중등학교 교과서 해양 수온의 계절변화 이해를 위한 위성 해수면온도 데이터 시각화 프로그램 = A Program of Satellite Sea Surface Temperature Data Visualization for Understanding of Seasonal Change in Oceanic Temperature in Secondary-School Textbooks

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Sea surface temperature (SST) is an ocean-atmosphere variable that plays a key role in climate change. Recognizing the temporal and spatial changes in oceanic temperature is very important in the teaching-learning process. The secondary school textbooks based on the 2015 revised curriculum include exploration activities for seasonal distribution of water temperature in the sea around the Korean Peninsula, and mainly provide illustrations of SST in February (winter) and August (summer) as representatives. Since there are complex variations of the SST in the seas around the Korean Peninsula, educational tools are needed to help students to understand the distribution of SST in the space and time that they want to know. In this study, a graphic user interface (GUI) program was developed as an educational tool based on satellite big data to understand the distribution of SST through simple operation in teaching-learning activities. Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis (OSTIA) data for the past 15 years from January 2007 to December 2021 were used as input data. The developed GUI program is designed to automatically visualize the monthly mean SST data in the seas around Korea by inputting time and space information on the screen. This GUI program does not use specific commercial software and has the advantage that it can be installed and operated with only an executable file. Through this program, students and teachers can more efficiently and creatively conduct inquiry activities to understand the distribution and seasonal variations of SST in a specific time and space along with the long-term mean field of SST. This study suggests a new possibility to use the GUI educational program based on long-term satellite-observed data in an actual educational environment, and it is expected that this program will contribute to the data visualization area among data literacy.

국문 초록 (Abstract)

해수면온도는 기후변화에 대한 핵심적 역할을 하는 해양-대기 변수이다. 해양 수온의 시간적, 공간적 변화를 인지하는 것은 교수-학습 과정에서 매우 중요하다. 2015 개정 교육과정에 기반한 중등학교 교과서에서는 우리나라 주변 바다의 계절별 수온 분포 특성에 대한 탐구활동을 다루고 있고, 주로 2월(겨울)과 8월(여름)의 해수면온도 자료 삽화를 대표로 제시하고 있다. 한반도 주변해에서의 해수면온도는 복잡하게 변화하기 때문에 학생들이 원하는 해역과 시간의 해수면온도 분포를 파악할 수 있는 교육 도구가 필요하다. 본 연구에서는 교수-학습 활동에서 간단한 조작을 통하여 해수면온도의 분포를 이해할 수 있도록, 인공위성 빅데이터를 기반으로 하는 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 프로그램을 교육 도구로 개발하였다. 2007년 1월부터 2021년 12월까지 최근 15년간의 Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis (OSTIA) 인공위성 해수면온도 자료를 입력자료로 활용하였다. 개발된 GUI 프로그램은 화면에서 시간 및 영역을 선택하여 입력하면, 우리나라 주변 월 평균 해수면온도 데이터를 자동으로 가시화하도록 설계되었다. 이 GUI 프로그램은 특정 상용 소프트웨어를 사용하지 않으며, 단독 수행 파일만으로 설치하여 운용할 수 있는 장점이 있다. 학생과 교사는 본 프로그램을 통하여 장기간 해수면온도 평균장과 함께 특정 시간과 공간에서의 해수면온도 분포 및 계절 변동 특성을 이해할 수 있는 탐구활동을 보다 효율적이며 창의적으로 진행할 수 있다. 본 연구는 장기 관측 위성자료를 활용한 GUI 교육용 프로그램을 실제 교육 환경에서 활용할 수 있는 새로운 가능성을 제시하였고, 이를 통해서 데이터 시각화 영역의 데이터 리터러시 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

참고문헌 (Reference)

1 김철호 ; 민홍식, "한국 연안 표층수온의 경년변동과 장기변화" 한국해양과학기술원 28 (28): 415-423, 2006

2 성기탁 ; 황재동 ; 한인성 ; 고우진 ; 서영상 ; 이재영, "한국 연근해 수온의 시공간적 장기변동 특성" 해양환경안전학회 16 (16): 353-360, 2010

3 나정은, "컴퓨팅적 사고(Computational Thinking)교과과정 개발" 161-166, 2015

4 김성중 ; 우성호 ; 김백민 ; 허순도, "지난 130년 간 한반도 근해의 표층 수온 변화 경향" 한국해양과학기술원 33 (33): 281-290, 2011

5 박경애 ; 손유미, "전구 대양의 극저 해수면온도 공간 분포와 지구과학교과서 데이터 시각화 분석" 한국지구과학회 41 (41): 599-616, 2020

6 장재철 ; 윤예원 ; 박경애, "위성 영상을 활용한 과학 영재 대상 R&E 교육 프로그램 개발 -시흥시 주변 지표이용분류를 중심으로-" 한국현장과학교육학회 11 (11): 98-112, 2017

7 황요한 ; 문공주 ; 박윤배, "소프트웨어 활용 탐구 활동을 통한 고등학생의 프로그래밍과 컴퓨팅 사고력에 대한 인식 변화와 과학 학습에 대한 태도 조사 - 스크래치와 피지컬 컴퓨팅 교구의 활용을 중심으로 -" 한국과학교육학회 36 (36): 325-335, 2016

8 최광선, "빅데이터 시각화" 21 (21): 33-43, 2013

9 남상현, "미니 컴퓨터 기반 과학실험에서 SW교육" 19 (19): 51-55, 2015

10 이재호 ; 장준형, "과학영재용 소프트웨어 코딩기반 메이커 교육 프로그램의 개발" 한국영재학회 27 (27): 331-348, 2017

11 김종혜, "과학영재 고등학교 도구교과로서의 프로그래밍 교육과정 내용요소 설계" 한국컴퓨터교육학회 17 (17): 1-11, 2014

12 장재철 ; 박경애 ; 최도영, "고해상도 위성자료를 활용한 과학 영재 대상 해수면 온도 산출 R&E 프로그램 개발" 한국현장과학교육학회 12 (12): 113-126, 2018

13 이진우, "고등학교 지구과학 Ⅰ" 미래엔 2019

14 김진성, "고등학교 지구과학 Ⅰ" YBM 2019

15 이기영, "고등학교 지구과학 Ⅰ" 비상교육 2019

16 오필석, "고등학교 지구과학 Ⅰ" 천재교육 2019

17 권석민, "고등학교 지구과학 Ⅰ" 금성출판사 2019

18 이용준, "고등학교 지구과학 Ⅰ" 교학사 2019

19 Levitus S, "Warming of the world ocean" 287 (287): 2225-2229, 2000

20 Lee, EY, "Validation of satellite sea surface temperatures and long-term trends in Korean coastal regions over past decades (1982–2018)" 12 (12): 3742-, 2020

21 Lima FP, "Three decades of high-resolution coastal sea surface temperatures reveal more than warming" 3 (3): 1-13, 2012

22 Good S, "The current configuration of the OSTIA system for operational production of foundation sea surface temperature and ice concentration analyses" 12 (12): 720-, 2020

23 Park KA, "The application of a hybrid sea surface temperature algorithm to COMS geostationary satellite data in the Northwest Pacific Ocean" 41 (41): 5953-5973, 2019

24 Donlon CJ, "The Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis(OSTIA)system" 116 : 140-158, 2012

25 Park KA, "Spatial and temporal variability of sea surface temperature and warming trends in the Yellow Sea" 143 : 24-38, 2015

26 교육부, "SW중심사회를 위한 인재양성 추진계획"

27 Belkin IM, "Rapid warming of large marine ecosystems" 81 (81): 207-213, 2009

28 Barnett TP, "Penetration of human-induced warming into the world's oceans" 309 (309): 284-287, 2005

29 Walton CC, "Nonlinear multichannel algorithms for estimating sea surface temperature with AVHRR satellite data" 27 (27): 115-124, 1988

30 Park KA, "NOAA/AVHRR sea surface temperature accuracy in the East/Japan Sea" 8 (8): 784-804, 2014

31 Smith ST, "MATLAB : advanced GUI development" Dog ear publishing 2006

32 Woo HJ, "Inter-comparisons of daily sea surface temperatures and in-situ temperatures in the coastal regions" 12 (12): 1592-, 2020

33 Prabhakara C, "Estimation of sea surface temperature from remote sensing in the 11 μm to 13 μm window" 79 (79): 5039-5044, 1974

34 Petrenko B, "Development and evaluation of SST algorithms for GOES-R ABI using MSG SEVIRI as a proxy" 115 (115): 3647-3658, 2011

35 Barnett TP, "Detection of anthropogenic climate change in the world's oceans" 292 (292): 270-274, 2001

36 Gray J, "Data infrastructure literacy" 5 (5): 1-13, 2018

37 McClain EP, "Comparative performance of AVHRR-based Multichannel sea surface temperatures" 90 (90): 11609-11618, 1985

38 IPCC, "Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change" Cambridge University Press 2021

39 Lee, EY, "Change in the recent warming trend of sea surface temperature in the East Sea (Sea of Japan) over decades (1982–2018)" 11 (11): 2613-, 2019

40 Pierce DW, "Anthropogenic warming of the oceans : Observations and model results" 19 (19): 1873-1900, 2006

41 Levitus S, "Anthropogenic warming of Earth's climate system" 292 (292): 267-270, 2001

42 Stark JD, "An operational, high resolution, real time, global sea surface temperature analysis system" 1-4, 2007

43 Sakaida F, "Accuracies of NOAA/NESDIS sea surface temperature estimation" 48 (48): 345-351, 1992

44 Abraham JP, "A review of global ocean temperature observations : Implications for ocean heat content estimates and climate change" 51 (51): 450-483, 2013

45 교육과학기술부, "2009 개정 교육과정에 따른 과학과교육과정"