Investigation of factors affecting learning of thermodynamics and statistical mechanics concepts

The purpose of this study is to investigate the factors that influence statistical and thermal physics concept learning for students who are majoring in physics. For this end we consider abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style as independent variables and statistical and thermal physics concept learning as dependent variable. Moreover, a correlation between independent variables and dependent one are analyzed. In this study, the survey is conducted for male and female undergraduate students and also graduate students in physic education department and in physics department in Seoul, Gyeonggi and Incheon. Specifically, we investigate the surveys of 113 students. The questionnaires consist of two parts : questionnaire I is composed of the questions for evaluating statistical and thermal physics concepts and questionnaire II is about the research questions for the factors such as the abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style. Using the SPSS win 20.0 Program, the collected questionnaires are analyzed by exploiting factor analysis, reliability analysis, frequency analysis, t-test and correlation analysis. The results of this study can be summarized as follow: First, correlation analyses among statistical and thermal physics concept achievement and four factors of the abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style show that the Pearson correlation coefficients are r= .302 for the abstract thinking ability, r= .310 for the mathematics thinking ability, r= .438 for the learning motivation and r= .255 for the learning style. The results are shown to be statistically significant. Second, I categorize a higher group and a lower group in terms of the scores of abstract thinking ability, mathematics thinking ability and learning motivation. The analysis of statistical and thermal physics concept achievement gap between these two groups indicate that abstract thinking ability, mathematics thinking ability and learning motivation are getting higher also statistical and thermal physics concept achievement scores are getting higher. Third, statistical and thermal physics concept questions show that around 50% of answers are correct. Analyzing the answers of the essay questions which students write down, they show the difficulties of understanding of the idealized conditions, such as isolated system and ideal gas and the degrees of freedom. They also make mistakes like the lacks of explanation on answers and appropriate expressions and so on. Fourth, the average scores of male students show a little bit higher than those of female students in all the areas of statistical and thermal physics concept achievement, abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style. However, the differences between male students and female ones are not statistically significant in the two areas of learning motivation and learning style. Through this study, we recognize that when students learned statistical and thermal physics concepts, all the factors of abstract thinking ability, mathematics thinking ability, learning motivation and learning style are shown to be significant. In future works, other concepts related to statistical and thermal physics will be investigated and these studies are expected to contribute to studying teaching-learning methods which make a successful learning and improve understanding of physics concepts and problem solving.;본 연구의 목적은 물리학을 전공한 학생들을 대상으로 열 및 통계물리 개념 학습에 영향을 주는 요인을 알아보고자 하는 것이다. 이를 위해 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식을 독립변인으로, 열 및 통계물리 개념 학습을 종속변인으로 하여 독립변인들과 열 및 통계물리 개념 성취도 간의 상관관계를 분석하였다. 이 연구에서 활용된 열 및 통계물리 개념은 대학교 교재로 사용되고 있는 서적들을 참고하여 선정하였다. 본 연구는 서울, 경기, 인천에 소재하고 있는 대학교의 물리교육 또는 물리학과에 재학 중인 남, 여 대학생과 대학원생 121명을 대상으로 설문조사를 실시하였으며 총 113부를 최종 분석하였다. 설문지는 설문지Ⅰ과 설문지Ⅱ로 구성되어 있다. 설문지Ⅰ은 열 및 통계물리 개념을 평가하기 위한 문항으로 구성되어 있으며, 설문지Ⅱ는 열 및 통계물리 개념 학습에 영향을 미치는 요인에 대한 조사 문항으로 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식을 측정하는 문항으로 구성되어 있다. 수집된 자료는 SPSS 20.0 프로그램을 사용하여 연구문제에 따라 요인분석, 신뢰도분석, 빈도분석, t-검정, 상관분석을 실시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 열 및 통계물리 개념 성취도와 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 요인 간의 상관분석을 실시한 결과, Pearson 상관계수가 추상적 사고 능력은 r=.302, 수학적 사고 능력은 r=.310 , 학습 동기는 r=.438 , 학습 양식은 r=.255로 네 가지 요인 모두 통계적으로 유의미한 상관관계를 가지고 있었다. 둘째, 추상적 사고 능력과 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 점수가 상위인 그룹과 하위인 그룹으로 나누어 열 및 통계물리 개념 성취도 차이를 분석한 결과 추상적 사고능력이 높을수록, 수학적 사고 능력이 높을수록, 학습 동기가 높을수록 열 및 통계물리 개념 성취 수준이 높게 나타났다. 셋째, 열 및 통계물리 개념 문항은 약 50%의 정답률을 보였고, 학생들이 작성한 주관식 문항의 답안을 분석하면 고립계나 이상기체, 자유도 등 이상화된 조건에 대한 이해가 부족하였으며, 답에 대한 부족한 설명이나 적절하지 않은 식을 사용하는 등의 오류도 범하였다. 넷째, 열 및 통계물리 개념 성취도 평균 점수는 여학생보다 남학생이 약간 높게 나타났으며, 이는 통계적으로 유의미하였다. 추상적 사고 능력 점수, 수학적 사고 능력 점수, 학습 동기 점수, 학습 양식 점수 모두 남학생의 평균 점수가 여학생의 평균 점수보다 높게 나타났지만 학습 동기 점수와 학습 양식 점수에서 남학생과 여학생간의 차이는 통계적으로 유의미 하지 않았다. 다섯째, 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 요인에 대해 빈도분석을 실시한 결과 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기 요인은 정상분포를 이루고 있지만 학습 양식 요인의 점수는 약한 부적분포를 나타내고 있다. 이것은 학생들이 다양한 학습 양식을 통한 교수-학습으로부터 열 및 통계물리 개념 학습에 도움을 받을 수 있다고 생각하고 있음을 알 수 있다. 본 연구를 통해 물리전공 대학생, 대학원생들이 열 및 통계물리 개념을 학습하는데 있어 추상적 사고 능력, 수학적 사고 능력, 학습 동기, 학습 양식 요인 모두가 영향을 미치는 것으로 나타났다. 후속 연구에서는 열 및 통계물리와 관련된 다른 개념들에 대해서도 조사하여 물리 개념의 이해도와 문제해결력을 향상시킬 수 있는 성공적인 학습을 할 수 있도록 교수-학습 방법을 연구하는데 기여할 것으로 기대된다.Ⅰ. 서론 1 A. 연구의 필요성 및 목적 1 B. 연구문제 3 C. 용어의 정의 4 1. 열 및 통계물리 개념 4 2. 추상적 사고 능력 4 3. 수학적 사고 능력 4 4. 학습동기 4 5. 학습양식 5 D. 연구의 제한점 5 Ⅱ. 이론적 배경 7 A. 열 및 통계물리 개념 7 1. 열 및 통계물리 개념 7 B. 열 및 통계물리 개념학습에 영향을 미치는 요인들 8 1. 추상적 사고 능력 8 2. 수학적 사고 능력 10 3. 학습동기 13 4. 학습양식 15 Ⅲ. 연구방법 및 절차 19 A. 연구대상 19 B. 연구절차 20 C. 검사도구 22 1. 열 및 통계물리 개념 평가지 22 2. 열 및 통계물리 개념학습에 영향을 주는 설문지 요인 분석 23 가. 추상적 사고 능력 측정 문항 23 나. 수학적 사고 능력 측정 문항 24 다. 학습동기 측정 문항 25 라. 학습양식 측정 문항 26 마. 요인분석 결과 27 Ⅳ. 연구결과 및 해석 30 A. 열 및 통계물리 개념의 이해정도 30 B. 열 및 통계물리 개념 성취도와 4가지 요인과의 상관분석 40 1. 추상적 사고 능력과 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 40 2. 수학적 사고 능력과 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 43 3. 학습동기와 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 46 4. 학습양식과 열 및 통계물리 개념 성취도와의 상관관계 48 Ⅴ. 결론 및 제언 51 참고문헌 54 부록 1. 열 및 통계물리 개념 60 부록 2. 설문지 67 ABSTRACT 7

Bone formation by transplantation of calcium phosphate glass powders onto the calvarial bone in Sprague-Dawley rats.

치의학과/석사[한글] 결손부를 치료하는 것은 치과 치료에 있어 아주 중요한 문제로 질환의 진행을 정지시키는 것 뿐 만 아니라 지지조직들의 흡수를 예방하고, 이미 파괴된 지지 조직들을 기능적, 심미적으로 재생시키는 데 그 목적이 있다. 골 이식재는 골재생을 위한 공간을 제공하기 위해 사용되어 외상이나 수술로 야기된 결손부를 골증대시키고, 발치 부위와 인접 부위의 치조골 흡수를 예방하고, 치주 질환으로 야기된 골 결손부는 골재생을 유도하며, 임플란트 수술 시에는 부족한 치조골 부위를 증대시키는 역할을 한다. 골 이식재의 종류에는 자가골 이식재, 동종골 이식재, 이종골 이식재, 합성골 이식재 등이 있으며, 이중 합성골이식재로는 주로 아파타이트 등의 칼슘 포스페이트 화합물이 사용되어 왔다. Lee 등은 기존의 칼슘 포스페이트 화합물에 비해 Ca/P 비가 0.6으로 매우 낮고, 비결정성인 칼슘 포스페이트 글라스를 개발하여 in vitro 시험 결과생분해 속도가 매우 빠르고, 재료 표면에 아파타이트 결정이 석출되며, 유사 전구 골모세포인 MC3T3-E1 세포의 알카리성 인산 효소 활성도가 유의하게 증가되고, 골결절 형성 시기가 빨라져서 세포의 초기 분화에 효과적이라고 보고하였다. 이에 본 연구에서는 백서 두개골에 8 ㎜ 지름의 원형 결손부을 형성하여 평균 입도 40 ㎛인 CaO-CaF2-P2O5-MgO계 칼슘 포스페이트 글라스(CPG 40)와 평균 입도 400 ㎛인 CaO-CaF2-P2O5-MgO-Al2O3계 칼슘 포스페이트 글라스(CPG 400)를 이식하고 아무런 처치도 하지 않은 군을 대조군으로 하여 술후 2주, 4주 및 8주의 치유 결과를 조직학 및 방사선학적으로 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. CPG 40은 조작성과 응집력이 우수하여 결손부 내에 충진이 용이하고 혈류에 저항성이 있었으나 염증이 심하여 술후 백서의 두피가 벗겨졌으며, CPG 400은 조작이 난이하고 혈류에 산재되는 단점이 있었으나 치유 양상은 깨끗하였다. 2. 조직학적 관찰 결과 대조군과 CPG 40에서는 골 성장 양상이 주로 결손부 변연과 경뇌막에 국한되는 삼각형을 나타내었으나, CPG 400에서는 결손부 변연과 경뇌막 뿐 아니라 상부로도 광범위하게 활발히 진행되는 양상을 나타내었다. 3. 백서 두개골 결손부 내 신생골의 형성 길이는 대조군과 CPG 400은 술후 시간이 경과함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, CPG 40은 술후 2주에는 대조군보다 큰 값을 나타내었지만, 술후 8주에는 대조군보다 오히려 낮은 값을 나타내어 시간에 따라 오히려 감소하였다. CPG 400은 전기간에서 대조군 및 CPG 40에 비해 통계적으로 유의하게 큰 값을 나타내었다. 단, 술후 2주의 CPG 400과 CPG 40간에는 통계적인 유의차가 없었다(p<0.05). 4. 백서 두개골 결손부 내 신생골의 형성 면적은 대조군과 CPG 400은 술후 시간이 경과함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, CPG 40은 술후 2주에는 대조군보다 큰 값을 나타내었지만, 술후 8주에는 대조군보다 통계적으로 유의하게 낮은 값을 나타내어 시간에 따라 오히려 감소하였다. CPG 400은 전기간에서 대조군과 CPG 40에 비해 통계적으로 유의하게 큰 값을 나타내었다(p<0.05). 5. 백서 두개골 결손부 내 신생골의 형성 밀도는 대조군과 CPG 400은 술후 시간이 경과함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, CPG 40은 술후 2주에는 대조군보다 큰 값을 나타내었지만, 4주와 8주에는 오히려 대조군보다 낮은 값을 나타내었다. CPG 400은 전기간에서 대조군보다 높은 값을 나타내었고, 술후 8주에서는 통계적으로 유의차가 있었으며, CPG 40에 비해서도 전기간에서 높은 값을 나타내었으나, 술후 2주에는 통계적 유의차가 없었다(p<0.05). 이상의 결과를 통해 백서 두개골 결손부에 칼슘 포스페이트 글라스를 이식한 경우에 신생골 길이, 면적 및 밀도가 유의하게 개선되어 골조직 재생 유도 능력이 우수한 재료로 사료되며, 그 효과는 알루미나의 첨가와 입도에 의존하였다. 향후 차폐막이나 성장 인자와 함께 사용하면 좋은 결과를 얻을 것으로 기대된다. [영문] The treatment of the bone defects resulting from trauma, neoplasm, surgery, or infection is one of the major concern in dentistry. The major goal is the functional, esthetical regeneration of supporting structures already destructed by disease. Transplantation technique have been used to provide a scaffold for bone regeneration, to augment bony defects resulting from trauma or surgery, to restore bone loss caused by dental disease, to prevent the collapse the alveolar ridge in recent extraction sites, to replace bone loss by periodontal disease, to augment the alveolar ridge in implant surgery. There are autogeneous, allogenic, xenogenic and alloplastic bone-grafts in transplantation. Among the alloplastic bone-graft materials, calcium phosphates have been received the most attention. In this study, the critical size defects were surgically produced in the calvarial bone of Sprague-Dawley rats using the 8 ㎜ trephine bur. Calcium phosphate glass powders with smaller average size 40 ㎛ in CaO-CaF2-P2O5-MgO and with greater mean diameter 400 ㎛ in CaO-CaF2-P2O5-MgO-Al2O3 transplanted onto the produced defects and named CPG 40 and CPG 400, respectively, while sutured without grafting anything in the control group. Histomorphometric as well as radiodensitometric analyses were performed after sacrifice at 2, 4 and 8 weeks following operation and produced results as follows. 1. The fine powder of the calcium phosphate glass with mean diameter 40 ㎛ was easy to manipulate and condense onto the calvarial bone defects and stable against the blood supply, while the coarse powder with 400 ㎛ was difficult to handle and unstable against the blood supply. However, skin around the grafted area had been stripped due to the aversion in CPG 40, while the healing condition was clear both in the control and CPG 400 groups. 2. New bone was formed in the upper side of the defects as well as the defect margin and dura mater in CPG 400, while was restricted within the defect margin and dura mater both in control and CPG 40 groups. 3. The length of the newly formed bone increased with increasing the healing time in the control and CPG 400 groups, while decreased in CPG 40. CPG 400 exhibited the significant higher values than the control or CPG 40 groups in every experimental duration time except between CPG 400 and CPG 40 after 2 weeks(p<0.05). 4. The area of the newly formed bone increased with increasing the healing time in the control and CPG 400 groups, while decreased in CPG 40. CPG 400 exhibited the significant higher values than the control or CPG 40 groups in every experimental duration time(p<0.05). 5. The density of the newly formed bone increased with increasing the healing time in the control and CPG 400 groups, while decreased in CPG 40. CPG 400 exhibited the higher values than the control or CPG 40 groups in every experimental duration time. There was significant differences between CPG 400 and control groups after 2 weeks and between CPG 400 and CPG 40 groups after 4 and 9 weeks(p<0.05). According to the above results, the prepared calcium phosphate glass powder with average size 400 ㎛ in CaO-CaF2-P2O5-MgO-Al2O3 promoted new bone formation in the calvarial defects in the Sprague-Dawley rats. It is not clear, however, these results originated from whether different particle size or alumina addition. Further study is needed combined effects with the membrane or growth factors.ope