제주여자고등학교 AIoT 사이언스 캠프 - 학생 53명이 자유 낙하·어는점 실험 뒤 직접 만든 과학 프로젝트
사례 요약
기관 | 제주여자고등학교 |
대상 | 재학생 53명(2~3명씩 22개 조) |
일정 | 2024년 10월 12~13일(2일) |
교육 내용 | AIoT 기술 융합 MBL 과학 실험(1일차 자유 낙하 운동·어는점 실험, 2일차 AIoT 팀 프로젝트) |
프로그램 | 과학·교과 융합 |
교구·도구 | 사이언스 키트, 아두이노, 메이커톤 맞춤 센서, 방수 온도 센서, PLX-DAQ, 노션, 코풀(당시 SW 코스웨어) |
결과물 | 팀별 아두이노 과학 실험 프로젝트(효소 저해 실험, 식염수 속도 측정, 운동량 보존 법칙 실험 등), 발표와 시연 |
제주여자고등학교 학생 53명은 2024년 10월 12~13일 이틀 동안 AIoT 사이언스 캠프에 참여했습니다. 학생들은 1일차에 아두이노로 물리 분야의 자유 낙하 운동 실험과 화학 분야의 어는점 실험을 했습니다. 2일차에는 배운 내용을 AIoT와 결합한 팀 프로젝트를 만들어 발표하고 시연했습니다.
MBL 과학 실험과 캠프의 방향
MBL(Microcomputer Based Laboratory)은 아두이노, 라즈베리파이 피코 같은 컴퓨터를 이용해 과학 실험을 하는 방법입니다. 여러 센서로 매우 빠르거나 느리거나 아주 미세한 값을 측정하므로, 사람의 눈과 손으로 판단하기 어려운 데이터를 컴퓨터로 처리하고 실험 결과를 분석할 수 있습니다. 이번 캠프는 정보와 과학을 합친 융합 교육에 중점을 두었습니다.
1일차 · 10월 12일, 아두이노 기초
1일차에는 MBL 과학 실험 가운데 물리 분야의 자유 낙하 운동 실험과 화학 분야의 어는점 실험을 진행했습니다.
캠프 1일차 수업을 연 교실
실험에 앞서 아두이노의 기본 개념을 배우고 센서와 액추에이터를 실습했습니다. 학생들은 피지컬 컴퓨팅의 개념을 배우고, 실습을 위해 아두이노 개발 환경을 설치했습니다.
아두이노의 기본 개념과 센서·액추에이터를 배우는 학생들
실습을 위해 아두이노 개발 환경을 설치하는 시간
아두이노 개념을 익힌 뒤에는 물리 실험과 화학 실험에 필요한 센서와 액추에이터를 작동시켰습니다. 참가 학생들은 아두이노 경험이 비교적 적었습니다.
실험에 쓸 센서와 액추에이터를 작동시키는 실습
1일차 · 물리 실험, 자유 낙하 운동
학생들은 2~3명씩 22개 조로 나뉘어 실험했습니다. 11개 조는 화학의 어는점 실험을, 나머지 11개 조는 물리의 자유 낙하 운동 실험을 먼저 시작했습니다.
조별로 나뉘어 실험을 시작한 교실
물리 실험은 적외선 감지 센서, 충격 감지 센서와 LCD 같은 부품으로 설계했습니다. 각 조는 센서를 작동시킬 회로를 구성한 뒤, 센서가 정상 작동하는지 확인했습니다.
조별로 회로를 구성하고 센서 작동을 확인하는 학생들
실험 장치를 설치하고 회로를 점검하는 학생들
센서가 작동하지 않거나 코드에 오류가 생기면 1:1 멘토링으로 문제를 해결했습니다. 모든 조가 자유 낙하 운동 실험을 마쳤습니다.
캐비닛과 벽에 줄자를 세우고 자유 낙하 실험 장치를 설치하는 학생들
1일차 · 화학 실험, 어는점
화학 실험은 어는점 실험입니다. 이 실험을 위해 얼음, 소금, 증류수, 비커 등을 준비했습니다.
어는점 실험을 위해 준비한 얼음과 소금, 비커
방수 온도 센서로 측정한 데이터를 엑셀로 출력하기 위해 PLX-DAQ를 사용했습니다. PLX-DAQ는 아두이노가 보내는 측정값을 엑셀 표에 실시간으로 기록해 주는 프로그램입니다.
얼음물 비커 속 온도 센서 값이 엑셀에 기록되는 노트북 화면
학생들은 센서와 데이터 출력에 문제가 없는지 확인한 뒤 실험을 진행했습니다.
센서와 엑셀 데이터 출력을 점검하는 학생들
화학 실험도 강사진의 도움을 받아 마무리했습니다.
비커에 온도 센서를 넣고 어는점 데이터를 측정하는 학생들
2일차 · 10월 13일, AIoT 팀 프로젝트
2일차에는 1일차에 배운 내용을 바탕으로 AIoT와 결합한 팀 프로젝트를 진행했습니다.
2일차 팀 프로젝트를 시작한 교실
학생들은 팀별로 의논해 프로젝트 주제를 정했습니다.
주제를 정하고 서보모터에 단 태양광 패널을 아두이노에 연결해 보는 팀
주제를 정한 팀부터 회로를 구성하고 코드를 작성했습니다.
회로와 코드를 구성하고 조명과 센서로 측정 장치를 만드는 팀들
작동을 확인한 팀은 프로젝트 완성에 들어갔고, 문제가 생기면 멘토링으로 해결했습니다.
스탠드에 센서를 고정하고 실험 장치를 만드는 학생들
2일차 · 발표와 시연
모든 팀이 프로젝트를 완성한 뒤 발표 자료를 만들고, 발표와 제품 시연으로 캠프를 마무리했습니다. 학생들은 효소 저해 실험, 식염수 속도 측정, 운동량 보존 법칙 실험 등 아두이노와 과학을 연계한 프로젝트를 발표했습니다.
프로젝트를 발표하고 결과물을 시연하는 학생들
팀 프로젝트 결과물
발표된 프로젝트 가운데 발표 화면으로 내용을 확인할 수 있는 두 가지는 다음과 같습니다.
고정형·추적형 태양광 패널 비교: 아두이노에 조도 센서 2개와 서보모터, 태양광 센서를 연결해 빛을 따라 움직이는 추적형 패널을 만들었습니다. 어두운 곳에서 손전등으로 빛의 각도를 바꾸며 고정형 패널과 추적형 패널의 전류를 측정합니다.
키패드 모듈을 활용한 스마트 출석 시스템: 4x4 키패드로 입력한 학생 ID를 등록된 ID와 비교해 LCD에 ‘Correct ID’ 또는 ‘False ID’를 표시합니다. 블루투스 모듈로 이 정보를 스마트폰에도 출력합니다.
캠프에서 쓴 사이언스 키트
캠프에는 교풀에듀의 사이언스 키트를 사용했습니다. 당시 키트에는 이번에 한 자유 낙하 운동 실험과 어는점 실험 외에도 물리의 스트로보스코프, 생명과학의 증산작용, 지구과학의 불쾌지수 측정 실험처럼 아두이노로 하는 정보·과학 융합 실험이 들어 있었습니다.
교풀에듀가 맡은 일
수업: 1일차 아두이노 기초와 자유 낙하 운동·어는점 MBL 실험(PLX-DAQ 엑셀 기록 포함), 2일차 AIoT 팀 프로젝트와 발표·시연을 진행했습니다.
멘토링: 센서가 작동하지 않거나 코드 오류가 생긴 조를 1:1 멘토링으로 도왔습니다.
교구·재료: 사이언스 키트와 센서, 어는점 실험용 얼음·소금·증류수·비커를 준비했습니다.
이런 학교·기관에 맞습니다
정보와 과학 교과를 묶어 이틀짜리 MBL 실험 캠프를 운영하려는 고등학교
아두이노 경험이 적은 학생들과 기초 실험부터 팀별 과학 프로젝트까지 이어 가려는 과학·정보 교사
50명 규모의 학생을 2~3명씩 조로 나눠 물리·화학 실험을 번갈아 운영하려는 학교
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