서귀포여자고등학교 MBL 과학 실험 - 학생 36명이 아두이노 센서로 측정한 자유 낙하와 증산작용

서귀포여자고등학교 재학생 36명이 2024년 8월 5일 아두이노를 활용한 MBL 과학 실험에 참여했습니다. 센서로 자유 낙하 시간을 재 중력 가속도를 계산하고, 비닐봉투를 씌운 식물에서 증발한 수분량을 측정해 엑셀로 분석했습니다.
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Oct 07, 2024
서귀포여자고등학교 MBL 과학 실험 - 학생 36명이 아두이노 센서로 측정한 자유 낙하와 증산작용

사례 요약

기관

서귀포여자고등학교

대상

재학생 36명

일정

2024년 8월 5일, 하루

교육 내용

아두이노를 활용한 MBL 과학 실험(물리 자유 낙하 실험, 생명과학 증산작용 실험)

프로그램

과학·교과 융합

교구·도구

사이언스 키트, 아두이노, 적외선 감지 센서·충격 감지 센서, 엑셀, 코풀(당시 SW 코스웨어)

결과물

자유 낙하 측정값과 중력 가속도 계산, 증산작용 수분량 데이터와 엑셀 그래프

서귀포여자고등학교 재학생 36명은 2024년 8월 5일 아두이노를 활용한 MBL 과학 실험 수업에 참여했습니다. 학생들은 물리 분야의 자유 낙하 실험과 생명과학 분야의 증산작용 실험을 했습니다. 센서로 측정한 값으로 중력 가속도를 계산하고, 증발한 수분량 데이터는 엑셀로 분석했습니다.

두 실험의 과학 원리

자유 낙하 운동

자유 낙하 운동은 중력을 받는 물체가 다른 힘 없이 떨어지는 운동입니다. 처음 속도가 0인 물체는 지구 중력 가속도(9.8m/s²)로 일정하게 빨라지며 떨어지고, 이동 거리는 시간의 제곱에 비례해 늘어납니다.

자유 낙하 거리와 시간, 속도, 중력의 관계를 나타낸 그림
자유 낙하 거리와 시간, 속도, 중력의 관계를 나타낸 그림

증산작용

증산작용은 식물이 뿌리로 흡수한 물이 잎의 기공을 통해 수증기 형태로 대기 중에 방출되는 과정입니다. 흙 속의 물은 뿌리털로 흡수되고, 줄기의 물관 속 물 분자는 응집력과 모세관 현상으로 물기둥을 이룹니다. 잎에서 일어나는 증산작용이 이 물을 뿌리에서 잎까지 끌어올립니다. 온도가 높거나 빛이 강하거나 습도가 낮을 때 증산작용이 활발하게 일어나며, 식물은 이를 통해 수분을 조절합니다.

뿌리털의 흡수, 물관 속 물기둥, 잎의 증산작용을 나타낸 그림
뿌리털의 흡수, 물관 속 물기둥, 잎의 증산작용을 나타낸 그림

아두이노 기초와 실험 준비

학생들은 먼저 아두이노의 개념을 배우고, 실험에 필요한 개발 환경을 세팅했습니다.

아두이노 개념을 배우고 개발 환경을 세팅하는 학생들
아두이노 개념을 배우고 개발 환경을 세팅하는 학생들

아두이노 개념을 배우고 개발 환경을 세팅하는 학생들

이어서 미리 준비한 센서와 액추에이터를 테스트하며 실험 준비를 마쳤습니다.

적외선 감지 센서를 테스트하며 실험을 준비하는 교실
적외선 감지 센서를 테스트하며 실험을 준비하는 교실

적외선 감지 센서를 테스트하며 실험을 준비하는 교실

키트 부품을 조립하고 아두이노 회로를 연결하는 학생
키트 부품을 조립하고 아두이노 회로를 연결하는 학생

실험 1 · 물리, 자유 낙하

첫 실험은 자유 낙하 실험입니다. 학생들은 150cm 높이에 적외선 감지 센서를 달고 그 위치에서 물체를 떨어뜨린 뒤, 충격 감지 센서로 물체가 바닥에 닿는 시간을 측정했습니다. 이 측정값으로 중력 가속도를 계산했습니다.

벽면에 센서를 고정해 자유 낙하 실험 장치를 설치하는 학생들
벽면에 센서를 고정해 자유 낙하 실험 장치를 설치하는 학생들

벽면에 센서를 고정해 자유 낙하 실험 장치를 설치하는 학생들

낙하 시간과 가속도, 속도 측정값이 표시된 LCD
낙하 시간과 가속도, 속도 측정값이 표시된 LCD

실험 2 · 생명과학, 증산작용

다음으로 증산작용 실험을 했습니다. 학생들은 식물을 비닐봉투에 넣고 센서로 잎에서 증발하는 수분량을 측정했습니다.

화분에 비닐봉투를 씌우고 센서로 수분량을 측정하는 학생들
화분에 비닐봉투를 씌우고 센서로 수분량을 측정하는 학생들
화분에 비닐봉투를 씌우고 센서로 수분량을 측정하는 학생들

화분에 비닐봉투를 씌우고 센서로 수분량을 측정하는 학생들

측정한 수분량은 엑셀로 분석하고, 그래프로 변화를 확인했습니다.

증산작용 측정 데이터를 엑셀 그래프로 확인하는 노트북 화면
증산작용 측정 데이터를 엑셀 그래프로 확인하는 노트북 화면

수업에서 쓴 사이언스 키트

이 수업에는 교풀에듀의 사이언스 키트를 사용했습니다. 당시 키트에는 이번에 한 자유 낙하 실험과 증산작용 실험 외에도 물리의 스트로보스코프, 화학의 어는점 실험, 지구과학의 불쾌지수 측정 실험처럼 아두이노로 하는 정보·과학 융합 실험이 들어 있었습니다.

태양광 패널과 키패드·LCD 모듈이 들어 있는 베이직 사이언스 키트
태양광 패널과 키패드·LCD 모듈이 들어 있는 베이직 사이언스 키트

교풀에듀가 맡은 일

  • 수업: 아두이노 기초와 개발 환경 세팅, 자유 낙하 실험, 증산작용 실험과 엑셀 데이터 분석을 진행했습니다.

  • 교구: 사이언스 키트와 실험에 쓸 센서·액추에이터를 미리 준비했습니다.

이런 학교·기관에 맞습니다

  • 물리와 생명과학 실험을 하루 수업에서 함께 다루려는 고등학교 과학 교사

  • 센서로 모은 실험 데이터를 엑셀로 정리하고 그래프로 확인하는 수업을 찾는 학교

  • 교과서의 자유 낙하·증산작용 개념을 학생이 직접 측정해 확인하게 하려는 과학 캠프

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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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