팬데믹 기간 동안 대규모 학급 규모가 얼마나 큰 위협이 되는지

: By Chris Bauch 외

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수학 모델은 수업 규모와 구성을 파악하여 중단 및 학교 휴교를 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. (Shutterstock)

COVID-19에 대한 전염병과 우리의 과학적 지식이 계속해서 빠르게 전개됨에 따라 올 가을 북미에서 학교 및 보육 센터 재개 계획을 수립하는 것은 어려운 작업이었습니다.

직접 참석하는 학생의 경우 고려해야 할 많은 질문이 있습니다. 표면을 청소하고 소독하는 것이 얼마나 중요합니까? 마스크를 사용해야하는 학생의 연령과시기는? 코호 팅에 대한 최선의 접근 방식은 무엇입니까? 수업 규모는 얼마나 커야합니까?

코로나 19 확산에 대한 지식은 대유행이 시작된 이래로 개선되었지만 재개 계획이 개발되면서 학교와 보육 센터에서 발생 시나리오를 조사 할 필요성을 인식했습니다. 수학적 모델링, 역학, 환경 과학 및 아동 교육에 대한 우리의 결합 된 배경을 통해 우리는 학급 규모 문제를 해결했습니다.

우리는 가정과 교실에서의 발생에 대한 수학적 모델을 개발했습니다. 이 모델은 매우 놀라운 예측을했습니다. 학급 규모가 증가함에 따라 COVID-19의 부정적인 영향은 기하 급수적으로 빠르게 증가합니다.

세분화 된 접근 방식

우리는 "개인 기반"모델 서로 다른 개인 (성인 및 어린이)이 지정된 규칙에 따라 상호 작용할 수있는 곳. 이 고도로 세분화 된 접근 방식을 통해 학교 결석과 같은 개인 결과에 대한 사회적 그룹 및 개인 특성의 영향을 볼 수 있습니다.

에서 얻은 연령 및 가구 크기 정보 사용 캐나다 인구 조사 데이터, 우리는 한 명 이상의 성인과 한 명 이상의 어린이로 구성된 아동 교육 센터 및 관련 가구를 갖춘 소규모 인구를 구성했습니다. 우리 모델은 본질적으로 학교와 가정의 가상 가상 세계입니다.

모형에서 시뮬레이션 된 가정 (위)과 보육 센터 (아래)의 그림. 'A'는 부모, 'T'는 교사, 원은 어린이, 숫자는 어린이의 교실 과제를 나타냅니다. (크리스 바우 흐), 저자 제공

아이들은 무작위로 또는 형제 자매를 함께 그룹화하여 교실에 배정되었습니다. 학생 / 교사 비율이 7 : 3, 8 : 2 및 15 : 2 인 보육원 시나리오를 고려했습니다. 학생 / 교사 비율이 8 : 1, 15 : 1 및 30 : 1 인 초등학교 시나리오도 고려했습니다. 학생들은 매일 수업에 참석하거나 XNUMX 주일의 대면 교육과 다음 주에 온라인 학습을 번갈아 가며 사용할 수 있습니다.

영향 요인

그런 다음이 환경에서 COVID-19 발생에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 실행했습니다. COVID-19의 증상이있는 사례가 교실에 나타나면 14 일 동안 문을 닫을 것이라고 가정했습니다.

그러나 클래스 규모가 발병에 미치는 영향을 모델링하는 것은 까다 롭습니다.

첫 번째 물결의 대부분 동안 학교가 문을 닫았습니다. 그래서-아마 놀랍지 않게-학령기 아동은이 기간 동안 사례의 상당 부분을 설명하지 않았습니다. 또한 어린이는 무증상 일 가능성이 더 높으므로 COVID-19에 걸린 것으로보고되지 않습니다. 다른 여러 요인이 발병의 위험과 규모에 영향을 미칠 수 있습니다.

그렇다면 2020 년 XNUMX 월 이후 온타리오에 학교가 개장하지 않은 상황에서 학교에서 발생하는 상황을 어떻게 예측할 수 있습니까? 사용할 올바른 입력 값을 모두 알지 못하기 때문에 "불확실성 분석,”과학적 탐구의 초석 — 모든 것을 알지 못한다는 것을 인정합니다.

이 접근 방식은 모델 입력을 변경하고 이러한 입력이 예측에 미치는 영향을 연구한다는 것을 의미했습니다. 예를 들어, 우리는 바이러스가 빠르게 확산 될 수있는 "높은 전파"가정과 마스크, 소독 및 물리적 거리를 사용하여 바이러스 전파가 느려지는 "낮은 전파"가정을 구분했습니다.

트리플 whammy

불확실성 분석에 사용 된 모든 순열에서, 학급 규모가 두 배가되었을 때 폐쇄로 인해 손실 된 케이스 수와 학생 일수가 두 배 이상 증가했다는 사실에 놀랐습니다. 학생-일은 휴교 일 수에 영향을받는 학생 수를 곱하여 계산되며, 각 학급 규모가 두 배가되면 XNUMX ~ XNUMX 배 증가합니다.

낮은 전파 모델 시나리오에서 수업 규모가 COVID-19 사례 (위) 및 학생 수업 일수 손실 (아래)에 미치는 영향. (크리스 바우 흐), 저자 제공

전염 률을 높였을 때 총 케이스 수를 변경했지만 다양한 학급 규모 시나리오 사이의 폐쇄로 인해 손실 된 케이스 또는 학생 일수는 크게 변하지 않았습니다. 큰 학급은 항상 소규모 학급보다 상대적으로 나빴습니다. XNUMX에서 XNUMX의 거의 같은 비율로.

우리는 이것을 "트리플 워미"라고 설명합니다. 첫째, 학급 규모가 클수록 어린이 중 한 명이 양성 반응을 보일 확률이 높아집니다. 둘째, 그 아이가 양성 반응을 보이고 반이 닫힐 때, 더 큰 반을 닫으면 더 많은 아이들에게 영향을 미칩니다. 셋째, 사례가 확인 될 때까지 학생이 며칠 동안 바이러스를 전염 시켰거나 반의 다른 누군가가 무증상으로 며칠 동안 전염되었을 수 있습니다. 이 세 번째 점은 매우 중요합니다. SARS-CoV-2가 에어로졸 입자에 의해 확산 될 수 있다는 것이 점점 더 분명해졌습니다.

기타 결과

최악의 시나리오는 초등학교 환경에서 30 : 1 비율이었습니다. 주간 코호트 (15 : 1A)를 번갈아 가며 15 : 1 비율로 전환하면 케이스 수와 마감으로 인한 학생 일 손실이 약 XNUMX 배 감소했습니다. 학생 / 교사 비율이 높을수록 더 많은 학생이 직접 교육을받을 수 있지만 사례가 확인 될 때 교실을 더 자주 폐쇄해야하므로 더 많은 방해가 발생합니다.

또한 학교와 보육원이 문을 닫으면 부모와 자녀에게 심각한 심리적, 사회적, 정신적 건강 문제가 발생할 수 있습니다. 그리고 언제든 발병이 발생할 수 있기 때문에 일하는 부모는 사전 통보없이 직장에서 퇴장해야 할 수도 있습니다.

앞으로 이동

학교와 보육원은 이미 재개 장했습니다. 일부 학군에서는 더 작은 학급 규모를 허용하는 선호하는 모델을 선택할 수 있으며 이는 올바른 방향으로 나아가는 단계입니다.

또한 학군이 최소 비용으로 학급 규모를 줄일 수있는 방법에 대한 많은 예가 있습니다. 예를 들어, 두 명의 교사가있는 유치원 수업은 두 그룹으로 나눌 수 있으며, 그중 하나는 도서관, 체육관을 사용하거나 야외 활동에 더 많은 시간을 보냅니다.

올 가을에 학교가 다시 광범위하게 폐쇄된다면 재개 계획은 학급 규모 측면에 세심한주의를 기울일 것을 제안합니다. 소규모 학급에서도 발병 위험이 제로가 될 수는 없지만 학급 규모를 줄이는 것이 현명 할 것이므로 이러한 장애는 가능한 가장 적은 수의 어린이와 가족에게 영향을 미칩니다. 그 동안 부모와 보호자에게 가장 좋은 방법은 정직하고 열린 대화를 일과 육아에 대한 준비를 포함하여 가족의 폐쇄가 어떻게 보일지에 관한 것입니다.

수학은 올 가을 많은 학군에서 학교 또는 교실 폐쇄가 현실이 될 것이라고 알려줍니다.

저자에 관하여

응용 수학 교수 인 Chris Bauch는 워털루 대학교; Brendon Phillips, Ph.D. 학생, 응용 수학, 워털루 대학교; Dillon Thomas Browne, 심리학 조교수, 워털루 대학교, Madhur Anand 교수 겸 이사, 글로벌 생태 변화 및 지속 가능성 연구소, University of Guelph

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