초등교사 3명은 조선시대 무기 ‘편곤’ 속 물리원리 연구로 대통령상
전국 3479점 출품해 303점 본선…초등생 ‘환삼덩굴 억제 연구’ 국무총리상
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| ▲출처: 국립중앙과학관 |
구조물에 충격을 가했을 때 발생하는 ‘소리’를 분석해 눈으로 확인하기 어려운 미세한 떨림과 이상 징후를 찾아내는 방법을 연구한 고등학생들이 전국과학전람회 최고상인 대통령상을 받았다. 조선시대 무기 ‘편곤’의 회전운동을 현대 물리학으로 분석해 초등학교 수업에 적용한 교사 3명도 대통령상 수상자로 선정됐다.
국립중앙과학관은 제72회 전국과학전람회 출품작 심사를 마치고 학생부와 교원·일반부 대통령상·국무총리상 등 수상작을 확정했다고 2일 밝혔다.
올해는 전국 17개 시·도에서 3479점이 출품됐다. 지역대회 등을 거쳐 303점이 전국대회에 진출했으며, 산·학·연 전문가 46명이 탐구 과정과 창의·독창성, 이론적 타당성, 실용성 등을 심사했다.
학생부 대통령상은 충남과학고 2학년 맹민규·이수인 학생의 ‘브라보팀’이 차지했다.
연구 주제는 ‘음향 분석을 통한 미지 구조물의 실시간 공진 대응 기초 기술 연구-음향 도플러 위상 분석을 이용한 워블 탐지’다.
두 학생은 대부분의 구조물이 서로 다른 재질의 결합으로 이뤄진다는 점에서 출발해 결합부의 안정성을 검사할 방법을 연구했다.
구조물에 충격을 가하면 진동과 함께 음향신호가 발생한다. 학생들은 이 신호를 수학적으로 변환한 해석신호와 도플러 효과를 이용해 복원한 진동 변위를 분석했다. 그 결과 비정상적인 진폭 변동인 ‘워블(wobble)’ 발생 여부를 탐지할 수 있다는 점을 확인했다.
실제 이종 재료 결합부를 가진 구조물을 대상으로 진동 초기와 후기의 신호를 비교한 실험 과정이 담겼다. 특정 길이 조건에서 워블이 결합부 상태와 관련돼 나타났으며, 작은 진폭의 진동에서도 이를 탐지할 수 있었다.
복잡한 장비 대신 비교적 간단한 음향 장비와 수학적 분석으로 구조물의 미세 진동을 읽어내고 이상 징후를 확인할 가능성을 보여준 점에서 높은 평가를 받았다.
교원·일반부 대통령상은 화순초 강대철, 도초초 김성식, 비금초 김혜민 교사로 구성된 ‘대한무기연구회팀’에 돌아갔다.
세 교사는 ‘조선시대 편곤과 봉의 회전운동 비교 시뮬레이터 개발 및 초등 물리교육 적용 연구’를 출품했다.
학생들이 수식과 문제풀이 중심의 물리학을 어렵게 느끼는 데서 연구를 시작했다. 우리나라 전통 무기인 편곤의 구조와 운동 원리를 물리학적으로 분석하고, 편곤과 일반적인 봉의 회전 운동에너지를 비교할 수 있는 센서 기반 시뮬레이터를 개발했다.
여기에 3D 시뮬레이션을 활용한 교육 프로그램을 실제 수업에 적용했다. 전통 무기에 숨어 있는 물리 원리를 디지털 기술로 다시 구현해 추상적인 개념을 체험형 과학교육으로 연결했다는 평가를 받았다.
학생부 국무총리상은 천안새샘초 5학년 김연우·강동우·황찬후 학생에게 돌아갔다.
세 학생은 하천에서 일부 외래식물 주변에 다른 식물이 잘 자라지 않는 ‘타감작용’을 관찰한 뒤, 이를 생태계교란종인 환삼덩굴 제거에 활용할 수 있는지를 실험했다.
개망초와 뚱딴지 추출물을 섞은 혼합액에서 환삼덩굴 발아가 57% 억제됐다. 실제 환삼덩굴에 6일 연속 살포했을 때는 3일째부터 변화가 나타났고 5일째에는 고사 단계가 관찰됐다.
교원·일반부 국무총리상은 신대초 최경주·전현우·진서영 교사의 ‘고둥학생팀’이 받았다.
이들은 장마와 댐 방류로 갯벌 염도가 낮아졌을 때 바지락은 폐사했지만 갯비틀이고둥은 살아남은 현상에서 연구를 시작했다. 분석 결과 갯비틀이고둥은 염분 스트레스가 심해질수록 활동량과 호흡량을 줄였고, 정상 염도로 돌아오면 다시 정상적인 활동 수준을 회복했다.
이번 전람회에서는 대통령상과 국무총리상 외에도 최우수상 10점, 특상 75점, 우수상 99점, 장려상 115점 등 전국대회 진출작 303점이 수상작으로 선정됐다.
수상작을 포함한 전체 출품작은 10월 10일까지 국립중앙과학관 미래기술관 3층 특별전시실에서 볼 수 있다. 시상식은 11월 3일 국립중앙과학관 사이언스홀에서 열린다.
피앤피뉴스 / 마성배 기자 gosiweek@gmail.com
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