한국과학창의재단은 청소년의 과학 흥미도 향상을 지원하고, 과학에 관심 있는 청소년의 과학 활동 교류·소통을 촉진하여 우수 과학기술 인재 양성 기반을 구축하기 위해 ‘전국청소년과학탐구대회’를 개최해왔다. 43회를 맞는 올해 전국청소년과학탐구대회는 지난해 11월 22일부터 양일간 청주오스코에서 열렸다. 융합과학, 과학토론, YSC 연구발표, 시범종목 등 4개 종목이 운영됐으며, 총 111팀 600명 내외의 참가자가 참여하며 성황리에 마무리됐다.

이중 융합과학은 현장 제시 주제를 AI 등을 활용한 디지털 역량 기반으로 융합적·창의적인 방법으로 해결하는 종목이다. 초등 9팀, 중학 12팀, 고교 9팀 등 총 30팀이 최종 대회에 참가했다. 이들은 일상생활에서 발생하는 이슈를 디지털 도구를 활용해 해결하는 여러 아이디어를 냈다. 대상 수상 팀을 사이언스타임즈가 만나봤다.

학생들의 불만을 파악하고, 스스로 해결하는 스마트 교실

초등부에 주어진 주제는 ‘데이터 기반 교실 디자인’이었다. 초등부 대상을 수상한 전주교육대학교군산부설초 6학년 채율아, 이도윤 학생은 피지컬AI와 디지털 트윈 기술을 활용해 교실 환경을 실시간으로 분석하고, 자리마다 발생하는 문제를 자동으로 조절하는 교실을 설계했다.

Q : 어떻게 아이디어를 얻었나요?

이도윤 : 평소 교실 생활 중 친구들의 불만을 생각하고, 이를 해결할 효율적인 방법을 찾다보니, 피지컬 AI와 디지털 트윈 기술을 활용해 불만을 확인하고, 자동으로 조절하는 시스템을 떠올리게 됐습니다.

채율아 : 학교 주변 소음을 감지해 자동으로 소음을 조절하는 AI 창문, 자리별 온도차를 줄일 수 있는 복사 냉난방 패널, 창가에 앉은 학생도 눈부시지 않게 일조량을 조절해주는 자외선 차단 필름 등 저희들이 평소 교실에서 생활하면서 느꼈던 불편함을 바꿀 수 있는 교실을 설계했습니다. 제가 입학하던 해의 교실 환경과 지금의 교실을 비교해보면 불과 몇 년 사이에 엄청 큰 변화가 있었습니다. 몇 년 안에 충분히 실현될 수 있는 아이디어라고 생각합니다.

Q. 금번 대회를 어떻게 준비하셨는지요?

채율아 : 일요일마다 선생님 두 분께 융합과학에 대한 컨설팅을 받았습니다. 주제에 대해 다양한 관점에서 생각하고 해결해 나가는 방법, 프로그램을 다루는 방법이라든지 태도에 대한 것까지도 열심히 배웠습니다. 과제를 내주시면 주중에는 친구와 만나 밤늦게까지 과제를 해결하기 위해 시간을 많이 투자했습니다.

이철민(지도교사) : 융합과학 대회 지도교사가 처음이라 막막함이 컸습니다. 이에 과학교육원에 의뢰하여 융합과학 지도 경험이 풍부한 선생님들로부터 학생들이 직접 컨설팅을 받을 수 있도록 지원하였습니다. 또한, 학생들이 다양한 관점에서 문제를 바라보고, 사고를 확장할 수 있도록 관련 과학 도서를 제공하고 함께 모여 자유롭게 아이디어를 나누는 시간도 꾸준히 운영했습니다. 지도교사로서 정답을 제시하기보다는 학생들과 함께 고민하고, 함께 연구해 보는 과정에 중점을 두었습니다. 무엇보다도 주어진 문제에 대해 학생들이 끝까지 포기하지 않고 의욕적으로 참여하며 성실히 노력해 준 점이 이번 성과의 가장 큰 원동력이었다고 생각합니다.

Q. 다음 청소년과학탐구대회에 도전하게 될 후배들에게 ‘꿀팁’을 전한다면?

채율아 : 청소년과학탐구대회는 대단하고 완벽한 결과물을 요구하는 장은 아닙니다. 하나의 문제를 다양한 관점에서 볼 줄 아는 열린 마음과 터무니없이 창의적인 생각, 상상력이 필요한 것 같습니다. 평소에 책도 많이 보고, 다른 사람 입장에서 생각하다 보면 반짝이는 아이디어가 떠오를 겁니다. 제가 생각하는 꿀팁은 ‘독서’와 ‘무한 질문’입니다.

이도윤 : 무조건 ‘노력만이 살길’이라고 전하고 싶습니다. 노력은 배신하지 않으니 노력만 하면 될 것 같습니다.

Q. 이번 대회 참여가 앞으로의 인생에 어떻게 도움이 될 것이라 기대하시나요?

채율아 : 이번 대회를 준비하고 참여하며 평소 ‘나와 상관없는 일’, ‘내가 해결할 수 없는 일’이라고 생각했던 것들에 대해 생각할 기회를 얻었습니다. 다양한 분야의 문제점들에 대해 난 어떤 생각을 하는 사람인지 자신을 돌아 볼 수 있었고, 이 문제를 어떻게 해결하면 좋을지 오랜 시간 끈기 있게 생각하는 힘이 생긴 것 같습니다. 좋은 성적도 기쁘지만, 전국대회까지 한 단계 한 단계 올라오는 과정 또한 즐거웠습니다.

교실 냄새를 제거하는 ‘스마트 솔방울’

융합과학 중등부 부문에 주어진 주제는 ‘냄새 없는 교실, 과학으로 쾌적하게’였다. 대전 삼천중학교 2학년 허시은, 김묘경 학생은 솔방울 모양의 냄새 제거 장치 ‘파인 밸런스(PINE BALANCE)’와 공기 순환 기능을 더한 ‘스마트 윈도우(SMART WINDOW)’ 장치를 사용해 교실의 냄새를 제거하는 아이디어를 제시해 대상을 수상했다.

Q. 주어진 문제에 대해 어떤 해결책을 제시하셨는지요?

김묘경 : 이번 대회에서 저희에게 주어졌던 과제는 교실에서 발생하는 냄새 문제에 대한 해결 방안을 탐색하는 것이었습니다. 장치는 크게 두 부분으로 이뤄집니다. 파라핀계 PCM 물질을 활용하여 습도와 온도를 조절할 수 있도록 한 솔방울 모양 장치 ‘파인 밸런스’, 그리고 기존 창문에 형상 기억 합금으로 공기 순환 기능을 더한 ‘스마트 윈도우’입니다. 각각 용도에 맞는 특수 필터들을 추가하여 미세먼지, 세균, 바이러스, 이산화탄소 농도까지도 조절할 수 있도록 설계했습니다.

Q. 어떻게 해서 이런 아이디어를 얻었나요?

허시은 : ‘뤼튼’이라는 AI를 활용해 냄새의 주요 원인을 5가지로 나눠 분석하고, 그에 맞는 해결책을 검색하다 보니 다양한 아이디어를 얻을 수 있었습니다. 실 가닥 같은 아이디어를 하나하나 메모하면서 장치의 모습을 그려가던 중, 솔방울이 습도를 조절하는 기능이 있다는 것에 착안, 이를 모방해 냄새를 제거하자는 핵심 아이디어를 떠올렸습니다. 솔방울 모양의 장치를 만들고, 다양한 과학적 원리를 접목하면서 저희가 구현하고자 했던 장치를 완성해갔습니다.

Q. 평소 대회 준비는 어떻게 진행하셨는지요?

허시은 : 지도교사와 함께 과학실에서 노트북으로 모의 과제를 수행하는 연습을 많이 했습니다. 또, 바뀐 대회 형식에 맞춰 기획서와 설명서에 들어갈 내용을 정하고, AI 툴을 이용해 이미지를 생성하고 필요한 자료를 검색하는 연습을 아주 많이 했습니다. 주 1회씩 교육과학연구원에 가서 저희를 지도해 주신 고마운 컨설턴트분들 앞에서 모의 과제 발표도 하고, 최종 산출물에 대한 평가도 들으면서 대회의 전 과정을 연습했습니다.

이현주(지도교사) : 교내 선발에서부터 기출 문제를 단순히 활용하지 않고, 전국대회 흐름을 파악하여 신중히 문제를 출제했습니다. 전국대회 참여 시 전국청소년과학탐구대회 온라인 연수에서 안내해 주신 자료를 브리핑하여 대회에서 요구하는 내용이 무엇인지 학생들에게 다시 한 번 꼼꼼히 확인할 수 있도록 지도했습니다. 더불어 대전시에서 지원된 훌륭한 컨설턴트 분들의 컨설팅을 통해 연습을 실전처럼 수행할 수 있도록 했습니다. 무엇보다 대회를 준비하는 전 과정에서 참가 학생들이 긴장하지 않고 편안한 마음가짐을 유지할 수 있도록 보다 세심하게 관심을 기울였던 점도 대회 성과에 영향을 미치지 않았나 생각해 봅니다.

Q. 다음 청소년 과학탐구대회에 도전하게 될 후배들에게 ‘꿀팁’을 전한다면?

김묘경 : 주제에 대해 너무 딱딱하게 생각하지 말고, 자신이 그 상황에 처해있다면 어떤 것이 필요할 것 같은지를 생각하듯 여러 가지 아이디어를 폭넓게 생각해보는 것이 큰 도움이 되는 것 같습니다. 무엇보다 중요한 것은 파트너와의 팀워크입니다. 가능성 없을 것 같다고 생각될 수 있는 아이디어까지도 망설임 없이 공유해보는 과정에서 파트너가 자신이 떠올리지 못한 아이디어를 떠올리게 될 수도 있으니까요. 또한, 각자가 잘하는 부분을 맡아서 시간 내에 과제를 완료할 수 있도록 역할 분담을 하는 데도 팀워크가 중요합니다.