생명의 연속성'의 통합적 이해를 위한 생명과학 교육과정 연계 과학관 전시 콘텐츠 개발

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 과학교육과 생물전공, 2016. 8. 전상학.생명의 연속성은 지구의 역사 속에서 최초의 생명이 탄생한 이래로 수많은 세대를 거쳐 유전 정보를 전달하고, 환경과 상호작용하여 현재에 이르기까지의 연속적인 과정을 담고 있는 생물의 핵심적인 특성이다. 고등학교 생명과학 교과에서 생명의 연속성은 세포와 세포분열, 생식과 발생, 유전, 유전자와 형질발현, 진화에 이르기까지 여러 단원들을 교과 내에서 통합적으로 연계할 수 있는 주제이며 등장하는 개념의 수와 수준이 다양하므로 통합학습이 필요하다. 이에 본 연구는 생명의 연속성의 통합적인 이해를 높이기 위해 형식교육과 연계하여 이용할 수 있는 고등학교 수준의 과학관 전시 콘텐츠를 개발하는 것을 목적으로 하였다 우선 제1차~2015 개정 교육과정 시기별로 생명의 연속성의 통합성이 어떻게 나타나는지를 분석하였으며, 교육과정에 등장하는 생명의 연속성 관련 내용요소들을 분석하여 범주화하였다. 전문자료에서 각 범주 간 연계를 강화할 수 있는 요소들을 추출하여 기존 내용요소를 보완하였으며, 이를 토대로 과학 전시를 위한 전시 기획 프로세스에 따라 전시 주제 선정, 전시 콘텐츠 기획, 전시 콘텐츠 평가의 세 단계를 거쳐 전시 콘텐츠를 개발하였다. 모든 자료는 세 종류 이상의 출처에서 확인 후 추가하였으며, 개발한 콘텐츠는 전문가의 검토 및 평가를 거쳤다. 연구 결과 고등학교 교육과정에서 생명의 연속성은 1차 교육과정부터 2015 개정 교육과정까지 지속적으로 다루어져 왔으나 교육과정 시기에 따라 분절된 형태로 운영되어 수평적 연계성이 부족하였다. 주요 내용요소들은 세포분열, 생식과 발생, 유전, 형질발현, 진화로 범주화할 수 있었으며, 생물학적 근거를 통해 다섯 범주 간 연계성을 확보할 수 있었다. 전시 콘텐츠의 주제는 생명의 연속성으로 하였으며, 생명의 진화가 생명의 연속성 내용요소 간 논리적 상호관련성을 제공해주는 틀의 역할을 한다는 점에 기초하여 생명의 진화를 중심으로 생명의 연속성을 이루는 내용요소들을 교육과정과 연계하여 스토리텔링 하였다. 개발한 전시 콘텐츠의 메인 테마는 「Live Evolution Center: on-air(라이브진화센터)」로 선정하였으며, 전체 전시 내용을 우리의 공통점, 생명의 기원, 진화의 핵심사건, 유전자와 변이, 성과 유전적 조합, 환경과 자연선택, Open Lab의 7개의 중주제로 구성하여 관람자들이 26개의 세부 소주제 전시물을 통해 생명은 어떻게 다양하게 이어져 올 수 있었을까?라는 핵심 질문을 탐구하는 형식으로 구성하였다. 전시의 주요 소재들은 교육과정과 직접적으로 연계하기 쉬운 것을 선정하여 관람자와의 친밀함을 유도하였으며, 체험형 전시물의 비중을 높이고, 전시와 관람자의 활발한 상호 소통을 유도하는 Open Lab을 배치하여 기존 전시들과의 차별성을 확보하였다. 개발한 콘텐츠의 평가 결과 생명의 연속성 내용요소 반영정도, 교과내용 연계 가능성, 학습자의 통합적 이해를 돕는 측면, 과학에 대한 흥미 고취 측면에서 모두 높은 평가를 받았다. 본 연구는 생명의 연속성의 통합적 이해를 높이기 위한 방안으로 진화를 중심으로 한 내용적 통합과 형식교육과 비형식교육을 연계하는 형식적 통합을 제안하였으며, 전시 기획의 모든 단계를 과학교육적 관점에서 진행하여 향후 새로운 과학전시 콘텐츠의 개발과 통합과학교육 방법의 모색에 대한 시사점을 제공하였다는 점에서 의의가 있다.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 필요성 1 제 2 절 연구 목적 및 연구 문제 5 제 2 장 이론적 배경 6 제 1 절 교과 내 통합을 위한 생명의 연속성 6 1. 교육과정 연계성과 교과 내 통합 6 2. 생명과학 교과 내 통합주제로서의 생명의 연속성 10 제 2 절 형식 교육과 비형식 교육의 연계 13 1. 형식 교육과 비형식 교육 13 2. 과학관의 정의와 기능 15 3. 과학관을 통한 형식 교육과 비형식 교육의 연계 16 제 3 절 과학관 전시 20 1. 전시의 개념과 역할 20 2. 과학관 전시의 특성 21 3. 과학관 전시 콘텐츠 기획 24 제 3 장 연구 절차 및 방법 37 제 1 절 연구 절차 37 제 2 절 연구 방법 39 1. 우리나라 교육과정에 나타난 생명의 연속성 내용요소 분석 39 2. 생명의 연속성 내용요소 간 통합성 강화를 위한 생물학적 요소 보완 40 3. 생명의 연속성의 통합적 이해를 위한 과학관 전시 콘텐츠 개발 42 4. 개발한 전시 콘텐츠의 검토 및 평가 47 제 4 장 연구 결과 및 논의 50 제 1 절 생명의 연속성의 통합적 이해를 위한 교육과정 및 생물학적 내용요소 분석 50 1. 교육과정 변화에 따른 내용 구성과 연계 분석 50 2. 교육과정 내의 생명의 연속성 주요 개념 범주화 65 3. 교육과정 통합성 보완을 위한 생물학적 내용 분석 67 제 2 절 생명의 연속성의 통합적 이해를 위한 교육과정 연계 과학관 전시 콘텐츠 개발 77 1. 전시 주제 선정 및 내용 재구성 77 2. 교육과정 연계 과학관 전시 콘텐츠 기획 84 3. 전시 콘텐츠 개발 결과 검토 및 평가 160 제 5 장 결론 및 제언 176 제 1 절 결론 176 제 2 절 제언 178 참고 문헌 180 Abstract 189Docto

Immunomodulatory Effect of Extracellular Vesicles Secreted by Canine Adipose Tissue Derived Mesenchymal Stem/Stromal Cell in Mouse Models of Inflammatory Bowel Disease

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 수의과대학 수의학과, 2020. 8. 윤화영.The inflammatory bowel diseases (IBD) are characterized by relapsing inflammation and immune activation diseases of the gastrointestinal tract. Extracellular vesicles, which elicit similar biological activity to the stem cell themselves, have been used experimentally to treat dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in murine models though immunosuppressive potential. However, the underlying mechanisms have not been fully elucidated. Tumor necrosis factor (TNF)-α stimulated gene/ protein 6 (TSG-6) secreted from stem cells is a major factor responsible for regulation of inflammatory responses. However, studies on TSG-6 in EVs have not yet been conducted, and, thus, further studies are required. This study aimed to assess therapeutic effects of canine adipose tissue derived mesenchymal stem/stromal cell (cASC)-produced EV in IBD mice models and explore the mechanism underlying the immunomodulatory properties. In first, the role of extracellular vesicles secreted from cASCs was investigated. GW4869, an exosome production inhibitor, was pretreated on stem cells to confirm the role of extracellular vesicles. In the case of stem cells treated with GW4869, it was confirmed that the immunomodulatory ability decreased significantly. Concanavalin A treated canine lymphocytes showed significantly increased level of pro-inflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor α (TNF-α), interferon-γ (IFN-γ), interleukin-1β (IL-1 β) and interleukin-6 (IL-6) compared to the naïve group (TNF-α, 27.7 fold, p<0.001; IFN-γ, 125 fold, p<0.001; IL-1 β, 13.9 fold, p<0.001; IL-6, 7.9 fold, p<0.001). Pretreatment with GW4869 significantly reduced the immunosuppressive effects of cASCs (TNF-α, p<0.05; IFN- γ, p<0.05; IL-1β, p<0.005; IL-6, p<0.05). In addition, as a result of co-culturing the extracellular vesicle obtained through repeated ultra-high-speed centrifugation with immune cells, it was confirmed that it has an immunomodulatory effect such as stem cells. In second, I designed to demonstrate whether EV obtained by stimulating inflammatory cytokine on cASC improved anti-inflammatory and/or immunosuppressive potential of EVs, and/or their ability to alleviate inflammation in colitis. I also explored the correlation between immune cells and the inflammatory repressive effect of primed EVs. Pro-inflammatory cytokines such as TNF-α and IFN-γ increased immunosuppressive protein such as HGF, TSG-6, PGE2 and TGF-β in EVs (HGF, p<0.01; TSG-6, p<0.01; PGE2, p<0.05; TGF-β, p<0.001). DSS-induced colitis mice (C57BL/6, male, Control=4, DSS=6, DSS with EVs=6, DSS with primed primed EVs)were intraperitoneally administered EVs (100 ug/mice) on day 1, 3, and 5; colon tissues were collected on day 10 for histopathological RT-qPCR, western blot and immunofluorescence analysis. It was confirmed that the protein expression of pro-inflammatory cytokine in the inflamed colon was significantly reduced in the group of mice injected with primed EV than in the mice injected with naive EV (IL-6, 0.5 fold, p<0.001; TNF-α, 0.38 fold, p<0.001; IL-17, 0.33 fold, p<0.001). Importantly, EVs obtained from primed stem cells effectively induced macrophage polarization toward an anti-inflammatory M2 phenotype and enhanced regulatory T cells (Tregs) in colon using IF analysis (M2, 1.6 fold, p<0.001; Treg, 1.9 fold, p<0.05). In third part, I hypothesize that the tumor necrosis factor-α-stimulated gene/protein 6 (TSG-6) in EVs is a key factor influencing the alleviation of colitis symptoms. DSS-induced colitis mice (C57BL/6, male, Naïve=6, Sham=8, PBS=8, EV=8, CTL-EV=8, TSG-6 depleted EV=8) were intraperitoneally administered EVs (100 ug/mice) on day 1, 3, and 5. Colon tissue were collected on day 10 for histopathological, RT-qPCR and IF analysis. In mice injected with EVs, mRNA expressions of pro inflammatory cytokine in inflamed colon were decreased significantly ((TNF-α, 0.04 fold, p<0.0001; IFN-γ, 0.36 fold, p<0.01; IL-1β, 0.3 fold, p<0.05; IL-6, 0.29 fold, p<0.01; iNOS, 0.42 fold, p<0.001). However, when injected with TSG-6 depleted EVs, It was confirmed that mRNA expressions of pro inflammatory cytokine in the colon, which decreased when EV was injected, were significantly increased (TNF-α, 9.21 fold, p<0.05; IFN-γ, 2.26 fold, p<0.05; IL-1β, 2.45 fold, p=ns; IL-6, 1.86 fold, p<0.05; iNOS, 1.93 fold, p<0.05). In addition, it was confirmed that TSG-6 depletion EV administered intraperitoneally decreased the ability to induce the M2 phenotype in the inflammatory colon and enhance Tregs compared to naive EV (M2, 0.35 fold, p<0.001; Treg , 0.54 fold, p<0.01). In conclusion, I demonstrated here that TSG-6 in EV from cASCs can alleviated IBD in mice. In addition, EV obtained from ASC stimulated with TNF-α and IFN-γ confirmed that the immunomodulatory factors (such as TSG-6, PGE2, HGF and TGF-β) were increased and were effective in alleviating inflammation of colitis by increasing the polarization of macrophage from M1 to M2 and increasing the Tregs. These findings might provide a new and effective therapy for the EVs obtained from cASC against not only IBD, but also immune-mediated disease.염증성 장질환이란 장 내부에 비정상적인 염증이 반복되는 만성질환으로, 흔히 궤양성 대장염과 크론병이 대표적이며, 면역반응 조절이상이 중요한 병인일 것으로 보고 있다. 일반적을 흔히 사용되는 약물은 5-aminosylicala 제제, 스테로이드 제제, azathioprine이나 6-mercaptopurine과 같은 면역억제제들을 사용하여, 장관의 염증반응을 비 특이적으로 억제하는데 초점이 맞춰져 왔다. 그러나 최근 활발히 진행되고 있는 기초 연구를 토대로 장관 염증에 관여하는 면역세포의 기능과 매개물질에 대한 새로운 이해가 가능하여 졌고 이를 기초로 하여 질환의 자연경과를 변화시킬 수 있는 특이한 발병기전을 겨냥한 새로운 생물학적 치료가 개발되고 있다. TNF-α와 interleukin (IL)-1β, IL-6, IL-9, IL-12은 염증을 유발하는 pro-inflammatory cytokine으로 밝혀졌고, IL-4, IL-10, IL-11, IL-13은 염증을 경감시키는 항염증 cytokine으로 알려져 있다. 실제로 염증성 장 질환에서는 이러한 두 군의 cytokine의 불균형이 관찰되고 proinflammatory cytokine의 조직 농도가 활동기에 증가되어 있으며, 이러한 경향성은 염증의 정도와 연관이 있다는 보고가 있다. 따라서 염증이 있는 조직에서 염증 인자의 조절을 통해 염증을 완화시키는 역할을 하는 중간엽 줄기세포는 사람과 동물에서 염증성 장질환의 치료 대안 중 하나로 촉망받고 있다. 세포밖 소포체는 세포간의 물질(단백질, 지질, 유전물질) 교환을 가능하게 하며, 생리적, 병리적으로 신호를 전달하는 매개체로서 기능한다. 이들은 모세포에서 유래한 물질을 목적 세포에 전달 및 자극을 줄 수 있기 때문에, 모세포의 종류에 따라 면역조절, 세포 운명변화, 암 생성 촉진 및 억제, 조직 재생 등 다양한 기능을 가지고 있다. 최근에는 줄기세포 유래 세포 밖 소포체가 면역세포 조절능력이 있을 뿐만 아니라, 면역매개 염증질환에 치료효과가 있음이 보고되고 있다. 그러나 개의 중간엽 줄기세포가 분비하는 세포밖 소포체가 염증성 장질환에서 어떠한 기전으로 증상을 완화시키는지는 자세히 알려져 있지 않다. 따라서 이번연구의 목표는 개의 지방조직으로부터 유래된 중간엽 줄기세포를 배양한 배지로부터 추출한 세포 밖 소포체를 염증성 장 질환 마우스 모델에서 치료제로 적용하여 치료효과를 평가하고, 그 기전에 대해서 연구하였다. 첫번째, 본인은 개 지방조직로부터 중간엽 줄기세포를 분리하였으며, 엑소좀 생성억제제인 GW4869를 줄기세포에 10μM농도로 전 처리하였다. 이러한 줄기세포를 키운 배지로부터 생성된 세포 밖 소포체를 측정한 결과, GW 4869 전처리 군에서 세포밖 소포체의 생성되는 양이 50% 미만으로 감소된 것을 확인하였다(p=0.0289). Trans-well system을 이용하여, Concanavalin A로 활성화된 개 말초혈액 유래 림프구와 줄기세포를 48시간동안 공 배양하였으며, mRNA 수준으로 전 염증 cytokine의 발현양을 확인하였다. 그 결과 GW 4869로 전처리한 줄기세포의 경우 처리하지 않은 그룹보다 활성화된 전염증 사이토카인을 억압하는 능력이 유의적으로 감소된 것을 확인할 수 있었다(TNF-α, p<0.05; IFN- γ, p<0.05; IL-1β, p<0.005; IL-6, p<0.05). 줄기세포를 배양한 배지로부터 반복적인 초고속 원심분리를 이용하여 세포밖 소포체를 분리하여, Concanavalin A로 활성화된 개 말초혈액 유래 림프구와 LPS로 전 처리된 개 대식세포(Macrophage) 세포주와 같이 공 배양하였으며. 면역세포에서 전염증 사이토카인의 유전적 발현수준을 확인해 본 결과, 줄기세포와 비슷한 수준으로 활성화된 면역을 억제하는 능력이 있는 것을 확인할 수 있었다. 두번째, dextran sulfate sodium(DSS)에 의해 대장염이 유발된 생쥐에서 개 줄기세포 유래 세포 밖 소포체의 치료효과와 그 기전에 대하여 연구하였다. TNF-α와 IFN-γ로 자극한 개 줄기세포 유래 세포 밖 소포체가 염증성 장 질환 모델에서 치료효과를 증대시킬 수 있는지 연구하였다. TNF-α와 IFN-γ로 줄기세포를 전처리 한 이후에, 전처리된 줄기세포를 배양한 배지에서 반복적인 초고속 원심분리를 통하여 세포 밖 소포체를 분리하였으며, 웨스턴블랏과 ELISA를 통하여 세포밖 소포체의 HGF, TSG-6, PGE2 및 TGF-β의 포함된 양을 확인한 결과, TNF-α와 IFN-γ로 전처리한 줄기세포에서 획득한 세포 밖 소포체의 경우, 이러한 면역조절인자들의 단백질 발현이 유의적으로 증가된 것을 확인하였다(HGF, p<0.01; TSG-6, p<0.01; PGE2, p<0.05; TGF-β, p<0.001). 대장염 마우스 모델에서 염증의 경감효과를 확인하기 위하여 DSS로 유발한 대장염 모델 마우스(C57BL/6, male, Control=4, DSS=6, DSS with EVs=6, DSS with primed primed EVs=6)에 1, 3, 및 5일차에 세포 밖 소포체(100μg/1회/마우스)를 복강내 투여하였다. TNF-α와 IFN-γ로 전처리한 줄기세포에서 획득한 세포 밖 소포체의 경우 전처리하지 않은 줄기세포에서 획득한 세포체를 주입할 경우보다 마우스의 염증성 결장에서 대식세포의 항 염증성 M2 표현형으로 분극을 효과적으로 유도하고, 조절 T 세포의 촉진을 통해 결장의 염증을 경감시키는 것을 확인할 수 있었다(M2, p<0.001; Treg, p<0.05; 대장조직 염증지표, p<0.05). 세번째, 세포밖소포체의 tumor necrosis factor-α-stimulated gene/protein 6 (TSG-6)가 대장염증상에 완화에 영향을 미치는 주요 요인임을 확인하였다. DSS에 의해 대장염이 유발된 생쥐(C57BL/6, male, Naïve=6, Sham=8, PBS=8, EV=8, CTL-EV=8, TSG-6 depleted EV=8)에 1, 3, 및 5일차에 세포 밖 소포체(100μg/1회/마우스)를 복강투여한 결과 세포밖 소포체를 주입받지 않은 대장염 마우스 모델과 비교하여 전 염증사이카인의 mRNA발현이 감소된 것을 확인하였다(TNF-α, 0.04배, p<0.0001; IFN-γ, 0.36배, p<0.01; IL-1β, 0.3배, p<0.05; IL-6, 0.29배, p<0.01; iNOS, 0.42배, p<0.001). 그러나 TSG-6가 결핍된 세포 밖 소포체를 투여한 결과 일반 세포밖소포체를 주입한 마우스보다 결장내 전염증 사이토카인의 유전적인 발현 수준이 증가된 것을 확인하였다(TNF-α, 9.21배, p<0.05; IFN-γ, 2.26배, p<0.05; IL-1β, 2.45배, p=ns; IL-6, 1.86배, p<0.05; iNOS, 1.93배, p<0.05). 또한, 복강 내 투여된 TSG-6 결핍된 세포밖소포체의 경우 일반 세포밖 소포체와 비교하여 염증성 결장에서 M2 표현형을 유도하는 능력을 감소시키고 Treg의 발현도 감소시키는 것으로 확인되었다(M2, 0.35배, p<0.001; Treg, 0.54배, p<0.01). 결론적으로, 이러한 연구들을 통해, 개의 지방유래 중간엽 줄기세포에서 분비하는 세포 밖 소포체가 염증성 장 질환을 완화시키는데 TSG-6가 주요한 역할을 하는 것을 증명하였다(P<0.01). 또한 TNF-α와 IFN-γ를 전처리한 개 줄기세포로부터 유래한 세포 밖 소포체는 염증조절 인자인 TSG-6, PGE2, HGF, TGF-β를 더 많이 분비함으로써 염증이 있는 조직에서의 M2 대식세포와 조절 T 세포의 증가와 증상의 개선이 더 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 IBD에 이환 된 개에서 세포 밖 소포체를 치료제로 적용함에 있어서 주요한 근거이다.CHAPTER Ⅰ. Immunomodulatory effect of extracellular vesicles secreted from canine adipose tissue derived mesenchymal stem cells 12 1. Introduction 12 2. Materials and methods 14 2.1. Cell preparations 14 2.2. Isolation of EVs 15 2.3. Co-culturing of canine peripheral blood mononuclear cells derived lymphocytes with cASCs 17 2.4. Co-culturing of canine macrophage and canine lymphocytes with EVs 18 2.5. RNA extraction, cDNA synthesis and RT-qPCR 18 2.6. Statistical analysis 18 3. Results 19 3.1. Characteristic of cASCs 19 3.2. Immunomodulatory effect of EVs derived from cASCs in vitro 19 3.3. Characteristic of cASC derived EVs 19 3.4. Immunosuppressive effects of EVs in activated canine peripheral blood mononuclear cells derived lymphocytes in vitro 20 3.5. EVs reduced the inflammatory response in LPS-stimulated canine macrophages cell lines in vitro 20 4. Discussion 21 5. Figures and Tables 25 CHAPTER Ⅱ. TNF-α and INF-γ primed canine stem/stromal cell-derived extracellular vesicles alleviate experimental murine colitis 33 1. Introduction 33 2. Materials and methods 36 2.1 Canine adipose tissue derived mesenchymal stem cells (cASC) activation with TNF-α and IFN-γ 36 2.2 cASC-derived EVs isolation and characterization 37 2.3 Western blot analysis 38 2.4 Enzyme-linked immunosorbent assay 38 2.5 Co-culture experiments 38 2.6 DSS-induced colitis mice 39 2.7 Evaluating colitis severity 40 2.8 Histological analysis 40 2.9 Immunofluorescence analysis 41 2.10 RNA extraction, cDNA synthesis, and RT-qPCR 42 2.11 Statistical analysis 42 3. Results 43 3.1 Primed EVs improved the immune regulation of inflamed colons 43 3.2 Effect of TNF-α/ IFN-γ stimulation on cASCs and characterization of cASC 44 3.3 The effect of TNF-α and IFN-γ on the immunomodulation of cASCs and EVs 44 3.4 Effects of primed EVs enhanced Tregs in vitro and in vivo 45 3.5 Induction of M2 macrophage polarization by primed EVs in vitro and in vivo 47 3.6 Primed cASC-derived EVs enhance regulatory T cells and regulate the M1/M2 balance in the inflamed colon 48 4. Discussion 50 5. Figures and Tables 56 CHAPTER Ⅲ. TSG-6 in extracellular vesicles from canine mesenchymal stem/stromal cells is a major factor in relieving DSS-induced colitis 73 1. Introduction 73 2. Materials and methods 76 2.1. Isolation and characterization of cASCs 77 2.2. Small interfering RNA (siRNA) transfection of cASCs 77 2.3. Isolation and characterization of EVs 77 2.4. Isolation of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and non-adherent cells 79 2.5. Co-culture experiments 79 2.6. RNA extraction, cDNA synthesis, and reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction 80 2.7. Flow cytometry analysis 80 2.8. Enzyme-linked immunosorbent assay 81 2.9. DSS-induced colitis mice 81 2.10. Histological evaluation 82 2.11. Immunofluorescence analysis 83 2.12. Statistical analysis 83 3. Results 3.1. Production of EVs containing less TSG-6 from cASCs Isolation and characterization of cASCs 83 3.2. IP administration of cASC-EVs containing TSG-6 played a crucial role in alleviating IBD 84 3.3. TSG-6 in cASC-EV modulate pro- and anti- inflammatory cytokine inflamed colon 84 3.4. TSG-6 was a major factor in increasing Tregs in Con A stimulated lymphocytes in vitro 85 3.5. TSG-6 in EV is a major factor in macrophage polarization from M1 to M2 type in vitro 85 3.6. TSG-6 in EV induced phenotypic enhancement of Tregs and M2 macrophage in inflamed colon 86 4. Discussion 87 5. Figures and Tables 92 GENERAL CONCLUSION 104 REFERENCES 107 국문초록 133Docto

Design of Smart Device Service in Self-Directed Field Trip Learning for Middle School Students

현장체험학습은 학습 현장을 교실 밖으로 확장하여 주제와 연관된 맥락하에서 학습자의 직접적인 체험을 통해 배우는 학습 방법으로, 학습자들이 자기주도적으로 과제를 수행하면서 문제를 해결할 수 있는 수행 능력을 길러준다. 최근 교육현장에서는 학습 환경이 학습자 중심으로 전환되면서, 학습자의 자율성 및 창의성을 신장시키기 위해 현장체험학습에 주목하고 있다. 하지만 실제 교육현장에서 현장체험학습은 자칫 현장의 관람이나 소풍으로 인식되고 있고, 인력 및 운영적인 한계로 인해 학교와 교사의 주도하에 이루어지고 있어 교육적인 성과를 기대하기 어려운 상황이다. 현장체험학습에 대한 기대와 한계점, 그리고 정보기술의 발달이 맞물리면서 체험학습의 현장에서는 스마트 디바이스를 활용한 스마트러닝이 시도되고 있다. 선행연구들은 현장체험학습 도구로서 스마트러닝의 적합성과 유용성을 보고하고 있지만, 실질적으로는 스마트러닝이 학습자 중심 학습환경으로의 변화라는 거대한 흐름에 부응하지 못하고 있다고 할 수 있다. 본 연구는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 자기주도학습을 적용한 스마트폰 기반 어플리케이션을 제안하였다. 스마트러닝을 이용한 현장체험학습의 중심에 학습자를 놓기 위해 자기주도학습 이론을 적용함으로써 학습의 주도권을 학생에게 부여함과 동시에 체험학습이 얻고자 했던 교육의 효과를 얻고자 한 것이다. 연구를 진행하기 위해 먼저 이론적 배경을 고찰하고 대상 선정의 타당성을 확보하였다. 다음으로는 문헌 분석에 기초하여 자기주도적 현장체험학습 어플리케이션의 분석 기준을 다음과 같이 다섯 가지로 도출하였다. 첫째, 자기주도적 현장체험학습 어플리케이션은 우선 현장체험학습의 사전-현장-사후학습 3단계를 모두 반영하며, 둘째, 학습자의 다양한 환경에 따른 변용과 적용이 가능해야한다. 셋째, 교사가 학생의 학습을 조력하기 위한 상호작용이 구현되고, 넷째, 스마트 기술 기반으로 다양하게 학습이 이루어지도록 기능을 제공해야한다. 마지막으로 학생의 자기주도 수준을 고려하여 서비스 내에 이를 구현해야 한다. 이를 기반으로 기존 현장체험학습 어플리케이션을 조사한 결과, 많은 어플리케이션이 현장학습 위주로 구성되거나, 다양한 학습 환경에 따라 적용되기 보다는 미리 구성된 정보만을 제공하는 보조도구에 그치고 있었다. 또한 교사와 학생 간 상호작용이 구현되어있지 않고 학습을 체계적으로 계획할 수 있는 학습 모형이 적용되어있지 않음을 알 수 발견할 수 있었다. 이에 사용자의 니즈를 반영한 새로운 어플리케이션 개발의 필요성을 확인하였다. 다음으로 현직 교사 인터뷰와 학생들의 설문조사를 통해 현장체험학습의 요구사항을 분석한 결과, 학교 뿐 아니라 교과과정 외에서도 현장체험학습의 기회가 널리 확장되고 있어 학생들의 체험학습 경험 수준과 요구가 다양해지고 있음을 알 수 있었다. 하지만 학교 현장의 체험학습은 학교와 교사 주도하에 일괄적으로 제공되는 한계가 있기 때문에 개별, 소그룹단위의 학습자 주도적인 체험학습에 대한 요구가 있었다. 또한 체험학습 현장에서는 학생들이 적극적으로 참여할 수 있도록 동기를 부여하며, 사후학습단계를 통해 피드백을 제공하고자 하는 요구를 확인할 수 있었다. 이렇게 분석된 요구사항은 어플리케이션 설계의 기반으로 사용하였다. 마지막으로 현장체험학습의 각 단계에 자기주도학습 모형과 요구사항을 적용하여 메뉴구조와 서비스를 정의하고 이를 중심으로 현장체험학습 어플리케이션의 프로토타입을 설계하였다. 어플리케이션의 기능은 학습 단계별로 제공되는데, 사전학습단계에서는 Grow의 이론에 따라 학생들의 자기주도성 수준을 의존적, 흥미를 보이는, 참여적, 자기주도적 학생으로 구분하였고, 이에 따라 사전학습단계의 학습 설계 방법을 4가지로 다르게 제시하였다. 현장학습단계에서는 낮은 수준의 자기주도성 학생들에게 외재적인 학습 동기를 지원하고자 흥미로운 미션과 보상을 설계할 수 있는 기능을 반영하였으며, 사후학습 단계에서는 체험학습의 데이터가 자동으로 수집되어 보고서로 구현되지만, 자기주도성 수준이 높은 학생을 위해 보고서의 편집 기능을 추가하였다. 또한 피드백, 상호평가, 미션 남기기를 통한 학습의 재구성과 반복이 이루어지도록 설계하였다. 설계된 프로토타입에 간단한 인터페이스를 적용하고 앞서 조사에 응한 학생을 대상으로 사용성 평가를 수행하였다. 제공된 과업에 따라 학습 단계별로 어플리케이션을 사용하며 씽크 얼라우드 방식으로 자유롭게 의견을 받았고, 리커트 척도를 통해 만족도를 수치화하였다. 결과적으로, 대체적으로 만족한다는 답변을 얻을 수 있었으며, 주어진 과업도 큰 어려움 없이 수행하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구는 현장체험학습의 초점과 권한을 교사가 아닌 학생에게 부여함으로써 체험학습이 얻고자 했던 교육의 효과를 얻음과 동시에, 어플리케이션을 통한 체험학습의 경험이 누적되며 점차적으로 학생의 자기주도적 학습 능력을 키울 수 있는 방안을 제시하고자 하였다는 것에 의의를 둔다.;A field trip learning is a learning method that extends the learning site out of the classroom and learns through direct experience by learners in context related to the topic, which enhances the performance ability of learners to solve problems while performing tasks on their own. As the learning environment has recently shifted to student-centered learning, a field trip learning has been focused on increasing learner&amp;apos;s autonomy and creativity. However, A field trip learning, which is recognized as just trips or picnics in the field of actual education, is difficult to expect educational achievements as they are led by schools and teachers due to manpower and operational limitations. The expectation and the limitations in a field trip learning are combined with the development of information technology and lead to smart learning in a field trip learning. While previous studies report the suitability and usefulness of smart learning as a field trip learning tool, in reality, smart learning does not live up to the enormous trend of changing to a learner-centered learning environment. In order to solve these problems, this study proposed a smartphone-based application with self-directed learning. By applying self-directed learning theories to place learners at the center of a field trip learning using smart learning, the school aims to give students the initiative in learning and gain the educational effect that experience learning wanted to gain. To proceed with the study, the theoretical background was first examined to secure the feasibility of the target selection and to derive the direction of self-directed field trip learning application in five ways. Self-directed field trip learning applications should first reflect all three stages of field trip learning: pre/site/post learning, and support learners to take the lead in individual/small group learning. It should also provide the ability to interact with teachers-students, students-to-students during the learning process, and to enable diverse learning based on smart technology. Finally, it should be implemented within the service, taking into account the level of student self-directing. Using orientation derived from the theoretical background as a framework for analysis, the need for application development was identified by looking at field trip learning applications designed in the preceding study and those currently in operation. Next, we analyzed the requirements of field trip learning through interviews with incumbent teachers and surveys of students. As opportunities for field trip learning are widely expanded beyond the curriculum as well as in schools, students&amp;apos; experience level and needs are diversified. However, there were calls for individual and small-group learners-led hands-on learning because there are limitations in providing hands-on learning at school sites under the leadership of schools and teachers. In addition, in the field of hands-on learning, students were motivated to participate actively, and their demand to provide feedback through the post-learning stage was identified. These analyzed requirements were used as the basis for application design. Finally, the self-directed learning model and requirements were applied at each stage of field trip learning to define the menu structure and services and to design a prototype of the field trip application around them. The functions of the application are provided for each learning stage. In the pre-learning stage, students&amp;apos; self-initiative levels are classified into dependent, interesting, participative, and self-directed students. The study design method is different according to the level. In the field learning stage, the ability to design exciting missions and rewards to support external learning motivation was reflected in the low level self-initiative students. In the post-learning stage, a field trip learning data is automatically collected and implemented as a report. For students with a high level of self-initiative, the editing function of the report was added. Also, it is designed to reconstruct and repeat the learning through feedback, mutual evaluation, and missions. In the designed prototype, a simple interface was applied and the usability evaluation was performed by the students who had taken the survey before. We performed the task by learning stage, freely commented in a Think Aloud method, and quantified the satisfaction through the Likert scale. As a result, we were able to get a response that was satisfactory on the whole, and it was confirmed that the given task was performed without much difficulty. The purpose of this study is to achieve the desired educational effect by granting the focus and authority of a field trip learning to the students, not the teachers, and to suggest ways to gradually develop students&amp;apos; self-directed learning skills by accumulating learning experiences through applications.Ⅰ. 서론 1 A. 연구의 필요성과 목적 1 B. 연구의 방법 및 구성 2 C. 용어의 정의 3 Ⅱ. 이론적 배경 5 A. 현장체험학습 5 1. 현장체험학습의 이해 5 2. 현장체험학습의 교육적 효과 6 3. 선행연구로 살펴 본 현장체험학습의 한계 8 B. 자기주도학습 11 1. 자기주도학습의 특징 11 2. 중학생의 자기주도학습 13 3. 자기주도학습 환경으로서 현장체험학습 14 C. 자기주도적 현장체험학습 도구로서의 스마트러닝 15 1. 스마트러닝의 이해 15 2. 현장체험학습과 스마트러닝 17 3. 스마트러닝을 활용한 자기주도학습 19 4. 자기주도학습모형의 적용 20 Ⅲ. 요구사항 분석 22 A. 분석의 기준 22 1. 사례조사 22 2. 분석 기준 도출 및 보완점 24 B. 현행 어플리케이션 26 C. 사용자 조사 33 1. 사용자 인터뷰 33 2. 사용자 설문조사 44 3. 결과 분석 50 Ⅳ. 어플리케이션 디자인 52 A. 구현방향 52 1. 기능정의 52 2. 자기주도학습 모형 적용 55 B. 서비스 흐름도 58 C. 프로토타입(Prototype) 제안 61 1. 사전학습단계 61 2. 현장학습단계 66 3. 사후학습단계 70 D. 사용성 평가 72 1. 평가 설계 및 수행 72 2. 결과 및 분석 73 Ⅴ. 요약 및 결론 77 참고문헌 80 ABSTRACT 8

초파리의 Bithorax-complex 유전자 돌연변이가 castor의 체절특이적인 발현 조절에 미치는 영향

Thesis(masters) --서울대학교 대학원 :과학교육과(생물전공),2010.2.Maste

수원시민을 대상으로

학위논문(석사)아주대학교 교육대학원 :평생교육,2012. 8본 연구는 기존 연구들에서 포괄적으로 다루어져 왔던 평생교육프로그램에서 시민참여교육영역의 프로그램이라는 하나의 세부적 연구 맥락에서 다루었다. 이를 위해 김진화 외(2010), 정윤재 외(2009), 이해주(2010)에서 다루었던 시민참여교육 영역을 시민 책무성 프로그램 9개 문항, 시민리더역량 프로그램 10개 문항, 시민참여활동 프로그램 7개 문항으로 총 26개 문항, 3개 영역으로 제시하였다. 본 연구에서 제시한 시민참여교육프로그램의 우선요구를 도출하기 위하여 수원시에 거주하는 대학생 이상의 일반성인 252명을 대상으로 설문조사를 실시하였고 설문 응답이 불완전한 경우 19명을 제외하고, 총 233명을 대상으로 자료를 분석하였다. 본 연구의 목적은 평생교육의 확대로 평생교육 프로그램이 양적&#8231;질적으로 다양해지고 학습자의 학습에 대한 다양한 요구들이 발생됨에 따라 시민참여교육 영역의 평생교육프로그램에 요구를 충족하기 위해 현재수준과 필요수준의 차이를 통해서 구체적인 시민참여교육에 대해 우선순위를 알아내는 것이다. 이를 위해 이번 연구에서 조대연(2009)의 설문지기법을 활용한 우선순위 결정과정을 활용하여 다음과 같은 요구분석을 실시하였다. 첫째, t검증을 통해 전체 시민참여교육 프로그램과 성별, 시민참여교육의 3가지 영역에 대한 현재수준과 필요수준의 차이를 파악하였다. 둘째, Borich의 요구도 공식에 의해 요구도 값을 산출하여 가중치에 따른 우선순위를 나열하였다. 셋째, The Locus for Focus 모델을 통해 4개의 평면에 항목들의 위치를 결정하였다. The Locus for Focus 모델은 2개의 축으로 구성되었으며, X축의 중앙값은 중요 수준의 평균값이며 Y축의 중앙값은 현재수준과 중요수준의 차이정도의 평균값을 의미한다. 넷째, The Locus for Focus 모델의 1사분면에 포함된 항목수를 파악하여 그 수만큼 Borich 요구도의 우선순위에 포함된 항목들을 결정하였다. 다섯째, Borich 요구도 우선순위 항목들과 The Locus for Focus 모델의 1사분면에 제안된 항목의 중복성을 확인하여 중복된 상위 우선순위에 해당되는 항목을 최우선순위 요구로 결정하였다. 두 방법 중 하나에만 해당되는 항목은 차 순위 항목으로 분류하였다. 그 결과 다음과 같은 분석 결과를 얻을 수 있었다. 첫째, 시민참여교육에서 전체 문항 중 최우선 순위에 포함된 항목은 자주대화하고 소통하는 교육과정인 대한민국 선진화와 시민리더십 문항으로 시민리더역량 프로그램 요구가 높은 것으로 나타났다. 둘째, 남자, 여자의 성별에 따라서 요구하는 시민참여교육 프로그램이 서로 상이하였다. 남자는 시민참여활동 영역의 토론 능력을 통한 갈등해소의 의사소통프로그램에 대한 요구가 높았으며 여성은 자주대화하고 소통하는 교육과정인 시민리더역량 영역의 대한민국 선진화와 시민리더십프로그램에 대한 요구가 높게 나타나 두 집단 간의 차이가 있는 것으로 나타났다. 셋째, 시민참여교육 영역 중 시민 책무성 프로그램에서는 생태적 삶의 실천인 자원봉사나 사회적기업의 운영이 시민리더역량 프로그램에서는 대한민국 선진화와 시민리더십이, 시민참여활동 프로그램에서는 갈등해소를 통한 의사소통에 대한 요구가 높은 것으로 나타났다.목 차 Ⅰ. 서 론 1. 연구의 필요성 및 목적 1 2. 연구 문제 4 3. 용어의 정의 5 가. 시민참여교육 5 나. 요구분석 5 Ⅱ. 이론적 배경 1. 시민참여교육개념 6 가. 시민참여교육 정의 6 나. 시민참여교육내용 및 방법 11 2. 요구분석의 개념 23 가. 요구분석의 정의 23 나. 요구분석 방법 25 Ⅲ. 연구방법 1. 연구모형 32 2. 조사대상 33 3. 조사도구 33 4. 자료수집 및 분석 34 Ⅳ. 연구결과 1. 시민참여교육 프로그램에 대한 요구 우선순위 분석 36 2. 성별에 따른 시민참여 교육프로그램 요구 우선순위 분석 40 3. 시민참여교육 영역에 따른 요구 우선순위 분석 49 Ⅴ. 요약 및 결론 1. 요약 58 2. 결론 및 제언 60 참고문헌 64 부 록(설문지)Maste

패치 기반 비주얼 마이크로폰

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Hallucination Space Relationship Learning to Improve Very Low Resolution Face Recognition

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Method for Controlling Surface Area and Microporosity ofPolymer Bead and Process for Preparing Post-crosslinkingPolymer Bead Whose Surface Area and Microporosity AreIncreased

본 발명은 가교도가 작고, 초기 표면적이 거의 없는 겔형(gel type)과 가교도가 크고, 초기 표면적이 어느 정도 있는 다공성 구조형(macroporous type)의 폴리스티렌계 고분자 수지입자를, 프리텔-크라프츠(Fridel-Crafts) 촉매를 사용하여 후가교(post-crosslinking)시킴으로써, 유기화합물의 분리 등에 유용하게 적절한 세공크기를 가지면서 동시에 표면적과 세공부피가 증가된 고분자 수지입자를 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 고분자 수지입자에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제조된 고분자 수지입자는 원래 수지입자의 물성과 프리델-크라프츠 반응조건에 따라 세공크기에 따른 세공부피와 표면적이 달라지지만, 단순히 세공형성제로 개조시키는 방법만으로 제조한 고분자 흡착제와 비교하여 전체적으로 상당히 큰 표면적을 지니게 제조할 수 있으므로, 우수한 고분자흡착제, 촉매담체 등으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 제조된 높은 표면적을 지니는 고분자 수지입자는 수용액 중에 있는 유기물에 대한 흡착능력이 뛰어나 우수한 고분자흡착제로 활용될 수 있으며, 적절한 화학적 개조를 통해 고분자담체, 이온교환수지, 킬레이트수지로 이용될 수 있다

Integrating Hidden Markov Models Based on Mixture-Of-Templates and K-NN2 Ensemble for Activity Recognition

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