센서 활용, 무선으로 데이터 수신
초·중·고 모든 과학실험 구현 가능
스마트폰 앱도 개발…누구나 활용




‘아두이노 센서를 활용한 스마트폰 무선 과학 실험(과학)’으로 국무총리상을 차지한 이석 경기 수일중‧조광근 안산해양중‧김영준 경기 오남고‧김성훈 경기 구리고 교사는 학교 현장에서 과학 수업의 기본인 ‘실험’이 제대로 이뤄지지 않는 현실을 고민하다 출품을 결심했다고 밝혔다.

이석 교사는 “기존 과학실험은 긴 준비시간, 복잡한 실험기구, 이동에 대한 제한, 실험값 측정 오차 등 어려움이 있어 진도의 제약이 없는 학기말에 1~2회 정도 실시하는 경우가 대부분이었다”며 “아두이노 센서와 스마트폰을 활용한 무선 실험은 과학 수업에 혁신을 가져왔다”고 설명했다.

아두이노(Arduino)는 오픈소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러로 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여 LED나 모터와 같은 외부 전자장치들을 통제하는 마이크로컴퓨터다. 센서는 적외선 인체감지, 진동, 레이저, 터치, 조도, 기울기 등 수십 가지에 달한다.

교사들이 개발한 것은 아두이노와 스마트폰을 블루투스(Bluetooth)로 연결, 데이터를 실시간으로 수신하며 그래프를 그리도록 한 장치로 아두이노 센서 없이도 스마트폰 내장 센서를 이용해 실험이 가능하도록 설계했다. 예를 들어 거리센서를 이용하면 물리 과목의 ‘진자의 주기’ 측정 실험을 할 수 있고, 온도 센서로는 화학에서 ‘물질의 어는점과 끓는점’을 측정할 수 있다는 것이다. 몇몇 실험에서는 스피커를 통해 그래프와 데이터 값의 변화를 소리의 높낮이로 인식할 수 있어 시각장애우도 실험에 참여할 수 있도록 했다.

조광근 교사는 “학생과 교사들이 쉽게 접근할 수 있도록 스마트폰 앱 ‘스마트 실험교실’도 자체 개발했다”며 “익숙한 휴대전화를 활용하다보니 호기심이 극대화돼 학생들이 보다 능동적으로 수업에 참여하게 됐다”고 설명했다. 앱은 구글 플레이스토어에서 무료로 다운받아 누구나 즉시 활용할 수 있다.

교사들은 이를 위해 과학 교과 전체의 실험을 학년별로 분석하고 초․중․고교용 실험 자료집을 만들었다. 표지의 QR코드를 스마트폰으로 스캔하면 실험방법과 어플리케이션 사용방법이 나타나 편리성을 더했다. 즉 스마트폰 앱과 자료집을 활용하면 초‧중‧고(융합과학, 물리Ⅰ․Ⅱ, 화학Ⅰ․Ⅱ, 지구과학Ⅰ․Ⅱ) 과학교과서의 모든 과학실험을 구현할 수 있다는 설명이다.

김영준 교사는 “아두이노의 가장 큰 장점은 개당 3~4만원으로 다른 모듈에 비해 저렴해 부담이 적고 누구나 직접 보드를 만들고 수정할 수 있다는 점”이라고 강조했다. 기존 과학 실험 수업에 활용됐던 MBL(Microcomputer Based Laboratory, 컴퓨터 기반 실험)은 개당 300~400만 원대로 가격이 비싸 학교에 1~2대 정도 보유하고 있는 실정이었다. 때문에 교사가 대표로 실험을 보여주는 강의식 수업을 할 수 밖에 없었다는 것이다.

김성훈 교사는 “아두이노와 스마트폰을 활용한 무선 과학실험은 실험을 설계하고, 데이터를 얻어 결론을 도출하기까지의 시간을 획기적으로 줄일 수 있다”며 “언제 어디서나 가능하고 가격도 저렴해 학생 수 만큼 구입할 수 있어 널리 보급된다면 과학 실험 수업에 대한 패러다임을 전환할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.