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게이미피케이션 메카니즘을 적용한 양자역학 원리를 배우는 STEAM 프로그램 개발
Development of a STEAM Program to Learn the Principles of Quantum Mechanics by applying the Gamification Mechanism 원문보기

정보교육학회논문지 = Journal of the Korean Association of Information Education, v.20 no.5, 2016년, pp.507 - 518  

고대훈 (제주동초등학교) ,  박남제 (제주대학교 교육대학 초등컴퓨터교육전공)

초록
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본 논문에서는 STEAM 교육과 미래 유망직종인 컴퓨터 전문가 중 하나인 양자컴퓨터 전문가 대한 간접 체험의 기회를 제공하고자 국가수준 교육과정과의 연관성을 분석하여 초등학교 3-4학년을 위한 양자컴퓨터 전문가에 대하여 알아보고 자신의 진로와 연관지어 생각해볼 수 있는 STEAM 교육프로그램을 개발하였다. 하지만 초등학생들이 물리학 중 가장 어렵다는 양자역학을 근본으로 하는 양자컴퓨터의 기본이론을 이해하는 것이란 거의 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 게이미피케이션 메카니즘을 적용하여 양자역학 원리를 배울 수 있는 STEAM 프로그램을 제안하였다. 학생들이 흥미를 유발하고 양자컴퓨터의 가장 기본적인 원리 중 하나인 양자스핀과 양자컴퓨터와 연관된 양자암호, 그리고 아직 양자컴퓨터의 미완성 등을 간접적으로 체험할 수 있도록 교재를 개발하였으며, 이를 현장에 직접 적용하였다. 본 연구에서 제공하는 진로 STEAM 교육프로그램은 IT관련 진로 탐색과 관련 소양 함양에 긍정적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, in order to offer the opportunity to indirectly experience STEAM education and the profession of a quantum computer professional, one of computer experts as a promising occupation of the future, its correlation to the national curriculum was analyzed. STEAM educational program in this...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 물리학분야 중 가장 어려운 분야 중 하나로 손꼽히는 양자역학을 기본으로 하는 양자컴퓨터에 대하여 아직 컴퓨터과학에 대하여 자세히 알지 못하는 학생들이 어떤 컴퓨터인지 관심을 가지거나 이해하는 것은 매우 어려운 일이다. 그래서 본 프로그램에서는 학생들이 흥미를 이끌고 이해를 돕기 위해 게이미피케이션(Gamification) 메커니즘을 이용하여 기존에 개발되어 어린 학생들도 누구나 즐길 수 있는 단순한 게임을 변형해 양자컴퓨터에 대한 이해를 돕고 양자컴퓨터가 사용되는 미래 세상에 대하여 생각해볼 수 있는 기회를 제공하자고 하였다.
  • 본 연구는 사이버 네트워크 주제의 STEAM 진로교육 프로그램이 초등학생들에게 어떠한 효과가 있는지를 규명하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 3-4학년을 대상으로 한 교육프로그램을 제안하고 있으며 제주특별자치도 소재 3-4학년 학생을 대상으로 본 STEAM 진로 교육프로그램을 적용하여 효과성을 검증하였다[13][15][16][17][19][21].
  • 본 연구에서는 양자컴퓨터 전문가 진로 STEAM 교육프로그램을 개발하기 위하여 다음과 같은 연구 단계에 따라 연구를 진행하였다.
  • 본 프로그램에서는 학생들이 다가올 미래사회의 변화된 바람직한 컴퓨터의 모습을 상상해보게 하는 것을 목적으로 하여 기존 컴퓨터가 정보를 처리하는 방법과 인공 지능, 양자컴퓨터의 가장 기초적인 정보처리 방법(기술)을 비교할 수 있도록 체험하여 본 후 미래의 컴퓨터를 상상해보는 활동을 전개할 것이다. 이는 미래에 다가올 사회를 예측하고, 학생들이 관련된 분야의 직업을 탐색하는데도 도움을 줄 수 있을 것이다.
  • 그래서 암호에도 양자암호라는 새로운 암호체계가 등장하고 있다. 이처럼 양자컴퓨터를 어떻게 사용하는지에 대한 윤리교육도 병행하며 현재 다루기 힘든 양자비트의 현실에 대해서도 알아본다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양자컴퓨터는 어떤 기술인가? 이러한 한계를 극복하기 위해 나온 새로운 기술을 활용한 컴퓨터가 바로 양자컴퓨터이다. 양자컴퓨터는 Q비트를 사용하여 0과 1이외의 새로운 정보를 전달할 수 있는 기술이다. 양자컴퓨터의 속도는 기존의 컴퓨터를 뛰어넘음은 물론이고 슈퍼컴퓨터를 능가하는 능력을 가지고 있다.
양자컴퓨터 전문가가 되기 위해서는 어떤 사고능력을 필요로 하는가? 양자컴퓨터 전문가가 되기 위해서는 전기공학, 전자공학, 원자력공학, 통신공학, 양자역학 등을 전공해야한다. 그리고 현재 적용된 일반 컴퓨터와 다른 새로운 방법의 컴퓨터이므로 문제해결을 위한 분석적 사고 능력과 새로운 기술을 제품으로 만들 수 있는 창의력을 필요로 한다.
양자컴퓨터는 어떤 현상을 이용한 컴퓨터인가? 양자컴퓨터는 양자중첩과 양자얽힘의 두가지 현상을 이용한 컴퓨터이다. 양자 중첩이랑 양자가 측정되지 전까지는 전자가 어떤 값을 가지는지 임의성을 가지고 있는 상태이며, 양자 얽힘은 양자들 중 하나가 관측되면서 나머지 양자들도 고정되어 하나의 값을 나타내는 현상이다.
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참고문헌 (31)

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  2. Donghyeok Lee, Namje Park (2016). Geocasting-based synchronization of Almanac on the mari-time cloud for distributed smart surveillance. The Journal of Supercomputing, pp.1-16. 

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