염광고등학교 MBL 과학실험 - 고등학생 20명이 아두이노 센서로 측정한 자유 낙하와 열 평형
사례 요약
기관 | 염광고등학교 |
대상 | 염광고등학교 재학생 20명 |
일정 | 2024년 9월 12~13일(2일) |
교육 내용 | 아두이노 MBL 과학실험: 물리학 자유 낙하 실험, 화학 열 평형 실험 |
프로그램 | 과학·교과 융합 |
교구·도구 | 아두이노, 교풀에듀 사이언스 키트, 코풀(당시 SW 코스웨어), 충격 감지 센서, 적외선 감지 센서, LCD, 방수 온도 센서, 엑셀 |
결과물 | 조별 측정 데이터와 엑셀 그래프, 실험 보고서 |
염광고등학교 재학생 20명이 2024년 9월 12~13일 이틀 동안 아두이노 MBL 과학실험을 했습니다. 학생들은 첫날 물리학의 자유 낙하 실험으로 중력 가속도와 물체의 속도를 측정했습니다. 둘째 날에는 화학의 열 평형 실험 데이터를 엑셀로 시각화했고, 이틀 모두 4인 1조로 실험한 뒤 보고서를 작성했습니다.
MBL 과학실험이란
MBL은 Microcomputer Based Laboratory의 약자로, 아두이노나 라즈베리파이 피코 같은 컴퓨터로 과학 실험을 하는 방식입니다. 여러 센서로 아주 빠르거나 느리거나 미세한 값을 측정하기 때문에, 사람이 직접 확인하기 어려운 데이터를 컴퓨터로 처리하고 실험 결과를 분석할 수 있습니다.
1일차 · 9월 12일, 물리학 자유 낙하 실험
첫날에는 물리학 실험인 자유 낙하 실험을 했습니다.
자유 낙하 실험을 시작한 1일차 교실
교풀에듀 강사진은 MBL 과학실험의 개념과, 아두이노를 활용하기 위한 피지컬 컴퓨팅을 설명하며 수업을 시작했습니다. 이 실험에는 충격 감지 센서와 적외선 감지 센서 같은 센서와 LCD 같은 액추에이터를 썼습니다.
사이언스 키트의 센서와 액추에이터를 살펴보는 학생들
본격적인 실험에 앞서 학생들은 아두이노 개발 환경을 설치하고, 실험에 필요한 센서와 액추에이터의 작동법을 실습했습니다.
아두이노 개발 환경을 설치하고 센서 작동법을 실습하는 학생들
사이언스 키트에는 이번 실험에 쓰지 않는 센서와 액추에이터도 들어 있어, 이를 활용한 실습도 함께 했습니다.
키트에 든 다른 센서와 액추에이터로 실습하는 학생들
준비를 마친 뒤 4인 1조로 나뉘어 실험을 시작했습니다.
4인 1조로 나뉘어 실험 장치를 준비하는 학생들
각 조는 사이언스 키트에 든 골판지로 실험에 쓸 물체와 센서를 고정하는 구조물을 만들었습니다.
벽과 거치대에 물체와 센서를 고정하는 구조물을 세우는 조
학생들은 평평한 벽을 따라 물체를 떨어뜨려 중력 가속도와 물체의 속도를 측정했습니다.
벽을 따라 물체를 떨어뜨리고 LCD와 노트북으로 측정값을 확인하는 실험
센서가 속도를 제대로 감지하지 못하거나 이상값이 나올 때는 1:1 멘토링으로 문제를 해결했습니다. 모든 조가 실험을 마친 뒤 보고서를 작성하고 실험 장비를 정리하며 첫날 수업을 마쳤습니다.
측정값을 확인하며 실험을 이어 가는 조
2일차 · 9월 13일, 화학 열 평형 실험
둘째 날에는 화학 실험인 열 평형 실험을 했습니다.
열 평형 실험을 준비하는 2일차 교실
이 실험에는 방수 온도 센서와, 데이터를 모아 시각화할 엑셀이 필요해 이를 먼저 실습했습니다.
방수 온도 센서와 엑셀 사용법을 실습하는 학생들
학생들은 첫날보다 빠르게 센서와 액추에이터를 다루며 실습을 진행했습니다.
온도 센서를 연결하고 측정값을 확인하는 학생들
각 조는 데이터를 엑셀로 보내 시각화하는 방법을 연습하며 실험 준비를 마쳤습니다.
측정 데이터를 엑셀로 보내는 방법을 연습하는 학생들
이어서 4인 1조로 실험에 들어갔습니다.
물이 담긴 컵에 온도 센서를 넣고 실험하는 조
데이터 시각화에 어려움을 겪은 조도 있었지만, 강사의 멘토링을 받으며 코드를 고쳐 실험을 마쳤습니다.
아두이노와 방수 온도 센서로 차가운 물과 따뜻한 물의 온도를 재는 실험 장치
PLX-DAQ로 엑셀에 받은 온도 데이터와 두 온도가 가까워지는 그래프
모든 조가 엑셀로 열 평형 실험 데이터를 시각화하고, 이를 바탕으로 보고서를 작성하며 수업을 마쳤습니다.
교풀에듀 사이언스 키트
두 실험에는 교풀에듀 사이언스 키트를 썼습니다. 이 키트는 자유 낙하와 열 평형 외에도 물리학의 스트로보스코프, 화학의 어는점 실험, 생명과학의 증산작용, 지구과학의 불쾌지수 측정 실험 등을 할 수 있게 구성됐습니다.
교풀에듀가 맡은 일
수업: MBL과 피지컬 컴퓨팅 개념 설명부터 아두이노 개발 환경 설치, 센서 실습, 두 가지 실험과 보고서 작성까지 이틀 수업을 진행했습니다.
교구: 교풀에듀 사이언스 키트로 센서와 액추에이터, 실험 구조물을 만들 골판지를 제공했습니다.
멘토링: 센서가 값을 제대로 읽지 못하거나 시각화가 막힌 조를 1:1로 도왔습니다.
코스웨어: 당시 SW 코스웨어였던 코풀을 교육에 활용했습니다.
이런 학교·기관에 맞습니다
물리·화학 실험을 센서 측정과 데이터 분석으로 확장하려는 고등학교 과학 교과
이틀 안에 두 과목의 MBL 실험과 보고서 작성까지 마치려는 과학 담당 교사
학생들이 4인 1조로 실험 장치를 직접 만들고 측정 데이터를 그래프로 다뤄 보게 하려는 학교
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