파이썬 기반 해양 데이터 시각화 수업 자료 개발 -지구과학 Ⅱ 교과서 조석 위상 지연을 중심으로-
Development of Python Instructional Materials for Ocean Data Visualization-Focused on Phase Delay of Tides in Earth Science Ⅱ Textbooks-
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초록
이 연구의 목적은 해양 데이터를 활용하여 과학적 모델 유형 중 하나인 시각화 자료를 구성할 수 있는 수업 자료를 개발하는 것이다. 지구과학 과목은 다른 과목에 비해 시각 자료의 비중과 역할이 높은 편이며, 장기간 수집된 빅데이터를 활용해 의미 있는 정보를 도출하려면 데이터 시각화가 필수적이다. 2015 개정교육과정 지구과학 Ⅱ 교과서 분석 결과, 조석 단원에 수록된 실시간 자료 활용 탐구 활동으로 산출되는 시각 자료 중 그래프 형태는 1-D 시계열 형태로 제시되어 있고 다양한 디지털 도구를 활용하는 구체적 활동이 제한되어 있었다. 수업 자료는 PDIE모형을 기반으로 개발하였고, 현직 교사 대상 설문 조사를 통해 자료 개발 방향과 내용 구성에 대한 의견을 수렴하였다. 수업 시간에 교과서와 함께 디지털 도구를 활용하여 데이터 시각화 활동을 할 수 있는 구체적 방법을 제시하였고 탐구 활동에 유연하게 활용할 수 있는 형태로 제작하였다. 수업 자료의 세부 내용은 조위 데이터의 1-D 시계열 형태 시각화, 시간과 일 단위의 2-D 데이터 형태로의 변환 과정과 시각화, 2-D 자료의 패턴 분석을 활용한 조석의 위상 지연에 관한 과학적 탐구 활동이며 파이썬 프로그램으로 구성하였다. 현직 교사를 대상으로 수업 자료 실습 연수를 실시한 결과, 시각화 과정과 탐구 활동을 구성하는 과정에서 효용성이 있음을 확인할 수 있었다. 연구에서 개발된 교수 학습 자료는 조석 단원과 관련된 과학적 개념 형성 및 효과적인 탐구 방법 구현, 온라인 도구를 활용한 데이터 시각화 수업에 널리 활용될 것으로 기대된다.
Abstract
This study aims to develop educational materials focused on data visualization as one of the types of scientific models using oceanic data. Earth science subjects have a higher proportion and role in data visualization than other subjects. Data visualization in Earth Science has long been essential in deriving meaningful information using extensive databases collected over a long period. As a result of the 2015 Revised National Curriculum Earth Science Ⅱ textbooks' analysis, the inquiry related to tide was limited to presenting a simple form of 1-D time series data. No specific activities using various digital tools have been composed constructively to teach the tide-related contents and classroom activities. This suggests a necessity to develop a data visualization program using real-time oceanic tide data. This study developed a program of specific methods for data visualization based on Python. The detailed program consisted of a few tidal data visualizations such as 1-D time series visualization, converted 2-D data from 1-D time series data, and tidal variations in the form of a Hovmöller diagram with a time(hour)- to-time(day) plot. This plot can be used as scientific inquiry activities to understand tidal phase delay during the day. Considering this, it is expected that the teaching and learning materials developed in this study will be extensively used to form scientific concepts related to tide variations, implement effective inquiry methods, and data visualization using online tools.
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