변위기반설계법에 의한 SRC 합성교각의 내진성능평가

김동혁 경북대학교 대학원 2010 국내석사

In the current research, the Force Based Design Method fully complemented by the issue of non-linear behavior of the structure for the consideration and implementation of performance targets to achieve two objectives simultaneously, so as to design, construction and performance evaluation of displacement used to target Displacement Based Design Method was reflected in the seismic performance evaluation. Chopra and Goel proposed Direct Displacement­Based Design Method(DDM) to apply the basic concepts of performance improvement by the SRC composite piers displacement-based seismic design method has the purpose to present. Proposed DDM is Seismic Design and Evaluation can be applied easily, at the same time, it applicate to display well the design result of Target displacement performance level about nonlinear behavior. In addition, Bridge sub-structure, performance evaluation and advancement of the design method in order to expand the scope of each variable to set the SRC composite piers the original RC piers analyzed and compared the difference in performance, it has more improved axial load and bending moment comparing with the Reinforced Concrete piers and SRC composite piers and can be expected the seismic performance improvement of SRC composite piers as retaining high ductility and energy absorption ability. 본 연구에서는, 하중­기반 설계법의 문제점을 충분히 보완하여 구조물의 비선형거동에 대한 고려와 목표성능 구현이라는 두 가지 목적을 동시에 달성할 수 있도록 설계하는 방법으로써, 변위를 구조물의 성능평가 대상으로 사용한 변위­기반 설계법을 내진성능평가에 반영하였다. Chopra and Goel이 제안한 직접 변위­기반 설계법의 기본 개념을 적용하여 SRC 합성교각에 의한 성능 개선 변위­기반 내진 설계법을 제시하는데 그 목적이 있다. 본 연구에 적용한 직접 변위­기반 설계법에 의해 추정된 설계결과와 동일한 최대 설계지반 가속도에 대한 변위 계수법에 의한 성능평가 목표 변위값을 비교 검토한 결과, 직접 변위­기반 설계법은 내진설계 및 평가에 쉽게 적용이 가능하면서, 동시에 비선형 거동에 대한 목표변위 성능치에 대한 설계값을 잘 반영해주는 것으로 평가되었다. 또한 교량 하부구조의 설계법 선진화 및 성능평가 범위를 확대하기 위해서 각각의 변수를 설정한 SRC 합성교각을 기존 RC교각과 성능차이를 비교 분석한 결과, SRC 합성교각은 강재의 구속효과로 인해 더 향상된 축력과 휨에 대한 내력을 가지고 높은 연성과 에너지 흡수능력을 지님으로써 SRC 합성교각 부재의 내진성능 향상을 기대할 수 있다.

비선형 정적해석을 이용한 가설구조물의 성능기반설계

강민수 성균관대학교 일반대학원 2017 국내석사

현재 세계는 국경 없는 무한경쟁시대로 각 국가들은 각 분야에서 치열하게 경쟁하고 있다. 건설 분야 역시 각 국가 간의 활발한 교류와 경쟁이 지속되고 있으며 다양한 요구 수준을 충족시키기 위한 기술력 확보가 중요한 시점이라고 할 수 있다. 실제로 선진외국에서는 구조물의 설계기준을 허용응력설계법(ASD), 하중저항계수설계법(LRFD)에서 더욱 진보된 신뢰해석과 구조물의 성능을 중심으로 하는 성능기반설계 체계를 구축해 나가고 있다. 이러한 성능기반설계는 구조물의 안전성, 처짐, 진동, 피로 등의 요구 성능과 경제성을 확보하며 발전하여 왔다. 하지만 우리나라는 성능기반설계에 대한 연구가 부족한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 성능기반설계에 대한 기본 개념 및 방법에 대해 정리하고 기존에 설계되어 사용되어진 가설구조물에 성능기반설계를 적용하면서 성능기반설계의 타당성 및 경제성을 분석하였다. 성능기반설계 시 구조물의 비선형 거동을 파악하기 위해 비선형 정적해석방법인 Pushover해석을 실시하였다. 성능기반설계 적용을 위한 가설구조물의 성능 기준 및 성능 평가방법을 제시하였으며 목표 성능을 만족하는 최적의 설계안을 도출 한 결과 37%의 물량감소 효과를 확인할 수 있었다. 성능기반설계의 상용화를 위한 기술적/제도적 해결과제가 많이 남아 있지만 건설 설계 분야의 국제 경쟁력 확보를 위해 도입이 필요한 차세대 설계 개념임을 확인할 수 있었다.

비틀림 효과를 고려한 제진구조의 에너지평형식 기반 내진설계 프로세스

신승훈 부산대학교 대학원 2019 국내박사

제진구조에서는 댐퍼의 에너지소산에 의한 내진성능 향상을 기본으로 하므로 구조물의 내진성능은 댐퍼의 설계에 크게 의존적이다. 그러나 현행 내진설계기준에서는 하중기반설계에 의해 제진구조를 설계하는 절차를 제시하고 있어, 소성역에서 효율적인 에너지소산능력을 실현할 수 있는 제진구조를 설계하는데 어려움이 있다. 또한 반응수정계수 적용에 따라, 구조물의 비선형 거동을 감소된 하중으로 반영하여 탄성으로 설계하므로 개별 부재의 항복 후 거동을 전혀 파악할 수 없다. 따라서 이와 같은 설계방법에서는, 댐퍼에 요구되는 소성변형능력을 정량화하는데 한계가 있고, 다양한 에너지소산특성을 가지는 댐퍼의 소성변형능력의 차이에 의한 영향을 설계에 반영하는데 어려움이 있다. 한편, 제진구조에서는 댐퍼 특성의 편차에 따른 구조적 비정형성과, 댐퍼의 비정형 배치에 의해 구조물에 비틀림 효과가 초래될 가능성이 잠재한다. 현행 설계기준에서는 제진구조의 비틀림 효과를 설계에 반영하기 위해 시간이력해석을 실시하여 응답증폭의 영향을 고려하도록 규정하고 있다. 그러나 비틀림 효과를 고려한 댐퍼의 설계방법에 대한 명확한 기법이 제시되어 있지 않아, 댐퍼의 설치에 따른 내진성능 향상 효과를 검증하기 위해서는 반복적인 해석이 불가피하게 수반되고, 반복시행에 의한 최종 해석결과에 따라 댐퍼를 설계하는 것에 의존하고 있다. 본 연구에서는 현행 하중기반설계가 가지고 있는 불합리성을 제고하고, 이와 동시에 비틀림 효과에 대응하여 제진구조의 내진성능을 향상시키기 위한 설계방법을 제안하고자 한다. 이를 통해, 시간이력해석에 의한 정밀평가 이전에 최적에 가까운 댐퍼의 특성치를 설계단계에서 산정하고, 제진구조의 응답을 예측할 수 있는 설계방법을 제안하고자 한다. 결과적으로 제진구조의 성능을 향상시키는 것과 동시에 설계자가 의도한 성능을 실현시키는 제진구조의 설계절차를 제시하는 것을 목적으로 한다. 제진구조의 성능설계를 위한 설계방법으로서 본 연구에서는 에너지의 개념을 이용하였다. 지진으로 인해 구조물에 입력되는 총입력에너지와 구조물의 이력거동에 의하여 소산되는 이력에너지의 관계를 이용하여 구조물을 설계하는 에너지기반설계는, 기존 하중기반설계가 가지고 있는 불합리성을 제고하고 최근 주목받고 있는 성능기반설계를 실현하기 위한 합리적인 방법으로 평가되고 있다. Akiyama (1985)에 의해 제안된 에너지평형식에 기반한 내진설계에서는 지진에 의한 구조물에의 하중효과를 에너지 입력으로 고려한다. Akiyama (1985)는 평면골조를 가지는 일반 내진구조를 대상으로, 구조물에 입력되는 총에너지가 각 층 및 각 부재에 어떻게 분배되는지, 에너지 분배를 지배하는 설계변수는 어떤 것인지를 에너지의 관점에서 요약해 내진설계 체계를 구축하였다. 에너지기반설계를 이력형 댐퍼가 설치된 제진구조의 설계에 확대 적용하고 그 적용성을 평가한 연구가 수행되어왔다. 그러나 에너지의 개념에 기초한 제진구조설계와 관련한 현재까지의 연구에서는 제진구조의 설계와 관련되는 설계변수의 고려 범위가 다소 제한적이며 설계식을 일반화하기 위해 필요한 변수해석이 충분히 이루어지지 않았다. 또한 평면골조에 댐퍼가 설치된 제진구조로 그 대상이 한정되어 있고 댐퍼를 제외한 구조부재가 탄성 거동을 하는 것으로 가정하고 있다. 또한 제진구조의 비틀림 효과 및 이로 인한 응답증폭의 영향을 에너지의 관점에서 고려한 설계방법에 관한 연구는 거의 전무한 실정이다. 이상의 연구 배경에 따라 비틀림 효과를 고려한 제진구조의 에너지기반 설계절차를 제안하기 위해 본 연구에서 수행한 세부 연구는 다음과 같다. 첫째, 에너지평형식에 기반하여 제진구조를 정식화하였다. 정식화에 따라 개략설계에 필요한 응답예측식을 도출하였다. 둘째, 설계에 필요한 변수들의 조합에 따른 응답해석을 실시하여, 골조와 댐퍼의 손상분담 특성을 분석하였다. 이에 따라 골조의 손상분담을 최소화하기 위한 설계변수의 적정 설계범위를 제안하였다. 또한 설계층전단력 분포에 따른 댐퍼의 층 손상분포 특성을 분석하여, 각 층에 배치된 댐퍼에 손상이 골고루 분포되도록 유도하는 설계조건을 제안하였다. 셋째, 구조물의 비틀림 효과를 고려한 응답해석을 통해 제진구조에 입력되는 에너지의 특성을 분석하고 에너지응답스펙트럼의 안정성을 평가하였다. 넷째, 편심비에 따른 골조와 댐퍼의 손상분담을 평가하여 비틀림 효과가 존재하는 경우에도 골조의 손상이 최소화되고 댐퍼가 대부분의 지진에너지를 전담하여 흡수하도록 하는 설계조건을 제시하였다. 다섯째, 비틀림 효과가 작용하더라도 특정 층의 댐퍼에 손상이 집중되지 않고 각 층에 배치된 댐퍼의 손상이 균등하게 분포되도록 유도하는 설계층전단력 분포를 제안·검증하였다. 이상의 연구에서 도출된 결과를 종합하여 최종적으로 비틀림 효과를 고려한 제진구조의 에너지기반 설계절차를 제안하였다. 제안형 설계절차의 적용성을 검증하기 위하여 예제구조물을 설계하고 시간이력해석에 의해 내진성능을 평가하였다.

변위기반설계법에 의한 교량 내진설계의 비교연구

주정훈 인천대학교 대학원 2006 국내석사

분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용한 원료의약품의 시험방법 개발과 밸리데이션 연구

이형우 성균관대학교 일반대학원 2018 국내석사

현재 제약산업에서 완제의약품 제조에 관한 설계기반 품질고도화 가이드라인은 ICH Q8, Q9, Q10에, 원료의약품 제조에 관한 설계기반 품질고도화는 Q11에 마련되어 있다. 그리고 완제의약품에 있어 국내외에 다양한 제형에서의 사례집이 마련되어 있으나 원료의약품에 대한 모델은 명확히 제시되어 있지 않은 상황이다. 더욱이 분석에 적용한 설계기반 품질고도화는 아직까지 명확한 가이드라인도 제시되어 있지 않다. USP General Chapter에 정식으로 등재되지는 않았지만, 2014년 9월 USP PF(40)5에 <1210> Statistical Tools for Procedure Validation과 2016년 6월 USP PF(43)1에 <1220> The Analytical Procedure Lifecycle이라는 새로운 General Chapter가 소개되었다. 국내의 경우, 완제의약품의 개발 및 제조에 있어 식품의약품안전처는 “설계기반 품질고도화 (QbD) 도입대비를 위한 품질심사 안내서”를 마련하였다. 본 안내서를 기반으로 설계기반 품질고도화를 도입한 ICH 국가에서의 적용 사례와 주요 논의사항 등을 통해 설계기반 품질고도화 (QbD)에 대한 개념 소개 및 자료 작성 시 고려 사항, 자료 작성 양식 등에 대한 모델을 예시로 제시하여 국내회사에 실질적으로 활용되도록 하고 있는 만큼, 원료의약품의 시험방법 개발과 밸리데이션에 있어서도 설계기반 품질고도화 적용이 필요할 것으로 판단된다. 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용하여 시험방법을 개발하고 밸리데이션을 진행하기 위해서 우선 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)와 관련된 국내외 가이드라인 및 사례집에 대해서 조사하였다. 조사한 가이드라인을 바탕으로 실험 설계를 하였으며 이를 통해서 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용한 원료의약품의 시험방법 개발을 진행하였다. 그리고 개발된 시험방법이 타당한지 시험방법 밸리데이션을 통하여 이를 검증하였다. 마지막으로 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD) 적용 전 후의 결과 값에 대한 차이를 비교하였다. ICH, FDA, USP, WHO, MFDS의 가이드라인을 각 홈페이지와 구글에서 조사한 결과 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)의 요소로는 분석 목표 사항 (Analytical Target Profile), 주요 시험 특성 (Critical Method Attribute), 주요 시험 변수 (Critical Method Parameter), 실험 설계 (Design of Experiment), 분석 관리 전략 (Analytical Control Strategy), 위험성 평가 (Risk Assessment), 생애주기 관리 (Lifecycle Management)등이 언급되어 있음을 알 수 있었다. 전반적인 스크리닝 시험을 진행하기 위해서 이동상, 컬럼, 기울기, 유속, 주입 량, 컬럼 오븐 온도, 파장 등을 여러 조건에서 모니터링 하였다. 스크리닝 시험 결과 주요 시험 변수 (CMP)로 컬럼과 pH, 기울기가 선택되었고 반응 표면 분석 (Response Surface Method)으로 실험 설계를 하였다. 주 효과의 p-value, R square, Lack-of-Fit Test를 통해서 설계된 모델이 통계적으로 유의함을 검증하였다. 디자인 스페이스 결과 시험방법의 시험 작동 설계 범위 (Method Operable Design Range)를 설정할 수 있었다. 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용하여 개발한 시험방법의 타당성을 검증하기 위하여 시험방법 밸리데이션을 진행하였으며 모든 항목에서 허용 기준에 적합함을 확인하였다. 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD) 적용 전과 후의 차이를 비교하기 위해서 본 연구에서는 공정 능력 지수 (Process Capability Index, Cp)와 통계 관리 차트 (Statistical Control Chart, SCC)를 사용하였다. HPLC 시험방법의 결과 값인 함량의 공정 능력 지수 (Cp) 뿐만 아니라 시스템 적합성 시험 (System Suitability Testing)의 항목인 분리도와 %RSD의 공정 능력 지수 (Cp) 값도 비교하였다. 그 결과 기존에 변이 (Variation)가 있었던 함량의 데이터가 적용 후에는 결과 값이 통계적으로 관리 범위 내에 있는 안정한 데이터를 얻을 수 있었으며 OOT (Out-of-Trend), OOS (Out-of-Specification), SST (System suitability Testing) Failure등의 일탈 (Deviation)이 감소하였음을 확인하였다. 또한 기존 시험방법의 변수들은 하나의 고정된 값으로 정해지지만 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용하면 범위로 설정이 가능하기 때문에 이 범위 내에서는 별도의 허가 변경 절차 없이 자체적인 변경 관리를 통해서 변경이 가능하다. 따라서 시험 방법개발에 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용하는 것이 유효하며 비용, 시간, 변경 관리의 측면에서 많은 이점을 가질 수 있다. 본 연구를 통해서 원료의약품 시험방법에 분석 설계기반 품질고도화 (AQbD)를 적용한 효율적인 모델을 제시 할 수 있었다.

컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 교사의 적응적 지원전략에 관한 설계기반연구

허선영 서울대학교 대학원 2020 국내박사

Dynamic and unprecedented challenges—social, economic and environmental— driven by globalization and a rapid development in technologies require the development of competencies namely collaboration, problem-solving, and communication to survive and succeed in the twenty-first century. Accordingly, collaborative learning activities such as discussion, problem-based learning, and collaborative argumentation are being actively pracised in schools. Particularly, computer-supported collaborative argumentation is regarded as a method to enhance learners' cognitive and social ability using the characteristics of computer-mediated learning. Computer-supported collaborative argumentation is an activity in which a small group of learners share their views and opinions on a given problem and generate solutions based on critical discussion. Computer-supported collaborative argumentation activity is, however, not always effective; Learners can experience ineffective learning processes and outcomes, especially if they are not capable of 'perspective taking'. Perspective taking refers to the ability to express and experience a situation from another's point of view; to infer what others would think and objectify one's view. The perspective taking can be classified into cognitive and affective aspects. Cognitive perspective taking refers to the ability to infer and understand the thoughts, knowledge, and opinions of others in a particular situation whereas affective perspective taking means to accurately infer other people's emotional state by empathizing with them. Although perspective taking has mainly been studied in the characteristics of individual characteristics, recent studies examine perspective taking as group characteristics and its effect on the collaborative process. On the other hand, it should be noted that providing learners with the same support without considering the level of learners' perspective taking during the computer-based collaborative argumentation process can reduce the effectiveness of support. Instructors, therefore, need to provide adaptive support to promote perspective taking so that learners can effectively participate in computer-supported collaborative argumentation process. In this respect, this study aims to develop teachers' adaptive support strategy for promoting learners' perspective taking in computer-based collaborative argumentation and examine its effectiveness. For this, the study used a design-based research approach. Design-based research (DBR) is a systematic and flexible research methodology that addresses problems identified in practice through the iterative process of analysis, design, development, and implementation in collaboration between research and a field expert. In addition, DBR makes a practical contribution toward the development of emergent theories of learning and understandings of how the intervention functions. The study comprised two cycles of design, intervention, analysis and reflection; Study I corresponds to the first iterative cycle and study II corresponds to the second iterative cycle. The Study I was conducted with the aims to develop the instructor’s adaptive support strategy for perspective taking and to explore individual and group perspective taking activities in computer-supported collaborative argumentation. In regard to develop the instructor’s adaptive support strategies, two specific research questions were set to guide the study: (1) what are the instructor’s adaptive support strategies for perspective taking in computer-supported collaborative argumentation? and (2) How do learners perceive the instructor’s adaptive support for perspective taking in computer-supported collaborative argumentation? In respect to explore learners' perspective taking, the following research questions guided the study: (1) how does the individual-level perspective taking work in computer-supported collaborative argumentations? and (2) how does the group-level perspective taking work in computer-supported collaborative argumentation? This study was conducted in the following process. First, the initial support strategies were developed based on the perspective taking theory and related studies, and reviewed by four experts. Then, four sessions of collaborative argumentation class were conducted with participation of 29 male middle school students with adaptive support for field implementation. Learners in a group of 3~4 students used laptops to make collaborative argumentations on the theme of ‘dam construction in the Mekong river Basin’. After that, a survey (questionnaires on effectiveness, ease of use, attitude on collaboration, & perceived learning outcome) and a focus group interview (effects & improvements) were conducted and activity data (online interaction types & reflection data) was analyzed to examine the effectiveness of the strategy and to make further improvements. The studyⅠ developed 5 support strategies and 41 specific guidelines under six components, namely 'Learner characteristic detection', 'perspective taking level-based analysis', 'adaptive feedback', 'adaptive scaffolding', 'adaptive reflection support' and 'adaptive learning support system'. As a result of its implementation, the study confirmed that adaptive support for perspective taking could be effectively used for computer-supported collaborative argumentation activities in face-to-face learning. In addition, the relation between cognitive and affective perspective taking were found, although they were not exactly at the same level. The study also revealed that there was a difference between the level of individual perspective taking and the level of group perspective taking. On the other hand, the need to redefine the level of perspective taking level and to eliminate that strategy and specific guidelines that are not used in the actual adaptive support were identified. Reflecting the improvements suggested by Study I, study II aimed to further examine the effects of the improved adaptive support for perspective taking in computer-supported collaborative argumentation. The research questions on adaptive support strategy for perspective taking are: (1) what are the final strategies for the instructor’s adaptive support for perspective taking in computer-supported collaborative argumentation? And (2) how do learners perceive the instructor’s adaptive support for perspective taking in computer-supported collaborative argumentation? The research questions on the effect of the instructor’s adaptive support strategies include (1) how the instructor’s adaptive support strategies for perspective taking in computer-supported collaborative argumentations affect argumentation processes?, (2) how do the instructor’s adaptive support strategies for perspective taking in the computer-based collaborative argumentation affect learning outcomes?, and (3) how do collaborative argumentation processes influence learning outcomes?. The study was conducted in the following procedure. First, three experts reviewed the revised support strategy reflecting the improvement derived from Study I. Then, a quasi-experimental study was conducted on 53 participants of experimental group and 48 participants of control group to examine the effect of the support strategy. The experimental group participated in collaborative argumentation activities with adaptive support whereas the control group involved in a collaborative argumentation activities without adaptive support. Both groups conducted a collaborative argumentation during the four sessions on the subject of ‘the development of the area around desertification’ using laptops in a group of 3~4 people. Data such as questionnaires (cognitive conflict, relationship conflict, & group cohesion), in-depth interview (effects & improvements), activity data (types of online interaction & reflection data) were collected and analyzed to verify the effects and improvements of the supporting strategy between the two groups on the learning process and outcome. As a result of the study, a total of four final components for support strategy were identified: 'Perspective taking detection', 'adaptive scaffolding', 'adaptive feedback', 'adaptive reflection support', and 10 supporting strategies with 41 specific guidelines were developed. Each component is classified into categories of 'common', 'individual', and 'group' by sorting out the one applies to individuals and groups in common and the one that only applies to individual and group. As a result of applying this method to the class and comparing to the control group, it was confirmed that the instructor's adaptive support for perspective taking developed positively influenced the perspective taking of individual and group in computer-supported collaborative argumentation carried out in the face-to-face class. Furthermore, the high level of cognitive perspective taking in the learning process supported the collaborative argumentation process of learners by promoting cognitive conflict. The high level of affective perspective taking had a positive effect on the learner's affective activities, which helped with effective interaction in the collaborative argumentation process. Moreover, group conflict, group cohesion, and online interaction type during the process of collaborative argumentation were found to have influence on the learning outcomes of individuals and groups. Based on these findings, this study provides discussions for theory on perspective taking and practice on instructional design, and DBR methods. On the theoretical aspects, the study proposed the mechanism model on the relationship between individual and group perspective taking, collaborative argumentation process, and outcomes. The study also discussed the role of perspective taking in the computer-supported collaborative argumentation process and outcomes. On the practical aspect, a procedural model for the design and implementation of the instructors’ adaptive support was derived and discussed. Moreover, the study discussed the need for learning analytics in the face-to-face learning environment, the effects of adaptive support, and the improvement of teacher's competence. Lastly, in respect to DBR methods, the importance of collaboration between field experts and researchers and applicability of DBR in the educational technology field were discussed. As to conclude, the study proposed a range of areas for future research including the research on the diffusion of the instructor's adaptive support for perspective taking, the need of adaptive support research from the macro perspective, and the need to expand the current study in various contexts. This study demonstrated the possibility of expanding research on the perspective taking of individuals and group in a computer-supported collaborative argumentation context and provided specific cases on providing adaptive support through instructors as mediation by integrating technology in face-to-face classrooms. It is expected to improve computer-supported collaborative argumentation activity for the development of collaborative skills in changing classrooms with the development of technology and provide implications for future research on adaptive support based on perspective taking and learning analytics that can bring about qualitative improvement of a learning experience. 21세기 지식기반사회는 역동적으로 변화하고 있으며, 미래사회를 살아가기 위해 협력과 문제해결, 의사소통 등의 역량이 강조되고 있다. 이에 따라 학교 교육 현장에서는 토론, 문제해결학습, 협력적 논변 등의 협력학습 활동이 활발하게 이루어지고 있다. 다양한 협력학습 활동 중 컴퓨터 기반 협력적 논변은 컴퓨터 매개라는 특성을 이용해 다양한 형식과 방법으로 학습자의 인지적, 사회적 능력을 증진할 수 있는 활동으로 주목받고 있다. 컴퓨터 기반 협력적 논변은 소그룹의 학습자가 문제상황에 대한 서로의 관점과 의견을 공유하고 비판적인 논의를 바탕으로 통합적인 해결안을 도출하는 활동이다. 그러나 컴퓨터 기반 협력적 논변 활동은 항상 효과적으로 일어나는 것은 아니며, 특히 학습자가 ‘관점수용(perspective taking)'에 능숙하지 못한 경우 학습과정과 결과에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 관점수용은 타인의 관점에서 대상을 표현하거나 상황을 경험해보고 그들이 어떻게 생각할지 추론하여 표현하는 것이며, 대상에 대한 자신의 시각을 객관화하고, 다른 사람의 입장으로 이동하면 다른 모습이 보일 것이라고 예측할 수 있는 능력을 의미한다. 이러한 관점수용은 인지적, 정서적 측면으로 구분될 수 있다. 인지적 관점수용은 특정 상황에서 타인의 생각이나 지식, 견해 등을 추론하고 이해하는 능력을 의미하며, 정서적 관점수용은 특정 상황에서 다른 사람의 입장이 되어봄으로써 다른 사람의 생각이나 느낌을 느껴보고 타인의 감정 상태를 정확하게 추론하는 것을 의미한다. 이러한 관점수용은 주로 개인 단위의 특성으로 연구되어왔으나, 그룹 단위의 특성으로 나타나 협력 과정에 영향을 미칠 가능성이 최근 연구들을 통해 확인되고 있다. 한편, 컴퓨터 기반 협력적 논변 과정에서 이러한 관점수용을 촉진하기 위해 교수 지원(instructional support)을 제공한다고 하더라도, 학습자의 관점수용 활동 수준을 고려하지 않고 모든 학습자에게 동일한 지원을 제공하는 것은 지원의 효과를 반감시킬 수 있다. 따라서 교사는 학습자가 컴퓨터 기반 협력적 논변 과정에 효과적으로 참여할 수 있도록 관점수용을 촉진하기 위한 지원을 적응적으로 제공할 필요가 있다. 본 연구에서는 지금까지 선행연구에서 나타난 제한점을 극복하고 현장에서 이루어지는 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 나타나는 어려움을 해결하기 위해 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 학습자의 관점수용을 위한 교사의 적응적 지원전략을 개발하고 교육 현장에 적용하여 그 효과를 살펴보고자 하였다. 이와 함께 개인과 그룹의 관점수용이 협력적 논변의 과정과 결과에 어떤 영향을 미치는지 그 양상을 체계적으로 탐구하였다. 교육 현장의 문제를 해결하고 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용의 역할을 이론적으로 탐구하기 위해 본 연구는 설계기반연구로 진행되었다. 설계기반연구는 반복적인 분석, 설계, 개발 및 실행을 통해 교육의 실제적 문제를 해결하기 위한 체계적이고 유연한 연구방법론으로, 실제 교육 환경에서 연구자와 현장전문가 간의 협력을 바탕으로 현장 맥락의 특성 반영한 개입안과 이론을 도출한다. 이러한 점을 반영하여 본 연구는 현장전문가 1인과 함께 수행되었고, 연구Ⅰ과 연구Ⅱ의 두 개의 연구로 구성되었다. 연구Ⅰ은 1차 순환에, 연구Ⅱ는 2차 순환에 해당되며, 연구Ⅰ에서 도출된 개선점을 연구Ⅱ에 반영하여 지원전략과 도구를 수정하고, 이에 대한 효과를 검증하였다. 각 연구에 대한 내용은 다음과 같다. 연구Ⅰ은 컴퓨터 기반 협력적 논변 활동 상황에서 관점수용을 위한 적응적 지원전략을 개발하고 학습자의 관점수용 활동 양상을 탐색하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위한 연구문제 중 관점수용을 위한 적응적 지원전략에 대한 연구문제는 (1) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원전략은 무엇인가, (2) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원에 대한 학습자의 인식은 어떠한가로 구성되며, 관점수용 양상에 대한 연구문제는 (1) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 개인 수준의 관점수용은 어떻게 이루어지는가, (2) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 그룹 수준의 관점수용은 어떻게 이루어지는가로 구성된다. 본 연구는 다음과 같은 절차로 수행되었다. 먼저, 관점수용 이론 및 관련 선행연구를 기반으로 초기 지원전략을 개발하였고, 이를 전문가 4명이 검토하였다. 다음으로 현장 적용을 위해 중학교 남학생 29명을 대상으로 적응적 지원이 포함된 4차시의 협력적 논변 수업을 실시하였다. 학습자는 3~4인으로 구성된 그룹에서 노트북을 활용하여 메콩강 유역의 댐 건설에 관한 주제로 협력적 논변을 하였다. 이후, 설문(효과성, 용이성, 협력태도, 인지된 학습결과)과 포커스그룹인터뷰(효과 및 개선점), 활동 데이터(온라인 상호작용 유형, 성찰 데이터) 등의 자료를 수집하고 이를 양적, 질적으로 분석하여 지원전략의 효과와 개선점을 도출하였다. 마지막으로 현장전문가와의 성찰을 통해 연구Ⅱ에 반영해야 할 개선사항을 도출하였다. 연구결과, ‘학습자 특성 탐지’, ‘관점수용 수준 기반 분석’, ‘적응적 피드백’, ‘적응적 스캐폴딩’, ‘적응적 성찰 지원’, ‘적응적 학습지원 시스템’ 이라는 총 6개의 구성요소가 도출되었고, 15개의 지원전략과 41개의 상세지침이 도출되었다. 이를 수업에 적용한 결과, 관점수용을 위한 적응적 지원이 면대면 학습에서 이루어진 컴퓨터 기반 협력적 논변 활동에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 관점수용 양상과 관련하여 인지적 관점수용과 정서적 관점수용 수준이 정확하게 일치하지는 않았지만 연관성이 나타났고, 개인과 그룹의 관점수용 수준은 서로 다른 것으로 나타났다. 추후 성찰을 통해 관점수용 수준을 재정의해야 할 필요성과 실제 적응적 지원에 사용되지 않거나 중복 적용되는 전략과 상세지침을 삭제해야 한다는 점이 확인되었다. 또한, 수업 운영상의 문제와 관련하여 피드백을 구체화하고 구체적인 활동 안내를 제공해야 한다는 점이 개선점으로 도출되었다. 이러한 개선사항을 반영하여 연구Ⅱ를 실시하였다. 연구Ⅱ는 연구Ⅰ의 결과를 바탕으로 수정한 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원의 효과와 개선점을 탐구하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 관점수용을 위한 적응적 지원전략에 대한 연구문제는 (1) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원을 위한 최종 전략은 무엇인가, (2) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원에 대한 학습자의 인식은 어떠한가로 구성되었고, 적응적 지원전략의 효과에 대한 연구문제는 (1) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원전략이 논변 과정에 어떠한 영향을 미치는가, (2) 컴퓨터 기반 협력적 논변에서 관점수용을 위한 적응적 지원전략이 학습결과에 어떠한 영향을 미치는가, (3) 협력적 논변 과정이 학습결과에 어떠한 영향을 미치는가로 구성되었다. 연구는 다음과 같은 절차로 수행되었다. 먼저, 연구Ⅰ에서 도출된 개선점을 반영하여 수정한 지원전략에 대해 전문가 3명이 검토하였다. 다음으로, 수정된 지원전략의 효과를 살펴보기 위해 실험집단 53명, 통제집단 48명을 대상으로 준실험연구를 진행하였다. 실험집단에서는 적응적 지원이 포함된 협력적 논변 수업을 실시하였고, 통제집단에서는 적응적 지원이 제공되지 않은 협력적 논변 수업을 실시하였다. 두 집단 모두 3~4인으로 구성된 그룹에서 노트북을 활용하여 사막화 주변 지역의 개발에 관한 주제로 4차시 동안 협력적 논변을 실시하였다. 학습 과정에서 설문(인지적 갈등, 관계갈등, 집단응집성)과 심층 인터뷰(효과 및 개선점), 활동 데이터(온라인 상호작용 유형, 성찰 데이터) 등의 자료를 수집하고 이를 양적, 질적으로 분석하여 지원전략의 효과와 개선점을 도출하고, 학습과정과 결과에 대한 두 집단 간의 차이점을 분석하였다. 연구 결과, 최종 구성요소는 총 4개로, ‘관점수용 점검’, ‘적응적 스캐폴딩’, ‘적응적 피드백’, ‘적응적 성찰 지원’이 도출되었고, 하위에 10개의 지원전략과 41개의 상세지침이 도출되었다. 각각의 구성요소는 개인과 그룹에게 공통적으로 적용되는 경우와 개인과 그룹에게만 적용되는 경우를 구분하여 ‘공통’, ‘개인’, ‘그룹’의 범주로 구분되었다. 이를 수업에 적용하여 통제집단과 비교한 결과, 개발된 관점수용을 위한 교사의 적응적 지원은 면대면에서 이루어진 컴퓨터 기반 협력적 논변 수업에서 개인과 그룹의 관점수용에 영향을 미쳤음을 확인하였으며, 연구Ⅰ에서 언급되었던 개선점이 연구Ⅱ에서 해소된 것으로 나타났다. 또한, 학습 과정에서 높은 수준의 인지적 관점수용은 인지적 갈등을 촉진함으로써 학습자의 협력적 논변 과정을 지원하였으며, 높은 수준의 정서적 관점수용은 학습자의 정의적 활동에 긍정적 영향을 미쳐 협력적 논변 과정에서 효과적인 상호작용이 이루어지도록 도운 것을 확인할 수 있었다. 그리고 협력적 논변 과정 중 그룹 내 갈등과 집단응집성, 온라인 상호작용 유형은 개인과 그룹의 학습결과에 영향을 미친 것으로 확인되었다. 이러한 결과에 기반하여 본 연구에서는 관점수용의 이론적 측면, 설계에 대한 실천적 측면, 설계기반연구방법의 측면에 대해 논의하였다. 이론적 측면에서는 개인과 그룹의 관점수용, 협력적 논변 과정, 협력적 논변 결과 간의 관계에 대한 메커니즘 모형을 도출하고 컴퓨터 기반 협력적 논변의 과정과 결과에 대한 관점수용의 역할을 논의하였다. 또한, 실천적 측면에서 적응적 지원의 설계 및 운영을 위한 절차모형을 도출하고, 면대면 학습환경에서 학습분석 연구의 필요성, 적응적 지원의 효과, 교사의 역량 등과 관련하여 논의하였다. 마지막으로 설계기반연구방법의 측면에서는 현장전문가와 연구자 간 협력의 중요성과 교육공학 분야에서의 활용 가능성에 대해 논의하였다. 그리고 결론에서는 후속 연구로서 관점수용을 위한 교사의 적응적 지원을 확산하기 위한 방안, 거시적 관점에서의 적응적 지원 연구의 필요성, 다양한 맥락에서 연구를 확장할 필요성에 대해 제안하였다. 이 연구는 컴퓨터 기반 협력적 논변 맥락에서 개인과 그룹의 관점수용에 대한 연구가 확장될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 면대면 교실에서 테크놀로지를 결합하여 교수자를 매개로 적응적 지원을 제공하는 구체적인 사례를 제공하였다는 데 의미가 있다. 테크놀로지의 발달로 변화하는 교실에서 협력 역량의 개발을 위해 컴퓨터 기반 협력적 논변 수업을 개선하고 학습경험의 질적 향상을 가져올 수 있는 관점수용과 학습분석 기반의 적응적 지원에 대한 추후 연구에 시사점을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

CIPP 평가모형을 통한 부산다행복학교 교육과정 분석 및 ADDIE 기반 교수설계모형 개발

권종실 동아대학교 대학원 2020 국내박사

본 연구의 목적은 CIPP 평가모형에 기반하여 다행복학교 교육과정을 분석하고, ADDIE 기반 다행복학교 교수설계모형을 개발하고자 한다. 본 연구의 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 연구문제를 선정하였다. 첫째, CIPP 평가모형에 따른 다행복학교의 교육과정안 평가요소는 무엇인가? 둘째, 다행복학교에 적합한 교수설계모형은 무엇인가? 본 연구를 위해 CIPP 평가모형 기반 다행복학교 교육과정 평가요소를 도출하여, 교육과정 전문가와 혁신학교 전문가를 대상으로 전문가 타당화를 실시하였다. 전문가 타당화를 통해 내용타당도가 확보된 다행복학교 교육과정 평가요소를 다행복학교 교사 65명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문방법은 온라인으로 실시하였으며, 회수된 설문지 65부를 SPSS 21.0을 활용하여 분석하였다. CIPP 평가모형 기반 다행복학교 교육과정 평가요소 및 인식조사를 기반으로, 다행복학교 교수설계모형 요인을 구성하였으며, 교육과정 전문가 및 교수설계 전문가, 혁신학교 전문가, 다행복학교 교사로 총 6명의 전문가를 대상으로 3차에 걸친 델파이 조사를 실시하였다. 이를 통해‘ADDIE 기반 다행복학교 교수설계모형’최종도형을 도출하였다. 본 연구를 통해 분석된 결과를 요약하고, 결론을 제시하면 다음과 같다. 첫째, CIPP 평가모형 기반 다행복학교 교육과정 평가요소는 상황유형의 요구의 진단 영역 7문항, 투입유형의 교육내용 운영시간 계획영역 6개 문항, 과정유형의 교수학습방법, 목표 달성 및 만족도, 상호작용, 참여도 영역 13개 문항, 산출유형의 성취도 및 효과성 평가, 평가 결과 영역 8개 문항이 도출되었다. 둘째, ADDIE 기반 다행복학교 교수설계모형은 교육과정-수업-평가를 분절적인 시각에서 벗어나 CIPP 평가모형을 기반으로 교육과정을 분석하고, ADDIE 모형 절차에 따라 수업 및 평가를 위한 체제적 교수설계모형을 개발하고자 하였다. 이를 위해 모형개발 전 다행복학교 운영목적 및 철학을 기반으로 운영되고 있는 다행복학교 교육과정을 분석하고, 이를 기반으로 교수설계모형 구성요인을 도출하였다. 이후, ADDIE 모형의 절차에 기반하여 교수설계모형을 개발하였다. 분석단계는 요구분석, 환경분석, 과제분석으로 구성되어 있으며, 설계 및 개발은 학습목표 설계와 교수·학습전략, 교수·학습방법 설계, 평가설계, 평가도구 개발로 구성되었다. 실행은 교수·학습 목표 제시와 교수·학습 활동으로 구성되었으며, 평가는 성찰 및 개선, 학습자 평가, 교육프로그램 평가로 구성되었다. 본 연구는 다행복학교의 교수설계모형 및 학습 전략의 연구가 미비한 실정에서 교육과정 전문가, 교수설계 전문가, 혁신학교 전문가 및 다행복학교 교사를 통한 다방면적 의견들을 종합하여 실제적이고 전문적인 교수설계모형을 개발했다는 점에서 연구의 의의를 지닌다. 또한 다행복학교 효율적인 운영을 위한 교육과정 재구성 역량 함양 및 전문적 교사학습공동체 운영 지원, 민주적 학교문화 형성 등의 교사의 전문성 함양 및 학교 행정적 차원의 다방면적 지원 체계의 필요성을 제안했다는 점에서 의미가 있다.

建築設計지식기반에 의한 平面 設計시스템 開發에 관한 硏究 : 可變形 아파트 單位平面 計劃을 中心으로

김재훈 東亞大學校 大學院 1995 국내석사

Usage of CAD has been done a role of substituting pens and scales. However, the rapid development of the hardware and the software presented possibilities for intelligent high-tech systems in architectural design. Though my study, I considered the process of architectural design as a general human process of thinking, and picked decision elements for architectural design and applied them to the intelligence system of regular models. In addition, I adopted prototype of flexible floorplan system and tried to use it for subsidiary design system. I could get several outputs from my study. First, I could develop several necessary steps, which should be done during architecture design, possible application in terms of knowledge engineering. But the method of expression to express it and systematic classification of architectural knowledge was necessary for the possible application. Although the study was proceeded by using the regular models which are rather easy to use, we could reach the conclusion that it was very difficult to make query knowledge , uneasy to express, for regular models in the actual process. By the way, it seemed a little possible to make it regular models by using frame, semantic networks, object oriented express. Second, on taking into a consideration of accepting this system for actual process of early phase architectural design, we recognized the need of classifing the decision elements for the design. Third, in the process of modifying these systems with new knowledge and adding more information to them a new interface was needed for the efficiency of performance. In order to make these study more practical further question following should be solved. First, though this study was concentrated on the unit plan for practical application, the range of the study needed to be enlarged to total floor plan. Second, the study of high reliant method for classifying knowledge and information to built the system was necessarily needed. Third, to avoid a monotonous and uniformed pattern of systematic approach, more heuristic study was needed for the future. Finally, we need to search out methods which are able to be used in other fields of these intelligence system.

비선형비탄성해석을 활용한 강재 거더의 성능기반설계

김선길 세종대학교 대학원 2012 국내석사

탄성해석을 사용하는 종래의 허용응력설계법(ASD) 및 하중저항계수설계법(LRFD)은 구조계와 개별부재간에 강도와 안정에 대한 상호작용을 정확하게 고려하지 못하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 전체 구조물의 비선형비탄성해석을 수행하여야 한다. 현재 여러 선진국의 설계기준에서는 구조물의 거동과 강도를 합리적으로 예측하기 위하여 비선형비탄성해석을 사용할 수 있도록 하고 있다. 본 연구에서는 구조시스템의 내하력을 정확히 파악할 수 있는 비선형비탄성해석을 활용한 성능기반설계를 제안하였다. 요소 종류, 요소 분할, 재료 모델, 잔류응력, 초기 기하학적 형상결함, 경계조건 및 하중적용을 포함하는 모델링 방법에 대하여 상세히 기술하였다. 3경간 연속교에 대하여 비선형비탄성해석을 활용한 성능기반설계와 AASHTO-LRFD 설계 결과 및 소요 물량을 비교함으로써 성능기반설계의 경제성과 타당성을 검토하였다. 그 결과 비선형비탄성해석을 활용한 성능기반설계법은 AASHTO-LRFD 설계법에 비해 6-10%의 강재 절감효과를 얻을 수 있는 경제적인 설계방법임을 입증하였다. ASD and LRFD using elastic analysis do not accurately capture the interaction between individual members and a structural system. A nonlinear inelastic analysis of the entire structure is required to overcome this difficulty. According to many design codes of advanced countries, a nonlinear inelastic analysis can be applied to predict reasonably the structural behavior and strength. In this study, an performance based design using nonlinear inelastic analysis was proposed. The details of the modeling including element type, mesh discretization, material model, residual stresses, initial geometric imperfections, boundary conditions, and load applications are presented. The economical efficiency and adequacy of the performance based design using nonlinear inelastic analysis of a three span continuous bridge was investigated by comparing the design results with that of the AASHTO-LRFD. It has been consequently demonstrated that the performance based design using nonlinear inelastic analysis can reduce the construction cost by 6-10% through savings in steel.

인공지능 챗봇 활용 학습 환경에 대한 설계기반연구 : 초등 영어 말하기 수업 중심으로

유영진 한국교원대학교 대학원 2021 국내석사

본 연구 목적 달성을 위한 연구 문제는 다음과 같다.연구문제1. 초등 영어 말하기 수업에서 AI 챗봇 활용 학습 환경에 대한 설계 변화는 어떻게 나타나는가?연구문제2. 초등 영어 말하기 수업에서 AI 챗봇 활용 학습 환경에 대한 설계 변화에 따라 학습자의 학습 과정의 변화는 어떻게 나타나는가?본 연구의 연구방법은 설계기반연구(Design Based Research)이다. 이 연구 방법은 실제 교육 현장에서 연구경로와 학습 경로간의 상호작용을 하며 그 과정에서 얻은 자료와 결과를 바탕으로 설계 조정을 한다. 이러한 과정을 반복, 순환적으로 실행하며 학습자의 학습 과정 변화와 이에 따른 설계 변화를 탐색하여 연구문제를 해결한다. 분산인지이론을 바탕으로 인공지능 챗봇 활용 초기 학습 환경을 설계하고 다이얼로그 플로우(Dialogflow)와 단비(Danbee) 챗봇 빌더를 활용하여 실제 적용할 말하기 학습용 목적형 챗봇을 개발하였다. 그리고 충남 S 초등학교 4학년 학생 129명의 학생들을 대상으로 2020년 10월 23일부터 11월 24일까지 4주간 총 6회의 인공지능 챗봇 활용 영어 말하기 수업에 진행하였다. 각 수업에서 학습자의 학습 과정과 수행변화 분석, 설계 조정을 위한 자료로 챗봇과 학습자의 언어적 상호작용 대화 기록, 교사 수업 성찰지, 설문조사, 학생 면담 기록을 수집하여 사용하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.첫째, 학습자의 학습 과정의 변화는 인공지능 챗봇과 상호작용에서 학습자는 자발적 학습 진행 및 관리, 학습 되돌아보기, 반복적 학습과제 해결 재시도, 음성 인식 실패 극복 시도이다. 또한 수업이 진행될수록 인공지능 챗봇과의 상호작용에서 문장 발화 성공 횟수의 증가가 나타났다. 둘째, 반복, 순환적인 설계 조정을 통해 제안한 학습 환경은 학습활동, 인공지능 챗봇 설계, 교사 역할 요소로 나누어지는데, 학습 활동은 사전학습, 단어학습, 문장학습, 역할 놀이로 이어지고 각 활동에서 탐색, 연습, 점검, 도전의 순서로 학습한다. 인공지능 챗봇 설계는 챗봇 기본 언어를 한국어로 설정하고 시나리오 기반 학습 안내 및 지원, 영어와 한국어로 챗봇의 교정 피드백과 발화 재요청으로 학습 오류 수정 기회 제공, 연결된 학습 점검 퀴즈 챗봇 형성평가 포함된다. 교사 역할은 학습 과제 해결을 위한 챗봇과의 상호작용 수행 시범, 챗봇과의 상호작용에서 겪는 음성인식 수행 문제에 대한 코칭, 학습자 수준에 따른 과제 난이도 조절, 재구조화 스케폴딩이 있다. 본 연구의 결과로 도출된 시사점은 다음과 같다.첫째, 학습자가 인공지능 챗봇과의 상호작용을 통하여 스스로 학습을 관리하는 인지적 잔재가 남도록 학습 점검, 반성할 수 있는 질문과 피드백을 챗봇에 설계해야 한다.둘째, 학습 과정에서 겪는 학습자와 챗봇과의 상호작용 상의 수행 문제, 음성 인식 문제로 나타나는 학습 실패를 극복하도록 코칭과 스케폴딩을 제공해야한다.셋째, 설계기반연구 진행 시, 학습 환경 초기 설계를 위한 맥락 분석과 인공지능이 처리한 자연어 데이터를 수업 맥락에서 분석해야한다.