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Archive for the ‘미국과학경시대회 Science Fair’ Category

ISEF에서 만난 Guest 연구원

ISEF에서 만난 Guest 연구원

By James H. Choi
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지난 5월 ISEF (International Science and Engineering Fair)에서 심사를 하면서 처음 보는 사인을 보았다. 두 세 포스터가 작품 번호 밑에Guest라고 추가 사인이 붙어 있는 것이었다. 시간을 내어 Guest 연구학생에게 뜻을 물어 보았다. 독일에서 온 학생이 “미국과 법이 달라 이런 일이 벌어졌다”고 낙심하는 얼굴로 자초지종을 설명해 주었다.

이 학생은 인간의 지문에 대한 연구를 했다. 부모와 자녀의 지문의 유사 정도, 형제자매간의 유사 정도 등을 연구하여 자료를 측정하고 분석하고 결론을 내어 발표를 하는 지극히 정상적인 절차대로 한 연구였는데 미국 법의 눈으로 보면 아주 중요한 첫 단계를 거치지 않아 이 연구를 무효로 만든 것이었다. 따라서 이 학생은 입상을 할 수 없는 자격 상실자가 되었고Guest라고 표현하여 “이 학생에게 아무 상도 주지 마시오” 라고 심사위원에게 알리는 것이었다.

독일서 국가대표로 뽑혀 미국까지 와서 이 푸대접을 받은 학생의 빠뜨린 첫 단계가 무엇인가? 그것은 임상실험허가를 받는 절차이다. 인간뿐 아니라 척추동물을 실험의 대상으로 하는 연구는 모두 다 실험을 시작하기 전에IRB (Institutional Review Board)의 공식 허가서를 받아야 한다. 이 절차 없이 시작한 연구는 무효로 간주된다. 그리고 인간을 대상으로 하는 실험은 사전에 실험 참가자로부터 동의서에 서명을 받아야 한다. 미성년자의 경우에는 보호자의 서명을 받아야 한다.

http://dl.dropbox.com/u/6378458/Column/Info/Korean/SpecialEvents/SpecialEvents.gif임상실험을 하기 위해서는 이런 법적 절차가 있어야 한다는 것은 납득이 가지만 지문을 보기 위해 이런 절차가 있어야 한다는 것은 대부분의 사람들에게 예상 외이다. 이 독일 학생의 경험을 보면 독일에서는 미국처럼 기준이 까다롭지 않은 것 같은데 미국은 지문을 보기 위해서도 손금을 보기 위해서도 혈액형을 물어보기 위해서도 이 절차를 요구한다.

내가 가르치는 과학 연구 코스의 일부로 “손금과 수명의 관계”라는 연구가 있었다. 학생들이 미신과 과학을 직접 구분할 수 있는 능력을 기르기 위해서 내가 고안한 연구 주제였다. 연구 방법은6~8학년 학생들이 급우의 손금의 수명선을 보고 연장자의 수명선을 보아 급우들의 (다양한 수명선이 섞여 있다는 것을 가정) 수명선 보다 연장자의 (100% 수명선이 길어야 하는 사람들) 수명선이 평균적으로 더 긴가를 비교하는 것이었다. 또 한가지 연구 주제는 역시 같은 맥락의 “혈액형과 성격의 연관 분석”이었다.

결론부터 말하자면 이 두 연구는 시작도 못하고 말았다. 이유는 인간을 상대로 하는 연구였기 때문에 IRB(=학교 교장선생님, 간호사, 과학 선생님등 3명)의 허락을 받아야 했고 내 학생의 반 정도가 이 허락을 받지 못했다. 그렇다. 친구의 손금을 보는 것과 혈액형을 묻는 것이 금지되어 시작을 하지 못한 것이었다. 내 학생이 미국 전체에 거주하기 때문에 미국 약 20주에서 동시에 일어난 현상인데 이유는 한결같이 “학생의 안전에 대한 우려”였다. IRB를 받아 제출하는 마감일의 수업은 학생마다 돌아가며 “나도 허락을 못 받았다.”라고 한탄을 하는 수업이 되었다.

설마 교장 선생님이 손금을 보는 것은 인체에 전혀 해가 없다는 상식이 없어 이런 현상이 벌어졌는가? 물론 아니다. “허락해봐야 득은 없고 문제 발생의 요지는 무한대”라는 정확한 계산하에 이루어진 결정이다. 즉, 이미 A 받고 있는 학생들 더 잘 해봐야 평균이 올라가는 것도 아니고 어디 과학경시대회 가서 수상해 봐야 학교에 도움되는 것은 없다. 오히려 이 연구 덕분에 학생이 고등학교가서 과학 수업을 받는 일이라도 벌어지면 학교측에서는 버스 운영비 지출만 더 들게 되고 낙제하고 있는 학생을 도울 자원만 축나게 된다.

나의 의도는 아니었지만 그래도 이 “임상실험”의 시도와 좌절은 결국 내가 학생들에게 가르치고 싶었던 한가지를 제대로 가르치는 결과가 되었다. 즉, 임상실험을 하는 연구는 이런 복잡한 절차와 부담이 있다는 것이고 과학의 발전은 과학 외의 다양한 요소가 작용한다는 것이다. 이미 제도의 장벽을 경험한 내 학생은 앞으로 섣불리 실험부터 시작하다가 Guest가 되고마는 쓴 경험을 겪지 않을 것이다.

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카테고리:ISEF

Google Science Fair에서 1등 하는 법

Google Science Fair에서 1등 하는 법

By James H. Choi
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미국에는 권위 있는 과학 경시대회가 세가지가 있다.  Intel STS, Intel ISEF, Siemens Competition이 그 셋이다.  그 권위에 도전하는 또 하나의 과학경시대회가 탄생 했으니 그것은 2년 전에 시작 된 Google

Science Fair이다.  기존 3개의 경시대회에서 빛을 못 본 학생이 이 새 경시대회에서는 무엇인가 다르지 않을까, 혹은 이렇게 다양한 과학 경시대회가 있으니 무엇인가 전문성을 가지고 그 대회의 특징에 맞는 주제를 선택하여 “집중 공략”하면 수상의 가능성을 높이지 않을까?  하고 생각할 수 있는데 그렇지 않다.  훌륭한 과학 연구는 누가 언제 봐도 훌륭한 과학 연구이기 때문에 대회마다의 특징이란 없다.

한 예로 Brittany Wenger학생의 경우를 보자.  내가 Brittany를 처음으로 심사한 것은 2010년San Jose에서 개최된 ISEF에서였다.  그 때 Brittany는 Freshman으로 처음 ISEF에 나온 것인 데 연구 주제는Neural Network을 응용한 연구로 컴퓨터 사이언스 분야로 출전 했다.  그 해는 3등을 했다.  심사위원 사이에서 “그다지 새롭지는 않지만 흥미로운 응용”이라고 평가가 되어 수상이 된 것이었다.

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그 다음해 2011년 ISEF가 Los Angeles에서 개최되었을 때 Brittany는 의학 분야로 출전을 했다.  컴퓨터 사이언스 심사위원인 나와는 무관했지만 그래도 서로 안목이 있는 사이가 되어 Brittany의 연구를 유심히 들여다 보았다.  (ISEF 학생들은 1년 전 심사한 사람을 대개 다 알아본다)  컴퓨터 사이언스가 만만치 않아 의학분야로 출전해 봤냐고 농담 했더니 주제가 바뀌었다고 했다.  보니 같은 Neural Network을 사용했지만 그 도구를 유방암 진단 쪽으로 초점을 돌린 것이었다.  어떻게 이런 임상 실험을 하는 허락을 받았냐고 물었더니 임상자료를 제공하는 사이트에서 무료로 받아서 연구를 했다고 알려 주었다. 그리고 이 연구는 의학 분야에서 2등을 했다.

2012년 ISEF가 Pittsburg에서 개최 되었을 때도 Brittany는 다시 출전을 했다.  같은 유방암을 Neural Network으로 진단하는 연구였는데 더 발전 시켜서 나왔고 분야는 다시 컴퓨터 사이언스로 돌아갔다.  이번에는 1등을 했다.  그 해는 내가 수학을 심사해서 어떤 토론 끝에 특상이 되지 않고 1등으로만 끝났는지 모르겠다.  아마 늘 그렇듯이 거의 한 시간의 치열한 공방전이 있었으리라 짐작한다.

몇 주 전 Phoenix에 개최된 ISEF에 이제 시니어가 된 Brittany는 마지막으로 출전을 했다.  연구 주제는 백혈병으로 바뀌었지만 역시 컴퓨터 사이언스였고 역시 다른 사람이 실험한 자료를 사용 했고 역시 1등을 했다.

Brittany는 ISEF에서 4번 수상 한 것으로 그치지 않고 같은 연구로 Intel STS에 출전하여 8등을 했다.  그녀의 Facebook을 보면 오바마 대통령에게 자신의 연구를 설명하는 장면의 사진이 있다.

그리고 Siemens Competition에도 같은 유방암 진단 연구를 가지고 출전하여 Regional Finalist가 되었다.

그리고 2012년에는 Google Science Fair에서 최고상을 받는 영광을 누렸다.  연구주제는 역시 유방암 진단이었다.

Brittany는 결국 한 연구로 4중으로 상을 받았는데 이렇게 한 연구로 2중 3중 여러 경시대회에서 상을 받는 학생은 흔하다.  각 대회의 입상자 리스트를 가지고 꼼꼼히 비교해 보면 반 정도가 2중 이상으로 수상한 것으로 나오리라 짐작한다.

다시 원 제목으로 돌아가서 “Google Science Fair에서 1등을 하는 법”은?  ISEF, STS, Siemens에서 입상하는 방법과 같다.  즉 우수한 연구를 하면 된다.  어느 대회에 출전한다는 것을 의식하지 말고 자신이 열정적으로 탐구하고 싶은 주제를 정해 깊이 깊이 연구하면 모든 대회가 다 알아주고 인정을 해 주는 것이다.

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2013년 ISEF 물리 부분 최우수상 = 전체 2등상

2013년 ISEF 물리 부분 최우수상 = 전체 2등상

By James H. Choi
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나는 올해도 Intel ISEF (인텔 국제 과학 경진대회)에서 심사를 했다.  세계 전국의Science Fair 에서 지속으로 1등으로 올라온 고등학생이 마지막으로 만나는 외나무 다리가 ISEF이다.  나는 4가지 전공으로 4개의 학위를 받고 연구원으로 종사한 학력/경력 덕분에 여러 분야를 심사할 수 있는데 올해는 물리분야를 심사 했다.

지난 4년 동안은 Computer Science, 수학, Environmental Science를 심사했다.  작년에는 내가 학위도 없는 Environmental Science를 심사한 이유는 내가 심사하려던 세 분야 모두 내 학생이 하나 둘 진출하는 바람에 “배나무 아래서는 갓끈을 고쳐 매지 말라” 라는 조상의 지혜를 따라 내 학생 심사를 피하다 보니 심사위원 모자란다고 하는 Environmental Science에서 받아 주어 심사를 했다.

ISEF에서는 분야마다 출전 학생의 수에 따라 수상자의 수가 달라지는데 올해 물리 분야에서는 77개의 연구가 올라왔는데 특상 하나, 1등상 하나, 2등상 넷, 3등상 여섯, 4등상 아홉, 총 21개의 상을 포상했으니 27%가 무슨 상인가 받은 것이다.  분야마다 출전자의 약 25%가 수상을 하도록 포상의 수가 조정된다. http://dl.dropbox.com/u/6378458/Column/Info/Korean/SpecialEvents/SpecialEvents.gif

올해 물리분야에서 특상을 받은 학생의 연구는Cool Core Bias in Sunyaev-Zel’dovich Galaxy Cluster Surveys라는 주제로 시물레이션은 통해 Cool core galaxy 의 온도 측정이 잘 못 되었다는 것을 밝히는 내용이었다.  천문학 연구이지만 망원경을 사용하지 않고 기존 자료와 컴퓨터 프로그래밍으로만 해 낸 연구이다.  이 연구는 ISEF전체 분야에서도 2등을 하여 상금 5만 불을 받기도 했다.

여기에서 주지해야 할 것은 보이지 않는 것이다.  상을 받지 못해 언급조차 되지 않은 연구 중에는 같은 천문학을 연구하되 직접 망원경으로 밤 하늘을 보고 측정을 하여 변광성(variable star)을 찾아 내어 (USNO-A2.0 1350-00672920) 자신의 이름으로 등록까지 시킨 학생이 있었다.  엄청난 시간을 들여 밤 하늘을 열심히 보며 측정한 자료를 분석해서 첫 발견을 한 것인데 심사위원들은 이 노고에 아무런 가치를 부여하지 않고 발명/발견의 중요성만 가지고 논의 했다.  그래서 직접 망원경 들여다 본 학생은 아무 상도 받지 못했고 남이 측정한 자료로 “밤 낮 컴퓨터만 돌린” 학생은 5만 불을 받았다.

나는 심사하면서 추후 내 학생도 연구를 할 수 있도록 자료 출처를 알아 둔다.  해마다 새로운 사이트가 나타나는데 이번에는 일본에서도 임상 자료를 제공하기 시작했다는 것을 알게 되었다.    하지만 정말 희귀한 자료는 대부분 부모님의 연결이 있어서 가능했다.  예를 들어 이번 심사한 14명 중에서 아버지가 근무하는 연구소, 천문대에서 자료를 얻었다는 학생이 3명이었다.

한데 불공평한 세상을 한탄할 필요가 없는 것이 이 아버지 잘 둔 학생 중 아무도 입상하지 못했다.  왜냐하면 자료가 중요한 것이 아니라 분석이 중요하기 때문이다.  과학은 실험이 아니라 분석이다.  실험 방법 자체가 기발나다면 모를까 측정 기구가 비싸고 희귀한 것은 아무런 가산 점을 가져오지 않는다.  2010년 STS 1등 상은 물리 분야에서 실험 없이 simulation만 한 학생에게 갔고 2011년 STS 1등 상도 실험 없이 수학 분야에서 정수의 제곱근을 찾는 방법을 연구한 학생에게 갔다.

실험이라는 것은 비싸고 시간이 걸리고 실패의 위험이 항상 존재하고 (연구비만 충분하다면) 어차피 과학자가 아닌 테크니션이 할 일이다.  과학 연구에 관심이 있다면 실험실을 찾을 것이 아니라 기존 자료를 찾아 내고 그 자료를 분석하는 능력을 습득하는 것이 현명하다.

의학, 환경, 물리등 거의 모든 분야의 아직 분석이 안 된 자료가 NIH, NASA그리고 세계의 여러 연구소에서 무료로 제공되고 있다.  실험할 시간에 배경의 과학을 더 배우고 더 심도 있는 분석을 하는 것이 시간도 덜 들이고 연구의 수준도 올려 올해 ISEF에서 전체 2등 상을 받은 학생처럼 성공을 하는 비결이다.

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첫 행운의 저주. The curse of the first time luck

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학교에서 더 이상 수강 할 수학 과목이 없는 경우

학교에서 더 이상 수강 할 수학 과목이 없는 경우

Written on October 2, 2009

By James H. Choi
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  1. 학생의 선천적으로 뛰어난 수학 능력과 의욕
  2. 학부모의 지원 (즉, 애들은 즐겁게 놀아야 한다는 철학보다는 재능을 키워 줘야 한다고 생각하는 철학)
  3. 상위권 학생에게 우호적인 학교 제도

이 세가지 조건이 만나게 되면 학생은 눈부신 속도로 진도가 나간다. 이런 뛰어난 학생만 모아놓은 Thomas Jefferson, Exeter나 Andover 같은 고등학교는 대학교 3학년, 4학년 과정까지 개설되어 있어 학생들이 더 배울 과목이 없을 우려가 전혀 없지만 일반 고등학교에서는 Calculus BC가 최고이니 일찍부터 재능을 개발한 학생들은 대부분의 학교에서 배울 수학 과목이 없는 상황에 처하게 된다.

(참고로 위에 언급한 고등학교에서 제공하는 대학교 2, 3학년 코스는 AP보다 더 높은 수준이라 AP로 간주가 되지 않는다. 그래서 보통학교 학생들보다 훨씬 높은 수준의 과목을 이수하고도 정작 AP과목 수를 세어 보면 몇개 되지 않는 경우가 있다. 그런 상황을 이해 못하는 분들은 “이런 최고의 고등학교 학생들도 AP몇 개 하지 않고도 명문 대학 가더라”라는 말씀을 하시는데 그런 결론은 장님 코끼리 더듬는 것과 마찬가지의 관찰이다.)
http://dl.dropbox.com/u/6378458/Column/Info/Korean/SpecialEvents/SpecialEvents.gif이렇게 할 과목이 없다는 것은 학교측이 걱정하며 골치가 아플 일이지 학생이 염려할 일이 아니다.  가장 보편적으로 하는 방법은 중학교의 경우에는 근처의 고등학교에 가서 배우는 것이고 고등학교의 경우는 근처의 대학에 가서 배우는 것이다. 별 유난스러운 짓을 해서 눈총을 받고 있는 것 같지만 최고의 대학에 들어가면 이렇게 유난스러운 학생들만 모여있다는 것을 알게 된다. 즉 자신의 학교에서 더 배울 것이 없는 지경이 된 학생들끼리 입학 경쟁을 하는 것이다.

가장 순리적인 과정은 인근의 대학교에 가서 수강하는 것인데 대학교는 돈 받고 하는 일이라 거부를 할 이유가 없지만 고등학교측에서 모든 학생의 수준 평준화를 중요시 하여 특정 학생만 대학교 강의를 수강하는 것을 허락하지 않을 수 있다.

그런 경우에는 다음과 같은 방법이 있다.

1. Special Project.

학교에서 더 가르칠 과목이 없다는 것은 그 수준을 가르칠 교사가 없는 것이다. 그런 때는 학생이 교사에게 부담을 주지 않고 자습을 하여 크레딧을 받을 수 있다. 이 경우에는 크레딧을 주는 것은 학교측이고 이 프로젝트를 검사하는 것은 수학 선생님이고 실지로 프로젝트를 진행하는 것은 학생 자신이거나 또는 외부의 선생님이다. 내 학생들이 학교에서 더 이상 배울 수학이 없는 경우에는 내가 이런 프로젝트를 지도하여 학교측에서 성적과 크레딧을 받도록 하는데 학교측의 동의만 받으면 (학교가 따로 하는 일이 없음으로 동의를 받는 것이 수월하다) 학생의 수준을 지도할 만한 선생님을 찾아 Mentor 역할을 부탁하고 프로젝트를 정해 진행하면 된다.

배우는 내용은 학교 수학과정의 진도를 더 나가도 되고 (Multivariable Calculus) 아니면 수학 경시대회의 수학을 해도 된다. (Number theory, Probability) 하지만 가장 적절한 과목은 학생의 흥미와 관심이 있는 분야다. 이런 special project의 경우에는 컴퓨터 프로그래밍을 배우는 것도 가능하다.

내가 가장 추천하는 Special Project는 과학경시대회에 수학 주제로 출전할 준비를 하는 것이다.  순수 수학은 대학생 실력으로도 새로운 연구를 할 주제를 찾는 것이 어려운데 컴퓨터 수학은 새로운 분야라 상상력만 있으면 고등학생이 연구할 수 있는 주제가 아직은 수없이 많이 있다.

2. AP과정,

AP과정은 AP 시험으로 인정을 받기 때문에 독학으로 배워도 AP 시험에서 5점만 받으면 대학의 인정을 받는다.  나는 주로 학교측에서 능력있는 학생의 트랙을 올려 주지 않는 경우에 AP를 사용하여 꼼짝없이 실력을 인정하도록 만들었지만 만약 AP과정이 없는 고등학교에 다닌다면 Special Project라고 이름은 걸어놓고 내용은 AP를 공부하여 실력을 과시할 수 있다.

3. 온라인 대학

University of Illinois에서는 대학과정 수학을 온라인으로 제공하고 있다. 대상 리스트를 보면 Post-AP High School Students라고 되어 있으니 바로 배울 수학이 과목이 없는 고등학생에게 적절한 강의이다. AP 이상의 수준이기 때문에 AP시험 처럼 능력을 인정받는 시험이 따로 없어 이 수준의 수학은 정규 크레딧을 주는 곳에서 배워야 하고 이 University of Illinois가 바로 그런 정규 크레딧을 주는 대학과정을 제공하고 있는 곳이다.

http://netmath.uiuc.edu/

여기제 제공되고 있는 수학은 모두 Mathematica를 사용해서 가르치니 Mathematica를 배운 학생들은 이미 도구에 익숙해 있어 한결 편하게 이 과정을 이수할 수 있다. NetMath에서 제공하는 과목은 Differential Equation이상까지 있어 학생이 무한대로 발전할 수 있게 된다.

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카테고리:트랙, 연구주제선택
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