A comparison of the problem-solving strategies between high school engineering and science students in integrated STEM education

성의석 한국기술교육학회 2018 한국기술교육학회지 Vol.18 No.1

Given our rapid societal change, the ability to solve problems using interdisciplinary knowledge and skills is becoming increasingly important. To support these educational needs, many international countries have adopted STEM/STEAM education as a core learning platform. However, the fundamental differences of problem-solving strategies within the STEM/STEAM disciplines influence students’ cognitive structures and problem-solving strategies. To investigate the various problem-solving strategies used by science and engineering (technology) students, the researcher recruited six high school students, three from engineering courses and three from science courses. The participant students were taught a STEM/STEAM unit, but the engineering group had only participated in the physical modeling process. After completing the STEM/STEAM lessons, the two groups were given a design task with a structure similar to the integrated lessons. To assess the mental strategies of students, the researcher used the Concurrent-Think Aloud protocol and the seven of Halfin’s codes. The results showed that the engineering students tended to use a variety of problem-solving strategies, while the science students concentrated on solution-oriented strategies. The researcher also confirmed that the engineering students showed various design iterations by revisiting the problem identification process throughout the design process. However, the science students tended to show a limited number of iterations. The design outcomes also showed that the science students yielded many innovative design ideas but failed to provide details for their design solutions. When instructing STEM/STEAM lessons, educators need to utilize authentic instructional strategies to improve students’ integrative problem-solving abilities.

Theoretical Foundation of the Maker Movement for Education: Learning Theories and Pedagogy of the Maker Movement

성의석 한국공학교육학회 2018 공학교육연구 Vol.21 No.2

The author investigated the momentum of the maker movement and its educational implications with the following four research questions: 1. What is the maker movement? 2. What is the nature of our societal interest in the maker movement? 3. Which learning theories are associated with the maker movement? 4. What are the educational implications of the maker movement? The author reviewed the history of education in terms of the maker movement and concluded that Papert’s learning-by-making approach provided a theoretical foundation of the maker movement. The maker movement aims to engage participants in Do-It-Yourself(DIY) activities, the spirit of tinkering, and a hands-on approach. Also, the maker movement meets the educational demands of fostering students’ 21st-century abilities and technological literacy. Lastly, the author anticipated the issues that may arise following the introduction of the maker movement in K-12 schools. In conclusion, the author discussed the challenges of the school maker education movement and suggested the bottom-up approach to utilize the school resources of technology and engineering education.

기술교육의 쟁점과 실천 전략: 우리나라 기술교육 현장 전문가의 인식

성의석,권혁수 대한공업교육학회 2014 대한공업교육학회지 Vol.39 No.1

The purpose of this research was to investigate the critical issues and practicalstrategies that Korean technology teachers perceived. To accomplish the purpose ofthis study, a qualitative study was conducted to identify critical issues and practicalstrategies of Korean technology education targeted on Korean technology teachers. Apurposeful sampling for choosing technology teachers was used for this study withthree selection conditions: 1) 'Excellent Korean technology teacher' award winningteachers, or 2) technology teachers actively involved in both on-line and off-lineteachers' association, and 3) leaders in local technology teachers' association. Thisstudy conducted exploratory in-depth interviews with selective 15 technology teachersregarding critical issues and practical strategies of Korean technology teachers. Theinterpretation of the interview content was conducted by two researchers using thethematic analysis which analyzed the frequency of concepts, words, and meaningsheld from collected data. In the conclusion, critical issues researchers identified were 1) curriculum problems,2) education environment and facilities problems, 3) teachers' problems, 4) students'problems, 5) related research institution and college problems, 6) social problems. Secondly, Korean technology teachers agreed with following practical strategies 1)separating technology education from home economic education, 2) sharing practiceson managing and improving educational environment and laboratory for technologyeducation, 3) actively involving in technology teachers’ group, 4) motivating studentsusing hands-on activity 5) improving the quality and the quantity on technologyteachers preparatory institution, 6) advertising the values of technology education tothe public. Lastly, the positive factors to succeed technology education were 1)technology education satisfying social needs and 2) technology teachers' will orpassion toward improving their technology classrooms. The negative factors to hindertechnology education were 1) low self-respect of Korean technology teachers and 2)rejection or retarded acceptance toward social transition. Several recommendations based the conclusion were suggested as 1) implementingsupplementary study toward selected critical issues and 2) conducting exemplary casestudies regarding concrete practical strategies for improving challenges of Koreantechnology education. 이 연구의 목적은 기술교사들이 인식하고 있는 기술교육의 쟁점과 그에 대한 실천전략을 연구하는 데 있었다. 이러한 연구 목적을 위하여, 우리나라 기술교사들이인식하는 기술교육의 쟁점과 그에 대한 해결방안을 도출하기 위해 기술교사 전문가집단을 대상으로 하나의 질적 연구가 이루어졌다. 기술교사 전문가 그룹을 선정하기위하여 의도적 표집방법이 다음의 세 가지 조건을 가지고 사용되었다: 1) 대한민국기술교사상 수상자이거나 2) 온라인 오프라인 상의 기술교사모임을 이끌고 있는 교사들이거나 3) 지역의 기술교사 모임 운영진들. 이 연구는 한국의 기술교사들이 인식하고 있는 쟁점과 실천 전략에 관하여 선택된 15명의 기술교사들과 탐색적인 집중 면담을 실시하였다. 이 인터뷰 내용에 대한 해석은 2명의 연구자들에 의해 주제분석 방법을 통해 이루어졌으며 이는 선택된 자료에서 개념, 단어, 의미 등의 빈도수를 분석하였다. 결론적으로 이 연구에서 찾고 있는 기술교육의 쟁점은 1) 교육과정의 문제, 2) 교육 환경의 문제, 3) 교사 문제, 4) 학생 문제, 5) 관련 연구 기관 및 대학 문제, 6) 사회적 문제 등이 있었으며, 이에 대한 해결책으로는 1) 기술과 가정교육의 분리, 2)교육환경 개선 사례 공유, 3) 교사모임과 교사운동 활성화, 4) 체험학습을 통한 흥미유발, 5) 교사 양성 기관의 질적/양적 향상, 6) 기술교육의 가치를 대중에게 홍보 등이 있었다. 또한 기술교육 관련 긍정적 요인으로는, 1) 시대적 요구에 부응하는 기술교육, 2) 교사들의 교실수업 개선 의지 또는 열정 등이 있었으며, 부정적 요인으로는1) 기술교사들의 낮은 자존감, 2) 시대의 변화에 대한 거부 또는 늦은 수용 등이 있었다. 이와 같은 결론을 토대로 다음 몇 가지 제언으로는 1) 도출된 기술교육의 문제에대한 심층적인 연구와 2) 전문가들이 언급한 해결방안에 대한 구체적인 해결책에 대한 대표적인 사례들을 밝히는 연구의 실행 등이 있다.

초음파센서 기반의 자가 발전형 시각장애인 보행 보조기구

성의석,정병국,허찬녕,김민규,신광현 한국조명·전기설비학회 2014 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.11

통합적 STEM 교육이 일반고등학교 학생의 과학 및 기술교과 자기효능감과 공학 태도에 미치는 효과

성의석,나승일 한국기술교육학회 2012 한국기술교육학회지 Vol.12 No.1

The purpose of this study was verify the effect of an integrated STEM education on high school students’ science and technology self-efficacy and attitude toward engineering. The specific objectives of the study were as follows : 1) To analyze the effect of an integrated STEM education on the students’s science self-efficacy . 2) To analyze the effect of an integrated STEM education on the students’s technology self-efficacy. 3) To analyze the effect of an integrated STEM education on the students’s attitude toward engineering. The method of statistical analysis to test the hypotheses of this study was the analysis of covariance(ANCOVA) using SPSS-18 for windows and significance level of .05 was established prior to data treatment. The results of this study were as follows 1) There was no significant effect between an integrated STEM education and technology education without integrated STEM education in science self-efficacy. 2) Second, there was significant effect between an integrated STEM education and technology education without integrated STEM education in technology self-efficacy. 3) Third, there was significant effect between an integrated STEM education and technology education without integrated STEM education in attitude toward engineering. 이 연구의 목적은 통합적 STEM 교육이 일반고등학교 학생의 과학 및 기술교과 자기효능감과 공학 태도에 미치는 효과를 구명하는 데 있었다. 연구의 대상은 인천광역시에 소재하는 D고등학교 1학년 4개 학급 남학생 127명으로 65명의 학생들을 실험집단으로, 62명의 학생들을 통제집단으로 구성하였다. 가설 검증을 위한 실험설계는 이질통제집단 사전․사후측정 설계(nonequivalent control group pretest-posttest)를 이용하였으며 실험집단에게는 고등학교 1학년 기술교과 내용과 관련 있는 수학, 과학, 공학적 요소를 의도적으로 통합하여 재구성한 통합적 STEM 교육 프로그램을, 통제집단에게는 수학, 과학, 공학적 요소가 의도적으로 포함되지 않은 기술 수업을 실시하였다. 가설검증을 위한 유의 수준은 p<.05로 하였고, 통계처리는 SPSS-18.0 for windows 통계 프로그램을 이용하였며, 집단간 유의차를 검증하기 위하여 공변량분석(ANCOVA)을 사용하였다. 이 연구를 통하여 가설을 검증한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1)첫째, 통합적 STEM 교육이 학생들의 과학교과 자기효능감에는 유의한 효과가 존재하지 않았다. 2)둘째, 통합적 STEM 교육이 학생들의 기술교과 자기효능감에는 유의한 효과가 존재하였다. 3)셋째, 통합적 STEM 교육이 학생들의 공학 태도에 유의한 효과가 존재함이 확인되었다. 이와 같은 결론을 토대로 후속연구를 위한 제언으로는 1)통제집단을 전통적 기술 수업을 받은 집단, 기술 수업을 받지 않은 집단 등으로 다양화할 필요가 있으며, 2)기술교과가 아닌 다른 교과의 수업주제를 통해 이와 같은 연구를 수행하여, 통합적 STEM 교육의 효과를 검증할 필요가 있다.

Analysis of Phase Error Effects Due to Grid Frequency Variation of SRF-PLL Based on APF

성의석,황선환 전력전자학회 2016 JOURNAL OF POWER ELECTRONICS Vol.16 No.1

This paper proposes a compensation algorithm for reducing a specific ripple component on synchronous reference frame phase locked loop (SRF-PLL) in grid-tied single-phase inverters. In general, SRF-PLL, which is based on all-pass filter to generate virtual voltage, is widely used to estimate the grid phase angle in a single-phase system. In reality, the estimated grid phase angle might be distorted because the phase difference between actual and virtual voltages is not 90 degrees. That is, the phase error is caused by the difference between cut-off frequency of all-pass filter and grid frequency under grid frequency variation. Therefore, the effects on phase angle and output current attributed to the phase error are mathematically analyzed in this paper. In addition, the proportional resonant (PR) controller is adapted to reduce the effects of phase error. The validity of the proposed algorithm is verified through several simulations and experiments.

비례공진 전류제어기 기반의 단상 영구자석 동기전동기 운전에 관한 연구

성의석 한국인터넷방송통신학회 2021 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.21 No.1

본 논문에서는 비례공진 전류제어기 기반의 단상 영구자석 동기전동기의 운전 알고리즘을 제안하였다. 일반적으 로 단상 영구자석 동기전동기의 경우 회전자의 형상에 따른 비대칭 공극이 발생할 수 있으며, 이는 고속 운전시 소음과 진동의 원인이 된다. 따라서 본 논문에서는 제어 안정성이 뛰어난 비례공진 전류제어기를 적용한 단상 영구자석 동기전 동기의 운전 알고리즘을 제안하였다. 비례공진 전류제어기법은 정상상태 오차가 없고 왜란에 대해 비교적 강인한 특성을 가지고 있으며, 복잡한 연산과정 없이 교류입력의 정상상태를 제거할 수 있다. 제안한 알고리즘의 유효성과 타당성을 실험을 통해 검증하였다. In this paper, an operating algorithm for single-phase permanent magnet synchronous motor based on PR current controller is proposed. In general, an asymmetric gap may occur depending on the shape of the rotor of single-phase PMSM, and this causes noise and vibration during high-speed operation. Therefore, in this paper, an operating algorithm for a single-phase PMSM usihng a proportional resonant current conrtoller with excellent control stability was proposed. Proportional resonant current controller has on steady state error is relatevly robust against distortion. Also, steady state error of AC input can be eleminated without complicated calculation process. The validity and availability of the proposed algorithm are verified through the experiment.

이상한 여름밤

성의석 에이엠아트 2023 Art in culture Vol.24 No.7

SOGI 기반 계통연계형 단상 인버터의 데드타임 보상

성의석(Ui-Seok Seong),정병국(Byeong-Guk Jeong),이재석(Jae-Suk Lee),황선환(Seon-Hwan Hwang) 전력전자학회 2016 전력전자학술대회 논문집 Vol.2016 No.7

단상 계통연계형 컨버터의 SRF-PLL 옵셋 오차로 인한 전류 맥동 저감에 관한 연구

성의석(Eui-Seok Seong),정병국(Byeong-Guk Jeong),황선환(Seon-Hwan Hwang),김장목(Jang-Mok Kim) 전력전자학회 2014 전력전자학술대회 논문집 Vol.2014 No.7