고등학교 과학 교과융합 AI·SW 수업 사례 - 전북여고 MBL 거꾸로 물방울·어는점 실험

과학 동아리나 교과융합 프로그램을 외부 교육 업체에 맡기려는 선생님이 가장 먼저 확인하는 것은 "학생이 실제로 무엇을 만지고, 무엇을 남기는가"입니다. 시연을 구경하는 체험은 한 시간이면 잊히지만, 학생이 장치를 조립하고 데이터를 직접 기록한 실험은 탐구보고서와 세특으로 이어집니다.

이 글은 휴몬랩 교풀에듀가 전북여자고등학교에서 운영한 AI·SW 기반 MBL 융합 과학 실험 사례입니다. 물리 주제인 '거꾸로 올라가는 물방울'과 화학 주제인 '어는점 측정'을 아두이노 제어와 센서 데이터로 다루도록 설계했고, 그 과정에 교풀AI를 연결했습니다. 과학·정보 교과융합, 과학 동아리, 창의적체험활동 프로그램을 검토하는 담당자께서 구성과 운영 방식을 그대로 참고하실 수 있도록 정리했습니다.

프로그램 개요

왜 과학 실험에 SW를 붙였는가

MBL(Microcomputer Based Laboratory)은 센서로 실험 데이터를 수집하고 컴퓨터로 분석하는 실험 방식입니다. 휴몬랩은 이 방식을 "과학 특강 따로, 코딩 특강 따로"가 아니라 하나의 실험 주제 안에서 과학 개념·장치 제어·데이터 해석이 함께 돌아가도록 설계합니다. 학생은 현상을 관찰하기 위해 코드를 수정하고, 결과를 해석하기 위해 데이터를 그래프로 정리합니다. 정보 교과의 요소가 과학 탐구의 도구로 자연스럽게 들어오는 구조입니다.

이 구조가 학교에 주는 이점은 분명합니다. 과학 교사는 실험 주제와 성취기준을 그대로 유지하고, 정보·기술 요소는 휴몬랩이 키트와 교안으로 준비해 옵니다. 학교가 별도의 장비를 구매하거나 코딩 수업을 따로 편성할 필요가 없습니다.

실습 1. 거꾸로 올라가는 물방울 - 빛의 주기로 운동을 보는 물리 실험

첫 번째 주제는 스트로보스코프 원리입니다. 일정한 주기로 깜빡이는 빛 아래에서 떨어지는 물방울을 보면, 빛의 주기와 물방울의 주기 관계에 따라 물방울이 멈춘 것처럼 보이거나 거꾸로 올라가는 것처럼 보입니다.

학생들은 투명한 실험 장치에 LED와 제어보드를 연결하고, 아두이노로 LED의 깜빡임 주기를 직접 바꿔가며 관찰 조건을 조정했습니다. 눈에 보이는 현상이 바뀌는 이유를 코드의 숫자 하나와 연결해 보는 경험이 이 실습의 핵심입니다.

장치의 구조와 제어 코드를 한 화면에서 함께 확인하도록 구성했기 때문에, 학생은 "왜 이 값을 바꾸면 물방울이 멈춰 보이는가"를 장치와 코드 양쪽에서 설명해야 합니다. 신기한 장면을 한 번 보고 끝나는 체험과 갈라지는 지점이 여기입니다.

실습 2. 어는점 측정 - 센서 데이터로 화학 개념을 검증하는 실험

두 번째 주제는 물질의 어는점입니다. 학생들은 온도센서를 제어보드에 연결하고 냉각 과정의 온도 변화를 시간에 따라 기록했습니다. 기록한 데이터를 그래프로 정리하면 온도가 일정하게 유지되는 구간이 나타나고, 그 구간이 곧 어는점입니다.

이 과정에서 학생이 다루는 것은 세 가지입니다. 센서 값을 읽어 오는 코드(아두이노 IDE), 데이터를 표와 그래프로 정리하는 작업, 그리고 이론값과 측정값의 차이를 설명하는 오차 해석입니다. 오차 원인을 해석하는 단계에는 교풀AI를 배치해, 학생이 세운 가설을 스스로 점검하는 용도로 쓰도록 설계했습니다. AI가 결론을 대신 쓰는 것이 아니라, 학생이 측정한 데이터에 근거해 질문하고 검증하는 역할로 제한한 구성입니다.

휴몬랩이 준비해 간 것

• 주제별 실험 키트: 물방울 장치(투명 구조물·LED·제어보드)와 어는점 세트(온도센서·제어보드·비커 장치)를 분반 인원에 맞춰 준비했습니다.

• 차시별 교안과 활동지: 개념 설명 → 장치 구성 → 코드 수정 → 데이터 기록 → 해석 순서로 구성해, 과학 교사가 진행 흐름을 한눈에 볼 수 있도록 했습니다.

• 강사 팀: 분반마다 주강사와 보조강사를 함께 배치해 배선 오류나 코드 오류로 실습이 멈추는 시간을 줄였습니다.

• 교풀AI 연결: 실험 결과 해석 단계에서 학생이 바로 쓸 수 있도록 교풀AI 활용 순서를 교안에 포함했습니다.

휴몬랩은 2023년부터 금산고, 수도여고, 평택진위고, 서귀포여고 등 여러 고등학교에서 같은 MBL 실험 시리즈를 운영해 왔습니다. 전북여고 프로그램은 그 운영 경험을 바탕으로 두 주제를 6차시 안에 배치한 구성입니다.

이런 학교·기관에 맞습니다

• 과학 동아리나 과학중점 과정에서 학생 산출물이 남는 실험 프로그램이 필요한 고등학교

• 과학·정보 교과융합 수업을 계획하지만 정보 요소를 직접 준비하기 어려운 과학 교사

• 물리·화학 주제 중 학교 사정에 맞춰 주제와 차시를 조정하고 싶은 담당자

• 교육청·과학교육원 단위의 과학 탐구 캠프, 교사 연수

물방울·어는점 외에도 자유낙하, 열평형, 스마트 에어백 시뮬레이터 등 주제를 학교 여건에 맞춰 구성할 수 있습니다. 관련 키트와 차시 구성은 AI 피지컬 컴퓨팅 수업 패키지 페이지에서 확인하실 수 있습니다.

교육 상담 안내

학교·기관명, 대상 학년, 참여 규모, 희망 일정과 시간, 관심 주제(물리·화학·기타)를 알려주시면 프로그램 구성과 운영 방식, 견적을 안내해 드립니다. 실험 공간과 노트북 등 기기 환경도 상담 시 함께 확인합니다.

• 교육 상담 신청: 상담 신청 폼 작성하기

• 메일 문의: biz@huemone.com

• 전화: 02-2059-1139

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