KR101197714B1 - 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치 - Google Patents

가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 가상식물 또는 가상동물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치에 관한 것이다. 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법은 서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하여 저장수단에 저장하는 단계; 상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장 방정식을 구하여 저장하는 단계; 상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 상기 저장수단에 저장하는 단계; 및 상기 컴퓨터 내의 제어수단의 제어하에, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 제어단계를 포함한다. 이로써, 본 발명은 실사성이 높고 교육적 효과가 큰 장점이 있다.

Description

가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치{Method and apparatus for teaching biology using virtual living organism}
본 발명은 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상식물 또는 가상동물과 같은 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 한국연구재단의 연구사업 일환으로, 과제고유번호 : "2010-0000518", 연구사업명 : "기초연구사업/중견연구자지원사업/핵심연구지원사업", 연구과제명 : "생명과학 창의적 문제해결력 증진을 위한 식물교육 프로그램과 가상 식물의 개발 및 적용"에 관한 것이다.
가상생물 특히 가상식물 또는 가상동물의 개념은 기존에도 개발되고 이용되어왔다. 이러한 예로, 한국공개특허공보 2006-119539 (가상식물을 이용한 인터넷상의 커뮤니티 운영 방법 및 시스템), 2007-6221 (컴퓨터를 이용한 가상정원 제공방법), 2000-72751 (인터넷 온라인 가상동물세계 자연농장), 및 2000-37154 (온라인 육성 게임 광고) 등이 있었다. 이러한 선행기술들은 어느 정도 생물 특성을 이해하기 위한 교육적인 효과를 기대할 수는 있으나 가상생물을 생육함으로써 실제 생물에 대한 이해를 증진시키는 교육적인 목적보다는 단순히 가상의 애완동물이나 식물을 키우고 이해하면서 재미를 느끼게 하는 오락적인 요소를 가미한 것에 불과하다.
이러한 오락적인 요소가 많은 가상생물이 아니라, 실생물과 가까운 가상생물이 주어진다면, 생물 교과에 대한 이해를 보다 용이하게 할 수 있을 것이다. 한 예로, 생물 교과에서 소개되는 광합성 개념은 생태학, 생리학, 생화학, 에너지론 등의 다수의 개념 측면을 이해해야 하는 복잡한 생물학의 개념이다. 하지만, 학생들이 어려워하는 학습주제 중 하나일 뿐만 아니라 다른 생물 단원의 내용에 비해 생물의 '기능' 탐구와 관련이 깊기 때문에 관련 실험 실습은 중요한 학습의 기회가 되어왔다. 그러나 광합성 관련 탐구활동의 중요성에 비해 학교 현장에서는 많은 제약이 있어서 제대로 된 학습 경험을 제공하기 어려웠다. 학교 현장에서 갖게 되는 제약으로는 식물 생장 조건의 관리 및 생장 시간의 문제가 있다. 이 중 시간의 문제는 비교적 생활사가 짧은 Rapid cycling Brassica rapa(RcBr)을 이용하더라도 다양한 환경 조건에 따른 생장의 차이를 확인하기까지는 14일 이상 요구된다. 또한 환경 조건을 다양하게 하여 실험을 하기 위해 온도와 빛을 각각 5가지 서로 다른 환경 조건으로 나누어 실험을 계획해도 총 25회의 실험이 필요하며, 생장 기간 동안 조건을 일정하게 유지하는 데에도 많은 어려움이 있다. 이에 비해 가상식물은 학생들이 선택한 빛과 온도 조건에 따른 식물의 생장 모습을 단 몇 분이라는 짧은 시간으로 압축하여 3D 동영상으로 보여줌으로써, 생장 조건의 관리 및 생장 시간의 문제를 모두 해결할 수 있다. 또한 이를 웹을 통해 제공함으로써 학생들이 실제 식물의 생장을 관찰하는 것과 유사한 경험을 시공간의 제약없이 언제 어디서나 얻을 수 있을 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 상술한 기존의 필요성을 만족시키기 위하여, 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 상술한 기존의 필요성을 만족시키기 위하여, 실제 생물을 이용하여 3D 모델링을 통해 애니메이션으로 개발되어 실사성이 높고 교육적 효과가 큰 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법은
서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하여 저장수단에 저장하는 단계;
상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장 방정식을 구하여 저장하는 단계;
상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 상기 저장수단에 저장하는 단계; 및
상기 컴퓨터 내의 제어수단의 제어하에, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 제어단계를 포함한다.
본 발명은 상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치는
서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하고, 상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장방정식을 구하고, 상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 저장하는 저장수단; 및
상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 상기 컴퓨터 내의 제어수단을 포함한다.
본 발명은 상술한 과제를 달성하기 위하여, 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법을 수행하기 위한 소프트웨어 프로그램을 저장한 컴퓨터 독해가능 기록매체에 있어서, 상기 가상생물을 이용한 생물 교육 방법은
서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하여 저장수단에 저장하는 단계;
상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장 방정식을 구하여 저장하는 단계;
상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 상기 저장수단에 저장하는 단계; 및
상기 컴퓨터 내의 제어수단의 제어하에, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체를 제공한다.
바람직하기로는 상기 생장 방정식은 상기 환경 조건을 변수로 하여 상기 생장 데이터의 비선형 회귀분석을 실시하고, 시그모이드 곡선, 생장 곡선, 2차 곡선, 3차 곡선 중의 어느 하나로 얻어지는 회귀식인 것을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 테이블 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 테이블로 제시함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 그래프 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 그래프로 제시함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 생장 데이터는 마크업 언어로 저장됨을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경 조건을 복수로 입력가능하도록 하여, 가상생물이 복수의 환경 조건에서 각기 다른 생장변화를 복수개의 창으로 디스플레이하도록 함을 특징으로 한다.
바람직하기로는 상기 디스플레이 상에는 시계가 구비되어, 시간의 경과에 따르는 가상생물의 생장 변화를 알 수 있도록 함을 특징으로 한다.
본 발명은 교육용 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치를 제공하여 교육적인 효과를 높일 수 있다.
개발된 가상식물을 예로 하면 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
첫째, 학생들은 가상식물을 통해 언제 어디서나 식물의 생장과정을 관찰할 수 있다. 살아 있는 식물을 직접 키우면서 탐구할 수 있는 조건이 제한된 학교현장에서 웹을 통해 가상으로 식물을 키우는 경험을 학생들에게 쉽게 제공할 수 있다.
둘째, 가상식물은 빛과 온도에 따른 생장량의 변화를 이용하여 광합성 관련 수업에 적용 가능하다. 식물의 광합성은 빛, 온도와 같은 환경조건에 영향을 받으며 그 결과 생장에서 차이가 나타난다. 가상식물은 이를 반영하여 환경조건에 따라 각기 다른 생장을 나타내도록 구현함으로써 광합성 관련 수업에 활용이 가능하다.
셋째, 가상식물은 실제 식물을 이용하여 3D 모델링을 통해 개발하였다. 그 결과 실사성이 높은 3D 생장 동영상을 학생들에게 제공한다. 학생들은 웹을 통해 제시되는 시각적 자극에 민감하기 때문에, 단순한 2D형태의 식물을 제시하는 것보다 학생들의 호기심을 자극할 수 있는 3D 동영상으로 제작된 가상식물이 보다 효과적인 수업에 유리하다.
넷째, 가상식물은 학생들이 선호하는 조작 가능한 형태의 웹 매체이며 식물의 생장과 생명 현상 관찰 경험 제공에 효과적이다.
고등 동물의 경우는 단순하지 않아 어렵겠지만 원생동물(Protozoa)과 같은 예를 활용할 수 있는 가상동물의 경우에는 가상식물과 마찬가지로 다음과 같은 장점을 가질 수 있을 것이다.
첫째, 학생들은 가상동물을 통해 언제 어디서나 동물의 생장과정을 단시간내에 관찰할 수 있다. 살아 있는 생물을 직접 키우면서 탐구할 수 있는 조건이 제한된 학교현장에서 웹을 통해 가상으로 동물을 키우는 경험을 학생들에게 쉽게 제공할 수 있다.
둘째, 동물은 여러 환경 조건에 의해 생장의 차이를 보인다. 가상동물은 이를 반영하여 환경조건에 따라 각기 다른 생장을 나타내도록 구현함으로써 동물의 생육특성과 환경의 영향을 이해하는 수업에 활용이 가능하다.
셋째, 가상동물은 실제 동물을 이용하여 3D 모델링을 통해 개발할 수 있으며, 그 결과 실사성이 높은 3D 생장 동영상을 학생들에게 제공할 수 있다. 학생들은 웹을 통해 제시되는 시각적 자극에 민감하기 때문에, 단순한 2D형태의 동물을 제시하는 것보다 학생들의 호기심을 자극할 수 있는 3D 동영상으로 제작된 가상동물이 보다 효과적인 수업에 유리하다.
넷째, 가상동물은 학생들이 선호하는 조작 가능한 형태의 웹 매체이며 동물의 생장과 생명 현상 관찰 경험 제공에 효과적이다.
상술한 바와 같이, 생물교과 특성에 비추어 보았을 때, 생물교과의 웹 기반 교수학습 프로그램 개발에 사용되는 웹 매체는 실제 생명 현상 이해를 목적으로 개발되었으며, 실제 생명 현상의 반영 정도는 학습의 효과와도 매우 밀접한 관련이 있다. 이러한 점에서 생명 현상 중심적으로 개발된 가상생물은 생물 교과의 웹 교수학습의 교육적 효과를 더 높여줄 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한, 가상식물을 이용한 환경 조건에 따른 식물의 생장을 보여주기 위한 식물 교육 방법을 설명하기 위한 스크린샷이다.
도 2는 도 1에 도시된 사용자 데이터 입력창의 메뉴 중 생장 데이터 버튼 및 생장 그래프 버튼을 각각 눌렀을 때 도시된 스크린샷이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 식물 교육 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가상식물의 환경조건과 생장의 개념을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5는 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위하여, 실제 식물의 생장 데이터를 근거로 회귀분석을 이용한 생장곡선을 도시한 그래프도이다.
도 6은 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위한 모델링 자료를 수집하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위하여 블렌더 2.0(Blender 2.0)을 이용한 가상식물의 3D 모델링 과정을 설명하기 위한 스크린샷이다.
도 8은 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위하여 8000lux, 20℃에서 키운 식물의 생장 동영상을 캡쳐한 스크린샷이다.
도 9는 도 8의 동영상 분석을 통한 가상식물 생장 애니메이션 구현을 설명하기 위한 스크린샷이다.
도 10a는 본 발명의 한 실시예에 의한 가상생물을 이용한 생물 교육 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 가상생물을 이용한 생물 교육 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명에서는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치를 제공하고자 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명의 편의상 생활사(life cycle)가 비교적 짧은 식물을 예로 하여 가상식물을 이용한 생물 교육 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서는 편의상 식물에 대해서만 도면을 참조하여 설명하고 있으나, 동물에 대해서도 환경 조건 즉 품종, 유전 정보, 토양, 기후, 영양 및 개체수 등과 같은 변수에 따르는 생장 데이터를 시간 간격으로 측정하고, 생장 데이터를 이용하여 예를 들면 비선형 회귀분석을 통하여 생장 방정식을 구하고, 이를 애니메이션으로 디스플레이할 수 있음은 명백하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 가상생물을 이용한 생물 교육 장치의 구성은 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 구성될 수 있다. 도 10a 및 도 10b에는 마우스 또는 키보드와 같은 입력수단은 도시하지 않았고 편의상 그 설명도 생략하였다.
도 10a에 의하면, 본 발명의 가상생물을 이용한 생물 교육 장치로 적용되는 컴퓨터(1)는 일반적인 데스크탑 컴퓨터, 노트북컴퓨터, 넷북 컴퓨터 또는 컴퓨팅 단말기로서 제어수단(10), 저장수단(12), 및 디스플레이(14)를 포함한다.
도 10a에서, 가상생물을 제작하기 위하여 제작자는 실제 생물의 환경 조건에 따른 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하고, 상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장방정식을 구하고, 상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여, 상기 컴퓨터(1)의 저장수단(12)에 저장하고 있으며, 또한 저장수단(12)은 생장데이터의 회귀분석에 필요한 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences)와 같은 통계프로그램을 저장하고 있다. 상기 컴퓨터(1) 내의 제어수단(10)은 상기 디스플레이(14)에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면(도 1의 100)을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단(12)에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이(14)에 디스플레이되도록 제어한다. 도 10a에서 참조번호 7은 컴퓨터(1)에 입력되는 생장 데이터, 환경 조건, 프로그램 실행 명령 등의 입력데이터를 의미한다.
도 10b에서, 가상생물을 제작하기 위하여 제작자는 실제 생물의 환경 조건에 따른 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하고, 상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장방정식을 구하고, 상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여, 상기 컴퓨터(1')의 외부에 위치하는 서버 데이터베이스(12')에 저장하고 있으며, 또한 서버 데이터베이스(12')는 생장데이터의 회귀분석에 필요한 SPSS와 같은 통계프로그램을 저장하고 있다. 상기 컴퓨터(1') 내의 제어수단(10')은 상기 디스플레이(14')에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면(도 1의 100)을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 인터넷망(13)을 통하여 상기 서버 데이터베이스(12')에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이(14')에 디스플레이되도록 제어한다. 도 10b에서 참조번호 7'은 컴퓨터(1')에 입력되는 생장 데이터, 환경 조건, 프로그램 실행 명령 등의 입력데이터를 의미한다.
도 10b에 도시된 본 발명의 가상생물을 이용한 생물 교육 장치는 저장수단으로서 컴퓨터(1') 내의 저장수단을 사용하는 대신에, 인터넷망(13)을 통하여 액세스되는 외부에 위치한 서버(미도시)에 부속한 서버 데이터베이스(12')를 이용하는 점 이외에는 도 10a의 구성 및 동작과 동일하다.
이하, 설명의 편의상 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 가상식물을 이용한 식물 교육 방법 및 장치의 구성 및 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
식물의 광합성 교수학습을 위한 가상식물 개발
가상식물은 학생들로 하여금 웹기반 생물 교수학습을 통해 식물의 환경조건에 따른 광합성 및 생장 변화에 대한 효과적인 학습경험을 제공할 목적으로 개발되었다. 가상식물은 일정한 빛과 온도 조건에서 실제 식물의 생장 패턴을 3D 애니메이션으로 구현하였으며, 시간대별 생장 자료를 표와 그래프 형태로 학생들에게 제공하여 다양한 식물의 탐구활동에 이용할 수 있다.
가상식물의 구성
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한, 가상식물을 이용한 환경 조건에 따른 식물의 생장을 보여주기 위한 식물 교육 방법을 설명하기 위한 스크린샷이다. 도 1에서 컴퓨터(도 10a와 도 10b의 1과 1') 상의 디스플레이(도 10a와 도 10b의 14와 14')에는 컨트롤 패널 윈도우(100), 가상식물의 생장을 나타내기 위한 화분을 도시하는 가상식물 윈도우(200) 및 가상 탐구 활동 소개 윈도우(300)를 포함한다.
컨트롤 패널 윈도우(100)는 식물의 생장 조건 버튼(110), 식물의 생장 데이터 버튼(120), 식물의 생장 그래프 버튼(130), 식물의 생장 조건인 온도 및 빛(조도) 설정 선택 버튼(140), 온도 설정 버튼(112), 조도 설정 버튼(114), 각 가상식물의 화분 (115-118) 및 시작 버튼(150)을 구비한다.
가상식물 윈도우(200)는 가상식물을 담고 있는 적어도 하나의 화분(210-240) 및 시간의 경과를 나타내기 위한 시계(250)를 포함한다.
탐구 활동 소개 윈도우(300)는 가상식물을 통하여 탐구활동을 수행할 수 있도록 학습자료 버튼(310), Q&A 버튼(320), 형성 평가 버튼(330) 및 탐구활동을 위한 식물의 종류, 식물의 환경 변수, 식물의 성장 등 식물을 소개하기 위한 다수의 버튼(340)을 구비한다.
도 1에서, 가상식물은 학생들이 환경 조건 중 2가지(온도, 빛)를 상기 컨트롤 패널 윈도우(100)의 생장 조건 버튼(110)을 선택하여 온도/빛 설정 버튼(140)이 활성화된 상태에서 각 화분(115-118)에 대한 온도/조도 설정 버튼(112, 114)을 움직여 식물의 생장 조건을 직접 조절하여 동시에 최대 4개의 화분에 식물을 가상으로 키워보는 활동으로 구성되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 사용자 데이터 입력창의 메뉴 중 생장 데이터 버튼 및 생장 그래프 버튼을 각각 눌렀을 때 도시된 스크린샷이다.
학생들은 컨트롤 패널 윈도우(100)의 생장 데이터 버튼(120)과 생장 그래프 버튼(130)을 활성화하여, 도 2에 도시한 바와 같이 자신이 키운 가상식물들의 생장 데이터(125)와 그래프(135)를 확인 및 비교할 수 있으며, 또한 가상식물들의 생장 데이터(125)와 그래프(135)를 도시한 화면상의 길이 버튼(160), 잎면적 버튼(170), 및 생장량 버튼(180)을 활성화하여 여러가지 생장 데이터 및 그래프를 확인 및 비교할 수 있다.
가상식물 윈도우(200)에서 가상식물의 생장 과정이 애니메이션으로 구현되는 시간은 약 50초 정도이며, 학생들은 동일한 컨트롤 패널 윈도우(100)에서 자신이 키운 가상식물들의 생장 데이터(125)와 그래프(135)를 단시간 내에 그리고 동시에확인 및 비교할 수 있다. 학생들은 다양한 조건에서의 식물 생장 차이를 3D 애니메이션(200)과 데이터 표(125) 및 그래프(135)를 통해 확인한 후 광합성 관련 내용과 동일한 내용에 대해 학습한다. 전체적인 진행 순서는 식물 생장 시뮬레이션을 통해 다양한 조건에서의 식물 생장을 관찰하고 광합성에 영향을 주는 온도, 빛과 식물 생장의 관계를 이해할 수 있도록 하였다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만 광합성과 CO2 농도와의 관계도 이해할 수 있도록 설계할 수 있다.
가상식물 개발 과정
가상식물의 기본 개념 및 개발 목표
가상식물은 식물생장에 영향을 주는 온도, 빛 조건을 사용자가 조작하고 그 결과에 따른 식물 생장 차이를 확인할 수 있는 프로그램이다. 또한 실제 식물과 유사한 외형과 실제 식물의 생장 자료로부터 공식화한 생장 패턴을 3D 애니메이션으로 구현하여 현실감 있는 관찰 경험을 학생들에게 제공할 수 있으며, 가상식물의 개발목표는 다음과 같다.
첫째, 실제 식물의 생장 형태 및 생장 관련 데이터(길이, 잎의 면적, 생체량)를 수집 및 반영하고 식물의 각 부위를 3D 모델링하여 생장 애니메이션을 개발한 후, 이를 웹을 통해 식물 생장 3D 애니메이션을 제공함으로써 실제 식물을 기르는 것과 유사한 경험을 학생들에게 제공한다.
둘째, 사용자가 임의로 빛과 온도 조건을 설정할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 만큼 반복 실험할 수 있도록 구성하여 그 결과 나타나는 현상에서 오는 규칙성으로부터 개념 간 관계(식물 생장과 온도 및 빛 조건과의 관계)를 찾을 수 있는 기회를 제공한다.
가상식물의 세부 개발 과정
가상식물의 개념 설계
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 식물 교육 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 가상식물은 사용자가 설정한 포트 별 생장 조건(30)에 따라 가상식물의 생장 결과(32)를 3D 애니메이션으로 보여주는 프로그램이다. 전체적인 진행 과정은 다양한 사례로부터 규칙성을 찾아내는 귀납적 탐구 모형을 기반으로 하며, 학생들은 식물 생장에서의 차이를 3D 애니메이션의 비교를 통해 시각적으로 확인할 수 있다(34). 또한 가상식물의 생장조건은 실제 식물의 생장조건과 유사하게 구현함으로써 실제 식물을 대상으로 관찰을 하는 것과 유사한 경험을 제공할 수 있다(36).
가상식물과 관련된 학습 내용
가상식물과 관련된 학습 내용으로 광합성에 영향을 미치는 환경조건과 관련된 내용은 도 4에 도시한 바와 같이 중학교 1학년 '식물의 영양' 단원에서 광합성(40)과 환경요인 간의 관계를 알아보는 탐구활동으로 제시되어 있다. 가상식물은 식물 생장에 영향을 주는 환경요인으로 빛 조건(42)과 온도 조건(44)에 의한 광합성의 차이를 줄기의 길이, 잎의 수, 생체량 등의 생체 데이터(45)로 구현하며(도 4), 학생들은 이러한 과정을 통해 광합성과 환경조건에 대한 개념을 이해하는데 도움을 받을 수 있다.
가상식물 디자인
가상식물 개발을 위한 표준식물 선정
가상식물은 실제 식물의 특성을 가져야 하며, 이를 위해 외형과 생장 패턴과 같은 생물학적 특성의 실제 자료를 제공할 표준 식물이 필요하다. 이러한 표준 식물로는 식물의 일반적인 형태를 따르면서도 모델링 작업이 크게 어렵지 않은 식물이 선정되어야 한다. 또한 표준 식물은 가상식물의 생장패턴을 구현하기 위하여 제한된 조건에서도 생장이 가능하며 생장량 측정도 용이해야 한다. 이상과 같은 조건을 만족하는 표준식물로 Rapid-cycling Brassica rapa(RcBr)을 선택하였다.
RcBr은 식물 고유의 특성을 잘 반영하며 조작이 쉽고 단순한 형태를 가지고 있다. 이 때문에 미국을 비롯한 외국에서는 초등학교부터 대학에 이르기까지 과학시간이나 생물시간에 다양한 실험에 이용할 수 있는 매우 유용한 식물 재료로 각광을 받고 있으며 우리나라에서는 2000년대 초부터 초중등 교실 수업 적용을 위한 연구가 진행되어 왔다 또한 RcBr은 짧은 생활사를 가지므로 단시간 내에 다수의 개체로부터 생장 데이터를 추출할 수 있기도 하다. 이 연구를 위해 생장관련 데이터 수집에 용이한 개체로 RcBr 중 표준형을 선택하였다. RcBr의 생활사(life cycle)는 40-45일이며 파종 후 14일 정도에 개화하고 평균 신장 길이는 14일 경과 후 15cm 정도가 된다.
가상식물 생장 자료의 수집 방법
표준식물로 선택한 RcBr의 생장 데이터는 파종을 시작점으로 하여 특정 환경조건에서 최소 20일 이상 재배하면서 일정한 간격(일자별)으로 수집하였으며, 수집한 자료는 엑셀파일로 저장하여 분석하였다.
줄기의 길이 측정
RcBr의 길이생장과 관련한 자료는 줄기의 신장을 양적으로 측정하여 얻을 수 있으며, 각 절간의 길이 측정함으로써 전체 길이와 길이 생장의 양상을 알 수 있다. 길이생장 측정 위치는 길이 측정이 용이한 절과 절 사이를 기준으로 하였으며 하배축과 절간의 길이를 측정하여 기록하였다.
잎의 크기 측정
RcBr의 잎은 떡잎과 잎으로 구분할 수 있다. 떡잎은 첫 번째 절에 위치하며 좌우 각 한 개씩 발생하는데, 떡잎의 크기 측정은 둘 중 하나를 임의로 선택하여 화분에 표시한 후 측정한다. 다른 잎은 각 절에서 하나 또는 2개씩 발생하며 일반적으로 3~4개 정도 발생한다. 각 잎의 크기로 잎자루와 잎새 길이를 측정하였으며 잎의 정확한 면적 측정을 위해 잎의 세로 폭 길이를 추가로 측정하였다. 잎새 길이의 측정 기준은 잎의 갈퀴가 시작하는 부분부터로 하였으나, 갈퀴 없이 잎이 발생한 경우는 잎새가 생성된 위치부터 측정하였다. 한편, 잎의 형태적인 변이에 따라 잎자루 없이 바로 잎새가 발달하는 경우 잎자루 길이 측정은 생략하였다.
개화 자료 수집
RcBr의 꽃은 파종 후 12일 정도부터 개화가 시작되어 14일 정도에 개화되며 줄기 정단부에 주로 발생하는데, 줄기 정단 아래 측면으로 꽃이 발생하기도 한다. 각 꽃의 꽃자루 길이를 측정하고 꽃의 수를 세어 자료로 수집하였다.
생체량 측정
생체량은 RcBr의 질량을 측정하여 수집하였다. 지정된 환경 조건에서 RcBr 60개체를 17일 동안 키웠으며, 3일 단위로 총 5회에 걸쳐 10개체 단위로 수확하여 질량을 측정하였다.
환경 조건 설정
이상의 생장자료 측정을 위하여, RcBr을 일정한 환경 조건에서 최소 30개체 이상 파종 후 17일 이상 재배하였으며 주당 3회 생장 자료를 수집하였다. 온도 조건은 최저 10℃부터 최고 30℃까지 5℃간격으로 하였으며, 이때 빛의 세기는 8,000lux로 고정하였다. 빛 조건은 최저 2,000lux부터 최고 10,000lux까지 2,000lux간격으로 설정하였으며, 이때 온도는 20℃로 고정하였다. 재배 중에 병들거나 시들어 버린 개체는 제외하였고 측정한 자료로 통계분석용 소프트웨어 프로그램인 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences)를 이용한 회귀분석을 통해 생장 방정식을 계산하였다.
생장데이터를 이용한 생장방정식 계산
가상식물은 학생들에게 사실적인 관찰 경험을 제공하기 위한 목적으로 환경조건에 따른 생장패턴을 실제 식물과 유사하게 구현하였다. 이를 위해 실제 특정 온도와 빛 조건에서 생장한 RcBr의 줄기와 잎을 주기적으로 측정하여 얻은 생장 데이터를 근거로 비선형 회귀분석을 이용, 각 환경 조건별 생장방정식을 구하고, 다양한 조건에서의 생장방정식을 유도하였으며 이를 근거로 각 조건별 생장 애니메이션을 제작하였다. 각 생육 조건의 생장방정식은 시간대별 RcBr 길이에 대한 평균값을 구한 후 회귀분석을 통해 계산하였으며, 도 5에는 조도가 10,000lux이고 온도가 20℃에서의 생장곡선(52)과 조도가 4,000lux이고 온도가 20℃에서의 생장곡선(54)을 나타내고 있다.
특정 빛과 온도 조건의 시간대 별 생장데이터는 도 5와 같이 SPSS 통계프로그램의 회귀분석을 이용하여 생장 곡선을 얻었으며 400시간까지 40시간 단위로 추정된 생장데이터를 계산하였다. 동일한 방식으로 9개의 환경조건으로부터 발아 후 400시간까지 40시간 단위로 추정된 길이 생장 데이터를 계산하였다. 또한, 특정 시간 대의 생장 방정식을 이용하여 5개의 빛 조건과 5개의 온도 조건으로 구성된 총 25개의 환경 조건에 대한 줄기 길이생장 값을 계산하였다. 같은 방법으로 최대 400시간까지 40시간 단위로 길이 생장에 대한 추정값을 구하였다.
생장방정식은 전체 길이, 잎의 면적, 생체량으로 구하였으며 줄기 절간의 간격과 잎의 크기는 생장 애니메이션 제작에 반영하여 제작하였다. 생장방정식은 표 1과 같이 특정 빛과 온도 조건에서 특정 시간대 별 생장 데이터를 측정한 후 전체 데이터 중 이상 데이터를 제외한 나머지를 이용하여 수정된 평균값을 구하였다.
각 개체의 하배축과 절간의 길이 및 총 길이
개체 하배축 절간 1 절간 2 절간 3 절간 4 절간 5 총길이
1 21.85 14.79 23.02 19.61 15.34 94.61
2 17.67 12.91 11.53 4.29 4.42 50.82
3 16.83 17.93 12.55 18.95 11.35 77.61
4 18.32 35.22 18.06 15.72 17.81 105.13
5 15.82 19.48 43.60 4.37 4.74 88.01
7 17.07 14.68 5.11 9.92 9.66 56.44
9 17.65 12.80 2.91 26.15 2.69 62.20
12 22.92 23.92 17.48 26.32 20.95 11.76 123.35
13 20.04 12.07 11.41 33.48 43.50 120.50
RcBr 종자는 20℃ 암실에서 24시간 동안 물에 넣어 발아시킨 후 온도와 빛을 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 생육장치(growth chamber)로 옮겨 17일 이상 재배하면서 생장 데이터를 측정하였다. 온도 조건을 20℃로 일정하게 유지한 생육장치는 빛 조건을 5단계로 나눠 환경을 설정하고, 빛 조건을 8,000lux로 일정하게 한 경우에는 온도 조건을 5단계로 나누어 설정하여 표 1의 총 9가지의 서로 다른 생육 조건에 대한 RcBr의 생장 데이터를 얻었다. 줄기의 측정은 절간을, 잎의 길이 측정은 잎새가 시작하는 부분을, 잎의 폭 측정은 가장 넓은 위치를 기준으로 하였으며, 측정 기구로는 디지메틱 켈리퍼스를 이용하였다. 측정 간격은 2-3일에 1회로 하여, 17일 이상의 생장 데이터를 얻었는데 하나의 생육 조건 당 30개체 이상의 RcBr을 이용하였다.
총 9개의 생장방정식을 확인한 후 최대 400시간까지 40시간 단위로 생장 길이를 계산하였다. 일정 시간대의 생장 길이를 이용하여 온도와 빛 조건에 대한 비선형 회귀 분석을 통해 측정하지 않은 16개 생장조건에서의 시간대별 생장 길이를 계산하였다(표 2).
또한, 표 2의 조건에서 확장할 수 있는 총 25개의 조건 조합에 대하여 최대 400시간 동안 40시간 간격으로 10개의 생장 방정식을 유도하였다. 각 환경조건에서 줄기의 길이 생장 데이터를 계산하였으며 3D 애니메이션과 가상식물 데이터를 테이블과 그래픽 자료에 반영하였다.
일정한 빛 조건에서 서로 다른 온도에 따른 생장의 변화

빛(lux)
온도(℃)		 파종 후 시간(hr)
40 120 200 280 360 400


10,000

 10 1.94 2.86 4.71 5.22 6.17 12.83
15 2.91 6.06 7.61 13.70 31.85 51.47
20 3.88 8.83 15.42 33.67 72.37 103.07
25 4.85 11.06 27.61 62.39 118.42 156.34
30 5.82 12.85 42.56 95.82 164.44 206.40
각 시간대 별 9세트의 길이 생장 데이터를 SPSS의 비선형 회귀분석에 이용하여 빛과 온도를 변수로 비선형 회귀분석을 실시하였다. 비선형 회귀분석에 필요한 식은 시그모이드 곡선, 생장곡선, 2차 곡선, 3차 곡선 중에서 가장 유사한 패턴을 선택하였으며, R2값이 0.70 이상을 만족하는 회귀식을 생장 방정식으로 선택하였다.
한 예를 들면, 제한된 비선형 회귀분석 프로그램은 다음과 같이 표시되며 이 경우 데이터 집합의 모수 추정값과 분산분석은 표 3과 표 4와 같다.
*비선형 회귀
MODEL PROGRAM b0=0 b1=0 b2=0 b3=0 b4=0 b5=0.
COMPUTE PRED_=(((EXP(b0+b1/LIGHT))*EXP(b2+b3/THERM))))*b4.
CNLR length
/OUTFILE-'C:\DOCUME-1\은경\LOCALS-1\Temp\spss2032\SPSSFNLR.TMP'
/PRED PRED_
/BOUNDS b0 <- -2: b1 <- -1
/CRITERIA STEPLIMIT 2 ISTEP 1E+2D.
→[데이터 집합1] G: \RCER\회귀분석\CNWJDWWKFY\400분.sav
비선형 회귀 분석을 이용한 생장 방정식 추정 예시

모수
추정값
표준오차
95% 신뢰구간
하한값 상한값
b0 -2.053 4.956E7 -2.132E8 2.132E8
b1 -1.000 1517.083 -6528.482 6526.482
b2 1.661 7.515E7 -3.233E9 3.233E8
b3 -22.546 13.694 -81.466 38.374
b4 40.335 1.666E9 -7.169E9 7.169E9
b5 0.000 0.000 0.000 0.000
비선형 회귀 분석에 대한 분산 분석 결과 예시
소스 제곱합 자유도 VUDRS제곱
회귀모형 643.888 6 107.315
잔차 23.375 2 11.667
비수정 합계 667.263 8
수정 합계 88.412 7
생장방정식을 통해 얻은 각 환경 조건별 RcBr의 길이 생장 데이터는 가상식물의 3D 동영상 제작에 반영하는 한편, 학생들에게 생장 데이터로 제공된다. 잎 면적과 생체량도 줄기의 길이와 동일한 방법으로 총 25개 환경 조건에서의 생장방정식을 구했으며 가상식물 애니메이션과 생장 자료에 각각 반영하였다. 각 환경 조건에 따른 생장환경별 RcBr의 시간대별 길이, 잎의 면적, 생체량 자료는 XML파일(마크업 언어 파일)로 제작하였으며 학생들이 선택한 환경 조건에 따라 생장 자료를 로딩하여, 생장 애니메이션 선택과 표와 그래프를 이용한 시간대별 생장 자료 제시에 이용하였다.
RcBr 을 이용한 가상식물 모델링과 환경 조건 선택 패널 디자인
도 6은 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위한 모델링 자료를 수집하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 의하면, 가상식물은 실제 식물의 생명 현상을 표현하기 위해, 모델이 되는 RcBr 생장과정의 시간대별 특징과 세밀한 디자인이 필요하다. 이를 위해 도 6에 도시한 바와 같이, 실제 RcBr의 생장을 디지털카메라로 촬영 후 시간대별로 분석하여 줄기와 잎의 형태적 변화 양상(63-65)을 눈금자(62)로 확인하였으며 생장 애니메이션 제작에 반영하였다.
도 7은 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위하여 블렌더 2.0(Blender 2.0)을 이용한 가상식물의 3D 모델링 과정을 설명하기 위한 스크린샷이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 디지털카메라를 이용하여 얻은 이미지는 가상식물 제작에 필요한 3D개체 제작에 반영하였으며, 3D 디자인 프로그램 도구 화면(77)을 이용하여 RcBr의 줄기와 잎을 가상식물의 3D 개체(71-75)로 디자인하였고, 이를 그래프(76)로 표시하였다.
가상식물에서 학생들의 생장조건 선택을 위한 컨트롤 패널 윈도우(화면 창)(도 1의 100)는 가상식물의 생장조건을 조절하는 영역으로, 5단계의 온도 조건과 5단계의 빛 조건을 학생들이 선택하며 4개의 화분에 독립적으로 선택할 수 있다. 조절가능한 온도 범위는 최저 10℃부터 최고 30℃이며 빛은 최저 2,000lux부터 최고 조도 10,000lux로 설정하였다.
가상식물의 생장 애니메이션 제작
도 8은 본 발명에 의한 가상식물을 제조하기 위하여 8000lux, 20℃에서 키운 RcBr의 생장 동영상을 캡쳐한 스크린샷이다. 가상식물의 생장을 3D 동영상으로 구현하기 위하여 생장패턴을 보여주는 실제 RcBr 생장 동영상과 특정 조건에서 17일 이상 측정하여 얻은 생장 데이터를 이용하였다. 도 8에 도시한 바와 같이 RcBr 생장 동영상은 생육장치(growth chamber) 안에서 생장 중인 RcBr을 디지털 카메라의 인터벌 셔터로 촬영하여 동영상(82-86)으로 편집하였다. 도 8에서 동영상(82)은 발아 후 200시간 지났을 때의 생장 동영상이고 동영상(84)은 발아 후 220시간 지났을 때의 생장 동영상이며, 동영상(86)은 발아 후 240시간 지났을 때의 생장 동영상이다.
도 9는 도 8의 동영상 분석을 통한 가상식물 생장 애니메이션 구현을 설명하기 위한 스크린샷이다. 도 9에 도시한 바와 같이 동영상 분석을 통해 줄기 신장, 잎의 발생과 생장 패턴을 분석하여 줄기 신장 부위의 변화와 순서를 반영하여 3D 동영상 제작에 적용하였다. 각 환경 조건별 가상식물의 생장 애니메이션은 5가지의 빛 조건과 5가지의 온도 조건을 조합한 25가지 환경에서 얻어진 RcBr의 시간대별 줄기 길이의 변화량과 잎 면적을 회귀분석을 통해 생장방정식으로 구현하였다. 줄기 길이와 잎 면적에 대한 생장방정식을 이용하여 각 환경조건별 차이를 반영하여 5단계의 빛 조건과 5단계의 온도조건을 조합한 25개의 생장애니메이션을 제작하였다. 도 9에서 동영상(92)은 발아 후 156시간 지났을 때의 애니메이션 동영상이고 동영상(94)은 발아 후 269시간 지났을 때의 애니메이션 동영상이고 동영상(96)은 발아 후 351시간 지났을 때의 애니메이션 동영상이다.
가상식물의 시간대별 줄기 길이는 생장방정식을 통해 얻어진 자료에 근거하여 각 환경조건에서 가상식물의 시간대별 생장 길이를 결정하였으며 생장 동영상의 생장 패턴을 이용하여 가상식물의 생장 애니메이션을 구현하였다. 가상식물의 잎은 각 환경 조건에서 잎의 잎새와 잎자루의 길이를 반영하여 디자인했으며 전체 면적의 상대적인 차이는 잎의 면적에 대한 생장 방정식을 이용하여 반영하였다.
액션스크립트( actionscript )를 이용한 가상식물 구현
가상식물을 구성하는 요소들을 하나로 통합하여 기능적인 단위로 제작하기 위하여 플래시 CS4를 기반으로 제작하였다. 가상식물의 생장 애니메이션과 컨트롤 패널을 기본으로 하여 자료제시용 테이블 및 그래프를 통합하여 하나의 가상식물을 완성하였다. 학생들의 가상식물 생장환경 선택 결과와 생장애니메이션 및 생장자료를 연결시키기 위하여 플래시 CS4 프로그램에서 제공하는 액션스크립트(actionscript)를 이용하였다.
액션스크립트는 학생들이 컨트롤 패널에서 선택한 환경 조건을 각 화분의 입력변수로 하여 각각의 가상식물 애니메이션 파일을 선택 및 로딩할 수 있도록 한다. 또한 입력변수는 XML파일로부터 로딩된 생장 자료에서 각 화분 개체의 줄기 길이, 잎 면적, 생체량을 선택하여 결과변수로 저장한 후 생장 데이터의 테이블과 그래프 구현을 위한 자료로 이용한다. 테이블은 선택된 환경 조건에서 전체 400시간의 생장 시간을 40시간 단위로 나누어 줄기 길이, 잎 면적, 생체량의 변화를 자료로 제시해 주며, 그래프는 테이블에 제시된 각 화분의 가상식물 생장 자료를 시간대별 변화량으로 표현한다.
플래시CS4를 이용하여 개발한 가상식물은 환경 조건에 따른 식물생장의 차이를 보여주는 3D 애니메이션 영역과 생장 환경조건 선택 및 결과 확인 영역, 학습관련 영역으로 구성되어 있다. 생장 환경 조건 선택 및 결과 확인 영역은 RcBr생장 조건 선택, RcBr 생장 DATA, RcBr 생장 Graph의 하위 영역으로 구성되어 있다(도 1).
RcBr생장 조건 선택은 4개의 화분에 대한 빛과 온도 조건을 각각 5개 조건으로 선택할 수 있으며 학습자의 선택에 의해 25개의 생장조건 중 하나를 지정하게 된다(1부터 25까지). 시작 버튼을 누르게 되면 각 화분에 지정된 값에 따라 3D애니메이션이 선택되어 각 화분 창에서 플레이 되며, 동시에 상단 시계가 작동하여 17일 동안의 생장을 보여 주게 된다. 각 화분에 지정된 값은 RcBr 생장 DATA, RcBr 생장 Graph의 필요한 데이터를 로딩하는 과정에 반영되며 미리 저장된 생장 data 중 지정된 값에 해당하는 자료를 로딩하여 변수에 저장한 후 데이터 테이블과 그래프로 표현한다. 이때, 데이터 로딩 후 변동성을 부여하기 위하여 랜덤 함수를 적용하였으며 매회 같은 조건이라도 다른 데이터 값이 나오도록 하였다.
가상식물의 웹 기반 교수학습 적용
개발된 가상식물을 광합성 웹 기반 교수학습 프로그램으로 실제 웹상에서 이용할 수 있도록 적용하기 위하여 교수학습과정에 필요한 내용을 추가하였다. 광합성 수업을 위하여 '광합성 개념 요약, 형성평가, 추가 학습자료'를 플래시 무비로 개발하였으며 가상식물 생장 애니메이션과 컨트롤 패널, 테이블, 그래프와 통합하여 광합성 수업을 위한 웹 기반 교수학습 프로그램으로 가상식물을 구현하였다(도 1). 이를 위하여, 본 발명은 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법을 수행하기 위한 소프트웨어 프로그램을 저장한 컴퓨터 독해가능 기록매체를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서 가상식물에 대해서 설명하였으나, 아메바, 짚신벌레와 같은 하등동물은 물론이고 척추동물과 같은 고등동물에 대한 가상동물의 경우에도 마찬가지로 실제 동물에 대한 생장데이터와 기후, 토양, 온도, 빛, 수분 및 영양과 같은 환경조건에 따른 생장곡선을 설정할 수 있으며, 환경조건을 바꿈으로써 데이터베이스에 저장된 데이터와 컴퓨터의 프로그램 실행에 의해 가상동물을 제조하고 그를 이용하여 가상동물의 교육을 언제 어디서나 단기간에 수행할 수 있다.
지금까지 설명한 것은 본 발명의 특정한 실시예에 불과한 것이며, 당해 기술에 통상의 기술을 이해하는 자는 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예와 수정예를 만들 수 있으며, 이러한 변형예 및 수정예도 본 발명의 권리에 속하는 것임은 명백할 것이다.
1. 1'...컴퓨터 7, 7'...입력 데이터
10. 10'...제어수단 12...저장수단
12'...서버 데이터베이스 13...인터넷망
14, 14'...디스플레이 100...컨트롤 패널 윈도우
110...생장 조건 버튼 120...생장 데이터 버튼
130...생장 그래프 버튼 140...온도/빛 설정 활성화 버튼
200...가상식물 윈도우 300...탐구활동 소개 윈도우

Claims (21)

  1. 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법에 있어서,
    서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하여 저장수단에 저장하는 단계;
    상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장 방정식을 구하여 저장하는 단계;
    상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 상기 저장수단에 저장하는 단계; 및
    상기 컴퓨터 내의 제어수단의 제어하에, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 제어단계를 포함하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생장 방정식은 상기 환경 조건을 변수로 하여 상기 생장 데이터의 비선형 회귀분석을 실시하고, 시그모이드 곡선, 생장 곡선, 2차 곡선, 3차 곡선 중의 어느 하나로 얻어지는 회귀식인 것을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 테이블 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 테이블로 제시함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 그래프 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 그래프로 제시함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 생장 데이터는 마크업 언어로 저장됨을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경 조건을 복수로 입력가능하도록 하여, 가상생물이 복수의 환경 조건에서 각기 다른 생장 변화를 복수개의 창으로 디스플레이하도록 함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 디스플레이 상에는 시계가 구비되어, 시간의 경과에 따르는 가상생물의 생장 변화를 알 수 있도록 함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법.
  8. 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치에 있어서,
    서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하고, 상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장방정식을 구하고, 상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 저장하는 저장수단; 및
    상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 상기 컴퓨터 내의 제어수단을 포함하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 생장 방정식은 상기 환경 조건을 변수로 하여 상기 생장 데이터의 비선형 회귀분석을 실시하고, 시그모이드 곡선, 생장 곡선, 2차 곡선, 3차 곡선 중의 어느 하나로 얻어지는 회귀식인 것을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 테이블 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 테이블로 제시함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 그래프 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 그래프로 제시함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 생장 데이터는 마크업 언어로 저장됨을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경 조건을 복수로 입력가능하도록 하여, 가상생물이 복수의 환경 조건에서 각기 다른 생장 변화를 복수개의 창으로 디스플레이하도록 함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 디스플레이 상에는 시계가 구비되어, 시간의 경과에 따르는 가상생물의 생장 변화를 알 수 있도록 함을 특징으로 하는 가상생물을 이용한 생물 교육 장치.
  15. 컴퓨터의 디스플레이상에 디스플레이되는 가상생물을 이용한 생물 교육 방법을 수행하기 위한 소프트웨어 프로그램을 저장한 컴퓨터 독해가능 기록매체에 있어서, 상기 가상생물을 이용한 생물 교육 방법은
    서로 다른 환경 조건에 따른 실제 생물의 생장 데이터를 시간 간격을 두고 수집하여 저장수단에 저장하는 단계;
    상기 생장 데이터를 근거로 상기 각 환경 조건별 생장 방정식을 구하여 저장하는 단계;
    상기 생장 방정식을 토대로 상기 각 환경 조건별 가상생물 생장 애니메이션을 제작하여 상기 저장수단에 저장하는 단계; 및
    상기 컴퓨터 내의 제어수단의 제어하에, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경조건을 입력하면, 상기 저장수단에 저장된 생장 데이터와 생장 애니메이션을 불러내어 상기 가상생물의 생장 변화가 상기 디스플레이에 디스플레이되도록 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 생장 방정식은 상기 환경 조건을 변수로 하여 상기 생장 데이터의 비선형 회귀분석을 실시하고, 시그모이드 곡선, 생장 곡선, 2차 곡선, 3차 곡선 중의 어느 하나로 얻어지는 회귀식인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
  17. 제15항에 있어서, 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 테이블 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 테이블로 제시함을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
  18. 제15항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤 패널 화면 상에는 그래프 제시 선택창이 구비되어, 상기 생장 데이터를 토대로 환경 조건 및 시간 간격에 따르는 생장 변화를 그래프로 제시함을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 생장 데이터는 마크업 언어로 저장됨을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 디스플레이에 디스플레이되는 컨트롤 패널 화면을 통하여 사용자가 상기 가상생물의 환경 조건을 복수로 입력가능하도록 하여, 가상생물이 복수의 환경 조건에서 각기 다른 생장 변화를 복수개의 창으로 디스플레이하도록 함을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
  21. 제6항에 있어서, 상기 디스플레이 상에는 시계가 구비되어, 시간의 경과에 따르는 가상생물의 생장 변화를 알 수 있도록 함을 특징으로 하는 컴퓨터 독해가능 기록매체.
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