UF(University of Florida) 물리학과 양자역학 수업의 특징과 효과

권경필 경인교육대학교 교육연구원 2019 교육논총 Vol.39 No.4

The purpose of this study is to investigate the characteristics and effects of quantum mechanics classes at the University of Florida. The progress and evaluation methods of the class are reviewed and the effects of the class were investigated using the ALC (Academic Learning Compacts) tests of the students who participated in the class. The researcher participated in the class for a semester, observed and recorded the characteristics, analyzed them, and examined the effectiveness of class by comparing the percentage of correct answers in various ALC assessment questions. The study revealed that quantum mechanics class offered quizzes, assignments, midterm and final exams in order to improve students' academic achievement. In particular, it was characterized by having 4 hours of office hours while the class time was 3 hours per week. The evaluation was to memorize formulas and evaluate concepts and computational ability. The results of the ALC tests, showed that the correct answer rate was higher for the simple memorization problems, and lower for the complicated computation. Also, the questions that require a higher level of conceptual understanding, exhibited the lower the percentage of correct answers. Therefore, it can be seen that there is a need to guide students to become familiar with numerical calculations with sufficient conceptual understanding. However, the overall correctness rate was 71.9%, and the students who participated in the quantum mechanics class had a very high academic achievement. 본 연구는 UF(University of Florida)의 물리학과 양자역학 수업의 특징과 그 효과를 살펴보기 위해 수업의 진행방식 및 평가 방법과 평가 내용을 살펴보고 수업에 참여한 학생들을 대상으로 조사된 ALC(Academic Learning Compacts) 평가지를 분석하여 수업의 효과를 검토해 보고자 하였다. 이를 위하여 연구자가 한 학기 동안 수업에 직접 참여하여 관찰하고 그 특징을 기록하여 분석하였으며, ALC평가 문항의 각 정답률을 비교함으로써 효과성을 검토하였다. 연구결과 양자역학 수업은 학생들의 학업성취도를 높이기 위해 퀴즈, 과제, 중간고사와 기말고사가 짜임새 있게 제공되고 있었다. 특히 주 3시간의 수업시간 보다 많은 4시간의 질문시간을 확보하고 있다는 점이 특색이었으며 평가는 암기사항과 더불어 개념 및 계산 능력을 평가하고 있었다. ALC 평가 결과 단순 암기를 요하는 문제일수록 정답률이 높았으며, 수치적 계산이 복잡해질수록 낮은 정답률을 보였다. 또한 개념적 이해를 필요로 하는 문항일수록 학생들이 어려움을 겪고 있었다. 따라서 충분한 개념적 이해와 더불어 수치적 계산에 익숙해 질 수 있도록 지도할 필요가 있음을 알 수 있다. 하지만 전체 정답률이 71.9%로 양자역학 수업에 참여한 학생들의 학업 성취도는 매우 높은 것으로 평가되었다.

제16회 국제중등과학올림피아드 물리 이론 문제에 대한 학생들의 풀이과정 분석

권경필,이세연 국제과학영재학회 2020 국제과학영재학회지 Vol.6 No.1

본 연구의 목적은 제16회 국제중등과학올림피아드(IJSO) 물리 이론 문제 및 학생들의 풀이과정을 분석하는 것이다. 문항 분석은 문제에서 요구하는 주요 개념을 중심으로 이루어졌으며, 우리나라의 교육과정과 비교하였다. 학생들의 문제 풀이 과정은 각 문항별 풀이과정에서 나타나는 학생들의 어려움을 중심으로 분석하였다. 연구결과는 다음과 같았다. 첫째, IJSO 물리 이론 문제는 우리나라의 물리Ⅰ, Ⅱ 교육과정에 포함된 개념을 포함한다. 둘째, 자주 접하는 문제 상황이 아닌 경우, 학생들은 자의적 해석을 통해 주요한 효과를 무시하거나, 문제 상황을 변형하여 접근 한다. 셋째, 그래프를 읽는 능력이 부족하였다. 넷째, SI 단위 접두어를 잘 못 알고 있거나, 작은 계산 실수들이 발견 되었다. The purpose of this study was to analyze the 16th International Junior Science Olympiad (IJSO) physics theory problems and students' problem solving. The item analysis focused on the main concepts required in the problem and compared with the Korean curriculum. The problem solving of students was analyzed focusing on the difficulties of students appearing in solving each problem. The results were as follows. First, the 16th IJSO physics theory problems include the concepts of the Korea's physics I and II curriculum. Second, in the case of problem situations that are not frequently encountered, students use arbitrary interpretations to ignore the main effects or modify the problem situations. Third, some students lacked the ability to read graphs. Fourth, some students did not know the SI unit prefix or made small computational mistakes.

적대적 데이터 혼합: 분포 외 데이터에 대한 강건성과 추론 결과에 대한 신뢰성 향상 방법

권경필,유준혁,Gwon, Kyungpil,Yo, Joonhyuk 대한임베디드공학회 2021 대한임베디드공학회논문지 Vol.16 No.1

Detecting Out-of-Distribution (OOD) data is fundamentally required when Deep Neural Network (DNN) is applied to real-world AI such as autonomous driving. However, modern DNNs are quite vulnerable to the over-confidence problem even if the test data are far away from the trained data distribution. To solve the problem, this paper proposes a novel Adversarial-Mixup training method to let the DNN model be more robust by detecting OOD data effectively. Experimental results show that the proposed Adversarial-Mixup method improves the overall performance of OOD detection by 78% comparing with the State-of-the-Art methods. Furthermore, we show that the proposed method can alleviate the over-confidence problem by reducing the confidence score of OOD data than the previous methods, resulting in more reliable and robust DNNs.

과학고등학교 학생들의 볼록렌즈에 의한 상 개념

권경필 경인교육대학교 과학교육연구소 2012 과학교육논총 Vol.25 No.-

This study investigated science high school students' conceptions for the image by converging lens. To do this, 23 second year science high school students were surveyed for understanding of the image formation by convex lens. The results of the study are as follows. First, 65.2% of students had the correct conception for the image formation. But 26.7% of students thought that image was formed on the screen in spite of the absence of the lens. Second, When the screen was moved far away from the lens. 56.5% of students thought that the enlarged image was appeared on the screen. Third, 34.8% of students failed to recognize the process of the image formation by the converging lens.

새 과학교육과정의 내용 구성 : 포스터 발표 ; 광학기초개념에 대한 초등학교의 교수-학습 실태

권경필,방소윤,이성묵 한국과학교육학회 2006 한국과학교육학회 학술발표 및 세미나집 Vol.- No.-

영상처리 기반 숫자 수화표현 인식 알고리즘

권경필,유준혁 대한임베디드공학회 2019 대한임베디드공학회논문지 Vol.14 No.3

The existing auxiliary communicating aids for the hearing-impaired have an inconvenience of using additional expensive sensing devices. This paper presents a hand image detection based algorithm to interpret the sign language of the hearing-impaired. The proposed sign language recognition system exploits the hand image only captured by the camera without using any additional gloves with extra sensors. Based on the hand image processing, the system can perfectly classify several numeric sign language representations. This work proposes a simple lightweight classification algorithm to identify the hand image of the hearing-impaired to communicate with others even further in an environment of complex background. Experimental results show that the proposed system can interpret the numeric sign language quite well with an accuracy of 95.6% on average.

과학교사 전문성 기준 : 논문발표 4 ; 스펙트럼 그림 활용에 의한 빛의 합성에 대한 학생의 개념변화

권경필,이재봉,이성욱,손정우 한국과학교육학회 2004 한국과학교육학회 학술발표 및 세미나집 Vol.- No.-

회절과 회절무늬에 대한 과학고등학교 학생들의 이해 유형 탐색

권경필 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.10

This study investigated students' understanding of diffraction and revisions in teaching-learning strategies for diffraction. To achieve this, we surveyed 13 second-year science high school students for understanding of diffraction. The results of the study are as follows: First, most students thought the slit to be a major cause of diffraction. Second, most students memorized algebraic formulae of diffraction without an understanding of the scientific principles. Third, most students failed to recognize the difference between an interference pattern and a diffraction pattern. 본 연구는 학생들의 회절 및 회절무늬에 대한 이해 유형을 조사하고회절에 대한 교수-학습 방법에 대한 시사점을 논의하였다. 이를 위하여과학 고등학교 2학년 13명을 대상으로 설문을 실시하였으며 연구결과첫째, 학생들은 대부분 슬릿이 빛을 회절 시키는 원인이라고 인식하고있었다. 둘째, 대부분의 학생들은 회절무늬가 생기는 과학적 원리를이해하기 보다는 공식을 암기하려는 경향이 컸다. 셋째, 대부분의학생들은 간섭무늬와 회절무늬의 차이를 인식하지 못하고 있었다

초.중학교 학생의 빛의 이동경로에 대한 개념 및 일관성 비교

권경필 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.7

이 연구의 목적은 세 가지 서로 다른 상황에 대한 초·중학교(4~7학년) 학생들이 갖고 있는 빛의 이동경로에 대한 개념을 횡단적으로조사하고 그 개념의 일관성을 비교하는 것이다. 이를 위해 학생들의개념을 세 종류로 분류하였으며, 이를 바탕으로 학년에 따른 개념 및개념의 일관성을 비교 분석하였다. 연구 결과, 초등학생의 경우 대부분학년에 관계없이 오개념을 가지고 있었으며 중학생들은 주로 과학적개념을 적용하고 있었다. 상황 변화에 따른 개념 적용의 일관성을분석해본 결과, 중학생의 경우 과학적 개념을, 초등학생의 경우는오개념을 일관성 있게 적용하였다. 이러한 연구 결과를 바탕으로광학교육에서의 3가지 개선 방향을 제언하였다. This study investigated students' conceptions of the propagation path of light and the consistency of those conceptions by analyzing students' responses (4th - 7th grade) to three different situations. To achieve this, students' responses were classified into three types of conceptions. Based on this classification, students'conceptions and the consistency of the conceptions applied to each situation were analyzed. As a result, most elementary-school students possessed misconceptions without reference to grade, but middle-school students mainly formed scientific conceptions. Furthermore, Elementary-school students coherently applied the misconceptions to the three different situations. Compared to elementary-school students, middle-school students applied scientific conceptions more coherently. The results of this study suggest that revisions in optics education in three dimensions are needed.

역학적 에너지 및 운동량에 대한 초등 예비 교사들의 개념이해

권경필 에너지기후변화교육학회 2021 에너지기후변화교육 Vol.11 No.3

본 연구의 목적은 초등 예비 교사 37명을 대상으로 에너지 및 운동량에 대한 개념을 조사하고 초등 예비 교사들이 갖는 개념이해 및 적용의 어려움을 파악하는 데에 있다. 초등 예비 교사들의 개념을 검사하기 위해 Singh과 Rosengrant가 개발한 개념 검사지 25문항을 한글로 번역하여 사용하였다. 검사 결과는 같은 개념을 묻는 문항별로 분류한 후 분석하였으며 면담이 필요하다고 판단되는 예비 교사 5명을 대상으로 면담을 실시하였다. 연구결과 첫째, 예비 초등 교사들은 일-운동에너지 관련 문항에 비해 충격량-운동량 관련 문항에서 더 높은 점수를 받았으며 각 관련 문항들 사이에는 높은 상관관계를 보였다. 둘째, 중력이 하는 일이 경로에 무관하다고 생각하다가도 맥락에 따라서는 경로에 의존한다고 판단하는 상황 의존적 특성을 보였다. 셋째, 충격량-운동량 관련 문항에서 예비 교사들은 운동량 및 운동량 보존법칙에 대한 과학적 이해보다는 지각적 요소 하나에 집중하거나 경험적 지식에 의존한 판단을 많이 하고 있었다. 연구결과를 바탕으로 초등 예비 교사를 위한 적절한 에너지 및 운동량 학습을 지원할 필요가 있음을 밝혔다.