[교육운영] 학교 사례

수도여자고등학교 AI 과학 융합 실험 - 학생 13명이 아두이노로 재고 교풀AI로 오차를 분석한 자유낙하

수도여자고등학교 재학생 13명이 2024년 10월 세 차례 아두이노 MBL 자유낙하 실험을 했습니다. 벽면 실험 장치로 낙하 거리와 시간을 재 중력 가속도를 추정하고, 교풀AI 탐구 도우미로 이론값과의 오차와 그 원인을 분석했습니다.
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Jan 10, 2025
수도여자고등학교 AI 과학 융합 실험 - 학생 13명이 아두이노로 재고 교풀AI로 오차를 분석한 자유낙하
Contents
사례 요약실험 주제와 목표기초 교육 · 피지컬 컴퓨팅과 아두이노자유낙하 실험 · 벽면 실험 장치로 중력 가속도 추정교풀AI로 실험 데이터 분석교풀에듀가 맡은 일이런 학교·기관에 맞습니다함께 보면 좋은 사례교육 상담

사례 요약

기관

수도여자고등학교

대상

수도여자고등학교 재학생 13명

일정

2024년 10월 22일, 26일, 29일(3회)

주제

아두이노와 사이언스 키트를 이용한 자유낙하운동(중력 가속도, 에너지 변환 법칙)

교육 내용

아두이노 MBL 과학실험 기초 개념, 센서를 활용한 샘플 실험, 생성형 AI를 활용한 실험 분석과 예측

프로그램

과학·교과 융합

교구·도구

아두이노, 사이언스 키트(MBL 자유낙하 실험), 교풀AI ‘아두이노 MBL 자유낙하 탐구 도우미’

결과물

팀별 낙하 거리·시간 측정과 중력 가속도 추정, 교풀AI로 분석한 오차와 개선 방안

수도여자고등학교 재학생 13명이 2024년 10월 22일, 26일, 29일 세 차례에 걸쳐 아두이노로 자유낙하운동 실험을 했습니다. 학생들은 벽면에 설치한 실험 장치로 물체의 낙하 거리와 시간을 재고, 이를 바탕으로 중력 가속도를 추정했습니다. 측정값은 교풀AI의 탐구 도우미에 입력해 이론값과의 오차와 그 원인을 분석했습니다.

실험 주제와 목표

이번 실험의 주제는 아두이노와 사이언스 키트를 이용한 자유낙하운동입니다. 목표는 학생들이 중력 가속도를 이해하고, 에너지 변환 법칙을 실험으로 직접 체험하는 것이었습니다. 실험 분석에는 학교 수업에 맞춘 생성형 AI 수업 도구 교풀AI를 함께 썼습니다.

기초 교육 · 피지컬 컴퓨팅과 아두이노

실험에 앞서 피지컬 컴퓨팅의 기본 개념과 아두이노 사용법을 배웠습니다. 학생들은 각종 부품과 회로 연결을 배우고, 실험에 필요한 코드 작성을 연습했습니다. 이 과정에서 아두이노가 어떻게 작동하고 실험에 어떻게 쓰이는지 익혔습니다.

과학실에서 아두이노 기초와 회로 연결을 배우는 학생들
과학실에서 아두이노 기초와 회로 연결을 배우는 학생들

과학실에서 아두이노 기초와 회로 연결을 배우는 학생들

자유낙하 실험 · 벽면 실험 장치로 중력 가속도 추정

실험은 한쪽 벽면에 설치한 실험 장치에서 물체를 떨어뜨리는 것으로 시작했습니다. 학생들은 물체가 이동한 거리와 시간을 측정하고, 이 데이터로 속도를 계산했습니다. 이를 바탕으로 에너지 변환 법칙을 적용해 중력 가속도를 추정했습니다.

벽면에 설치한 자유낙하 실험 장치 위쪽에 물체를 올리는 손
벽면에 설치한 자유낙하 실험 장치 위쪽에 물체를 올리는 손

실험 중 학생들은 아두이노 부품을 조립하고, 팀원과 함께 실험 장치를 조정했습니다. 각 팀은 각자의 방식으로 실험을 진행했고, 때로는 측정에 실패하기도 했습니다. 학생들은 실험 중 생긴 오류를 해결하며 자유낙하운동의 원리와 실험 설계 방법을 더 깊이 다뤘습니다.

조립 안내 화면을 보며 실험 장치를 만들고 벽면에 설치하는 학생들
조립 안내 화면을 보며 실험 장치를 만들고 벽면에 설치하는 학생들
조립 안내 화면을 보며 실험 장치를 만들고 벽면에 설치하는 학생들

조립 안내 화면을 보며 실험 장치를 만들고 벽면에 설치하는 학생들

학생들은 서로 의견을 나누고 도우며 실험을 진행했습니다.

측정값을 노트북으로 확인하며 실험을 이어 가는 팀들
측정값을 노트북으로 확인하며 실험을 이어 가는 팀들

측정값을 노트북으로 확인하며 실험을 이어 가는 팀들

교풀AI로 실험 데이터 분석

학생들은 측정한 데이터를 교풀AI의 ‘아두이노 MBL 자유낙하 탐구 도우미’에 입력해 분석했습니다. 교풀AI는 교사나 강사가 수업에 필요한 AI 수업 도구를 노코드로 직접 만들고, 학생들이 학교에서 안전하게 생성형 AI를 쓰도록 돕는 AI 교육 솔루션입니다. 이 탐구 도우미는 교풀에듀가 수업 전에 미리 만든 과학 탐구 보조 도구입니다.

교풀AI ‘아두이노 MBL 자유낙하 탐구 도우미’의 낙하 높이와 낙하 시간 입력 화면
교풀AI ‘아두이노 MBL 자유낙하 탐구 도우미’의 낙하 높이와 낙하 시간 입력 화면

도구에 낙하 높이와 아두이노 센서가 측정한 평균 낙하 시간을 넣으면, 중력 가속도 실험값을 계산하고 이론값 9.8m/s²과 비교해 오차율을 보여 줍니다. 이어서 공기 저항과 측정 오차 같은 오차 원인, 오차를 줄일 실험 개선 방안, 보고서의 고찰에 쓸 수 있는 예시 문장을 제시합니다. 교풀에듀는 학생이 ‘왜 내 실험값은 9.8m/s²이 아닐까’라는 질문을 스스로 탐구하도록 이 도구를 설계했습니다.

낙하 높이 1.5m, 낙하 시간 0.54초로 중력 가속도 약 10.28m/s², 오차율 약 4.90%를 계산하고 오차 원인을 분석한 결과
낙하 높이 1.5m, 낙하 시간 0.54초로 중력 가속도 약 10.28m/s², 오차율 약 4.90%를 계산하고 오차 원인을 분석한 결과
오차를 줄일 실험 개선 방안과 보고서 고찰 예시 문장을 제안하는 결과 화면
오차를 줄일 실험 개선 방안과 보고서 고찰 예시 문장을 제안하는 결과 화면

보조 선생님의 도움을 바로 받기 어려울 때도 학생들은 AI 도구로 계산과 오차 확인에 도움을 받았습니다. 실험 결과의 문제점을 빠르게 확인하는 데에도 도구를 썼습니다.

교풀에듀가 맡은 일

  • 수업: 피지컬 컴퓨팅과 아두이노 기초, 자유낙하 실험 진행과 데이터 분석을 세 차례 수업으로 진행했습니다.

  • 교구: 아두이노와 사이언스 키트로 자유낙하 실험 장치를 만들게 했습니다.

  • 교풀AI 도구: 수업 전에 ‘아두이노 MBL 자유낙하 탐구 도우미’를 만들어 학생들이 측정값 분석에 쓰게 했습니다.

이런 학교·기관에 맞습니다

  • 자유낙하와 에너지 변환 단원을 센서 측정과 데이터 분석으로 확장하려는 고등학교 물리 수업

  • 실험 오차 분석과 보고서 작성에 생성형 AI 도구를 학교에서 안전하게 써 보려는 과학 교사

  • 10여 명 규모의 학생과 세 차례 수업으로 MBL 실험부터 AI 분석까지 운영하려는 학교

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교육 상담

학교·기관명, 대상과 인원, 희망 일정, 관심 주제를 알려 주시면 프로그램 구성과 운영 방식, 견적을 안내해 드립니다.

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