Elucidating influence of chemical structure on reduction rate and defluorination

학위논문 (석사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 건설환경공학부, 2020. 8. 최정권.This study used zeolite supported Rh-based catalyst and hydrogen as a reductant to reduce fluoroarene, which is also a big part of the chemical industry. Rh/zeolite catalyst was applied for the reductive treatment of fluoroarenes with various structures. The experimented fluoroarenes were fluorobenzene, difluorobenzene, (difluoromethyl)benzene, (trifluoromethyl) -benzene, (pentafluoroethyl) benzene, fluorophenol, fluorotoluene, fluorobenzoic acid, and their pseudo-first-order reaction constant and defluorination yield were compared with each other. The reaction rate of fluorobenzene and difluorobenzene decreased in the order of one substituent (fluorobenzene), ortho (1,2-difluorobenzene), meta (1,3-difluorobenzene), and para (1,4-difluorobenzene). It was the same as the results of other papers. However, perfluoroalkyl groups, such as trifluoromethyl and pentafluoroethyl, did not react or the defluorination yield was lower than 30%, so the application of Rh catalyst had a limitation in the perfluorinated alkyl structure. Multiple linear regression analysis was performed to elucidate the effect of structural characteristics of each fluoroarenes on their reaction constants and defluorination yield, except for (trifluoromethyl)benzene, 4-trifluoromethylphenol, (pentafluoroethyl)benzene. To perform multiple linear regression analysis, two or more independent variables were required, and variables capable of representing the structural characteristics of each fluoroarene were selected, such as σposition, bond dissociation energies (BDE), number of fluorine (No.F), and some chemical properties calculated by SPARC chemical calculator. As a result, the electron affinity, σposition, and No.F had a significant effect on the reaction rate constant (Log(kobs)), and the electron affinity, σposition, BDE, boiling point, and No.F was found to have a significant effect on defluorination yield (DeF yield*). The R2 value of each regression model was 0.795 for Log(kobs) and 0.816 for DeF yield*. Thus, the regression model for defluorination yield was better explained than for the reaction rate constant. In other words, the structural and chemical properties of fluoroarene had a greater effect on the final defluorination yield than the reaction rate. It suggested that not only the defluorination reaction but also hydrogenation occurred by Rh/zeolite catalyst, and the structural and chemical properties of fluoroarene can change the ratio of defluorination/hydrogenation reaction. Since there were expected to be various intermediates that can be produced through hydrogenation reaction, some of the expected intermediates were quantified when 1-difluoromethyl-2-fluorobenzene and 1-difluoromethyl-3-fluorobenzene were experimented as starting materials. Difluoromethylbenzene, fluorotoluene, toluene, and methylcyclohexane were selected as the expected intermediates, and the concentration was quantified according to the reaction time. As a result, in both cases, the concentration ratio of dimethylbenzene and fluorotoluene compared to the initial concentration was measured very low, and the generated time was similar. In other words, both fluorine attached to the benzene and fluorine of dimethyl could be rapidly defluorinated, and it was suspected that unknown intermediates, which undergo only hydrogenation, not defluorination, might be generated. This phenomenon occurred when two functional groups were in the meta position, such as 1,3-difluorobenzene, 1-difluoromethyl-3-fluorobenzene, and 3-fluorophenol, except for 3-fluorotoluene.본 연구에서는 화학 산업의 큰 부분을 차지하고 있는 플루오로아렌 (fluoroarene) 을 Rh 촉매를 이용하여 환원 처리하는 실험을 수행하였다. 로듐 촉매는 C-H 결합에 대한 C-F 결합을 감소시킬 수 있으며, 따라서 Rh/zeolite 촉매를 합성하여 다양한 구조의 플루오로아렌을 감소시켰다. 실험 대상 물질로 fluorobenzene, difluorobenzene, (difluoromethyl)benzene, (trifluoromethyl)benzene, (pentafluoroethyl)benzene, fluorophenol, fluorotoluene, fluorobenzoic acid 를 선정하여 물질 별 반응속도와 탈불화율을 비교하였다. 반응속도 상수 kobs는 log 를 취하여 변환하고, 탈불화율 (defluorination yield; DeF yield) 는 플루오린의 수로 표준화 하여 각 물질들의 반응성과 탈불화 정도를 비교하였다. fluorobenzene과 difluorobenzene 계열 (1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene) 에서는 작용기가 1개일 때, 2개일 때 ortho, meta, para 순서로 반응속도가 감소하는 결과를 얻었고, 이는 다른 논문들의 결과와 일치하는 결과였다. 그러나 trifluoromethyl, pentafluoroethyl과 같이 perfluoroalkyl에 대해서는 반응이 일어나지 않거나 탈불화율이 30% 이하로 낮게 나타나 과불화 알킬 구조에서는 Rh 촉매 적용에 한계가 있었다. 반응이 일어나지 않거나 탈불화 반응이 잘 일어나지 않았던 물질 ((trifluoromethyl)benzene, 4-trifluoromethylphenol, (pentafluoroethyl)-benzene) 을 제외한 플루오로아렌에 대하여 이들의 구조적 특징이 반응속도 및 탈불화율에 어떤 영향을 미쳤는지 알기 위해 다중회귀분석을 수행하였다. 다중회귀분석을 수행하기 위해서는 2개 이상의 독립변수가 필요했으며, 각 플루오로아렌의 구조적 특징을 대표할 수 있는 변수를 선정하였다. 본 연구에서 독립변수로는 σposition, Bond dissociation energies (BDE), 불소의 수 (No.F) 그리고 SPARC를 통해 계산한 물질의 화학적 특성값들이 선정되었고, 이 독립변수들을 조합하여 적용하면서 다중회귀분석을 수행하였다. 그 결과 반응속도상수 (Log(kobs)) 에는 전자친화도 (electron affinity), σposition, and No.F 가 유의미한 영향이 있었고, 탈불화율 (DeF yield*) 에는 전자친화도, σposition, BDE, 끓는점 (boiling point), No.F 가 유의미한 영향이 있는 것으로 나타났다. 각각의 회귀모델의 R2 값은 Log(kobs)에 대해 0.795, DeF yield*에 대해 0.816 이었으며, 본 연구에서 선정한 변수들로 회귀모델을 적용하였을 때 반응속도보다 탈불화율의 경향을 더 잘 설명할 수 있다는 결론을 얻었다. 즉, 플루오로아렌의 구조적, 화학적 특성은 반응속도보다 최종 탈불화율에 더 큰 영향을 미친다는 것이다. 이는 로듐 촉매에 의해 탈불화반응 뿐만 아니라 수소화반응 (hydrogenation) 또한 함께 일어나고 플루오로아렌의 구조적, 화학적 특성이 탈불화/수소화 반응의 비율을 변화시킬 수 있음을 시사한다. 수소화반응을 통해 생성될 수 있는 중간생성물질의 조합은 매우 많기 때문에 모두 정량할 수는 없었으나, 1-difluoromethyl-2-fluorobenzene 과 1-difluoromethyl-3-fluorobenzene 을 시작물질로 실험하였을 때 예상되는 중간생성물질로 difluoromethylbenzene, fluorotoluene, toluene, methylcyclohexane을 선정하여 반응 시간에 따라 농도를 정량하였다. 그 결과 두 경우 모두 초기 농도 대비 dimethylbenzene과 fluorotoluene의 농도 비율이 매우 낮게 측정되었으며 생성된 시간도 비슷한 수준으로 나타났다. 즉, 벤젠고리에 결합된 불소나 dimethyl의 불소 모두 빠른 속도로 탈불화 반응이 일어날 수 있었으며, 최종 탈불화율의 차이는 불소가 제거되지 않은 채로 수소화반응이 일어난 물질이 생성되었을 가능성이 있다. 이러한 현상은 1,3-difluorobenzene, 1-difluoromethyl-3-fluorobenzene, and 3-fluorophenol 과 같이 두 작용기가 meta 위치에 있을 때 발생하였으며, 3-fluorotoluene에서는 예외였다. 따라서 다양한 구조의 Fluoroarene의 경우 제거 속도와 탈불화율의 경향성은 각각 다른 방식으로 접근하여 처리 효율을 예측할 수 있을 것이며, 기존의 linear chain 구조를 가진 PFCs와는 다른 접근이 필요하다.1. Introduction 1 1.1. Background 1 1.2. Research objectives 2 1.3. Research area 3 2. Literature review 4 2.1. Fluoroarene 4 2.2. Rhodium catalyst 6 2.3. Hydrodefluorination 7 2.4. Structure-reactivity relationships 8 2.5. Multiple linear regression analysis 12 3. Materials and methods 13 3.1. Reagents 13 3.2. Catalyst 14 3.3. Batch experiments 16 3.4. Analytical methods 17 3.5. Calculation methods 19 4. Results and discussions 21 4.1. Reaction kinetics and defluorination yield 21 4.1.1. Pseudo-first-order reaction constant 21 4.1.2. Defluorination yield 23 4.2. Effect of structural properties 29 4.2.1. Effect of the number of fluorine and substituent position 29 4.2.2. Effect of substituent type 30 4.3. Structure-reactivity relationships 34 4.3.2. Selection of variables 34 4.3.2. Multiple linear regression analysis 37 5. Conclusions 42 Appendix 44 Bibliography 50 Abstract in Korean 53Maste

고등학교 학생들의 함수의 그래프에 대한 이해 수준과 오류 유형 분석

Van Hiele maintained that, in mathematics instruction, the means for organization in one level becomes the main subject of study in the next level, and the variation of levels occurs in a linear fashion, and two persons who belong to different levels of thought have a problem in communication. Influenced by the theory, the recognition of students' levels has been considered crucial in the mathematics learning and teaching. Many scholars have studied the issue and made efforts to implement the theory in other fields. Few studies, however, have dealt with the field of mathematical function especially their graphs. Thus, the main objective of this study is to develop questionnaires for "levels of functions and their graphs" to decide whether it is possible to specificate students' level of understanding of functions and their graphs. The secondary objective is to study students' errors by analyzing their protocol in terms of difficulty. According to these objectives, the subjects has been set as the following; 1. Is there a hierarchy in the students' levels of understanding of functions and their graphs? 2. What level of understanding of functional graphs does the current second-graders and third-graders of high school fall in? 3. According to the level of questions, what kind of errors do the students shows in understanding of functional graphs? To deal with these subjects, Van Hiele's theory has been applied to setting the levels of understanding of functions and their graphs. The levels had been set to four stages: level 1 visual recognition, level 2 understanding the properties through analysis, level 3 understanding relations through informal deduction, level 4 deductive reasoning. With reference to Browning and Leake's questionnaires, 25 multiple-choice questions were made to examine the existence of hierarchy in students' understanding level, the levels that students of different grades show, and the type of errors that are found according to those levels. Six questions were allocated for Level 1, seven questionnaire was given to 285 high school students of two different schools in Seoul. The result is as follows; First of all, In accordance with the Guttman Scalogram Analysis, students who could not answer more than 2/3 of the low-level questions were not able to answer more than 2/3 of the high-level questions. Therefore, the assumption that there is a hierarchy of understanding levels could be regarded appropriate. Secondly, High school students who were in their second and third grade were the subject of studying understanding levels, Among the 146 second-graders, those who were in level 3 and level 4 took up 27.2% and 29.9% respectively. Students whose levels were below level 1 took up 4.4% of the whole students. In case of 139 third-graders, the majority were those in level 4 with the proportion of 41.5%. Students who were in level 3, 2 and 1 took up 26.0%, 16.3% and 12.2% respectively. This analysis reveals that there is a remarkable distinction in the level of understanding between the second and third graders of high school. Thirdly, Errors were examined in five different types; students' error in establishing conceptional image, the error of holding to a specific viewpoint, the error or overgeneralizing, the error of misjudging and misinterpreting relations, and the error of having misconception of variables. As a result, the error of misjudging and misinterpreting relations appeared more frequently as the questions' level got higher. The fact that this research characterizes Level 3 of understanding functional graphs by informal deduction and Level 4 by deductive reasoning could account for this result. Based on the whole result of this research, several suggestions could be made to teaching functions and graphs. First of all, graphs should be emphasized in the mathematics instruction of the 7th Common National Curriculum as the essential means for problem-solving. Various visual experiences should be preceded in learning differential and integral calculus. Secondly, on studying graphs, graphic tools such as the Graphic Calculator, Matheviews, Excel, and Grapheq Program should be used to interpret the dynamic changes in the functional graphs. These tools would help students make a connection between concrete and abstract mathematical knowledge. Thirdly, it is necessary to examine the variation of level in Korean middle school and high school students by using graphic tools, or by classifying the level of functions following Van Hiele's levels, or by implementing Van Hiele's current model of instruction in the classroom. Lastly, a more thorough analysis on the students' level and their errors is required. Hence, it is necessary to develop appropriate essay questions to look into students' procedures of solving functional problems.;Van Hiele는 수학 학습에서 한 수준의 조직 수단이 다음 수준에서는 연구 대상이 되며, 수준의 이행은 순서적으로 일어나며, 수준이 다른 두 사람은 서로 간의 의사소통이 어렵다는 것을 발견하였다. 이러한 Van Hiele의 연구 이후로 수학 교수-학습에서 학생들의 수준에 대한 인식은 중요한 것으로 인식이 되어 여러 학자들에 의해 연구되어 왔고 여러 다른 분야에도 적용하려는 시도가 있었으나 함수분야 특히 그래프에서의 적용에 대한 연구는 거의 없다. 본 연구는 Van Hiele의 이론을 적용하여 함수의 그래프의 이해수준을 특성화할 수 있는지를 결정하기 위한 "함수의 그래프 수준"에 대한 문항을 개발하는 것에 목적을 두고 있다. 또한 이 과정에서 각 문항에서 오답을 한 학생들의 프로토콜을 문항의 수준별로 분석하여 함수와 그 그래프에서 학생들이 보이는 오류에 대한 연구하는 것을 이차적인 목적으로 하여 다음과 같은 연구문제를 설정하였다. 1. 함수의 그래프에 대한 이해수준의 위계를 구분할 수 있는가? 2. 현 고등학교 2, 3학년 학생들의 함수의 그래프에 대한 이해 수준의 분포는 어떠한가? 3. 문항의 수준에 따라 학생들이 함수의 그래프에 대한 이해에서 보이는 오류의 유형에는 어떠한 것이 있는가? 이러한 연구문제를 해결하고자 우선 Van Hiele의 이론을 함수의 그래프에 적용하여 수준1을 직관적 인식수준, 수준2를 분석을 통한 성질 파악의 수준, 수준3을 비형식적 연역을 통한 관계파악의 수준, 수준4를 연역적 추론수준으로 함수의 그래프의 이해수준을 설정하였다. 이러한 수준에 따라 Browning과 Lea ke의 검사지를 참고로 수준1에 6개, 수준2에 7개, 수준3에 7개, 수준4에 5개 문항으로 객관식 25개 문항을 제작하여 서울시내 2개 고등학교 2, 3학년 285명 학생을 대상으로 수준의 위계의 존재와 학년별 수준의 정도와 수준에 따른 오류유형을 조사하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, Guttman 척도 분석에 의해 낮은 수준의 문항의 2/3개이상을 맞추지 못한 학생들은 높은 수준의 문항에서도 2/3개이상 답을 할 수 없어서 수준의 위계가 타당하다고 할 수 있었다. 둘째, 고등학교 2, 3학년들의 이해수준의 정도는 2학년의 경우 전체 연구대상 146명 중 35.3%의 학생들이 수준2, 27.2%가 수준3, 29.9%의 학생들이 수준1, 13.2%의 학생들이 수준4 순으로 나타났으며, 수준1에 도달하지 않은 학생들이 4.4%로 나타났다. 3학년의 경우는 전체 139명 대상학생 중 41.5%가 수준4에, 26.0%가 수준3에, 16.3%가 수준2에, 12.2%가 수준1에 해당되었으며, 4.0%가 수준1에 도달하지 않은 것으로 나타났다. 수준분석 결과를 통해 2, 3학년의 수준 차가 많이 나는 것을 알 수 있었다. 셋째, 오류의 유형을 개념 이미지의 오류, 특정관점에의 집착으로 인한 오류, 지나친 일반화로 인한 오류, 관계 해석과 판단의 장애로 인한 오류, 변수 개념에 대한 장애로 인한 오류로 나누어 살펴본 결과, 수준이 높은 문항일수록 관계 해석과 판단의 장애로 인한 오류가 많이 나타났다. 이는 본 연구의 함수의 그래프에 대한 이해수준이 수준3은 비형식적 연역을 통한 관계파악을, 수준4는 연역적 추론을 특징으로 하기 때문이라고 할 수 있다. 이러한 연구 결과를 토대로 함수의 그래프 학습에서 다음과 같은 제언을 하고자 한다. 첫째, 문제를 해결하는데 필수적인 수단으로 그래프를 국민공통교육과정 속의 수학 학습에서 강조해야 한다. 미분과 적분을 학습하기 위해서는 다양한 함수의 그래프에 대한 시각적인 경험이 선행이 되어야 한다. 둘째, 그래프의 학습시에 그래프를 그리는 도구(그래픽 계산기, Mathview, Excel 및 Grapheq 프로그램 등)를 이용하여 그래프의 역동적인 변화 현상을 해석함으로써 구체적인 수학적 지식과 추상적인 수학적 지식 사이을 연결시키도록 해야 한 다. 셋째, Van Hiele의 수준으로 함수의 그래프의 수준을 분류하고 그래프를 그리는 도구를 이용하거나 Van Hiele의 학습모델을 교수-학습에 적용하여 우리나라 중등학생들의 수준의 변화를 살펴보는 연구가 절실히 요구된다. 넷째, 함수의 그래프의 이해 수준을 검사하기 위한 서술형문항을 개발하여 풀이과정에서 보이는 각 학생들의 수준과 오류를 좀 더 철저히 분석하는 고찰이 필요하다.Ⅰ. 서론 = 1 A. 연구의 필요성과 목적 = 1 B. 연구문제 = 5 C. 연구의 제한점 = 5 Ⅱ. 이론적 배경 = 6 A. 함수와 그 그래프학습에 관한 고찰 = 6 1. NCTM(National Council of Teachers of Mathematics)에서의 고찰 = 6 2. 제7차 수학과 교육과정에서의 고찰 = 8 B. 이해의 수준에 관한 고찰 = 13 1. Van Hiele 이론 = 13 2. Freudenthal 의 점진적인 수학화 활동 = 16 3. CSMS(Concepts in Secondary Mathematics and Science) 프로젝트 = 18 4. Browning의 함수의 그래프에 대한 이해수준 연구 = 20 5. Leake의 함수의 그래프에 대한 이해수준 연구 = 23 6. 수준의 설정 = 26 C. 함수의 그래프 학습에서의 오류 = 28 1. 수학적 오류에 대한 분류 = 28 2. 함수의 그래프에 대한 오류의 분류 = 31 3. 오류 모델의 설정 = 35 Ⅲ. 연구방법 = 36 A. 연구 대상 = 36 B. 연구 절차 = 36 C. 문항 구성 = 37 D. 자료의 분석 및 처리방법 = 38 1. 위계적 수준 구조의 타당도 = 38 2. 그래프 수준에 대한 선행연구와의 공통점과 차이점 = 39 3. 오류의 분석방법 = 40 Ⅳ. 연구 결과 분석 = 41 A. 수준 위계 타당성 = 41 1. Guttman 척도 분석 = 41 2. 문항의 신뢰도(KR-20계수)와 타당도(점이연상관계수) = 43 3. 문항3을 제외한 수준 위계 타당성 = 46 B. 이해의 수준결과 분석 = 47 C. 오류의 유형 분석 = 50 1. 수준1 문항에서 보이는 오류 = 50 2. 수준2 문항에서 보이는 오류 = 52 3. 수준3 문항에서 보이는 오류 = 56 4. 수준4 문항에서 보이는 오류 = 62 5. 요약 = 68 Ⅴ. 결론 및 제언 = 70 참고문헌 = 73 부록 = 77 부록 1 함수의 그래프 수준 검사지 = 77 부록 2 학생 답안 코딩 자료 = 8

(An) Analysis on the Teachers' Research Community as a Requirement for the Action Research

본 연구는 교사의 전문성을 개발하고 교육 주체로서의 역할을 수행할 수 있는 현장연구의 특성을 살펴보고, 현장연구가 이루어질 수 있는 조건으로서의 교사 연구공동체의 필요성에 대해 논의한다. 본 연구에서 다루고자 하는 연구문제는 다음과 같다. 1. 교사들이 교육현장의 문제해결을 위해 수행하고 있는 현장연구의 문제점은 무엇이며, 이를 극복하기 위해 현장연구가 갖추어야 할 기본적인 조건은 무엇인가? 2. 현장연구를 수행하는데 있어 교사 연구공동체의 역할과 특성은 무엇인가? 1) 현장연구의 수행에 있어 교사 연구공동체의 필요성은 무엇인가? 교사 연구공동체는 기존의 현장연구의 문제점을 극복하는데 있어 어떠한 역할을 수행하는가? 2) 현장연구의 내용을 실질적인 교육의 변화로 연결시킬 수 있는 장치로서 교사 연구공동체는 어떠한 의미를 가지는가? 현장연구의 특징은 개선과 참여이다. 개선의 의미는 교실의 일시적인 문제해결을 의미하는 것이 아니라, 교실의 문제에 관련된 모든 요인들의 상호작용을 파악하여 문제의 근본적인 원인을 발견하고 이를 해결하는 것을 의미한다. 이 때 가장 중요한 것은 교사의 변화이다. 교사의 교육 현장에 대한 정확한 이해와 문제 해결 능력을 발전시킴으로써 교육의 총체적인 개선의 토대를 마련하는 것이 현장연구의 목적이다. 또 하나의 현장연구의 특징은 교사의 주체적인 참여로 연구가 이루어지는 것이다. 이 때 참여의 의미는 교육 현장의 문제를 공유하는 동료 교사들 간의 협동적인 형태로 확대 되어져야 한다. 이러한 교사들의 협동적인 참여는 상호주관적인 의사소통을 통해 주관적, 객관적 제약들을 극복할 수 있으며, 동시에 변화를 실천으로 연결시킬 수 있는 집단적인 힘을 확보할 수 있다. 현장연구는 기술적 현장연구, 실천적 현장연구, 해방적 현장연구로 구별된다. 기술적 현장연구는 효율적인 교육 목적의 달성을 위한 도구를 고안하는데 연구의 목적이 있다. 이 연구에서 교사는 자기반성과 협동을 통해 교육 개선에 있어서 주체적인 역할을 수행하는 것이 아니라 기존의 교육 목적을 유지하고 옹호하는 수단으로서 이용된다. 실천적 현장연구는 교사의 신중한 판단에 의거해 교육 실제의 개선이 이루어 질 수 있다는 점에서 기술적 현장연구와 구별된다. 그러나 개선의 영역이 교사 개인의 차원에 국한되며, 주관적 판단을 왜곡시킬 수 있는 사회구조적 요인을 간과한다. 해방적 현장연구는 현장연구의 기본 원리인 '개선'과 '참여'의 의미에 일치한다. 해방적 현장연구는 교육을 사회적·역사적 현상으로 본다. 이 때 교사의 전문성은 교육을 왜곡시키는 원인을 동료 교사들과의 협동적인 논의를 통해 밝혀 내고 그것을 실제에서 변화시킬 수 있는 능력을 의미한다. 현장연구의 개선과 참여의 원리를 구체화할 수 있는 장치가 교사 연구공동체이다. 상호 이해와 합의를 지향하는 협동적인 논의과정을 통해 자신들의 입장을 명확히 드러내어 수정하며, 이 과정을 통해 현장연구의 타당성을 지속적으로 검토한다. 협동적인 논의과정에서 타당한 논거를 추구해 가는 과정에서 교사의 해석체계와 문제해결 능력이 발전한다. 현장연구는 교실 문제에 대한 교사의 반성적 사고에 그치는 것이 아니라 그 결과를 직접 실천에서의 변화로 연결시킨다는 점에서 가치를 가진다. 현장연구의 결과를 실천으로 옮길 수 있는 교사들의 자율적인 권한을 확보하기 위해서는 집단적인 세력의 형성이 요구된다. 이러한 측면에 비추어 볼 때 교사 연구공동체는 현장연구에 있어 필수불가결한 조건이다. 교사 연구공동체를 통한 현장연구가 수행되기 위해서는 교사의 자질, 연구 수행에 필요한 물적, 제도적 여건들이 확보되어야 한다. 교사가 진정한 의미에서의 전문가가 되는 것이 현장연구의 최종적인 목적이며, 현장연구가 이상적으로 수행될 수 있는 환경의 조성은 교육의 발전과 동일한 의미를 가진다.;The action research conducted by teachers is primarily intended to solve the actual problems and improve the educational circumstances on the whole. It is a significant resource of professional speciality for teachers. Actually in order to contribute to improve the quality of education, it needs a kind of systematic organ of teachers, that is teachers' research community. This study is to focus on analyzing the distinctive features of action research in education and asking for the answers to 'why action research need a teachers ' research community'? The action research of teachers can be classified into three categories which have been based on the Habermas' theory of knowledge : technical, practical, and emancipatory. The technical action research seeks the most effective techniques for the given objects. It does not argue over if the objects are educationally adequate or not. It does not ask for the teachers to achieve a reflective overview and take a leading role in educational improvement, neither. What is important in technical action research is to achieve the given value system which are taken for granted. The practical action research is to appreciate the teachers' practice in education and to cultivate the teachers' comprehesion to themselves. It focused on the subjectivity of education and practice which is created by the teachers' own knowledge and judgement in the process of teaching. But it has some limitation because it failes to notice the fact that teachers' subjective practice in education itself is build up of the given ideas and values. So the apprehension is confined to personal-level. The emancipatory action research tries to embrace the objectivity of the technical action research and subjectivity of the practical action research. It does not regard education as value-free or personal. It takes education as social and historical phenomena. The professional speciality of teachers lies on the critical argument with their fellow teachers on the distorting factors. The emancipatory action research which provides oppotunities to improve the quality of education on the whole and the cooperation of teachers fits to action research in education. What makes the emancipatory action research possible is teachers' research community. Each problems in the classroom needs to be solved in an individuated and unique approach. Therefore the action research which tries to change the classroom should not be based on the given research frame which is outside of education. Most of interpretations and decision-making around the school should be made primarily by the persons who will be responsible for the process and the results of education. Coorperative arguement within the teachers research community make it possible to seek valid ground for each educationl event and to apprehend their fellow teachers' teaching acts and finally to improve the educationl practice on the whole.목차 = ⅲ 논문개요 = ⅳ Ⅰ. 서론 = 1 A. 연구의 필요성 = 1 B. 연구문제 = 3 Ⅱ. 현장연구의 현실과 대안 = 5 A. 현장연구의 특징과 실행상의 문제점 = 5 B. 현장연구의 유형별 문제점과 대안의 모색 = 13 1. 기술적 현장연구(technical action research)의 특징과 한계 = 14 2. 실천적 현장연구(practical action research)의 특징과 한계 = 17 3. 대안으로서의 해방적 현장연구 = 20 Ⅲ. 현장연구 실행을 위한 교사 연구공동체의 필요성과 의미 = 30 A. 현장연구의 필수요건으로서의 교사 연구공동체 = 31 B. 교사연구공동체의 성격 = 36 C. 교사연구공동체의 정치적 의미 = 41 Ⅵ. 요약 및 논의 = 46 A. 요약 = 46 B. 논의 = 48 참고문헌 = 54 ABSTRACT = 5

Three-dimensional finite element analysis of the effects on a dragon helix appliance according to the position of the orthodontic mini-implant and the size of connecting wire on scissors-bite correction

Diverse treatment methods have been used to correct scissors bite that occurs frequently at the upper and lower 2^(nd) molars. But these methods had problems like bonding failure of bracket, anchor loss, and traumatic occlusion. Recently, dragon helix combined with indirect skeletal anchorage appliance had been used to correct scissors bite. The purpose of this study was to carry out a finite element model analysis of the stress distribution and displacement of the upper 2^(nd) molar and OMI according to the position of OMI and the size of connecting wire when scissors bite of posterior teeth was treated with the dragon helix combined with indirect skeletal anchorage. A finite element model of 10 noded tetrahedron was produced by scanning the upper teeth with natural teeth size and shape, bracket, orthodontic wire and alveolar bone using 3D laser scanner. This study compared the teeth movements produced by four different size of the connecting wire and three different position of OMI. The sizes of the connecting wire were 016×022 SS, 017×025 SS, 018×025 SS, and 019×025 SS and the OMIs were located between upper 2^(nd) premolar and 1^(st) molar, between upper 1^(st) premolar and 2^(nd) premolar, and between canine and 1^(st) premolar. And the result was as follows; regardless of the size of connecting wire used, the stress distribution and displacement of upper 2^(nd) molar and OMI were similar. When the OMI was implanted at 90° between upper 2^(nd) premolar and 1^(st) molar, the displacement of palatal side of upper 2^(nd) molar was largest and intrusion of palatal root was effective.;상,하악 제 2 대구치에 자주 발생하는 가위교합을 치료하기 위한 다양한 치료법이 시행되었지만 장치의 잦은 탈락과 고정원의 소실, 구치부 정출, 외상성 교합등의 문제가 발생하였다. 최근 가위교합 치료를 위해 간접골성 고정원(indirect skeletal anchorage)과 드래곤헬릭스(Dragon helix)를 이용한 장치가 고안되어 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 간접 골성 고정원과 드래곤 헬릭스를 이용하여 구치부 가위교합 치료시 연결강선의 굵기와 OMI(orthodontic mini implant)의 식립위치에 따른 상악 제 2 대구치와 OMI주변의 응력분포 및 변위양상을 유한요소 모델로 해석하는 것이다. 자연치의 크기 및 형태를 갖는 상악 치아들과 브라켓, 교정용 호선 및 치조골부를 3차원 레이저 스캐너로 스캐닝한 10절점 사면체 요소로 유한요소 모델을 제작하였다. 첫번째 실험조건은 OMI와 연결되는 강선의 굵기를 016×022 SS, 017×025 SS, 018×025 SS, 019×025 SS로 변화시켰을때, 상악 제 2 대구치와 OMI의 응력분포 및 변위양상을 비교분석하였다. 두번째 실험조건은 OMI 식립위치를 견치와 제 1 소구치, 제 1 소구치와 제 2 소구치, 제 2 소구치와 제 1 대구치로 변화시켰을때, 연결강선의 길이 변화로 달라지는 상악 제 2 대구치와 OMI 주변의 응력분포 및 변위양상을 비교분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 연결강선의 굵기에 따른 상악 제 2 대구치와 OMI의 응력분포와 변위양상에는 큰 차이가 없었다. 또한 OMI가 상악 제 2 소구치와 제 1 대구치 사이에 식립이 되었을때, 연결강선의 변위가 가장 적었고, 상악 제 2 대구치 치관의 구개측 이동량이 컸으며 구개치근의 압하가 효과적으로 일어났다.Ⅰ. 서론 = 1 Ⅱ. 연구 방법 = 3 A. 유한 요소 모델 제작 = 3 B. 실험모델 및 해석조건 = 8 C. 유한요소 해석 및 결과 비교 = 10 Ⅲ. 연구 결과 = 11 A. 제1실험군 = 11 B. 제2실험군 = 15 Ⅳ. 고찰 = 19 Ⅴ. 결론 = 23 참고문헌 = 24 ABSTRACT = 2

Proof of MMLE-EM solution with the four-parameter logistic IRT Model and Analysis of Item non-slip in TIMSS 2015 Mathematics.

문항반응이론(Item Response Theory)은 검사의 공정성과 신뢰성 확보를 위한 검사이론으로 많은 분야에서 각광받아 왔다. 현재 문항반응모형 중 가장 많이 사용되는 3모수 모형은 문항변별도, 난이도, 추측도를 추정하는 모형이며, 4모수 모형(four-parameter logistic Model)은 문항실수제외도를 더 추정한다. 문항실수제외도(item non-slip)는 4모수 모형에서의 정답확률로 이를 통해 문제해결능력이 있는 피험자가 실수로 오답하는 문항실수도를 확인할 수 있다. 문항실수는 피험자 개인차에 의해 발생되기도 하지만, 문항의 구조적 결함으로도 발생된다. 문항의 결함 때문에 발생되는 피험자의 오답은 피험자의 실제 능력 수준을 과소추정하는 오류와 직결되므로 문항실수도는 검사개발과정에서 검토되어야 한다. 처음 4모수 모형을 연구한 Barton과 Lord(1981)는 문항실수도를 고려하는 유용성을 밝히려 하였으나, 추정방법 등의 제한점 때문에 연구 목적을 달성하지 못하여 이론적 의의만을 남기고, 후속 연구가 부진하였다. 그러다 2000년대 초반부터 컴퓨터화 적응검사(computerized adaptive test: CAT)와 관련한 4모수 모형 연구가 재조명되면서 4모수 모형의 문항실수제외도 분석 가치를 인식하고 관련 연구가 지속적으로 증가되는 추세이다. 본 연구는 4모수 로지스틱 문항반응모형에서 MMLE(Marginalized Maximum Likelihood Estimation: MMLE)의 EM 알고리즘방법과 이 때 사용되는 뉴튼-랩슨(Newton-Raphson) 절차의 주요 과정을 수리적으로 전개하였다. 이는 이론의 발전과정에서 이분 로지스틱 문항반응모형의 MMLE-EM 방법에 대한 설명이 3모수 모형에 머물러 있고 4모수 모형의 설명은 간과되었기 때문이다. 또한 4모수 모형을 적용한 실제 자료 분석을 통해 활용성을 탐색하였다. 연구 자료는 문항반응이론의 일차원성 기본 가정을 충족하는 국제 수학·과학 성취도 추이 비교연구(the Trends in International Mathematics and Science Study: TIMSS)에서 8학년 수학 문항에 대한 우리나라 포함 상위 5개국 학생 1,876명의 응답이다. 4모수 모형을 구성하는 4개 문항모수인 난이도, 변별도, 추측도, 실수제외도의 모형별 비교 중에서 문항추측도와 실수제외도의 비교는 간명한 비보상 인지진단모형인 DINA(Deterministic Inputs, noisy“and”gate)모형과 함께 비교하였다. DINA모형 분석에 필수 요소인 Q행렬은 자격을 갖춘 내용전문가 3인에 의해 개발하였고, RSS(Residual Sum of Squares: RSS)방법 및 전문가 회의를 거쳐 내용 및 통계적 측면에서 타당화 하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 먼저, 본 연구는 이분 로지스틱 4모수 모형의 MMLE, MMLE-EM 방법에서 모수를 추정하는 과정을 전개하였다. 또한 최종 전개 결과는 문항실수제외도인 변수 를 포함하고 있으므로 3모수 모형의 조건인 을 대입·재정리하여 위계적으로 하위 모형인 3모수 모형형태와 일치함을 확인하였다. 이 결과는 Baker와 Kim(2004)과 같다. 4모수 모형을 적용한 실제 자료 분석 결과는 다음과 같다. 먼저, 모형 적합도 확인을 위해 각 모형의 적합도를 상대적합지수인 AIC, AICc, BIC, SABIC, LL, 차이검정을 적용해 확인하였다. 이 중 AIC, AICc, LL와 문항반응모형에서만 확인한 차이검정을 종합하면 4모수, 2모수, 3모수, DINA 모형 순서로 적합도가 양호하였다. 한편 각 모형별로 추정된 문항 모수치들의 서술통계 확인 결과, 전체 평균 문항모수치는 모형이 복잡해질수록 그 값이 증가하는 경향을 보였다. 이 때, 모형에서 추정하는 모수만을 비교하기 위해 문항난이도와 문항변별도의 비교에서는 2모수, 3모수, 4모수 모형을 비교하고, 문항추측도와 문항실수제외도에서는 3모수, 4모수 모형, DINA모형을 비교하였다. 첫째, 문항난이도의 경우, 2모수, 3모수, 4모수 문항반응모형 간 추정치 비교 결과, 3모수와 4모수 모형의 추정이 가장 유사하였다. 평균 표준오차 추정치 역시 같은 양상이었다. 피어슨 상관계수, 추정치 간 차이 절대값, RMSE 확인결과도 역시 3모수와 4모수 모형이 가장 유사하였다. 그러나 세 문항반응모형 간 난이도 추정치는 비슷하고, 가장 낮은 상관을 보인 2모수와 4모수 모형의 상관도 .944의 매우 높은 상관이었다. 따라서 문항난이도의 추정은 3모수와 4모수 모형이 가장 유사했지만, 전체 2모수, 3모수, 4모수 모형의 추정은 서로 유사하였다. 둘째, 문항변별도의 경우, 4모수 모형의 모수와 표준편차 추정치가 다른 두 2, 3모수 하위 모형에 비해 크게 나타났다. 2모수와 3모수 모형 간 평균 차이가 3모수와 4모수 모형 간 평균 차이보다 약 .5 더 컸다. 평균 표준오차 추정치 역시 평균 모수 추정치와 유사한 결과였다. 이러한 추정결과는 상관분석에서도 확인할 수 있었다. 2모수와 3모수 모형의 피어슨 상관계수가 .865로 가장 높고, 3모수와 4모수 모형이 .713, 2모수와 4모수 모형이 .733으로 2모수와 3모수 모형이 가장 유사하였다. 마찬가지로 차이 절대값, RMSE를 통한 비교에서도 2모수와 3모수 모형의 추정이 가장 비슷하였다. 셋째, 문항추측도의 경우, 3모수 모형, 4모수 모형, DINA모형의 순서로 추측도의 평균 추정치가 커졌고, 3모수와 4모수 모형의 추정이 가장 유사하였다. 3모수와 4모수 모형 중에서는 4모수 모형이 더 DINA모형과 차이가 작았다. 상관분석에서도 피어슨 상관계수가 3모수와 4모수 모형 간 상관이 .834로 매우 높았다. 반면, 두 문항반응모형과 DINA모형 간의 상관은 3모수 모형에서 -.376, 4모수 모형에서 -.362로 모두 부적상관을 보였다. 따라서 문항추측도의 추정은 3모수, 4모수 문항반응모형과 DINA모형이 서로 다름을 확인하였다. 추정치 간 차이 절대값의 평균은 문항반응모형 간 비교에서는 .068인데, 3모수와 4모수 모형과 DINA모형의 비교에서는 각각 .345, .278로 크게 나타났다. RMSE도 마찬가지의 결과를 보였으며, 3모수 모형과 4모수 모형 중에서는 4모수 모형이 DINA모형과 더 차이가 작았다. 넷째, 문항실수제외도의 경우, 4모수 모형과 DINA모형의 추정치 평균은 4모수 모형이 DINA모형보다 약 .1 더 크게 추정되었다. 즉, 4모수 모형이 더 문항 실수도를 더 작게 추정하였다. 또 문항실수제외도의 절대적 판단 준거는 없지만, 다른 문항들의 값과 상대적으로 비교했을 때, 4모수 모형의 결과에서는 가장 큰 값이 1이고 가장 작은 값이 .885여서 두드러지게 낮은 문항은 발견되지 않았다. 반면, DINA 모형에서는 가장 높은 값은 .994이고 가장 낮은 값은 .743으로 4모수 모형의 분석과 차이를 보였다. 4모수 모형과 DINA모형 간 피어슨 상관계수는 .101로 두 모형의 추정은 거의 상관이 없었다. 두 모형의 추정치 간 차이의 절대값은 .091, RMSE는 .118로 앞서 추정한 문항 추측도의 추정 결과와 비교하면, 3모수, 4모수 모형과 DINA모형 간의 비교 결과보다는 작았다. 본 연구의 문항반응모형과 인지진단모형 간 문항 모수치 추정 결과에 기반할 때, 두 모형에서 문항실수제외도는 동일한 명칭의 문항모수이지만 서로 다른 경향성을 보였다. 한편, 각 문항반응모형별 문항과 4모수 모형의 자료에 대한 정보 제공량은 문항 12번을 제외한 나머지 11개 문항에서 가장 많았다. 그 다음으로 2모수, 3모수 모형의 순서로 문항 내 정보 제공량이 많았다. 문항정보의 경향과 같이 검사정보함수에서도 4모수, 2모수 3모수 모형의 순서로 정보 제공량이 많았다. 본 연구의 제한점은 다음과 같다. 먼저, 실제 자료 분석의 경험적 연구 결과는 다양한 자료에 의한 것이 아니므로 추후 이에 대한 보완이 필요하다. 또한 사용된 연구 자료인 인지적 영역의 수학 검사가 인지진단이론에 기반하여 개발된 검사가 아니었으므로 임의적 인지요소 지정의 일반적 제한점이 있다. 본 연구는 다음의 의의와 시사점을 갖는다. 첫째, 초기 연구의 제한점을 개선한 4모수 이분 로지스틱 모형의 MMLE-EM 방법을 설명하는 수리적 전개와 그 증명을 제시하였다. 이는 해외에 비해 상대적으로 4모수 모형의 연구 가치가 등한시 되고 있는 국내 문항반응이론 연구 환경에서 문항실수제외도의 활용성에 대한 연구가치 제고의 의의를 갖는다. 둘째, 모형에서 추정하는 4번째 문항모수인 상위점근값 를 문항실수제외도로 명칭하여 4모수 모형의 정답확률인 의 해석과 이해에 대한 편의를 제공하였다. 셋째, 4모수 모형의 문항실수제외도를 실제 자료 분석으로 경험적 확인을 함으로써 검사의 정확성과 공정성을 높이기 위한 수단으로의 가능성을 탐색하였다. 넷째, 3모수, 4모수 모형과 문항추측도와 문항실수제외도를 추정하는 DINA 모형과의 비교를 통해 하나의 차원을 가정하는 문항반응모형과 여러 개 인지요소로 다차원을 가정하는 인지진단모형의 추정 차이를 실제 자료 분석에 바탕해 경험적으로 확인하였다. 마지막으로 4모수 모형의 문항실수제외도 분석은 고부담 검사나 컴퓨터화 검사, 그리고 정의적 영역에서 부정적인 심리요인을 측정하는 심리검사 등 다양한 검사 개발과 교육현장에서 문항선별작업과 검사 체계 운용, 검사 결과 분석에 적용될 수 있다. 이를 통해 문항과 피험자 능력의 측정에 정확하고 신뢰성을 더할 수 있다.;Proof of MMLE-EM solution with the four-parameter logistic IRT Model and Analysis of Item non-slip in TIMSS 2015 Mathematics. The Item response theory(IRT) has been employed in many field as a test theory to ensure the fairness and reliability of the tests. The mostly used IRT is 3-parameter logistic model(3PLM) which deals with estimation of discrimination, difficulty and pseudo-guessing of the items. The expansion of the 3PLM known as 4-parameter logistic model(4PLM) includes non-slip estimation additionally. The 4PLM was introduced to analyze the mistakes by ably subjects through estimation of the item non-slip. Therefore the summation probability of the item slip and item non-slip should be 1 in 4PLM. This is the distinct difference between 3PLM and 4PLM. Conventionally in 3PLM, the probability of correct response is unconditionally 1, but in 4PLM is not. Because the probability of the correct response cannot exceed item non-slip which is less than 1 in 4PLM. The item slip can be caused by not only personal ability but also structural flaws of the items. The ignoring of the item slip can underestimate subjects’ ability due to the structural flaws of the items. So the consideration of the item non-slip is required in the development of the good items. The early report of the 4PLM by Barton and Lord(1981) tried to investigate the usefulness of the item non-slip on speed test but did not effectively demonstrate the usefulness due to the instability of the estimation methods. So the 4PLM was remained as a theoretical proposal for decades without subsequent researches. In the early of 21th century, the rise of the computerized adaptive test(CAT) revived the 4PLM. Especially the computer-based test(CBT) and the CAT were hugely affected by subjects’ experiences and adaption of computer system. Recently in foreign countries, the value of the analysis of the 4PLM’s item non-slip has been recognized and related research has increased continuously. The main purpose of this study is aimed to expand the expectation and maximization(EM) algorithm of the marginalized maximum likelihood estimation in 3PLM (Bock and Aitkin, 1981) to 4PLM. The description of mathematical calculation and the modality deployment by a dichotomous IRT model still remains as 3PLM only. Thus this study suggests the expansion of the MMLE-EM method by using 4PL-IRT model which is a monotonic increment. Additionally the detailed mathematical description of Newton-Raphson procedure for the 4PLM will be given in detail. The utilization and usefulness of 4PLM will be demonstrated by analysis of actual data from 2015 TIMSS(the Trends in International Mathematics and Science Study). The study applied 1,876 responses from the top five countries' student groups of 14 items in the 2015 TIMSS eighth-grade Mathematics Achievement Test Booklet 6 satisfying the unidimensional test assumption, which is the basic assumption of the IRT. The 4PLM was defined as difficulty, discrimination, item guessing and non-slip. The item guessing and non-slip parameter of the 4PLM was compared to the item guessing and slip parameter of the cognitive diagnostic DINA(Deterministic Inputs, noisy“AND”gate) model which is know as a typical non-compensated and the most concise model. The critical requirement of the DINA analysis is the Q-matrix. The-Q matrix was developed by reflecting the opinions of 3 qualified content experts with 2nd grade of middle school math curriculum which is the same curriculum of the TIMSS data. The contents and the statistical verification of the Q-matrix was confirmed by these experts. The result of the study are as follows : First of all, the detailed mathematical description of MMLE and MMLE-EM method of dichotomous form of 4PLM was drawn and proved by comparing 3PLM. The Condition of d=1 in the 4PLM shows the exact same results in 3PLM model of Baker and Kim(2004), the recognized publication. To confirm the goodness of the model fit, each model was analyzed with AIC, AICc, BIC, SABIC, LL and test. The results shows the best model fit was 4PLM, 2PLM, 3PLM and DINA model respectively. Thus the choice of the 4PLM was valid and resonable. On the other hand, the results of the descriptive statistics of parameter analysis shows that the mean difficulty was increased as the model became the more complex. The item difficulty and discrimination parameter analysis was compared with 2PLM, 3PLM and 4PLM. The item guessing and non-slip parameter was analyzed in 3PLM, 4PLM and DINA. 1. In the view point of the item difficulty, Pearson correlation, standard errors, absolute value of the difference and RMSE, the result of 3PLM and 4PLM analysis was the most similar to each other. Even though the 3PLM and 4PLM estimation was more similar but the estimator difference between 3 models are negligible. Thus, those 3models have no significant difference in the item difficulty estimation. 2. For the item discrimination, the 4PLM results was exaggerated than other 2 model. The difference between 2PLM and 3PLM was .5 greater than those of 3PLM and 4PLM. It can be read in the correlation analysis. The Pearson correlation parameter of (2PLM and 3PLM), (3PLM and 4PLM) and (2PLM and 4PLM) was .865, .713 and .733 respectively. So the 2PLM and 3PLM was the most similar estimation in item discrimination and also same as in absolute value and RMSE comparison. 3. For the item guessing parameter, the average estimator was greater in terns of 3PLM, 4PLM and DINA respectively. The 3PLM and 4PLM was similar to each other. In the correlation analysis, Pearson correlation coefficient was .834 between 3PLM and 4PLM. However the 3PLM and 4PLM shows negative correlation with DINA. So the results shows there is huge difference between (3PLM and 4PLM) IRT model and DINA . 4. For the Item non-slip parameter, the average estimator of 4PLM estimated .1 greater than DINA. Though there is no absolute criterion on the item non-slip, the estimation parameter of 4PLM was ranged from .885 to 1 but in DINA it shows .743 to .994. The Pearson correlation coefficient of 4PLM and DINA was .101 which means there is no correlation. Consequently, there is distinct difference between unidimensional IRT estimation and multidimensional CDM-DINA estimation even though they use similar parameter definitions. 5. For the item information, 4PLM provided the largest amount of information than 2PLM and 3PLM. The tendency of the test information function was similar. This study suggests that the 4PLM method is useful in the estimation of exact subject abilities in TIMSS data. If there is chance to apply another data set, the suggestion can be reinforced by practical comparison between models. in the study, the item non-slip was not significantly dominant because the TIMSS data was cognitive and massive mathematics test. So further research is needed in affective test comparison such as psychological test. As conclusion of the study was as follow. 1. The study demonstrate detailed mathematical explanation in 4PLM MMLE-EM method. This will be a pavement of the utilizing item non-slip parameter in domestic IRT study. 2. The upper asymptote was defined as 4th item parameter of item non-slip which provide convenience in study of 4PLM with item correct response probability. Because slip and non-slip are mutually exclusive. 3. The application of 4PLM into actual TIMSS data analysis suggests the validity and the usefulness of the model for the accurate and fair test. 4. The comparison between 3PLM, 4PLM and DINA in actual data shows the different estimation results between IRT and CDM-DINA, which have diffrent dimensionality. Finally, the study suggests the consideration of the item non-slip paramater in 4PLM provide usefulness in high-stake test, CBT, CAT and affective domain psychological test, etc. The analysis of the good quality of the item using 4PLM is expected to have a valued utility in the test development process. In addition, accuracy and reliability can be added in the measurement of test items and subjects' ability through the interpretation of the item non-slip parameter.Ⅰ. 서론 1 A. 연구의 필요성 1 B. 연구 목적 5 Ⅱ. 이론적 배경 7 A. 문항반응이론 7 1. 문항반응이론의 특성 7 2. 문항반응모형 8 3. 최대우도추정 11 4. 정보함수 21 5. 문항반응이론의 확장 22 B. 4모수 문항반응모형 25 1. 4모수 문항반응모형의 특성 25 2. 4모수 문항반응모형의 정보함수 28 C. 4모수 문항반응모형에 대한 최근 연구 동향 35 1. 4모수 문항반응모형의 적용연구 35 2. 4모수 문항반응모형의 확장연구 36 D. 인지진단모형 39 1. 인지진단모형의 특성 39 2. DINA모형 43 Ⅲ. 연구 방법 45 A. 연구 자료 45 1. TIMSS 2015 수학문항의 개관 45 2. TIMSS 2015 수학문항의 서술통계 48 B. 분석 절차 49 1. 4모수 모형의 MMLE-EM 방법 50 2. 모형 간 적합도 비교 50 3. 인지진단 DINA모형 분석을 위한 Q행렬 53 4. 모형 간 추정치 비교의 준거 55 C. 연구 문제 56 Ⅳ. 연구 결과 58 A. 4모수 문항반응모형의 MMLE-EM 방법 58 1. 4모수 문항반응모형의 MMLE 방법에 의한 전개 60 2. 4모수 문항반응모형의 MMLE-EM 방법에 의한 전개 69 B. 4모수 문항반응모형의 MMLE-EM 방법의 계산 증명 92 C. 인지적 영역 검사의 모형 간 적합도 97 D. 인지적 영역 검사의 문항모수 추정 결과 99 1. 문항반응모형별 문항난이도 추정 결과 99 2. 문항반응모형별 문항변별도 추정 결과 102 3. 문항반응모형과 인지진단 DINA모형의 문항추측도 추정 결과 106 4. 4모수 문항반응모형의 문항실수제외도와 인지진단 DINA모형의 문항실수도 추정 결과 110 E. 모형별 문항특성곡선과 정보함수 115 1. 모형별 문항특성곡선 115 2. 모형별 문항정보함수 118 3. 모형별 검사정보함수 120 Ⅴ. 결론 및 논의 121 A. 결론 121 B. 논의 및 제언 123 참고문헌 129 부록 140 [부록 1] 4모수 문항반응모형을 적용한 MMLE 방법의 뉴튼-랩슨 반복절차를 위한 2차 미분 과정 140 [부록 2] 문항별 정보함수 161 [부록 3] TIMSS 2015 8학년 수학 검사문항 163 ABSTRACT 16

(A) study on the antibacterial activity of low molecular weight chitosan, chitosan oligosaccharide, and water soluble chitin

본 연구에서는 Methicillin Resistant Staphylococcus aureus(MRSA), Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus 등의 병원성 미생물에 대한 chitosan의 항균성을 규명하기 위하여 제조방법에 따라 생산된 chitosan의 분자량 크기는 서로 유사하지만 탈아세틸화도가 다른 경우, 분자량의 크기는 서로 유사하지만 용해성이 서로 다른 경우 등 다양한 실험군을 설정하여 항균성에 미치는 chitosan의 분자량, 탈아세틸화도, 용해성 등의 영향을 검토하였다. 또한 chitosan과 chitosan oligo당의 항균성 실험을 통해 이들 물질의 화학적 특성의 이질성에 대한 진위를 조사하였으며 탈아세틸화도 30∼70%, 분자량의 크기 1,500∼12만 범위로 유지되고 있는 다양한 수용성 chitin을 대상으로 분자량의 크기, 탈아세틸화도뿐만 아니라 항균력에 영향을 미칠 수 있는 제3의 인자로서 chitosan의 용해성 측면도 함께 검토하였다. 아울러 chitosan과 다양한 종류의 수용성 chitin을 함유한 polyurethane foam으로 제작된 폐쇄성 dressing제의 MRSA에 대한 항균성을 피부환경과 유사한 Agar Plate Contact Method를 적용하여 측정하였다. 이상의 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다. 화학적으로 제조된 저분자화 chitosan에 비해서 효소로 분해된 저분자화 chitosan은 분자량 분포가 좁고 용해성이 크다는 사실이 증명되었으며 OD Method, Agar Plate Smear method에 의한 MRSA, 녹농균, 포도상구균의 항균 실험에서는 각각의 균주에 따라 항균력이 발현되는 분자량의 크기와 감균율은 조금씩 차이가 있었다. OD Method에 의한 MRSA에 대한 항균성은 효소 분해 저분자화 chitosan 보다는 H_2 O_2 분해 저분자화 chitosan이 조금 우수하였으며 산에 용해시켜서 즉시 사용하는 것보다는 1주일 정도 경과시켜서 사용하는 것이 항균성이 상승되었다. Chitosan 산성염이 항균 실험에 사용될 경우 Agar Plate Smear Method에 의한 MRSA에 대한 항균실험에서 우수한 항균력을 발현시키기 위해서는 분자량이 10,000 이하로 저하되는 경우는 바람직하지 않으며, OD Method에 의한 MRSA에 대한 항균 실험에서는 chitosan oligo당 선호자들이 주장하는 바와 같이 chitosan 산성염으로서 분자량이 낮은 chitosan oligo당이 아니더라도 분자량의 크기가 10,000 이하로 저하되고 탈아세틸화도가 100%인 경우는 a값이 1에 도달되며 초산수용액에 용해시킨 시킨 후 1주, 2주 경과 후 사용하면 MIC가 5ppm에 도달되었다. 수용성 chitin의 경우는 항균력이 주로 탈아세틸화도의 크기에 의해서 좌우되며 용해성을 나타내는 a값에 크게 영향을 받지 않았다. 따라서 우수한 항균력이 보장되기 위해서는 탈아세틸화도가 높을수록 유리하며 60% 정도면 바람직하다. 수용성 chitin과 chitosan이 함유된 PU foam의 OD Method에 의한 항균실험에서는 수용성 chitin이 함유된 PU foam일 경우에는 탈아세틸화도가 높을수록 항균력이 우수하였으며 chitosan이 함유된 PU foam일 경우에는 분자량이 높을수록 우수한 항균력을 발현하였으나 Agar Plate Contact Method로 PU foam 자체의 항균력을 측정하였을 때에는 수용성 chitin의 종류나 chitosan의 분자량에 관계없이 모두 우수한 항균력을 발현하였다. 따라서 폐쇄성 dressing제에 함유된 수용성 chitin의 경우는 탈아세틸화도가 극히 낮아져 30% 정도까지 저하되어도 항균력의 발현이 가능한 것으로 결론지워지므로 30% 정도의 DA를 갖는 수용성 chitin을 사용할 경우 상처의 치유에 효과적일 뿐만 아니라 우수한 항균력을 발현할 수 있다는 점에서 매우 바람직하며, 폐쇄성 dressing제에 함유된 chitosan의 경우는 분자량이 낮아져 항균력이 미흡한 저분자 chitosan을 사용하더라도 우수한 항균력이 발현되는데 그 이유는 OD Method에 비해서 Agar Plate Contact Method에서는 PU foam과 상처부위간 chitosan의 농도가 더욱 상승되기 때문으로 판단된다. ; Chitosan is N-acetylpolyglucosamine obtained by deacetylating chitin. Chitin is the major constituent of the exoskeleton of crustacea. The difference between chitin and chitosan lies in the degree of deacetylaton, which means the content of free amino groups in the chitin/chitosan chain. The degree of deacetylation is one of the most important chemical characteristics of chitosan. Except for the degree of deacetylation, other important factors determining characteristics of chitosan are molecular weight and the 3rd factor "solubility parameter". The industrial production and the use of chitosan has been steadily increased since 1970s. At past, the major applications of chitosan were mainly sludge dewatering and metal ion chelation. In 1980s, chitosan application broadened to food additives, antibacterial finishes and sanitizing finishes. Recently, chitosan market targeted high value products, such as suture, bandages, and sponges for surgical treatment and wound protection. In this study, it was investigated about antibacterial activity against Methicillin Resistant Staphylococcus aureus(MRSA), Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus with different molecular weight, degree of deacetylation, and solubility parameter. Low molecular weight chitosan made from biological method and chemical method, chitosan oligosaccharide, and water soluble chitin(WS-chitin) were studied. In water soluble chitin, 3 factors, degree of deacetylation(30∼70%), solubility parameter, and molecular weight were also studied. Moreover, antibacterial activity of WS-chtin/chitosan containing PU foam was tested by Agar Plate Contact Method which is similar to human skin environment. Through these experiment, following conclusions were acquired. Polydispersity of low molecular weight chitosan decomposed by enzyme is narrower than low molecular weight chitosan decomposed by H_2 O_2. Solubility of biologically decomposed chitosan is higher than that of chemically decomposed chitosan. At antibacterial test by OD(Optical Density) Method and Agar Plate Smear Method, inhibition of the growth in specific bacteria strain was affected by a certain range of molecular weight of chitosan. At OD Method, the antibacterial activity of chitosan/acetic acid solution increased with passage of time. At antibacterial test of chitosan acid salt using Agar Plate Smear Method, the molecular weight below 10,000 is not desirable. When chitosan acid salt (Mw below 10,000, degree of deacetylation of 100%, and "a value" of 1) was tested by OD Method, the antibacterial activity of chitosan acid salt increased with the passage of time. At this time, Minimum Inhibitory Concentration(MIC) was 5ppm. Antibacterial activity of WS-chitin was influenced by not "a value" but degree of deacetylation. The higher degree of deacetylation resulted in the better antibacterial activity. At OD Method, with the increase in the degree of deacetylation, antibacterial activity of WS-chitin containing PU foam increased. At Agar Plate Contact Method, antibacterial activity of WS-chitin containing PU foam was not influenced by characteristics of WS-chitin such as DA, Mw, and Pd. And antibacterial activity of chitosan containing PU foam was not influenced by molecular weight. In the closed dressing system, antibacterial activity was shown in even 30% DA of WS-chitin used for PU foam. Therefore, WS-chitin with 30% DA would be very effective in wound healing and growth inhibition of bacteria. In case of chitosan, low molecular weight chitosan also showed excellent antibacterial activity because Agar Plate Contact Method increased the concentration of chitosan between PU foam and wound area compared to OD Method.List of Tables -------------------------------------------------------- ⅶ List of Figures ------------------------------------------------------- ⅹⅲ List of Abbreviations ------------------------------------------------- ⅹⅳ 논문개요 -------------------------------------------------------------- ⅹⅴ Ⅰ. 서 론 ------------------------------------------------------------ 1 Ⅱ. 실험재료 및 방법 -------------------------------------------------- 23 1. 실험재료 ---------------------------------------------------------- 23 1.1 기기 및 시약 ---------------------------------------------------- 23 1.2 Chitosan -------------------------------------------------------- 23 1.2.1 생물학적 방법에 의한 chitosan 제조 --------------------------- 23 1.2.2 화학적 방법에 의한 chitosan 제조 ----------------------------- 24 1.2.3 분자량 측정 -------------------------------------------------- 28 1.2.4 탈아세틸화도 측정 -------------------------------------------- 28 1.2.5 Chitosan/아세트산 수용액 제조 -------------------------------- 29 1.3 Chitosan oligo당 ------------------------------------------------ 30 1.4 수용성 chitin --------------------------------------------------- 30 1.5 수용성 chitin, chitosan이 함유된 polyurethane foam (PU foam) ---- 31 1.5.1 폐쇄성 dressing제에 첨가된 수용성 chitin의 특성 -------------- 31 1.5.2 OD Method에 의한 수용성 chitin의 MRSA에 대한 항균성 측정 ----- 31 1.5.3 수용성 chitin이 함유된 PU foam의 제조 및 항균특성 측정 ----- 32 1.5.4 수용성 chitin이 함유된 PU foam의 MRSA에 대한 항균력 측정 ---- 33 1.5.5 분자량이 서로 다른 chitosan이 함유된 PU foam의 제조 및 항균력 측정 ------------------------------------------ 34 1.6 균주 ------------------------------------------------------------ 35 1.7 배지 ------------------------------------------------------------ 35 2. 배양방법 ---------------------------------------------------------- 35 3. MRSA, S. aureus, P. aeruginosa에 대한 항균성 측정 방법 ------------ 36 3.1 MIC 측정용 OD Method -------------------------------------------- 37 3.2 Agar Plate Smear Method ----------------------------------------- 37 3.2.1 시험균의 배양과 시험균 현탁액의 조정 ------------------------- 37 3.2.2 배양시험 ----------------------------------------------------- 38 3.2.3 생균수의 측정 ------------------------------------------------ 38 3.2.4 시험결과의 펑가 ---------------------------------------------- 38 3.3 Agar Plate Contact Method --------------------------------------- 39 3.3.1 시험균의 배양과 시험균 현탁액의 조정 ------------------------- 39 3.3.2 시료의 조정 -------------------------------------------------- 39 3.3.3 배양시험 ----------------------------------------------------- 40 3.3.4 시료의 준비 -------------------------------------------------- 40 3.3.5 생균수의 측정 ------------------------------------------------ 41 3.3.6 시험결과의 평가 ---------------------------------------------- 41 Ⅲ. 실험결과 및 고찰 -------------------------------------------------- 45 1. 효소 및 화학적 분해 저분자화 chitosan의 특성 ---------------------- 45 2. 저분자화 chitosan의 MRSA에 대한 항균성 ---------------------------- 52 2.1 OD Method에 의한 항균성 ----------------------------------------- 52 2.2 Agar Plate Smear Method에 의한 항균성 --------------------------- 63 3. 저분자화 chitosan의 녹농균에 대한 항균성 -------------------------- 72 3.1 OD Method에 의한 항균성 ----------------------------------------- 72 3.2 Agar Plate Smear Method에 의한 항균성 --------------------------- 77 4. 저분자화 chitosan의 포도상구균에 대한 항균성 ---------------------- 81 4.1 OD Method에 의한 항균성 ----------------------------------------- 81 4.2 Agar Plate Smear Method에 의한 항균성 --------------------------- 84 5. chitosan oligo당의 MRSA에 대한 항균성 ----------------------------- 88 5.1 OD Method에 의한 항균성 ---------------------------------------- 91 5.2 Agar Plate Smear Method에 의한 항균성 ---------------------------103 6. 수용성 Chitin의 항균성 --------------------------------------------107 6.1 수용성 chitin의 제반 특성 ---------------------------------------112 6.2 수용성 chitin의 OD Method에 의한 MRSA에 대한 항균성 -------------115 6.3 OD Method에 의한 폐쇄성 dressing제에 첨가된 수용성 chitin 자체의 항균력 -------------------------------------122 6.4 PU foam으로부터 수용성 chitin의 용출 ----------------------------124 6.5 PU foam으로부터 용출된 수용성 chitin을 함유하는 증류수의 항균성 -126 6.6 수용성 chitin을 포함하고 있는 PU foam 자체의 항균력 측정 --------127 6.6.1 OD Method에 의한 항균성 --------------------------------------127 6.6.2 Agar Plate Contact Method에 의한 항균성 ----------------------130 6.7 분자량의 크기가 서로 다른 chitosan이 함유된 PU foam의 항균력 ----131 6.7.1 OD Method에 의한 항균성 --------------------------------------133 6.7.2 Agar Plate Contact Method에 의한 항균성 ----------------------135 Ⅳ. 결 론 -------------------------------------------------------------136 1. Chitosan ----------------------------------------------------------136 2. Chitosan oligo당 --------------------------------------------------140 3. 수용성 chitin -----------------------------------------------------141 4. 수용성 chitin, chitosan이 함유된 PU foam 자체의 항균성 ------------142 참고문헌 --------------------------------------------------------------146 Abstract --------------------------------------------------------------15

Two Independent Multinomial Case

Cochran-Armitage trend test는 성공률이 증가하거나 혹은 감소하는 일정 방향이 있다는 대립가설에 대해서 모집단의 성공 확률이 같은지 다른지를 검정한다. 본 연구의 목적은 Cochran - Armitage trend test의 제 1종 오류와 그 최대값에 대해 이론적이고, 수리적으로 연구 한다. Size는 제 1종 오류의 최대 확률값을 나타내는데 우리는 대표본에서 본 검정의 size가 유의수준과 항상 같거나 크다는 것을 연구했다. 즉, lim sup h(p, n) ≥ a. 는 두 모수 (장애모수 p와 표본의 크기 n)에 의존하는 Cochran-Armitage trend test의 제 1종 오류이다. 우리는 많은 경우에 대표본 계산에 의해 유의 수준에 비해서 하한값이 심각하게 크다는 것도 보였다.;Cochran-Armitage trend test tests whether the success rates of the populations are the same, as against the alternative that they follow an increasing or decreasing trend. The purpose of this study is to investigate the sizes and the type I error rates of the Cochran-Armitage trend test, theoretically and numerically. The Size is evidently the maximum probability of type I error [7]. We investigated the size of the Cochran-Armitage trend test in large samples is always greater than or equal to nominal level. That is, we proved where h(p, n) is the type I error rate of the Cochran-Armitage trend test depending on both the sample size n and the nuisance parameter p. We further showed that the inequality holds strictly in many cases by computing the large-sample lower bounds of the sizes which are strictly greater than the nominal level.ABSTRACT iii 1. Introduction 1 2. Notation and Review 2 3. Type I error of Cochran-Armitage test 4 3.1 The properties of The Type I error rates 4 3.2 Examine lower bound by complete enumeration 7 4. Examine the size by simulation 9 4.1 Background of the simulation 9 4.2 Stage for the simulation 9 5. Results 10 5.1 Balanced cases 10 5.2 Unbalanced cases1 11 5.3 Unbalanced cases2 12 5.4 Unbalanced cases3 13 6. Discussion 14 REFERENCE 15 APPENDIX 17 국문초록 2

A study on sexual function, sexual stress, and quality of life in middle aged female patients with diabetes

본 연구는 중년여성 당뇨병 환자의 성기능, 성스트레스, 삶의 질 정도를 파악하고 이들의 관계를 알아보기 위한 서술적 상관관계 연구이다. 경기도 소재 S 상급종합병원에서 당뇨병으로 진단받고 외래에 통원치료 중이고 배우자가 있는 40세 이상 60세 미만의 여성 154명을 대상으로 하였으며 자료 수집 기간은 2014년 8월 1일부터 10월 10일까지였다. 성기능은 Rosen 등(2000)이 개발한 Female Sexual Function Index(FSFI) 도구로 측정하였고, 성스트레스는 Derogatis 등(2002)이 개발한 Female Sexual Distress Scale(FSDS) 도구를 사용하였으며 삶의 질은 세계보건기구에서 개발한 WHOQOL-BREF를 사용하여 측정하였다. 수집한 자료는 SPSS 21.0 Window version을 이용하여 분석하였고 각 변수의 실수와 백분율, 평균과 표준편차를 산출하였으며 일반적 특성 및 질병관련 특성에 따른 성기능, 성스트레스, 삶의 질의 차이는 t-test, ANOVA로 분석하였으며 사후검증은 Scheffe test로 분석하였다. 대상자의 성기능, 성스트레스 및 삶의 질 간의 관계는 Pearson's correlation coefficients로 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1. 성기능은 평균 12.99±9.11였으며 하위 영역별 평균 점수는 만족감 2.82±1.28점, 성욕구 2.19±1.15점, 질윤활 2.11±2.04점, 절정감 2.03±1.90점, 성교통증 2.04±2.33점, 성적흥분 1.89±1.73점이었다. 나이(t=4.168 p=.001), 최종 학력 (F=5.426. p=.005), 직업(t=-2.551, p=.012), 당뇨병으로 진단받은 시기(F=4.619, p=.004), 합병증 개수(F=6.628, p=.002), 자가 혈당 측정 여부(t=2.615, p=.010), 폐경유무(t=-4.221, p=.001), 당화혈색소 결과(t=3.410, p=.001)에 따라 성기능 정도에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 2. 성스트레스는 평균 26.99±16.88점이었으며 68.1%가 성스트레스가 높게 나타났다. 3. 삶의 질의 전체 총합 점수는 79.12±14.30점이었고 4가지 하위 영역의 점수는 신체적 영역 21.58±4.98점, 심리적 영역 17.77±4.27점, 사회적 관계 영역 9.75±2.01점, 환경 영역 24.34±4.95점으로 나타났다. 최종 학력(F=4.114, p=.018)에 따른 삶의 질 정도에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 4. 성기능은 성스트레스와 음의 상관관계를 갖는 것으로 나타났고(r=-.463 p=.001) 삶의 질과는 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다(r=.321, p=.001). 성스트레스는 삶의 질과 음의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다(r=-.369 p=.001). 이상의 연구 결과를 통해 중년여성 당뇨병 환자의 성기능 점수가 높을수록 성스트레스가 낮아지고 삶의 질은 높았으며 성스트레스가 낮을수록 삶의 질은 높아 유의한 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 따라서 중년여성 당뇨병 환자의 성기능을 증진시키고 성스트레스를 감소시키기 위한 간호중재가 필요하다. ;Study tools used for measurements included questionnaires for demographic and disease-related characteristics, Female Sexual Function Index(FSFI) for sexual function, Female Sexual Distress Scale(FSDS) for sexual stress, and WHOQOL-BREF for quality of life. Collected data were analyzed via t-test, ANOVA, Scheffe test, and Pearson's correlation coefficients using SPSS 21.0 Windows version. The results of the present study are as follows: 1. The mean sexual function score was 12.99±9.11. In regards to subcategories of sexual function, the mean scores were 2.82±1.28 for satisfaction, 2.19±1.15 for sexual desire, 2.11±2.04 for vaginal lubrication, 2.03±1.90 for orgasm, 2.04±2.33 for sexual pain, and 1.89±1.73 for sexual arousal. Statistically significant differences in sexual function were shown according to age(t=4.168 p=.001), level of education(F=5.426. p=.005), employment status(t=-2.551, p=.012), time of being diagnosed with diabetes(F=4.619, p=.004), number of complications(F=6.628, p=.002), self-monitoring of blood glucose(t=2.615, p=.010), menopausal status(t=-4.221, p<.001), and glycosylated hemoglobin ((t=3.410, p=.001). 2. The mean sexual stress score was 26.99±16.88 and 68.1% higher in sexual stress. 3. The quality of life score was 79.12±14.30. In regards to subcategories of quality of life, the scores were 21.58±4.98 for physical, for 17.77±4.27 psychological, 9.75±2.01 for social relationships, 24.34±4.95 for environmental. Statistically significant differences in quality of life were shown according to level of education(F=4.114, p=.018). 4. Sexual function was negatively correlated with sexual stress(r=-.463 p=.001) and positively correlated with quality of life(r=.321, p=.001), while sexual stress was negatively correlated with quality of life((r=-.369 p=.001). Based on the study results shown above, higher sexual function in middle aged female patients with diabetes were correlated with lower sexual stress and improved quality of life, while lower sexual stress was correlated with improved quality of life. Therefore, nursing interventions that can increase sexual function and decrease sexual stress are needed for middle aged female patients with diabetes.I. 서론 1 A. 연구의 필요성 1 B. 연구목적 4 C. 용어정의 5 Ⅱ. 문헌고찰 7 A. 당뇨와 성기능, 성스트레스 7 B. 당뇨와 삶의 질 11 Ⅲ. 연구방법 14 A. 연구설계 14 B. 연구대상 14 C. 연구도구 15 D. 자료수집 절차 및 방법 17 E. 자료 분석 방법 17 F. 연구의 제한점 18 G. 연구대상자의 윤리적 고려 18 Ⅳ. 연구결과 및 논의 19 A. 대상자의 일반적 특성 19 B. 대상자의 질병관련 특성 21 C. 대상자의 성기능, 성스트레스, 삶의 질 정도 23 D. 대상자의 특성에 따른 성기능, 성스트레스, 삶의 질 31 F. 대상자의 성기능, 성스트레스, 삶의 질의 관계 43 Ⅴ. 결론 및 제언 46 A. 결론 46 B. 제언 48 참고문헌 50 부록 57 Abstract 7

Optimal k-search and Its Application in k-medoid Clustering Algorithm based on Genetic Algorithm

DNA 마이크로어레이(microarray)는 수만에서 수십만 개의 유전자들의 발현차이를 한 번에 관찰하고 분석할 수 있도록 만든 고도의 생물학적 실험 기술이다. 이러한 분석 기술의 발달을 이용한 생물정보학(bioinformatics)의 발전은 방대한 양의 바이오 데이터(bio-data)의 생성과 양적인 증가를 가져왔다. 대용량의 바이오 데이터들로부터 의미 정보를 빠르고 정확하게 얻기 위해서 데이터를 효과적으로 관리하고 분석하기 위한 다양한 데이터 마이닝(data miming) 방법들이 적용되고 있다. 그 중에서 유전자 발현(gene expression) 데이터 분석을 위해서 클러스터링 방법이 효율적인 알고리즘으로 유전자의 기능 분석, 유전자들 간의 네트워크 분석 등에 크게 기여할 수 있기 때문에 가장 널리 적용되고 있다. 대용량의 데이터를 클러스터링 하기에 효율적인 방법으로 분할 클러스터링 방법이 있는데 분할 클러스터링 방법 중 가장 대표적인 것이 k-means와 k-medoid 방법이다. 그러나 두 방법은 모두 고정된 클러스터 수 k를 가지고 실험을 하기 때문에 데이터에 대한 사전 지식이 없으면 올바른 k를 찾기 어렵고, 클러스터 수 k를 변경하면서 여러 번 반복 실험하여 실험 결과에 대한 타당성을 조사해야 하기 때문에 데이터의 크기가 커질수록 시간 비용이 증가하는 단점이 생긴다. 본 논문에서는 이러한 클러스터 수 k를 결정하는 문제에 유전자들 간의 유사도(similarity)와 유사도를 기반으로 하여 구성된 하나의 유전자 네트워크에 사회 네트워크 분석(social network analysis)의 매개 중심 값(betweenness centrality value)을 이용하여 클러스터 수 k를 예측하는 새로운 방법을 제안한다. 또한 이렇게 찾은 를 실제 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 기반으로 하는 k-medoid 클러스터링 방법에 적용하여 기존의 얻어진 클러스터링 결과보다 효율적이고 생물학적으로 더욱 의미 있는 클러스터링 결과를 보인다.;The DNA microarray is a high-tech biological experimental technology for observing and analyzing the difference of tens of thousands to hundreds of thousands genes. The development of bioinformatics using such a development of analysis technology brought forth the creation of considerable amount of bio-data and increase in terms of volume. In order to obtain semantic information promptly and accurately from a large capacity of bio-data, diverse data mining methods have been applied for effectively managing and analyzing data. Among others, a clustering method is most widely applied as it can significantly contribute to the analysis of gene functions and analysis on the networks among genes in order to analyze gene expression data as effective algorithm. There is a partitioning clustering method as an effective method for clustering large capacity of data. The most representative one of partitioning clustering method include k-means method and k-medoid method. However, the two methods conduct an experiment with a fixed cluster number k, thus, it is hard to find a right k if there is no background knowledge. Also, it causes the cost of time as the sizes of data becomes bigger in that it needs to research the appropriateness for an experiment result by repeatedly conducting experiments while changing the number of cluster . In this thesis, a new method was proposed for forecasting cluster number k by using a similarity among genes and a betweenness centrality value of a social network analysis for one gene network composed based on the similarity. In addition, there appeared a more meaningful clustering result in terms of efficiency and biology rather than the existing clustering result by applying the k value to a k-medoid clustering method based on an actual genetic algorithm.Ⅰ. 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 목표 2 1.3 연구 내용 3 Ⅱ. 기존 연구 4 2.1 클러스터링 알고리즘 4 2.1.1 k-medoid 5 2.1.2 지역 탐색 발견적 방법 6 2.2 사회 네트워크 분석 8 2.2.1 사회 네트워크 개념 8 2.2.2 매개 중심 값 9 2.3 유전자 알고리즘 10 Ⅲ. 최적의 클러스터 수 k의 탐색을 위한 클러스터링 알고리즘 설계 14 3.1 클러스터 수 k의 탐색 15 3.1.1 임계값의 정의 15 3.1.2 사회 네트워크 분석을 통한 클러스터 수 예측 16 3.2 유전자 알고리즘 기반 k-medoid 클러스터링 17 3.2.1 알고리즘 17 3.2.2 유전자 알고리즘의 개체 표현 방법과 기본 연산자 19 Ⅳ. 알고리즘의 구현 및 실험 결과 24 4.1 실험 데이터 24 4.2 알고리즘의 구현 25 4.3 실험 결과 분석 31 Ⅴ. 결론 및 향후 연구 35 참고문헌 37 Abstract 3

Effects of Oral and Written Comprehensible Output on Learning Korean Grammar and Vocabulary

본 연구의 목적은 외국어로서의 한국어습득에서 이해가능한 출력의 효과를 출력 양상별로 검증하는 것이다. 따라서 본 연구는 다음의 주된 연구문제에 답하기 위해 실시되었다. 그것은 이해가능한 출력의 효과가 그 양상에 따라 다른가와 출력을 산출할 때 그 양상에 따라 의식적으로 초점을 두는 부분이 다른가이다. 본 연구의 구성은 다음과 같다. Ⅰ장에서는 연구의 목적과 필요성을 기술했다. 외국어로서의 한국어습득에서 이해가능한 출력이 출력양상(output mode: 말하기·쓰기)에 따라 각각 어휘와 문법 습득에 어떤 효과를 갖는지 실험적으로 검증하는 것이 본 연구의 목적이다. 또한, 학습자가 말하기출력과 쓰기출력을 할 때 각각 어떤 부분(의미, 형태 등)에 더 의식적으로 초점을 두는지 알아봄으로써 출력양상에 따른 인지 활동 영역이 다름을 밝히고자 한다. 이는 이해가능한 출력이 제2언어학습에 효과적이라는 이론(출력 가설)을 넘어 말하기출력과 쓰기출력이 각각 제2언어의 어떤 영역을 학습하는 데 보다 효과적일 수 있는지 구체적으로 알아봄으로써 출력가설을 다각도에서 검증하기 위함이다. Ⅱ장에서는 출력가설과 관련한 선행연구를 검토함으로써 본 연구의 이론적 근거를 마련하고 연구 문제 설정 및 연구 방법 설계에 타당성을 확보하고자 했다. 먼저, 이해가능한 출력 가설(comprehensible output hypothesis)이란 학습자들이 언어를 산출할 때 자신의 출력을 상대방에게 이해가능하게 만드는 과정을 통해 언어를 수용할 때와는 달리 제2언어의 형태적 정확성을 향상시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이를 실험적으로 입증하고자 한 선행연구를 검토한 결과 대부분의 연구들이 문법습득에 대한 문어출력의 효과를 연구했으며, 구어를 대상으로 한 소수의 연구에서는 어휘습득에서의 효과를 입증해 이해가능한 출력의 효과를 일반화하는 데 어려움이 있었다. 이에 본 연구에서는 독립변인으로 출력양상을, 종속변인으로 문법과 어휘 모두를 설정하고 이를 바탕으로 연구문제와 연구가설을 세웠다. Ⅲ장에서는 연구방법에 대해 기술했다. 동질성 검사를 통해 선정된 본 연구의 실험참여자 20명을 실험집단과 통제집단으로 나눈 후 전자에는 연구대상어가 포함된 듣고 재구성하기 과제를 부여해 이해가능한 출력을 양상별로 산출할 수 있는 기회를 주고 후자에는 이를 제한했다. 이때 실험집단의 경우 양상별로 과제를 총 두 번 수행하는 데 따른 순서효과를 상쇄시키고자 절반씩 나눠 처치순서를 달리했다. 처치 전후의 사전·사후시험 점수를 통해 양적분석을 하고 실험집단의 과제수행 과정을 녹음·전사 한 결과와 회고질문지를 바탕으로 질적분석을 했다. 본 연구의 실험과제 설명에 쓰일 비디오 자료를 마련하기 위해 한국어 모어화자를 대상으로 1차 예비실험을 하고 실험절차 상의 문제를 사전에 점검하기 위해 한국어 학습자를 대상으로 2차 예비실험을 했다. Ⅳ장에서는 연구문제별 연구결과를 밝히고 그에 따른 논의를 전개하고 있다. 먼저, 사후시험점수를 비교한 결과 실험집단이 통제집단에 비해 통계적으로 유의미하게 높은 점수를 받았다. 반면 실험집단의 사후시험점수는 출력양상별로 그 차이가 유의미하지 않았다. 사전시험점수에서 사후시험점수로의 향상도를 비교한 결과 말하기를 한 후의 향상도가 문법보다 어휘에서 더 높게 나타났으며, 쓰기를 한 후의 향상도는 어휘보다 문법에서 더 높게 나타났다. 또한, 질적분석 결과 의식초점 영역이 출력을 할 때는 양상에 따른 차이 없이 모두 의미보다 형태에 집중됨을 알 수 있다. 이는 한국어습득에서 입력만 주어졌을 때보다 입력과 이해가능한 출력의 기회를 제공했을 때가 더 효과적이며 출력양상에 따라 그 차이가 유의미하지 않다는 것을 의미한다. 또한, 의식적 초점 영역이 출력가설에서 주장하는 바와 같이 의미보다는 형태에 집중되며 이는 출력양상과 상관없이 같은 것으로 나타났다. 이를 통해 의식적 초점과 습득 간의 깊은 연관이 있음을 알 수 있다. Ⅴ장에서는 결론 및 제언을 기술했다. 본 연구는 최근 제2언어습득에서 주요한 습득의 기제로 주목받고 있는 이해가능한 출력이 외국어로서의 한국어습득에도 적용되는지를 알아보고, 나아가 이를 다각적으로 조명함으로써 이해가능한 출력의 교육적 활용을 높이기 위한 발판을 마련했다고 할 수 있다. 이렇듯 한국어를 대상으로 한 제2언어습득분야의 연구가 축적된다면 한국어교육학의 위상을 제고하는 데에도 도움이 될 것이다.;The aim of this study is to investigate the effect of comprehensible output on learning Korean as a foreign language in accordance with output mode. Therefore, this study is designed to answer which effect of oral and written comprehensible output is more effective on learning Korean grammar and vocabulary, and whether learners' cognitive focus is different according to output mode: language form or meaning. The contents of this study are as follows: Chapter Ⅰ demonstrates the purpose and necessity of this study and the explanations of related terms. The purpose of this study is to examine effects and cognitive focus of comprehensible output in accordance with output mode: speaking and writing. By measuring functions of comprehensible output more concretely in diverse ways, comprehensible output hypothesis would be generalized and used pedagogically for teaching Korean as a foreign language. Chapter Ⅱ provides the theoretical base for the validity of making research questions and designing the method of this study through the literature review on comprehensible output hypothesis. Since Swain(1985) proposed that comprehensible output promotes language acquisition, recent studies in Second Language Acquisition have tried to demonstrate whether this hypothesis is acceptable or not. As the result of reviewing related literatures, it is found that this dispute is caused by each different output modality and target item. Therefore, the most important independent variable of this study is output mode: oral and written, and the dependent variable is target item: grammar and vocabulary. Chapter Ⅲ describes the method of this study, which includes information on participants, target items, materials, procedures, methods of data collection and analysis. 20 Korean language adult learners are divided into two groups: experiment group and control group. The former is given the chance to produce oral and written output through dictogloss task, while the later performs disturbing task. To reduce the effect of repeating two tasks, each half of the experiment group is treated in a different order: oral after written and written after oral. For making video material for procedure explanation the first pilot test was performed with Korean natives. The second pilot test was performed with Korean learners for the validity of this method and time assignment of each stage. Chapter Ⅳ analyzes and discusses the results of the experiment. The results are as follows: (a) comprehensible output is more effective on learning Korean grammar and vocabulary than only receiving input; (b) the effects of comprehensible output are not different between oral and written output; (c) speaking is more effective on learning vocabulary than on grammar, while writing is more effective on learning grammar than on vocabulary; (d) both oral and written output makes learners focus on language forms more than meaning. This study extends comprehensible output hypothesis by verifying its oral and written effects on learning Korean. For adapting to teaching Korean it needs to examine the effects in more diverse ways. The result of this study would contribute to enhancing pedagogic and practical use of comprehensible output.Ⅰ. 서론 = 1 A. 연구의 목적 및 필요성 = 1 B. 용어 설명: 출력가설 = 4 1. 제2언어습득에서 출력의 역할 = 4 2. 출력의 세 가지 기능 = 6 Ⅱ. 선행연구 검토 = 10 A. 상호작용에서의 이해가능한 출력 연구 = 10 B. 이해가능한 출력의 단독적 효과를 검증한 연구 = 15 C. 연구 문제 및 가설 = 24 Ⅲ. 연구 방법 = 26 A. 실험 참여자 = 26 1. 실험 참여자 선정 = 26 2. 동질성 검사 = 27 B. 연구대상어 = 30 C. 자료 = 32 D. 실험 과제 = 33 E. 실험 절차 = 34 1. 사전·사후 시험 = 34 2. 처치 = 35 F. 자료 분석 방법 = 38 1. 양적 분석 = 38 가. 사후시험 결과에 대한 분산분석 = 38 나. 향상도 분석 = 38 2. 질적 분석 = 39 가. 회고질문지 = 39 나. 짝활동 분석 = 41 G. 예비 실험 = 42 1. 1차 예비 실험 = 42 2. 2차 예비 실험 = 43 Ⅳ. 연구 결과 및 논의 = 45 A. 신뢰도 및 집단 간 동질성 = 45 1. 문법에서 집단 간 동질성 = 45 2. 어휘에서 집단 간 동질성 = 47 B. 출력 유무에 따른 처치효과 = 48 C. 출력 양상에 따른 처치효과 = 50 1. 문법에서 양상별 출력 효과 = 50 2. 어휘에서 양상별 출력 효과 = 51 D. 출력양상별 문법과 어휘의 향상 = 52 1. 말하기를 통한 문법과 어휘의 향상도 = 52 2. 쓰기를 통한 문법과 어휘의 향상도 = 53 E. 출력양상별 의식 초점 영역 = 55 1. 회고질문지 분석 = 55 2. 짝활동 분석 = 57 F. 논의: 이해가능한 출력에서 습득으로 = 61 Ⅴ. 결론 및 제언 = 68 A. 연구결과 요약 및 함의 = 68 B. 후속연구를 위한 제언 = 69 참고문헌 = 73 부록 = 80 부록 1 사후시험 = 80 부록 2 말하기 과제 = 83 부록 3 쓰기 과제 = 84 부록 4 회고질문지 = 85 Abstract = 8