온실 냉난방에 사용되는 지중열교환기의 유량조건에 따른 수치해석

최경식 ( Kyeongsik Choi ),박성완 ( Sungwan Park ),선우훈 ( Hoon Seonwoo ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

New and renewable energy is being suggested as a key solution to fossil energy depletion and environmental problems, and the importance of new and renewable energy is recognized again due to instability in oil prices instability and response to climate change regulations. In this study, numerical analysis was conducted on a single U-tube of borehole heat exchanger (BHE) in a ground source heat pump (GSHP) system containing ground soil and grout to be applied to greenhouse cooling and heating. For numerical analysis, ANSYS Fluent software a commercial computational fluid dynamics (CFD) program, was adopted. Using this program, the heat transfer performance of the fluid in each flow pipe and the temperature distribution around the pipe were analyzed according to the cooling and heating conditions of the ground heat exchanger (GHE). The outlet temperature for each volume flow rate was higher in cooling and heating condition, and the lower the velocity, the higher the inlet and outlet temperature difference. This is because when the flow rate is low, the velocity decreases, and the temperature variation increases. In addition, when the flow rate is high, the velocity increases, and the temperature variation decreases. As the flow rate increases, the heat transfer increases and the pressure drop also increases.

TPACK 발달 단계를 고려한 수업이 예비 교사의 자기효능감 및 발달 수준에 미치는 효과

최경식(Choi Kyeongsik),백성혜(Paik Seoung-Hey) 학습자중심교과교육학회 2020 학습자중심교과교육연구 Vol.20 No.22

이 연구에서는 2020년 1학기 중소도시 소재 사범대학에서 예비 교사의 TPACK 발달을 위한 수업을 15주 과정으로 설계하고 예비 교사에 대한 교육적 효과를 알아보았다. 1주차에는 오리엔테이션 및 사전 설문을 통해 TPACK에 대한 인식 단계, 2차시에는 수용단계, 3-4차시에는 적응 단계를 제시하였으며, 5-10차시에는 조별 수행을 통한 탐색 I과 발전 I 단계를 수행하였다. 11-14차시에는 개인별 수행을 통해 탐색 II와 발전 II 단계를 수행하였다. 15차시에는 종합적 반성을 통해 발전 III 단계를 진행하였으며 사후 설문을 실시하였다. 그 결과, 예비 교사들의 자기 효능감은 통계적 유의미하게 발달한 것으로 나타났다. 또한 이 연구에서는 PCK, TCK, TPK 가운데 가장 중요한 요소를 선택한 이유를 서술하도록 하였다. 그리고 서술한 이유 중 테크놀로지와 관련된 진술 문장을 추출하였고 이를 범주화하여 예비 교사의 TPACK 발달 단계를 분석하였다. 그 결과, PCK가 가장 중요하다고 생각하는 예비교사들의 경우에는 테크놀로지 활용에 대하여 적극적이지 않으며 수업 준비에 대하여 부담감을 갖고 있음을 알 수 있었다. 반면, 테크놀로지 활용 수업에서 테크놀로지 요소(TCK, TPK)가 중요하다고 생각하는 예비 교사들의 경우에는 PCK가 가장 중요하다고 생각하는 예비 교사보다 테크놀로지를 수업에 실제적으로 적용하려는 관심이 더 높은 것으로 나타났다. 이를 통해 예비 교사들이 PCK를 중요하다고 생각하는 경우보다 테크놀로지 요소(TCK, TPK)를 중요하다고 생각하는 경우에 TPACK 발달 단계가 더 높은 것을 알 수 있다. 이러한 연구 결과를 토대로 예비 교사들의 테크놀로지 활용 수업에 대한 역량을 발달시키기 위한 효과적인 프로그램의 개발이 이루어질 필요가 있다. In this study, a 15-week course was designed for pre-service teachers TPACK development at a college of education in a small and medium-sized city in the first semester of 2020, and the educational effect of pre-service teachers was investigated. In the 1st week, through orientation and pre-questionnaire, the recognizing stage of TPACK, the accepting stage in the 2nd week, and the adapting stage in the 3rd-4th weeks were presented. In the 5th-10th weeks, exploring I and advancing I stage through group performance were performed. In the 11th-14th weeks, exploring II and advancing II were performed through individual performance. In the 15th week, the advancing III stage was conducted through comprehensive reflection and a post-questionnaire was conducted. As a result, it was found that the self-efficacy of pre-service teachers improved statistically. Besides, in this study, pre-service teachers selected the most important factors among PCK, TCK, and TPK for their technology-integrated lessons and explained the reason. We also classified and analyzed the stages of TPACK development by analyzing statements about technology among the reasons explained by pre-service teachers. As a result, it can be seen that the pre-service teachers, who think PCK is the most important, are not actively using technology and are feeling burdened with class preparation. On the other hand, pre-service teachers who think technological factors(TCK, TPK) is the most important in technology use classes are more interested in applying technology to their classes than pre-service teachers who think PCK is the most important. This result shows that the TPACK development stage is higher when pre-service teachers think technological factors(TCK, TPK) is essential than when PCK is essential. Based on these results, it is necessary to develop an effective program that can increase the competency of pre-service teachers using technology.

지오지브라(GeoGebra) 프로그램을 활용한 달의 위상 변화에 관한 교육 자료 개발

최경식 ( Kyeongsik Choi ),백성혜 ( Seoung-hey Paik ) 한국현장과학교육학회 2020 현장과학교육 Vol.14 No.1

많은 선행연구에서 달의 위상에 대한 학생들의 학습의 어려움을 제시하였다. 이 연구에서는 학생들의 이해를 도울 수 있도록 달의 위상변화에 대한 교육 자료를 지오지브라(GeoGebra) 프로그램을 활용하여 개발하고자 하였다. 이를 위하여 지오지브라 소프트웨어의 증강현실(AR) 기능을 활용하여 3차원적 교육 자료를 개발하였다. 지오지브라를 이용한 본 교육 자료에서 달의 움직임 조절이 가능하므로, 달의 특정 위상이 나타나는 시기와 공전 주기의 관계, 달의 공전 주기/지구 공전 주기와의 관계 파악 등을 학생 스스로 탐구할 수 있게 유도할 수 있을 것이다. 지오지브라를 활용하여 개발한 본 교육 자료는 달 공전 방향, 지구 공전 방향, 공전속도(공전 주기)를 모두 조절할 수 있으므로 이러한 다각적인 탐구가 가능하다. 지오지브라를 이용해 수학적으로 표현하는 과정은 다소 높은 수준의 컴퓨팅 사고를 요구하기 때문에 중학교 영재반 혹은 고등학생들을 대상으로 하는 교육 자료로 활용될 수 있을 것이다. Many previous studies have showed the difficulty of students’ learning about the phase of the moon. The purpose of this study is to develop educational materials on moon phase change using GeoGebra program to help students understand. To achieve the purpose, 3D educational materials were developed using the Augmented Reality(AR) function of GeoGebra software. In this educational materials using GeoGebra, the movement of the moon can be controlled, so students may be encouraged to explore the relationship between the phase of the moon’s specific phase and the orbital period, and the relationship between the moon’s orbit cycle and the Earth’s orbit cycle, etc. The educational material developed using GeoGebra is able to control all directions of the moon’s movement, the direction of the earth’s movement, and the speed of orbital period. Therefore, students could explore diverse cases. The process of mathematical expression using GeoGebra will be used as a teaching material for middle school gifted students or high school students because it requires a higher level of computational thinking.

지오지브라를 활용한 금속의 결정 구조 모델링 교육 자료 개발

최경식 ( Kyeongsik Choi ),백성혜 ( Seoung-hey Paik ) 한국현장과학교육학회 2020 현장과학교육 Vol.14 No.1

이 연구에서는 고등학교 화학 Ⅱ 교과서에서 다루거나 대학교에서 일반화학을 공부하는 학생들이 어려움을 겪는 금속의 결정 구조 학습을 돕기 위한 교육 자료를 개발하였다. 여러 선행연구에서는 구체물을 제작하여 결정 구조를 통한 입자 반경 계산 학습을 이해할 수 있도록 돕는 자료를 제안하였으나, 다양한 금속의 결정 구조에 대한 관점을 보여주지는 못하였다. 이 연구에서는 지오지브라(GeoGebra) 소프트웨어를 활용하여 3차원 공간에서 단순 입방 구조, 체심 입방 구조, 면심 입방 구조를 모델링하는 교육 자료를 개발하였다. 이때 모델링 과정에서 단위세포를 만들고 입자의 배치 방법에 따라 단위세포 안에 포함된 입자를 재배열하여 단위세포 안에 포함된 입자의 개수를 직접 확인해 볼 수 있도록 내용을 구성하였다. 또한 여러 단위세포가 인접한 상태에서 입자가 어떻게 배열되는지에 대한 모델링도 개발하였다. In this study, we developed educational materials to help students learn about the crystal structure of metals that are challenging for high school students in chemistry Ⅱ in high school or general chemistry in university. Several previous studies have proposed materials that help students to understand the calculation of particle radius through crystal structure, but haven’t showed the viewpoint of crystal structure of various metals. In this study, we developed educational materials using GeoGebra software for modelling simple cubic lattice, body-centered cubic structure, and face-centered cubic structure in three-dimensional space. In the modeling process, unit cubic cells and ball-shaped particles were placed according to the arrangement of particles, and the number of spheres contained in the unit cubic cells was indicated by rearranging the pieces of spheres contained in the unit cubic cells. We also modeled how the particles were arranged where several unit cubic cells were adjacent to each other.

예비교사의 TPACK 평가틀 개발과 TPACK 발달 저해 요인 분석

최경식 ( Kyeongsik Choi ),백성혜 ( Seoung-hey Paik ) 한국과학교육학회 2021 한국과학교육학회지 Vol.41 No.4

이 연구는 한 교사 양성대학에서 40명의 예비교사를 대상으로 TPACK 발달을 위한 15주 교육프로그램을 개발하고, 예비교사의 TPACK의 실천적 역량을 평가하기 위한 TPACK 발달 평가틀을 개발하였다. 개발된 TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge) 발달 평가틀은 TPK(Technological Pedagogical Knowledge), TCK(Technological Content Knowledge), TPACK이 각각 0단계부터 4단계까지 5단계로 구성되었다. 이를 토대로 예비교사의 TPK, TCK, TPACK 수준을 평가한 결과, 대부분의 예비교사의 TPK, TCK, TPACK 수준은 일치하였으나, 일부 예비교사의 경우 TPK와 TCK가 일치하지 않았다. 이때 TPACK 수준은 TPK와 TCK가운데 낮은 수준을 따르는 것으로 나타났다. 또한 TPACK 수준이 낮은 예비교사가 갖고 있는 TPACK 발달 저해요인을 조사한 결과, 학생의 자율적 학습 능력에 대한 불신, 학생의 상호작용 역량에 대한 불신, 학교 현장의 현실적 제약에 대한 인식 등이 나타났다. 이러한 연구 결과를 토대로 실천적인 TPACK 발달을 위해서는 예비교사에게 균형잡힌 TPK와 TCK의 발달을 돕고, 예비교사가 갖고 있는 TPACK 발달 저해요인을 제거하는 교육 프로그램을 제공할 필요가 있다고 주장하였다. In this study, we developed a 15-week educational program for TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge) development of 40 pre-service teachers in a university for teacher training. We also developed a TPACK evaluation framework to evaluate the practical competency of TPACK of pre-service teachers. The developed evaluation framework consisted of 5 levels, from 0 to 4, TPK(Technological Pedagogical Knowledge), TCK(Technological Content Knowledge), and TPACK, respectively. As a result of the evlauation, the levels of TPK, TCK, and TPACK development stages of most pre-service teachers were consistent, but some pre-service teachers’ TPK and TCK did not match. It was found that the TPACK stages follow the lower level between TPK and TCK. In addition, as a result of an investigation into the hindrance factors of the TPACK development of pre-service teachers with low TPACK stages in the use of technology, they have distrust of students’ ability to learn with self-regulation, distrust of students’ ability to interact, and recognition of practical limitations in the school field. Based on these findings, we argued that it was necessary to provide an educational program to help pre-service teachers develop balanced TPK and TCK and eliminate the hindrance factors of the TPACK development of pre-service teachers about technology-using classes.

CFD를 이용한 온실 난방용 지열 히트파이프 유동해석

최경식 ( Kyeongsik Choi ),박성완 ( Sungwan Park ),선우훈 ( Hoon Seonwoo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

Most of domestic farmers use fossil fuels as an energy source for greenhouse heating. However, the use of fossil fuels also causes environmental problems such as air pollution. Accordingly, geothermal heat pump systems, one of new and renewable energies with low risk of environmental pollution and free from depletion, need to be applied. Actually, simulation techniques that analyze fluid flow and heat transfer based on numeric calculations are mainly used to shorten time and cost to predict various environmental conditions. In this study, the appropriate diameters of the pipes interpreting the geothermal heat energy into greenhouse heating were calculated according to drilling depth using the commercially available CFD program ANSYS FLUENT. By setting the flow rate and temperature value in the pipe, data such as the energy transfer process, average flow rate, and temperature change of the model to can be analyzed and checked. More efficient geothermal heat pump can be expected through design change and application based on the flow analysis of this process.

트랙터용 풋옥수수 수확기 설계 및 제작

최경식 ( Kyeongsik Choi ),우제근 ( Jaekeun Woo ),최일수 ( Ilsu Choi ),김영화 ( Younghwa Kim ),유승화 ( Seunghwa Yu ),문석표 ( Seokpyo Moon ),이춘구 ( Chungu Lee ),이명희 ( Myunghee Lee ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

옥수수는 벼, 밀과 함께 세계 3대 식량작물에 속하는 작물로, 사용 용도에 따라 식용과 사료용 등 용도가 매우 다양하다. 식용 풋옥수수의 경우, 타작물에 비해 생육 기간이 짧고, 일부 지역에서는 노지 2기작이 가능해 경지 이용도 향상이 가능하여, 농가 주요 소득 작물로 주목받고 있다. 풋옥수수의 생산 노동시간은 300평 기준 총 56.8시간이며, 이 중 수확작업은 16.8시간으로 전체 작업단계의 29.6%를 차지하며 가장 높은 노동력을 요구한다 (2021, 농촌진흥청). 풋옥수수 수확 기계 개발 및 보급이 이루어지지 않은 실정으로, 농가 인구 감소 및 고령화에 따른 농촌 노동력 부족 해소를 위해 인력에 대한 의존도가 높은 수확 작업의 기계화 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 국내에서 주로 재배되는 찰옥수수 품종을 대상으로 트랙터용 풋옥수수 수확기를 설계 및 제작하였다. 트랙터용 풋옥수수 수확기는 측면 부착형으로 줄기 예취, 이송과 이삭 탈과 및 수집을 동시에 수행할 수 있도록 설계하였으며, 풋옥수수 줄기를 베는 예취부, 예취된 줄기를 탈과부로 이송하는 이송부, 줄기로부터 이삭을 분리하는 탈과부, 분리된 이삭을 톤백에 수집하여 연속작업을 가능하게 하는 수집부로 구성하여 제작하였다. 또한, 지역마다 상이한 재배양식을 고려하여 유압실린더 적용을 통해 수확기의 횡방향 위치조절이 가능하도록 하였다. 이를 통해 풋옥수수 생산 노력 및 비용 절감을 기대할 수 있으며, 향후 국내 풋옥수수 주산지를 대상으로 지역 적응성 시험을 진행하여 적정 작업 조건을 구명할 예정이다.

CFD를 이용한 온실 난방용 지열 히트파이프 유동해석

최경식 ( Kyeongsik Choi ),안태영 ( Taeyoung An ),선우훈 ( Hoon Seonwoo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

Most of the domestic farmers use fossil fuels as an energy source for greenhouse heating. However, fossil fuels are difficult to supply and demand reliably due to soaring international oil prices, and environmental problems such as air pollution continue to occur. Accordingly fossil fuel consumption can be reduced and there is no fear of depletion, and geothermal heat pump systems, new and renewable energy with low risk of environmental pollution, need to be applied. A lot of cost and time are required for empirical research in a greenhouse. On the other hand, simulation techniques that analyze fluid flow and heat transfer based on computers are mainly used to shorten time and cost and predict under various environmental conditions. In this study, a geothermal heat pipe for greenhouse heating installed in a glass greenhouse in Goheung was analyzed using ANSYS FLUENT, a commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) program. By setting the flow rate and temperature value in the pipe, data such as the energy transfer process, average flow rate, and temperature change of the model to be analyzed could be checked. More efficient geothermal heat pump greenhouse heating can be expected through design change and application based on the flow analysis of this process.

온실 냉난방에 사용되는 지중열교환기의 유량조건에 따른 수치해석

최경식 ( Kyeongsik Choi ),박성완 ( Sungwan Park ),선우훈 ( Hoon Seonwoo ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

New and renewable energy is being suggested as a key solution to fossil energy depletion and environmental problems, and the importance of new and renewable energy is recognized again due to instability in oil prices instability and response to climate change regulations. In this study, numerical analysis was conducted on a single U-tube of borehole heat exchanger (BHE) in a ground source heat pump (GSHP) system containing ground soil and grout to be applied to greenhouse cooling and heating. For numerical analysis, ANSYS Fluent software a commercial computational fluid dynamics (CFD) program, was adopted. Using this program, the heat transfer performance of the fluid in each flow pipe and the temperature distribution around the pipe were analyzed according to the cooling and heating conditions of the ground heat exchanger (GHE). The outlet temperature for each volume flow rate was higher in cooling and heating condition, and the lower the velocity, the higher the inlet and outlet temperature difference. This is because when the flow rate is low, the velocity decreases, and the temperature variation increases. In addition, when the flow rate is high, the velocity increases, and the temperature variation decreases. As the flow rate increases, the heat transfer increases and the pressure drop also increases.

수집형 마늘 수확기 무안지역 적응성 향상 연구

최일수 ( Ilsu Choi ),우제근 ( Jaekeun Woo ),문석표 ( Seokpyo Moon ),최경식 ( Kyeongsik Choi ),이춘구 ( Chungu Lee ),김영화 ( Younghwa Kim ),유승화 ( Seounghwa Yu ),최용 ( Yong Choi ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

마늘은 겨울철 휴경기를 이용하여 재배하는 대표적인 농가 주요 소득작물로 ’23년 재배면적 24.7천ha, 생산량 318.2천 ton으로 보고되고 있으나(2023, 통계청), 기계화율은 ’22년 61.8%로 벼재배의 99.8%와 비교 시 미흡한 수준이다. 특히, 수확작업 기계화율은 43.8%로 트랙터 또는 경운기용 굴취 수확기를 이용하여 굴취 후 인력으로 뿌리에 붙은 흙을 털어내며 수확하고 있어 인력 의존도가 높아 기계화가 절실히 요구되고 있다. 최 등(2020)은 마늘 굴취 및 수집작업 기계화를 위해 경상도 등 미사질양토 토성 지역의 난지형 마늘을 대상으로 굴취와 뿌리흙 제거, 수집을 일관적으로 수행하는 수집형 마늘 수확기를 개발하였으며, 관행의 굴취 수확기 이용 및 인력 수집 대비 89.3%의 노력절감 효과가 있는 것으로 보고하였다. 경상도 등 미사질양토 토성 지역은 개발된 수집형 수확기의 보급으로 마늘 수확작업의 기계화가 진전될 것으로 전망되나, 전남 등 양토 및 미사질식양토 토성 지역은 수확시기 토양 경화로 굴취 수확기 및 수집형 수확기의 적응성이 미흡한(뿌리흙털림 미흡, 이물질혼입률 증가 등) 실정으로 개발 농기계의 적응성 향상이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 전남 지역의 마늘 수확작업 기계화 제고를 위해 굴취 수확기 이용 굴취 후 굴취된 마늘을 수집형 수확기를 이용하여 수집함으로써 개발된 수집형 수확기의 이용도를 제고하고, 해당 지역에 적합한 수확 기계화 작업체계를 구명하고자 하였다. 수집형 수확기의 전남지역 적응성 시험은 전라남도 무안군 소재 농가포장에서 난지형 대서마늘(Allium sativum L.)을 대상으로 수행하였으며, 보급중인 트랙터부착형 굴취 수확기(핑거롤러 type, MH1300D)와 수집형 수확기(DR-1300GHT)를 적용하였다. 수확 시험 전 마늘 줄기를 지면으로부터 약 3 cm 내외로 절단하고, 55kW급 트랙터를 이용하여 0.13m/s의 작업속도로 굴취 후 굴취된 마늘을 수집형 수확기를 이용 수집하였다. 수집형 수확기 이용 기계수집 작업체계의 수확성능 분석을 위해 미굴취율, 손상률을 조사하였으며, 흙털림 성능 비교를 위해 굴취 수확기는 뿌리흙 부착률을 수집형 수확기는 이물질 혼입률을 비교·분석하였다. 시험 결과 굴취 후 수집형 수확기로 수집하는 작업체계의 경우 손상률은 0.4%, 이물질 혼입률은 3.06%로 양호하게 분석되었다.