조선시대 무기 편곤의 물리 원리를 체험 수업으로 풀어낸 전남 초등교사 3인이 제72회 전국과학전람회에서 최고상인 대통령상을 받았다. 도초초등학교 김성식 교사, 화순초등학교 강대철 교사, 비금초등학교 김혜민 교사로 구성된 '대한무기연구회'팀의 수상이다. 대회는 국립중앙과학관이 주최했다.
올해 대회에는 전국 17개 시·도에서 3,479점이 출품됐다. 지역대회를 통과한 303점이 전국대회에서 경쟁했다.
수상작은 '조선시대 편곤과 봉의 회전운동 비교 시뮬레이터 개발 및 초등 물리교육 적용 연구'다. 편곤은 손잡이 역할을 하는 본체와 타격부인 보조체가 고리로 이어진 무기다. 휘두를 때 손의 힘이 끝부분으로 전달되며 속도가 커지는 구조를 지녔다.
연구팀은 『무예도보통지』 기록을 현대 단위로 환산해 편곤의 제원을 고증했다. 이를 바탕으로 회전운동에너지를 계산하는 물리 모델을 세웠다. 전통 대장간에 의뢰해 길이와 질량이 같은 편곤과 봉을 실제로 제작해 30회 낙하 실험을 했다. 그 결과 편곤의 끝속도가 봉보다 약 1.3배 빠른 것으로 나타났다.
연구팀은 분석 결과를 학생이 직접 체험할 수 있는 교육 도구로 확장했다. 스마트폰 자이로센서로 각속도를 측정해 회전운동에너지와 상대 타격지수를 보여주는 앱을 만들었다. 측정 결과를 쌓아 무기별로 비교하는 웹 통계 시스템도 개발했다. 실제 무기를 휘두르지 않고 타격 장면을 안전하게 확인하는 언리얼 엔진 기반 3D 시뮬레이션도 직접 만들었다.
개발한 도구는 과학 동아리 융합(STEAM) 수업과 각종 과학 행사에 적용됐다. 과학에 대한 흥미가 낮은 학생들로 꾸린 동아리에서 학생들은 편곤과 봉의 에너지를 측정·비교하며 '빠른 속력이 큰 에너지를 만든다'는 원리를 스스로 찾아냈다. 편곤의 관절 구조를 응용한 '다관절 파리채' 발명 아이디어도 내놓았다. 사전·사후 검사에서 과학(물리)에 대한 흥미와 자신감이 높아진 것으로 나타났다.
"봉은 통째로 같이 도는데, 편곤은 끝이 따로 휙 돌아가니까 끝이 더 빨라져요."
도초초등학교 김성식 교사는 "최근 애니메이션 '케이팝 데몬 헌터스' 흥행으로 아이들이 우리 전통 무기에 관심을 갖는 모습을 보고, 이를 물리 수업과 연결하고 싶었다"며 "앞으로도 전통문화와 디지털 기술을 결합해 학생들이 과학을 즐겁게 탐구할 수 있는 수업을 꾸준히 연구하겠다"고 말했다.
