 피드백 루프는 비과학적 개념 연결을 포함하고 있었다. 전체적으로 학생들이 물의 순환에 대하여 시스템 사고를 적절하게 수행하지 못하고 있거나 낮은 수준의 시스템 사고를 하고 있으며 내용에 대한 이해가 부족한 것으로 나타났다. The purpose of the study is to research students’ proficiency with systems-thinking approach concerning water cycles and to acquire data on Earth System-related concepts based on students’ feedback. To achieve the purpose of the study, I chose 4 mid-level high school juniors living in Pohang, where the high school equalization policy has not been implemented, and the students answered a questionnaire about water cycles. Then, based on the results, I created a causal map and evaluated it using systems-thinking analysis. The results of the study are as follows: First of all, among the answers of the subjects, there were 21 concepts related to the conception of the earth system : 14 of the conceptions were linked scientifically, and 7 of the conceptions were not linked scientifically. Secondly, results of the causal map of what the subjects described showed that only two students’(A and C) feedback loops were completed, and that student C`s feedback loop included unscientific reasoning. In conclusion, this study indicated that the students failed to understand the water cycle with the systems-thinking approach, or alternatively they applied low-level systems-thinking approach and had a lower understanding of it.

과학 영재 학생들의 사고양식에 따른 지구시스템에 대한 인지 특성

이효녕,김승환 경북대학교 과학교육연구소 2009 科學敎育硏究誌 Vol.33 No.1

이 연구의 목적은 과학 영재 학생들의 사고 양식에 따른 지구시스템에 대한 인지 특성을 분석하는 것이다. 연구 대상은 광역시 소재 대학 부설 과학영재교육원에 재학 중인 24명이다. 연구 방법은 먼저 과학 영재 학생들을 대상으로 Sternberg의 정신자치제 이론에 근거로 사고양식 측정 검사를 실시한 후, 그 유형에 따라 Type Ⅰ (입법적, 사법적, 전체적, 진보적)과 Type Ⅱ (행정적, 지엽적, 보수적)집단으로 구분하였다. 그 후 각 집단에 대해 설문지 3종(A, B, C형), 단어 연상, 그림 분석, 개념 지도, 숨겨진 차원파악하기(hidden dimension inventory), 자료해석 및 그 결과에 대한 심층 면담을 실시하였다. 과학 영재 학생들의 사고양식 유형은 입법적, 사법적, 무정부적, 전체적, 외부적, 그리고 진보적 사고 양식의 특성을 나타내어 새로운 과제를 선호하며, 창의적인 방식으로 문제를 해결하려는 경향을 보여주었다. 사고 유형에 따른 지구시스템에 대한 인지 특성에 대한 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, ‘시스템 이해’에서 Type Ⅰ, Ⅱ 집단의 양적 측정치는 비슷하였으나, 세부적으로 살펴보면 상당한 차이가 존재한다. 둘째, ‘시스템 내 관계 파악’은 사고양식 유형과 상당히 밀접한 관계를 가지고 있으며, Type Ⅰ집단이 보다 다각적, 역동적, 순환적으로 접근하여 보다 유리하다. 셋째, ‘시스템 일반화’에서 시스템에 대한단순 해석 능력은 두 집단 모두 비슷하나, 숨겨진 차원 요소를 가미하여 추정할 경우 일반화 경향이 Type Ⅰ집단이 우수하다. 하지만 시스템 예측 측면에서는 집단에 관계없이 미약하다. 이러한 결과를 볼 때 시스템 학습 프로그램 개발과 적용에 있어 다양한 대상에 대한 구체적인 개발 전략이 요구되며, 이를 통한 시스템 인지와 관련된 여러 분야에서의 활용성과 기대 효과가 클 것이라 생각된다. The purpose of this study was to analyze recognition characteristics of science gifted students on the earth system based on their thinking style. The subjects were 24 science gifted students at the Science Institute for Gifted Students of a university located in metropolitan city in Korea. The students’ thinking styles were firstly examined on the basis of the Sternberg’s theory of mental self-government. And then, the students were divided into two groups: Type Ⅰ group(legislative, judicial, global, liberal) and Type Ⅱ group(executive, local, conservative) based on Sternberg’s theory. Data was collected from three different type of questionnaires(A, B, C types), interview, word association method, drawing analyses, concept map, hidden dimension inventory, and in-depth interviews. The findings of analysis indicated that their thinking styles were characterized by ‘Legislative’, ‘Executive’, ‘Anarchic’, ‘Global’, ‘External’, ‘Liberal’ styles. Their preference were conducting new projects and using creative problem solving processes. The results of students’ recognition characteristics on earth system were as follows: First, though the two groups’ quantitative value on ‘System Understanding’ was very similar, there were considerable distinctions in details. Second, ‘Understanding the Relationship m the System’ was closely connected to thinking styles. Type Ⅰ group was more advantageous with multiple, dynamic, and recursive approach. Third, in the relation to ‘System Generalization’ both of the groups had similar simple interpretational ability of the system, but Type Ⅰ group was better on generalization when ‘hidden dimension inventory’ factor was added. On the system prediction factor, however, students’ ability was weak regardless of the type. Consequently, more specific development strategies on various objects are needed for the development and application of the system learning program. Furthermore, it is expected that this study could be practically and effectively used on various fields related to system recognition.

물의 순환 학습 상황에서 초등학생의 시스템 사고의 특징

김보민,맹승호 한국초등과학교육학회 2020 초등과학교육 Vol.39 No.3

The purpose of this study is to explore the characteristics and the level of fourth grade elementary students’ system thinking when they learn the unit of “Journey of Water” in terms of four key elements of system thinking such as understanding of the structure of a system, non-linearity and cyclic features, inter-relations and feedback between system properties, and temporal and invisible aspects of a system. Data included students’ worksheets and their responses to a set of Likert-scaled and written assessment items on water cycle. The results showed that the level of students’ system thinking did not have any hierarchy in relation to the key elements of water cycle system. In addition, the aspects of individual student’s system thinking on its sub-elements were different from each other. Also, there were core ideas of system thinking which were intensively considered according to a given context to understand a complex systemic subject. When students learn water cycle, understanding of non-linearity and inter-relations were weaker compared with other key elements of system thinking. Therefore, if these two factors are taught in advance, it can promote understanding of whole system of water cycle.

Earth System Science (ESS) Course for Urban Planning and Engineering Undergraduate Students

남윤경,윤성효 한국지구과학회 2017 한국지구과학회지 Vol.38 No.5

Urban planning and engineering undergraduate students need to understand the earth physical systems and that how human beings interact with the earth systems to planning and engineering urban area. The eco-friendly or geofriendly design and planning of an urban area is a critical issue not only for economic benefits but more importantly for the sustainable future of urban life. However, little study has been done dealing with the urban engineering students’ understanding of the earth as a system and what pedagogical approach is appropriate to improve their understanding of the earth as a system. This study is to investigate the impact of a purposely designed ESS course on urban engineering students’ understanding of the earth as a system and their perceptions about the instructional approaches of the course on their learning competency. This study utilized a mixed-methodology with three main data sources: concept maps, student’s perception survey about their learning competency, and course contents. Both the survey and concept maps were analyzed quantitatively as well as qualitatively. The result of this study showed that the urban engineering students’ experience of team-based research about the topic they chose based on their own interest had a positive impact on their understanding of the earth as a system and their learning competency. The results of this study suggest that structuring and presenting the earth system contents in the context of engineering students’ understanding and their future career be effective not only for the improvement of students’ content knowledge but also for the enhancement of their learning competency such as creativity and problem-solving skills in everyday life situation.