해양 수치모델 데이터를 활용한 데이터 시각화 수업 자료 개발
Development of Data Visualization Teaching Materialsusing Numerical Ocean Model Data
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해양은 표층 및 심층 순환을 통하여 전 지구의 열적 불균형을 조절하고 있다. 수온과 염분은 해수의 대표적인 물성이며 이들의 특성은 해양-대기-육상 상호 작용을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 지구과학 과목에서 넓은 공간에 대하여 장기간 관측되고 수집된 자료들은 데이터 시각화 과정을 통해 학생들에게 지구환경에 대한 직관적 이해와 심층적 이해를 용이하게 한다. 2022 개정 과학과 교육과정은 디지털 역량 제고를 위해 지구과학 탐구 활동에서 컴퓨터나 스마트 기기를 활용해 자료를 수집하고 처리하는 탐구 활동의 필요성을 강조하고 있다. 이러한 취지를 구현할 수 있도록 PDIE (Professional Development in Education) 모형의 절차에 따라 수업 자료를 개발하였다. 준비 단계에서는 2022 및 2015 교육과정의 해당 단원 성취 기준과 현행 교과서 탐구 활동 내용을 분석하였다. 개발 단계는 수업 자료를 기획하고 구성하는 과정이다. 수업 도입 부분은 해양 수치모델 데이터의 특성을 탐색하고 일상 생활 활용 사례에 대해 조사하는 과정으로 이루어져 있다. 수업 전개 단계는 격자형 모델 데이터를 내려 받아 표층 수온, 염분 자료를 추출하고 이로부터 밀도를 계산하여 계절에 따른 해양 변수의 공간 분포 시각화를 진행하는 과정으로 설계하였다. 데이터 시각화는 파이썬 기반 코랩으로 구현하여 현장 활용도를 높이고 공유가 쉽도록 하였다. 수업 정리 단계에서는 학생들이 스스로 수행한 시각화 결과를 해석하고 한반도 해역의 계절별 수온, 염분, 밀도 분포와 변화 양상에 대해 토의하도록 구성하였다. 개발된 수업 자료 개발의 성능을 평가하기 위하여 현직 교사들을 대상으로 실습 연수를 실시하였고 디지털 기반 탐구 활동에 유용하게 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제시한 수업 자료는 해양 및 지구과학 분야 뿐만 아니라 데이터 시각화 활동이 필요한 타 교과 영역의 탐구 활동 수업에도 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
Abstract
The ocean plays a crucial role in regulating the global thermal balance through surface and deep-sea circulation. Sea water temperature and salinity are its representative properties and play a vital role in understanding ocean-atmosphere-land interactions. Long-term data collected over extensive areas in earth sciences facilitate students' intuitive and in-depth understanding of the earth's environment through data visualization. The revised 2022 national science curriculum emphasizes the need for inquiry activities in earth science exploration that involves collecting and processing data using computers or smart devices to enhance digital competence. To implement the spirit of the 2022 curriculum, we analyzed the inquiry activity materials for the "properties of seawater" chapter presented in the 2015 Earth Science-I text book and developed ocean-related instructional materials. Following the PDIE(Professional Development in Education) model's procedures to strengthen digital literacy through earth science classes, we structured the stages of instructional material development. The introductory part of the instructional material was designed to explore the characteristics of ocean numerical model data and investigate real-life applications. The development phase involved downloading gridded model data, extracting sea surface temperature and salinity data, calculating density from these data, and visualizing the spatial distribution of ocean variables by season. Data visualization was implemented using Python-based Colab to enhance on-site usability and ease of sharing. Through data visualization, students could easily explore the characteristics of seasonal sea surface temperature, salinity, and density distributions in the waters around the Korean Peninsula and investigate their changes overtime. This design aimed to facilitate the understanding of scientific concepts. To evaluate the developed instructional materials, practical training sessions were conducted with teachers. The results confirmed that the instructional program developed in this study can efficiently promote digital-based inquiry activities. The instructional materials presented in this study can be useful in inquiry activity classes of ocean and earth science fields as well as in other subject areas that require data visualization activities.
참고문헌 (46)
- "2015", ~
- "2022", ~
- 권석민, "고등학교 지구과학 Ⅰ" (2019), 금성출판사
- 김미림, "데이터 사이언스를 적용한 ‘H-R도’ 교사교육프로그램 개발", 현장과학교육, 16(1), pp.59~74 (2022), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 김선태, "과학데이터 보존 및 활용모델에 관한 연구", 한국비블리아학회지, 21(4), pp.81~93 (2010), 한국비블리아학회
- 김수란, "파이썬 기반 해양 데이터 시각화 수업 자료 개발 -지구과학 Ⅱ 교과서 조석 위상 지연을 중심으로-", 현장과학교육, 16(4), pp.536~555 (2022), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 김영호, "Double Gyre 모형 해양에서 앙상블 칼만필터를 이용한 자료동화와 쌍둥이 실험들을 통한 민감도 시험", Ocean and Polar Research, 30(2), pp.129~140 (2008), 한국해양과학기술원
- 실시간 해양예보체계 구축 및 활용을 위한 예비 기획연구, "김영호", ~ (2009)
- 김영호, "한국의 해양예측, 오늘과 내일", 바다, 18(2), pp.89~103 (2013), 한국해양학회
- 김진성, "고등학교 지구과학 Ⅰ" (2019), YBM
- 김진수, "STEAM 교육론", pp.192~194 (2012), 양서원
- 김현경, "데이터 분석 및 시각화 교육이 물리학 교과 역량에 미치는 영향 분석 연구", 지능정보융합과 미래교육, 1(1), pp.31~44 (2022)
- 박경애, "인공위성관측 해수면온도와 현장관측 수온의 비교를 통해 본 해양 피층-표층 수온의 차이", 대한원격탐사학회지, 24(4), pp.273~287 (2008), 대한원격탐사학회
- 박경애, "중등 과학교과서에서 사용된 염분 단위 분석 및 단위 개정을 위한 제안", 한국지구과학회지, 30(4), pp.513~526 (2009), 한국지구과학회
- 박경애, "전구 대양의 극저 해수면온도 공간 분포와 지구과학교과서 데이터 시각화 분석", 한국지구과학회지, 41(6), pp.599~616 (2020), 한국지구과학회[DOI]
- 박재진, "이어도 해양과학기지 자료를 활용한 SMAP 인공위성 염분 검증", 한국지구과학회지, 41(5), pp.469~477 (2020), 한국지구과학회[DOI]
- 오필석, "고등학교 지구과학 Ⅰ" (2019), 천재교육
- 이기영, "고등학교 지구과학 Ⅰ" (2019), 비상교육
- 이용준, "고등학교 지구과학 Ⅰ" (2019), 교학사
- 이원호, "동해 서남해역 식물 플랑크톤의 현존량 분포와 수오-염분 특성", 한국해양학회지, 25(1), pp.1~7 (1990)
- 이은영, "중등학교 교과서 해양 수온의 계절변화 이해를 위한 위성 해수면온도 데이터 시각화 프로그램", 현장과학교육, 16(2), pp.206~224 (2022), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 이준행, "과학교육에서 Python을 이용한 기호연산, 시각화, 그리고 확률적 시뮬레이션의 활용방안", 현장과학교육, 12(1), pp.85~96 (2018), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 채승철, "인공지능 융합교육을 위한 데이터 기반 교육자료 개발: 감쇠진동을 중심으로", 현장과학교육, 15(2), pp.121~134 (2021), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 이지선, "빅데이터를 위한 정보디자인의 시각화 방법 및 표현 연구", 기초조형학연구, 14(3), pp.259~269 (2013), 한국기초조형학회
- 이진우, "고등학교 지구과학 Ⅰ" (2019), 미래엔
- 장유순, "ODV를 이용한 한반도 주변 해역의 수온 염분 분포도 작성에 관한 실험 프로그램의 개발과 적용", 한국지구과학회지, 36(4), pp.367~389 (2015), 한국지구과학회
- 정인진, "공공 플랫폼 기반 중학교 과학 교과서 해양 조석 데이터 시각화 탐구 활동 개발", 현장과학교육, 16(4), pp.518~535 (2022), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 정희동, "동해 남서부 해역 표층염분의 시계열 변동", 바다, 18(4), pp.163~177 (2013), 한국해양학회
- 조훈, "고등학교 천문학 수업에서 코딩을 활용한 데이터 기반 탐구활동의 활성화 방안 탐색", 현장과학교육, 16(5), pp.602~618 (2022), 한국현장과학교육학회[DOI]
- 최용규, "2006년 동해 연안의 수괴 분포", 한국환경과학회지, 19(4), pp.399~406 (2010), 한국환경과학회
- 황휘, "디지털 역량 향상을 위한 물리학 융합탐구활동의 제안 : 2022 개정 교육과정을 중심으로", 석사, pp.2023
- Abraham JP, "A review of global ocean temperature observations : Implications for ocean heat content estimates and climate change", Reviews of Geophysics, 51(3), pp.450~483 (2013)
- Barnett TP, "Detection of anthropogenic climate change in the world's oceans", Science, 292(5515), pp.270~274 (2001)
- Barnett TP, "Penetration of human-induced warming into the world's oceans", Science, 309(5732), pp.284~287 (2005)
- Bindoff NL, "Observations : oceanic climate change and sea level, in climate change 2007 : the physical science basis. contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change" (2007), Cambridge University Press
- Dombrowsky E, "GODAE systems in operation", Oceanography, 22(3), pp.80~95 (2009)
- Gong Y, "Pacific Saury Oceanography – Oceanic Environments and Pacific Saury Resources in the Northwest Pacific and its Adjacent Seas-. Fisheries Research and Development Agency", pp.198~ (1996), Guduck Press
- Helm KP, "Changes in the global hydrologicalcycle inferred from ocean salinity", Geophysical Research Letters, 37(18), pp.L18701~ (2010)
- IOC, "The international thermodynamic equation of seawater –" (2010), Calculation and use of thermodynamic properties
- Kim TS, "SAR-derived wind fields at the coastal region in the East", Japan Sea and relation to coastal upwelling, 2014, pp.35(11-12), 3947~3965
- Knauss JA, "물리해양학", pp.30~33 (2019), 시그마프레스
- Levitus S, "Warming of the world ocean", Science, 287(5461), pp.2225~2229 (2000)
- Levitus S, "Anthropogenic warming of Earth's climate system", Science, 292(5515), pp.267~270 (2001)
- NFRDI(National Fisheries Research And Development Institute), "Oceanographic Handbook of the Neighbouring Seas of Korea", pp.436~ (2001), Yemoon Press
- Park KA, "Wind and Bathymetric Forcing of the Annual Sea Surface Temperature Signal in the East(Japan)Sea", Geophysical Research Letters, 32(5), pp.L05610~ (2005)
- Pierce DW, "Anthropogenic warming of the oceans : Observations and model results", Journal of Climate, 19(10), pp.1873~1900 (2006)