공대 물리학 교육에서 학습장애자에 대한 직접교수법의 효과

황운학,Hwang, Un-Hak 한국실천공학교육학회 2022 실천공학교육논문지 Vol.14 No.1

This study examined the impact of direct structured approach of students who demonstrate little or no sense of basic engineer concepts in physics courses. This direct structured instruction is one of the methodologies that focuses on explicit and systematic practices in which an instructor set clear learning outcomes and clarifies the direction of the instruction. 90 participants were randomly selected and tested on the areas of problem-solving skills, reasoning, working memory, and processing speed. 20% of the participants were found to be students with basic engineering disabilities. On the other hand, in the direct structured group, 51.7% and 58.0% of the sample group (90 students) showed a 6.3% increase from the mid-term to final examinations, respectively. The subgroups with 50% or lower grades were decreased from 26.7% to 24.5%. However, five students with the lowest grade of 20% were selected as students with learning disabilities in the study and the average scores of mid-term and final exams were increased by 8.6%, which was 17.9% and 26.5%, respectively at the end of the study. As a result, it showed that direct structured approach for students with learning disabilities in the engineer concepts was effective.

실천공학 교육 방법론 : 공학교육에서 귀납법 추론을 위한 변수 통제

황운학 ( Un Hak Hwang ) 한국실천공학교육학회 2014 실천공학교육논문지 Vol.6 No.1

이 연구는 귀납법적 확증(confirmation)을 위해서 실행하는 실험이 확률론적 추론임을 밝히고 이의 단점을 보완하기 위해서 적용된 확률적 확인론에 따라서 수행하는 실험에서 통제하는 절차와 방법을 다루었다. 이 통제란 알려진 조건과 상황들을 인위적으로 조작하되 가설에서 명시된 특정조건(즉 독립변수) 이외의 조건(기타 변수)이 작용하여 현상이 발생(종속변수)될 가능성을 막는 것이다. 특정조건에 의하여 현상이 발생할 가능성을 극대화 시키고 기타 조건에 의하여 현상이 발생할 가능성을 최소화시키는 것이다. 그렇게 함으로써 특정 선행사건(독립변수)과 후행사건(종속변수) 사이의 진정한 인과관계성(the causal relationship)을 객관적으로 정확하게 추론하도록 보장하는 방법이 통제인 것이다. 이 연구에서는 변수통제에 대해 좀 더 구체적으로 다루기 위해 대표적인 헬스기구인 Elliptical Trainer (ET)와 Tread Mill (TM)를 이용한 실험에서 변수통제를 가하여 운동속도(독립변수)에 따른 에너지 소비량 변화(종속변수)와 운동속도(독립변수)에 따른 호흡교환율(RER)과 심장 박동율(HR)의 변화(종속변수)를 얻었다. 마지막으로 이 통제를 통해 얻어진 실험결과들을 그래프로 그려 그 결과에 따라 연구의 결론이 다루어졌다. The variable control in the inductive inference for the confirmation and verification when the experimental data are collected is studied by applying the principle of probability inference. The control in engineering experiments is to protect any effect by of inter-vening variable except primary independent variable on the dependent variable. By the special condition the possibility for develop-ing a phenomenon will be maximized; otherwise, by the extraneous condition the possibility for developing a phenomenon will be minimized. By doing so, the control may provide insurance for the causal relationship between the certain prior event (independent variable) and the post-event (the dependent variable). Some experiments by using both elliptical trainer and tread mill under the variable control are performed in order to find the relations between the energy expenditure, the respiratory exchange ratio (RER), and the heart rate (HR) against the exercise speed.

Elliptical Trainer의 실험 분석을 통한 공학교육에 적용되는 귀납법적 추론 분석

황운학 ( Un Hak Hwang ) 한국실천공학교육학회 2013 실천공학교육논문지 Vol.5 No.1

이 연구의 본론에서 공학 교육에 적용되는 귀납법적 확증(confirmation)과 연역법적 검증(verification)을 다루고 이어서 귀납법 추리의 원리를 모형도를 통해 알아보았다. 그리고 이어서 공학교육에서 널리 쓰이는 확률론적 추론의 도입 배경과 보편적 명제에 대한 확률적 검정(test) )을 논의하였고 또한 실험에 대한 귀납법의 인정여부를 가지고 역사적으로 학계에서 끊임없이 논의 되어온 귀납법적 추론에 대한 정당성을 비교 분석하였다. 공학 교육에서 흔히 쓰이는 실험에 대한 철학적 명제를 가지고 실험에 대한 설명으로 선택된 귀납법의 승리와 반전, 그리고 확증에 대해 알아보았다 .이어서 실험에서의 전제, 절차, 및 통제에 대하여 논의 되어 졌다. 마지막으로 귀납법적 추론 예제로써 Elliptical Trainer 실험 결과를 가지고 확률론적 추론이 어떻게 가능한지 보여 주었다. 그 결과 82%의 참 확률을 가지고 3개의 추론을 하였는데 이 연구에서는 보통 공학연구와 달리 추론(결론 법칙)에 대한 참 확률을 표기하여 공학에서 주로 적용하는 귀납법적 방법 자 체가 확률추론임을 알린다. For a basic engineering education the confirmation and verification of the deductive Inference was studied and the principle of probability inference was applied. The background of introduction of deductive Inference and its test method was mentioned, and historic arguments on the compatibility of deductive statistical inference was summarized and analyzed. Philosophical arguments on the deductive confirmation for engineering experiments was introduced. Premise, procedure, and control of the experiments are studied. As an example of the deductive probability inference three groups of experimental data were used in order to find successful inferences respectively.

Elliptical Trainers(ET)를 이용한 공학교육 - 평균자유거리에 의한 심폐기능의 반응

황운학 ( Un Hak Hwang ) 한국실천공학교육학회 2011 실천공학교육논문지 Vol.3 No.2

공학교육의 좋은 예제로써 ET 운동 시 신체가 반응하는 Respiratory Exchange Ratio (호흡교환률 RER, epm)와 Heart Rate (심장박동률 HR, bpm)의 변화분석이다. 에너지소비량, 운동속도, 그리고 체중감량이 달라질 경우 이에 반응하는 혈관순환계에 대한 Health Training Cardiorespiratory 반응을 통해 호흡교환률(RER)과 심장박동률(HR)의 변화에 대해서 연구되어졌다. 연구결과에 따르면 (1)열 소비량이 늘어날수록 호흡교환률(RER)은 지속적으로 일정하게 상승하는 반면 심장박동률(HR)은 서서히 상승하다가 임계점을 지나면 갑자기 크게 증가함을 볼 수 있었다. 그리고 그 임계점이 대략 275 Cal였다. (2)운동속도가 서서히 증가함에 따라서 RER은 역시 서서히 증가하는 반면 HR은 임계점(약 6.7km/h)까지는 서서히 증가하지만 이후에서는 급격한 증가를 보인다. (3)체중감량이 서서히 증가할 때 (또는, 대사 소비량이 늘어남에 따라서) RER은 역시 서서히 증가하였으나 HR은 체중감량과는 무관함을 보였다. The elliptical trainers(ET) can be a good tool for educating engineers by analyzing physical responses in terms of Respiratory Exchange Ratio (RER, epm) and Heart Rate (HR, bpm). For the various energy expenditure, exercise speed, and weight loss both RER and HR are studied in order to study the blood circulations based on the health training cardiorespiratory. As the results, (1) RER increases gradually as the energy expenditure, however, HR increases gradually up to a critical value and then increases rapidly. The critical value of the energy expenditure in our studies was 275 Cal. (2) RER increases gradually as the ET speed increases, however, HR increases gradually up to a critical value and then increases rapidly. The critical value of the ET speed in our studies was about 6.7km/h. (3) RER increases gradually as the weight loss increases (or, the metabolic cost increases), however, HR is almost nothing to do with the increase of the weight loss.

실천공학 교수법 : 직접교수법에 의한 기초공학(물리학)에서 학습장애자 교육

황운학 ( Un Hak Hwang ) 한국실천공학교육학회 2015 실천공학교육논문지 Vol.7 No.2

이 연구는 직접교수법을 적용해 기초공학의 일부인 물리학 수업에서 발생하는 교육장해학생에 대한 교육을 다루었다. 이 직접교육이란 교육자가 수업방향을 분명히 잡고 강력하게 이끄는 것이 중요한 교육요소인 방법론이다. 임의의 학생 100명에 대해 문제해결에 대한 이해력, 추리력, 기억력, 문제해결속도를 측정하여 20명(20%) 학생이 기초공학장애자로 나타났다. 한편, 직접교육을 통해 표본그룹(41명)의 중간고사와 기말고사에서 각각 53.7%와 61.0%의 성적을 거두어서 13.6% 증가를 보여주었으나 성적 50% 이하인 하위 그룹은 각각 29.8%와 28.2%를 거두어 오히려 감소하였다. 그러나 특별히 성적 최하위 20%인 8명의 학생을 학습장애자로 선정하여 별도로 여가의 직접교육을 수행하였고 이들은 중간고사 및 기말고사 평균점수는 각각 18.9%와 25.5% 로써 6.6% 증가를 보여주어 학습장애자들에 대한 직접교육이 실효가 있음을 보여주었다. The Direct Instruction (DI) was applied to the learning-disabled in the basic engineering education (especially, physics education). The DI is specified as an educational method in which the instructor strongly controls during the whole process of the entire course. The tests of understanding, reasoning, memory, and problem-solving speed showed that 20 students (20%) out of random 100 students are learning-disabled. The average points of mid-term and final exams were 53.7% and 61.0% respectively for a certain 41-students class. However, in this class, for the lower point students who obtained less than 50% points, the average points of mid-term and final exams were 29.8% and 28.2% respectively, which showed decreased. From this lower point group, the 8 students (20% students of 41 students) were selected as the learning-disabled. With additional DI studies provided, the average points of mid-term and final exams for the learning-disabled were 18.9% and 25.5% respectively, which showed 6.6% increase that means the DI for the learning-disabled was effective.

실천공학 교수법 : ET 헬스기구에 PBL 교수법을 적용한 기초공학(물리학) 교육

황운학 ( Un Hak Hwang ) 한국실천공학교육학회 2010 실천공학교육논문지 Vol.2 No.2

이 연구에서는 PBL교육방법 및 교수법의 기초공학에 적용 예제로써 그 핵심 요구사항들인 높은 전공지식(the learner acquisition of critical knowledge), 고도의 문제해결 능력(problem solving proficiency), 학습자 중심의 학습전략 (self-directed learning strategies), 및 집단참여 기술(team participation skills)을 구현하기 위해 ET 헬스기구를 활용하여 물성과 생체 사이의 물리변수의 단위 통일, 실험 데이터의 오차범위 계산, 시스템이 물성과 생체를 포함하는 에너지보존법칙과 운동방정식 유도, 및 데이터의 패턴 해석 능력을 기르도록 하였다. 이 연구에서는 ET 기구가 PBL 교육방법과 교수법을 채택하는 좋은 예제가 될 수 있음을 보여준다. 수업계획은 한 학기용으로 준비되었으며 학습자가 주도적으로 그리고 창의적으로 실험수행을 하고 그 결과를 분석을 하도록 주어진 세 가지 PBL 프로젝트에 대해 얻어진 최종결과는 (1) 집단 A의 문제에 대해 얻어진 운동 속도(km/s) 대 에너지 소비량(Cal) 도표의 기울기는 23.5o였으며, (2) 집단 B의 문제에 대해 얻어진 체중감량 (kg) 대 에너지 소비량(Cal)의 도표의 각도범위는 15.0o ~ 26.5o 이었고, 마지막으로, (3) 집단 C의 문제에 대해서 운동 거리(km) 대 체중감량(kg) 도표의 각도변화는 51.0o 이였다. For a basic engineering education Problem-Based Learning (PBL) method was adopted in order to pursuit the learner acquisition of critical knowledge, problem solving proficiency, and self-directed learning strategies by measurements of various physical and biological units, by calculation of errors in experimental data, by leraning energy conservation law and equation of motion, and, by analysis ability on data patterns through Elliptical Trainer(ET) exercise. The results show the ET may be a good experimental tool for understanding the PBL method. A sample syllabus was provided for one semester use, and by use of data obtained by self-directed and creative learning, the results of three groups for the PBL problems proposed by using ET were (1) the slope of angle was 23.5o in the diagram of energy exhaustion against velocity (GROUP A), (2) the angle range between the maximal and minimal energy exhaustion against weight loss was 15.0o ~ 26.5o (GROUP B), and finally (3) the angle was varied by 51.0o in the diagram of weight loss against distance (GROUP C).

실천공학교육관력 : 열과 일이 연관된 공학기초교육 실험으로써 Elliptical Trainers(ET) 생체역할 -역학적 에너지 소비량 및 대사 소비량

황운학 ( Un Hak Hwang ) 한국실천공학교육학회 2010 실천공학교육논문지 Vol.2 No.1

고밀도 전자빔 자유전자레인저에서 공간전하파의 성장률 및 복사파 진동수에 관한 연구

황운학 한국기술교육대학교 2003 論文集 Vol.10 No.1

자유전자레이저에서 나선형 위글러 자기장과 축방향의 길잡이 자기장의 복합적 상호역할에 대해 1차원적으로 연구하였다. Maxwell의 회전 방정식들과 저온 유체 방정식을 통하여 우측 원형 편광 및 좌측 원형 편광 전자기파와 공간전하파 연구에 필요한 방정식을 유도하였다. 이들 세 개의 진행파들의 전기장 진폭을 나타내는 3개의 선형 동차 대수방정식을 유도하였다. 이로부터 10차원의 일반 분산식을 유도하였다. 좌측 원형 편광파를 비공명파라 가정하여 4개의 공간전하모우드 및 3개의 우측 원형 편광모우드를 나타내는 7차원 다항식으로 분산식이 압축되었고 이로부터 공간전하파의 성장률과 복사파 진동수에 대해 수치연구하였다. A free-electron laser with combined helical wiggler and uniform axial guide magnetic fields is studied based on the one-dimensional analysis of the collective (Raman) interaction. Both Maxwell's curl equations and the low-temperature equations of fluids are used in order to solve for the right and left circularly polarized electromagnetic waves and space charge waves. Three linear homogeneous algebraic equations represented by three electric field amplitudes are obtained for the three propagating waves, and these lead a general dispersion relation with a tenth-degree polynomial equation. For simplicity, when the left polarized waves are assumed to be nonresonant, the dispersion relation reduces to a seven-degree polynomial equation representing 4 space-charge modes and 3 right circularly polarized modes. The spacial growth rate and radiation frequency are calculated numerically and some results are discussed.

Oin 박막의 경도에 미치는 바이아스 전압과 질소압력의 효과

황운학 한국기술교육대학교 2005 論文集 Vol.11 No.1

한 질소 압력일 때 바이아스 전압에 의해 주어지는 균일 전기장 하에서 티타늄 droplet 이온의 1차원 운동을 통하여 이들이 TiN 박막내부의 화합물 분포와 표면미소 경도에 어떠한 영향을 미치는 지 연구하였다. 실험을 통하여 바이아스 전압과 질소 압력을 변화시킬 때 얻은 샘플에 대한 XRD의 우선방위 조사로부터 질소압력이 높을수록 그리고 바이아스가 높을수록 활성화합물인 Ti_(2)N이 강하게 나타남을 발견하였다.

低速 空間電何波에 의한 유비트론 自由電子레이저의 成長率에 관한 硏究

황운학 한국기술교육대학교 1994 論文集 Vol.1 No.1

An analysis of the parametric instability which forms the basis for operation of slow space charge waves of a ubitron type free electron laser is presented. The process is induced by passage of a relativistic electron beam, which is enclosed in a waveguide and guided by a "finite" axial magnetic field. For a completely filled waveguide the effects of the finiteness of axial magnetic field on the dispersion relation and growth rate for two types of excitation mechanism are studies. The frequencies and growth rates for forward-scattered slow space charge waves are analized as a function of the axial magnetic field. The results of a numerical study indicate that possibly lower values of beam radius (waveguide radius), wiggler period, beam velocity, and inverse of the cut-off frequency for the construction of wiggler of ubitron type free electron laser are profitable, and for a typical plasma frequency 10¹¹s-¹the intensity of axial magnetic field which is larger than 2.8 teslas may not affect.