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작품번호

403

제29회 전국학생과학발명품경진대회

건전지의 양을 알 수

있는 전류측정기

제작 지도

출품분야 지도논문 출품부문 학습용품

2007. . .

시․도 학 교(소 속)

학 년(직 위)

성 명

지도학생울산

삼산초등학교5학년 김 기 림

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작품번호

403

제29회 전국학생과학발명품경진대회

건전지의 양을 알 수

있는 전류측정기

제작 지도

출품분야 지도논문 출품부문 학습용품

2007. . .

• 차 례 •

1. 지도의 동기 및 목적 ·········································································································· 1 가. 지도의 동기 ····················································································································· 1 나. 지도의 목적 ····················································································································· 1

2. 지도를 위한 이론적 배경 ································································································ 2 가. 발명에 입문하는 10가지 기본적인 방법 ·································································· 2 나. 발명품 제작의 사고 기법 ····························································································· 3 다. 발명기법 ··························································································································· 5

3. 발명 활동의 지도의 설계 ·································································································· 7 가. 지도 대상 및 주제 ········································································································· 7 나. 지도 기간 ························································································································· 7 다. 지도 일정 ························································································································· 7

4. 발명 활동지도의 실제와 결과 ·························································································· 8 가. 어떤 형태로 건전지의 양을 측정할 것인가에 관한 지도 ····································· 8 나. 전류 신호등 1차 작품 지도 ······················································································ 11 다. 전류 신호등 2차 작품 지도 ······················································································ 12 라. 전류 신호등 3차 작품 지도 ······················································································ 12 마. 전류 신호등 4차 작품 지도 ······················································································ 15 바. 전류 신호등 최종 작품 지도 ···················································································· 17

5. 제작 지도 결과 및 활용 전망 ························································································ 22 가. 발명 작품을 통한 교육적 효과 ············································································ 22 나. 발명 작품의 활용 전망 ···························································································· 23

6. 결론 ······································································································································ 24

7. 설문지 ·································································································································· 25

8. 참고 문헌 및 참고 사이트 ···························································································· 26

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표 차 례 표 1. 지도 일정표 ································································································· 7 표 2. 전구의 병렬, 직렬 연결의 특징 ································································ 13 표 3. 회로도 기호 ······························································································· 14

그 림 차 례

그림 1. 발명일지 ········································································································· 8

그림 2. 발명대회 기존 작품 ···················································································· 9

그림 3. 시중 제품의 종류 ························································································ 10

그림 4. 1차 작품 ······································································································ 11

그림 5. 2차 작품 ······································································································ 11

그림 6. 3차 작품 ······································································································ 14

그림 7. 3차 작품 회로도 ························································································· 14

그림 8. 4차 작품 ········································································································16

그림 9. 4차 작품 회로도 ··························································································16

그림 10. 최종 작품 모형 회로도 ············································································17

그림 11. 최종 작품 모형 외형도 ············································································18

그림 12. OP램프 동작원리 ·····················································································19

그림 13. 내부 전압 ····································································································19

그림 14. 최종 작품 ····································································································20

그림 15. 최종 작품 전체 회로도 ·········································································· 20

그림 16. 최종 작품 외형도 ······················································································21

그림 17. 최종발명품 제작과정 ············································································ 23

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1. 지도의 동기 및 목적

가. 지도의 동기

4학년 1학기 과학시간에 ‘전구에 불켜기’ 수업을 한 후의 김기림 학생의 아이디

어에서 출발하였다. 과학수업 중 건전지를 사용하는 실험 과정에서 건전지로 인해

실험결과가 제대로 나오지 않아 과학적 개념 형성에 어려움을 많이 겪어 본 나로서

는 건전지의 양을 쉽게 알아낼 수 있는 발명품을 만든다는 생각에 도전의식이 생

겼다.

사실 과학수업 중 아이들이 가장 어려워하는 영역이 물리분야이고 그 중에서도

전기에 관한 내용을 가장 어려워하기 때문에 처음에 오개념을 형성하게 되면 나중

에 그것을 바로 잡기란 참 어렵다는 생각을 많이 해왔다. 그러던 중 과학수업 준비

를 도와주시는 과학보조 선생님께서 건전지를 사용하는 실험의 경우 건전지의 양을

확인한 후 실험준비를 하지만 여러 반의 실험을 준비하다 보면 시간의 부족으로 건

전지의 양을 다 확인하기란 어렵다고 하셨다. 그러한 이야기를 듣고 보니 건전지의

양을 쉽게 알 수 있는 전류측정기를 발명하고 싶어 하는 김기림학생을 지도하여

‘과학시간이 좀 더 신나는 시간이 되었으면…’ 하는 욕심이 생겼다.

초등과학을 전공하여 발명에 대해서 늘 관심이 많았던 나는 발명이야말로 자원이

부족한 우리나라를 살리는 길이라 생각하여 평소에도 학생들에게 불편한 물건을 조

금만 바꾸어도 대단한 발명이 될 수 있다는 것을 강조해왔다.

그러던 차 발명이라는 활동을 통하여 김기림학생의 과학적 탐구력과 창의력을 키

울 수 있는 것이라는 생각이 들어 건전지의 양을 쉽게 알 수 있는 ‘전류 신호등’ 제

작을 지도하게 되었다.

나. 지도의 목적

본 발명품의 제작지도 목적은 다음과 같다.

1) 일상생활에서 생활용품의 불편한 점을 찾아 더 개선시키려는 노력을 함으로써

발명에 대한 흥미와 자신감을 높일 수 있다.

2) 자기 주도적인 문제 해결과정을 체험함으로써 창의력과 과학적 탐구력을 기를

수 있다.

3) 실험에 의해 효과를 검증할 수 있는 과정과 방법을 지도 할 수 있다.

4) 작품의 완성을 통해 사고 기능의 다양화를 꾀할 수 있다.

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2. 지도를 위한 이론적 배경

가. 발명에 입문하는 10가지 기본적인 방법

1) 무엇인가 찾아서 메모하자는 것이다.

인간의 기억력은 그리 길지 못하다. 이 모순점을 해결하기 위한 가장 좋은 방법이

메모지에 기록해 놓는 것이다. 세계적으로 유명한 에디슨, 링컨, 루즈벨트, 우장춘

박사 모두다 메모광이었다.

2) 왜 그럴까? 다른 방법은 없을까? 라는 의문점을 가지라는 것이다.

모든 상품이나 자연을 관찰할 때 한 가지 이상 의문점을 품고 그것을 해결함으로

서 더 발달된 사고가 나오기 때문이다. 카메라는 우리 눈과 구조가 거의 비슷하게

만들어 졌다. 자연을 응용하여 만든 상품이 매우 많다.

3) 분해 작업을 시작하라는 것이다.

발명품은 머리로 만드는 것이 아니고 손으로 만드는 것입니다. 못쓰게 된 물건을

분해하여 다른 곳에 사용처가 없는가 조사해 보고 버리자.

4) 제일 잘 안 되고 불편한 점을 찾아라 는 것이다.

모든 일을 하다가 이것이 불편하고 잘 안 되는 점을 메모하였다가 연구하는 것이

가장 빠른 성공의 지름길이다.

5) 남에게 문제점을 설명하고 자문을 구하라는 것이다.

새로운 아이디어를 얻는 가장 좋은 방법이다. 옛말에 세 사람이 모이면 100사람

의 지혜가 나온다는 말이 있다. 문제점을 설명하고 자문을 구하라!

6) 침착하게 조언자의 말을 귀담아 들으라는 것이다.

아무리 하찮은 발명품이라고 혹평을 하더라도 침착하게 그 사람의 말을 들어주면

좋은 아이디어가 나오게 된다.

7) 과학적인 공상을 많이 하고 그림으로 나타내어라는 것이다.

옛날 만화에 구름 잡는 이야기가 오늘날에 현실로 되고 있다.

8) 긍정적으로 생각하고 할 수 있다는 것을 믿으라는 것이다.

불가능이란 없다. 나도 할 수 있다. 는 신념을 가지고 모든 일에 임하라! 천재와

바보는 백지 한 장 차이뿐이다.

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9) 현 위치에서 문제를 찾으라는 것이다.

아이디어는 자기 주위로부터 시작해야 된다.

10) 남보다 먼저 계획하고 실천하라는 것이다.

발명을 하다 보면 "나도 생각했었는데"라는 말을 많이 듣는다. 계획과 동시에 실

천하라!

나. 발명품 제작의 사고 기법

1) 더 하라

기존의 발명품(물건)에 무언가를 덧붙여서 새로운 발명품을 만들어 내는 것이

다. 더하기 발명에는 똑같은 그대로 하나 더 늘려서 (A＋A방식)새로운 효과를

내는 것이 있고 (예: ＋자 드라이버, 양날 면도기, 양면시계 등)서로 다른 것을

더해서 (A＋B방식) 새로운 발명품을 만들어 내는 것이 있다.

2) 빼 보라

이미 있는 물건에서 그 일부를 없앰으로써 새로운 효과가 발생하도록 하는

것이다. 예를 들면 고혈압 환자를 위해 설탕을 빼고 만든 무가당 주스, 무선 전

화기 등이 빼기 발명에 해당된다.

3) 재료를 바꾸어 보라

물건을 만든 재료만 바꾸어도 훌륭한 발명품이 나올 수 있다.

엉뚱한 재료로 가장 성공한 예는 종이컵을 들 수 있다. 종이는 물에 젖는다.

이 때문에 누구도 종이로 컵을 만들 생각을 하지 않았었다.

4) 반대로 생각해 보라

대부분의 사람들이 생각하고 있는 것과 반대로 생각함으로써 훌륭한 발명품

이 나올 수 있다. 양말과 장갑을 반대로 생각해서 벙어리장갑과 발가락 달린

양말(무좀 예방용)이 나왔다는 것이다.

5) 새로운 용도를 찾아보라

이 방법은 이미 세상에 나와 있는 발명의 새로운 용도를 찾아냄으로써 새로

운 발명으로 인정받거나, 기존의 발명품을 응용하여 새로운 발견을 탄생시키는

것이다. 예를 들면, 백묵은 흑판 글씨 쓰는 용도 외에 흘린 잉크를 빨아들이는

도구, 가루로 만들어 운동장에 선 긋는 석회의 대용품 등으로 쓸 수도 있다.

6) 축소 또는 확대해 보라

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기존의 물건을 작게 하거나 또는 크게 해서 훌륭한 발명품이 나올 수도 있다.

최근에는 양산을 세 번이나 접어 작은 여성용 핸드백에 넣을 수 있는 것까지

나왔다.

7) 남의 아이디어를 빌려라

기존에 나와 있는 발명품에서 힌트를 얻으면, 의외로 훌륭한 발명 아이디어를

손쉽게 구할 수 있다. 예를 들면, 미끄러지지 않는 아기 양말에서 바닥에 고무를

붙인 미끄러지지 않는 접시, 찻잔 등을 발명할 수 있지 않을까?

8) 폐기물을 활용하라

우리나라에서도 최근 폐기물을 재활용하는 발명이 많이 나오고 있다. 폐타이

어를 이용해 고속도로 중앙분리대를 만들자는 아이디어가 특허출원 되었다.

9) 구멍을 뚫어 보라.

일본의 ‘후꾸이’는 주전자 뚜껑에 오직 구멍 하나 뚫는 것으로 특허를 받아

억만장자가 되었다.

10) 무거운 것을 가볍게 하라

무거우면 옮기기 어렵고 힘이 많이 들어서 불편하기 짝이 없다. 이것을 좀더

가볍고 편리하게 움직일 수 있는 방법을 찾는다.

※ 의자 →바퀴달린 의자 (움직이기 쉽다.)

11) 불가능하다는 생각을 가능하다고 생각하라

일반적으로 불가능하다고 생각되면 포기하지 말고 가능할 수 있다고 생각하라.

어떤 방법을 찾게 되면 아주 신기한 물건이 탄생될 수 있기 때문이다.

※ 물위에 텐트를 칠 수 있지 않을까?→수상 텐트

12) 모양을 바꾸어 보라

사용이 불편하거나 더 좋은 성능으로 바꾸어 보려면 모양을 바꾸어서 더욱 더

편리하게 쓸 수 있는 방법이 있다.

※ 물파스를 세워서 바르면 쥐기가 불편하다→꼬부라진 물파스 주둥이

13) 시간 단축을 살펴라

사람은 먹지 않고는 살 수 없고 시간에 쫓겨 먹는 것을 소홀히 하는 사람이

의외로 많다. ※ 일회용 컵에서 착안 →일회용 단팥죽

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다. 발명기법

1) 브레인 스토밍법(Brain Storming of Law)

이 방법은 여러 사람이 모여 어느 한 문제에 대하여 아이디어를 공동으로 내어놓

는 것으로 알렉스 오스본이 창안한 집단사고 방법의 회의 진행 방법이다. 집단 사

고의 대표적인 것으로 가장 많이 사용하고 있다.(확산적 사고, 발산적 사고로 분류

하는 경우도 있음)

※브레인스토밍을 잘하기 위한 4가지 규칙을 소개하면 다음과 같다.

(1) 어떤 의견이 나오더라도 비판을 해서는 안된다.(비판을 하지 않으면 아이디어

는 더 많이 나온다.)

(2) 자유 분방을 환영한다. (자유분방한 분위기 유도: 비약적인 아이디어를 얻고

싶을 때)

(3) 질에 대해서는 생각 말고 양을 바란다.(아이디어는 많으면 많을수록 좋다.)

(4) 타인의 아이디어의 개선. 결합을 구한다.(결합과 개선이 추구되어야 한다.)

2) 고오든 법

연구 주제는 사회자만 알고 다른 사람들은 사회자의 진행대로 마음껏 이끌어 가

는 방법이다.

이 방법은 고정관념에서 탈피, 기상천외한 아이디어를 얻을 수 있을 뿐만 아니라

엉뚱한 답을 유도할 수 있어 자유로운 생각, 개념의 도입이 쉽고 그로 인해 대단한

아이디어를 얻을 수 있는 장점이 있다. 끝 무렵에는 주제를 공개하여 자신들의 상

상력과 어린애와 같은 천진함을 느끼게 하여 창조성의 영역을 자극할 수 있게 한

다.

3) 오스본의 체크리스트 법(Osborn Checklist of Law)

문제의 해결점을 미리 정해 놓고 넓은 각도로 점검해 나갈 수 있는 방법으로 다

양한 사고를 유발할 수 있는 한가지의 발명 기법이다.

오스본은 75가지의 질문법을 사용하는데 그 중 많이 이용되는 몇 가지를 소개하

면 다음과 같다.

ㅇ 다른 용도는?

약간 수정하면 다른 용도로 사용될 수는 없을까?

ㅇ 적용하면?

기존 아이디어와 유사점은?

내가 그대로 따올 수 있는 것은?

ㅇ 수정하면?

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의미, 색광, 동작, 음색, 냄새, 형식, 모양을 변화시키면?

ㅇ 확대하면?

덧붙여 보면? 시간을 더 길게 하면? 더 자주 하면? 더 강하게 하면?

ㅇ 축소하면?

뺄 것은? 더 작게 하면? 축소형은? 더 짧게, 더 가볍게 하면? 단순화하면?

ㅇ 대치하면?

대신할 물건은? 또 다른 구성요소는? 다른 물질은? 처치 방법을 바꾸면?

ㅇ 재배열하면?

구성요소를 상호 교환시키면? 다른 형식으로 배열하면? 속도를 바꾸면?

ㅇ 뒤바꾸면?

반대로 되는 것은? 뒤집어 보면? 거꾸로 놓으면? 역할을 반대로 하면?

ㅇ 결합하면?

혼합물, 합금, 분류, 조화를 이루거나 만들어 보면? 용도를 합치면?

4) 결점 열거법

어떤 환경 어떤 기계나 물건이라도 결점이 있고 문제가 있고 완전이란 있기 힘들

며, 그러기에 새로운 아이디어를 요구하게 되고 이러한 문제나 결점을 알게 되면

그 결점을 제거하기 위하여 다각도로 궁리를 하게 된다. 결국 결점을 찾아서 그 결

점의 제거 방법을 제시하도록 하는 기법이 결점 열거법이다.

예를 들어 옷걸이를 대상으로 결점을 열거해보면

∙걸친 옷이 잘 미끄러진다.

∙재질이 너무 딱딱하다

∙윗도리 밖에 걸 수 없다.

5) 희망점 열거법

희망점이란 적극적인 문제점으로 “이렇게 되었으면 좋겠다.”라는 생각을 말한다.

문제의 대상이나 개선하고자 하는 문제 물건 등에 대하여 먼저 희망점을 제시한 뒤

다음에 희망 충족을 위한 아이디어를 제시하도록 하는 방법이다.

6) 문제점 열거법

논의 하고자 하는 주제에 대하여 순서대로 회원 각자에게 문제점을 기술 시켜 그

것을 요약해 열거 시켜 놓고 회원 공동으로 그에 대한 주석과 해답을 제시해 나가

는 기법이다.

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3. 발명 활동의 지도의 설계

가. 지도연구의 대상 및 주제

1) 지도 대상 : 삼산초등학교 5학년 김기림

2) 주 제 : 건전지의 양을 알 수 있는 전류측정기 제작지도

나. 지도의 기간

2006년 11월 25일 - 2007년 6월 14일

다. 지도 일정

표 1> 지도일정표

단계 추 진 절 차 추 진 내 용 기 간

준 비

아이디어 수집․ 아이디어 공모 2006. 11. 25 ～ 11. 27

․ 아이디어 분석 2006. 11. 27 ～ 11. 29

작품

제작계획서

제출

․ 최초아이디어 실현성 검토 2006. 11. 30 ～ 12. 02

․ 아이디어에 대한 인터넷 검색지도 2006. 12. 03 ～ 12. 04

․ 작품제작 계획서 작성 2006. 12. 05 ～ 12. 06

실 행

자료수집 및

기초조사

․ 일상생활 속에서의 창의력 발상지도 2006. 12. 07 ～ 12. 20

․ 발명기법 탐구활동 지도 2006. 12. 20 ～ 12. 31

․ 기존 발명품 찾아보기 탐구지도 2007. 01. 01 ～ 01. 20

․ 기존 제품 확인 시장조사지도 2007. 01. 21 ～ 01. 31

․ 작품 구상하기지도 2007. 02. 01 ～ 02. 20

작품제작

및

보완 적용

․ 제작을 위한 재료 조사지도 2007. 02. 20 ～ 02. 23

․ 1차 작품의 탐구 활동 지도 2007. 02. 24 ～ 03. 15

․ 2차 작품의 탐구 활동 지도 2007. 03. 16 ～ 03. 26

․ 3차 작품의 탐구 활동 지도 2007. 03. 27 ～ 04. 04

․ 4차 작품의 탐구 활동 지도 (전문가 방

문 및 지도 조언)2007. 04. 05 ～ 04. 30

․ 최종작품의 탐구 활동 지도 (전문가 방

문 및 지도 조언)2007. 05. 01 ～ 06. 02

결과

보고서 작성

및

발 표

․ 작품 제작 설명서 작성지도 2007. 03. 20 ～ 06. 14

․ 지도연구 논문 작성 2007. 03. 20 ～ 06. 14

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4. 발명 활동지도의 실제와 결과

창조적 문제해결 전략을 기본 모형으로 한 발명 지도에 대한 문제 해결 및 탐구

지도 결과는 다음과 같다.

가. 어떤 형태로 건전지의 양 즉 전류의 세기를 측정할 것인가에

대한 지도

1) 문제의 발견 및 지도

김기림학생은 4학년 과학 수업 때 건전지를 이용하여 ‘전구에 불켜기’ 수업을 하

던 중 쓴 건전지로 인해 실험 결과가 잘못 나온다는 것을 알았다. 뿐만 아니라 가

정에서 건전지를 여러 개 넣는 전자제품의 경우 한 개의 전지 때문에 작동이 안 될

때 다 쓴 전지 한 개를 찾기가 힘들었을 뿐 아니라 심지어 전체를 다 바꾸었던 일

이 생각났다. 그래서 실험 전에 미리 건전지의 양을 알 수 있거나 다 쓴 전지를 찾

을 수 있는 방법을 찾아보도록 아래와 같이 지도하였다.

2) 해결 방안 탐색 및 적용

김기림 학생에게 브레인스토밍방법을 이용하여 건전지의 양을 알 수 있는 방법을

나열하게 하였다.

[그림1] 발명일지

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3) 인터넷 검색

특허청과 국립중앙과학관의 인터넷 홈페이지 검색을 통하여 기존 작품을 검색하도

록 지도하였다.

<특허 및 실용신안 검색>

(가) 검색사이트 : http://www.kipriso.or.kr

(나) 전류계에 대한 검색 결과

전류계에 대한 검색 결과 충전 건전지의 경우 충전정도를 눈금(디지털식)으로 나

타내는 기계에 대한 내용이 한 건 있었다.

<발명대회 출품 작품 검색>

(가) 검색사이트 : http://www.science.go.kr/

(나) 검색결과

건전지를 연결하는 방법에 대한 작품으로 1987년 부산 김언정 학생의 ‘편리한

건전지 끼우개’ 와 1989년 대전 오현지 학생의 ‘건전지 끼우개’ 와 2003년 광주

오동환 학생의 ‘편리하게 사용하는 건전지 받침대’ 등 몇 점이 있었다. 그러나

건전지의 양을 측정 하는 작품으로는 1986년 강원도 인제초등학교의 이정남학생의

‘건전지 전력측정 및 운동에너지 변환 실험장치’ 와 1992년 강릉 윤홍기 초등학교

학생의 ‘건전지 세기 측정기’ 가 있었다.

건전지 전력측정 및 운동에너지

변환 실험장치건전지 세기 측정기

건전지의 전력을 이용하여 꼬마전동기

의 바퀴에 고무벨트를 감아 회전판과

발전기를 건전지의 전력을 대강 측정하

고 회전판의 운동하는 모습을 실험 관

찰하는 장치이다.

건전지의 세기에 의하여 모터의 회전속

도가 변하고, 모터의 회전이 회전판에

전달되고, 이에 따라서 회전추가 움직이

며 회전추가 눈금추를 끌어 올려, 건전

지의 세기가 눈금으로 표시되는 계측기

기의 원리를 눈으로 보고 알 수 있는

작품이라 할 수 있다.

[그림2] 발명대회 기존 작품

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<시중에 나와 있는 상품 검색>

(가) 검색사이트 : 인터넷 과학 쇼핑몰이나 과학사

(나) 검색결과

제 품 특징 장 점 단 점

․눈금으로 전

류량 확인해

야 함

․직류전류만

측정함

․눈금 읽기에 어려움이

있음

․측정하는 동안 손이 자

유롭지 않음

․눈금으로 전

류량 확인해

야 함

․건전지의 잔

량을 측정하

거나, 콘덴서,

TR등을 측정

할 수도 있다

․복잡한 기능이 많아 눈

금을 확인하기 어려움

․1.5V전지의 전류량 측

정 시 눈금폭이 너무

작음

․수치로 되어

있음(디지털)

․숫자로 되어

있어 확인이

쉬움

․가격이 비쌈

․측정하는 동안 손이 자

유롭지 않음

․숫자가 의미하는 바를

저학년은 알기 어려움

․수치로 되어

있음(디지털)

․숫자로 되어

있어 확인이

쉬움

․집게가 달려

있어 측정하

는 동안 손이

자유로움

․가격이 비쌈

․숫자가 의미하는 바를

저학년은 알기 어려움

[그림 3] 시중제품의 종류

- 11 -

나. 전류 신호등 1차 작품 지도

1) 아이디어 착상과정

가) 기존 전류측정기의 문제점 발견

검사할 건전지를 외부에서 연결하므로 두 손이 자유롭지 못하다.

기계에 대한 거부감이 있다.

초등학생이 건전지의 양을 쉽게 확인하기가 어렵다. 수치화로 돼 있거나 눈금

으로 결과가 표시된다.

나) 해결 방안

건전지를 아이들에게 친숙한 회로검사기의 형태로 하여 기계에 대한 거부감을

줄이고 전지 끼우개에 끼움으로서 두 손을 자유롭게 할 수 있다. 또한 불의 밝기

로 건전지의 양을 확인한다면 초등학생도 알기 쉽다.

2) 제작 지도 및 방법

가) 명칭정하기

아이들이 좀 더 친숙하게 느낄 수 있도록 건전지의 전류를 측정하는 이 기계의

이름을 ‘전류신호등’이라 이름 지었다. 첫 번째 전구의 밝기 그림과 같을 때에는 파

란신호등처럼 계속 사용해도 됨을 알려주고, 두 번째 전구의 밝기 그림과 같을 때

에는 노란신호등처럼 조금 더 사용하다 바꾸어야 함을 알려주고, 세 번째 전구의

밝기 그림과 같을 때에는 빨간 신호등처럼 곧 바꾸어야 함을 알려준다.

나) 제작과정

우드락 자르기전지끼우개와

전구연결하기

전류측정기로 전류량

확인하기

3단계 전구사진

붙이기

[그림4]1차 작품

1차작품의 문제점

불이 켜진 전구의 사진이 선명하지 못하여 구분하기 어렵다.

단계가 적어 건전지의 양이 정확하게 구분되기 어렵다.

- 12 -

개선방안지도

불의 밝기 정도를 사진으로 비교하기엔 어려움이 있으므로 소리의 크기

와 불의 밝기 정도로 나타내는 방법을 지도하였다.

다. 전류신호등 2차 작품 지도

1) 해결 방안 탐색 및 적용 지도

사진으로 구별하기 힘든 전류량을 아이들이 좋아하는 장난감에 들어있는 소리의

크기와 불의 밝기로 나타내도록 하였다.

2) 제작 지도 및 방법

장난감에서 전자기판

떼내기우드락 자르기 전구와 연결하기 완성하기

[그림5]2차 작품

2차작품의 문제점

노래 소리의 크기보다는 노래 소리의 빠르기에 변화가 있었다.

기준이 되는 노래 소리의 빠르기를 알 수 없어 전류량의 정도를 알 수 없

다.

개선방안지도

소리의 기준을 찾을 수 없으므로 기존의 전류측정기와 다른 방법이면서

시각적으로 확인할 수 있는 방법을 고안하도록 지도하였다. 건전지의 양에 따

라 전구의 켜지는 개수가 달라지는 방법을 고안하도록 지도하였다.

라. 전류신호등의 3차 작품 지도

1) 해결 방안 탐색 및 적용 지도

전류량을 정확하게 확인하기 쉬우며 저학년학생들도 쉽게 알 수 있는 불이 켜지

는 전구의 개수로 나타내기로 하였다. 가장 흔한 전자제품이 된 휴대폰의 배터리량

- 13 -

이 막대눈금의 개수로 나타나듯이 전류량에 따라 전구가 1개, 2개, 3개 켜지도록 제

작하도록 하였다.

가) 저항, 전류, 전압에 대한 개념 지도

저항: 세기가 다른 저항 3개를 각 각 회로검사기로 연결하여 불의 밝기를

비교하게 하여 저항이 전류의 흐름을 방해하는 것으로 저항이 크면 흐르는

전류의 양이 적어짐을 이해하도록 지도하였다.

전류: 꼬마전구를 건전지에 연결하면 불이 켜지는 현상이 전지와 전구 사

이를 흐르는 전기의 흐름이 전류임을 지도하고 전류의 세기는 건전지의 전

압에 의해 결정됨을 지도하였다.

전압: 물의 흐름에서 펌프가 물의 높이차를 유지하듯이 전지나 발전기가 전

압을 일정하게 유지시켜 회로에 전류가 계속 흐를 수 있도록 해준다는 것을

그림으로 이해시키고 건전지의 전압이 -극과 +극의 전위차이임을 지도하였

다. 따라서 건전지의 전압에서 -극은 항상 0이 되고 +극의 전위차에 따라

전압이 결정됨을 지도하였다.

나) 전구의 병렬, 직렬 연결의 특징 지도

전구의 병렬, 직렬 연결의 특징

회로검사기를 이용하여 전구의 병렬과 직렬연결의 특징을 이해하도록 지도

하였다.

표 2> 전구의 병렬, 직렬 연결의 특징

연결 방법 특 징

병렬 연결한 개의 전선에 2개의

전구가 연결되어 있다.

․ 두 전구의 밝기 변화가 거의 없다.

․ 각 전구를 따로 따로 켜거나 끌 수 있다.

․ 각 전구에 걸린 전압이 모두 같기 때문에 한 전원

에 여러 개의 전기 기구를 연결할 수 있다.

직렬 연결

한 개의 전선이 두 개로

갈라져 각각의 전선에 전

구가 연결되어 있다.

․ 두 전구의 밝기가 어두워졌다.

․ 각 전구에 걸린 전압을 합하면 전체 회로에 걸린

전압과 같다.

․ 모든 전구에 흐르는 전류의 세기는 같다.

다) 납땜 지도

인두기가 어느 정도 달구어지기를 기다렸다가 인두기를 납땜할 부분가까이

기판에 대서 열을 오르기를 기다렸다가 납을 인두기에 댄 다음 재빨리 납을

떼도록 지도하였다.

- 14 -

라) 회로도 기호지도

표 3> 회로도 기호

기호 뜻 기호 뜻 기호 뜻 기호 뜻

건전지 전구 전선전동기

(모터)

스위치 코일다이오드

LED0P램프

저항 가변저항 콘덴서트랜지스

터

2) 제작 지도 및 방법

아크릴 자르기 전구에 저항달기 전구와 전지 연결하기 완성하기

[그림 6] 3차 작품

3) 회로도

3차작품의 회로도입니다.

2Ω

2Ω

2Ω

전류의 세기

0.4A

전류의 세기

0.5A

전류의 세기

0.75AR1

R 2

=

R 3

=

[그림7]3차 작품 회로도

- 15 -

<회로도 설명>

1. 전지 1.5V를 연결하고, 2A의 꼬마전구 3개를 병렬로 연결하고 각각 세기가 다른

저항을 연결한다.

2. 저항값의 크기 → R1=0Ω〈 R2=1 Ω〈 R3=1.8 Ω

3. 전류의 크기 → 0.4A < 0.5A < 0.7A

3차작품의 문제점

전구의 밝기가 일정하지 않았다.

단계의 폭이 커서 건전지의 양이 4단계로밖에 구분되지 않았다.

아크릴로 만든 몸체의 모서리부분이 날카로워 위험하고 깨질 위험이 있었

다.

개선방안지도

전구가 완전히 꺼지거나 완전히 켜지지 않고 희미하게 켜지는 것이 있어

상대적으로 밝기가 확실한 LED를 이용해 볼 것을 지도하였다. 단계도 5단계로

나타내 볼것을 지도하였다.

마. 전류신호등의 4차 작품 지도

1) 해결 방안 탐색 및 적용 지도

실과시간에 브래드보드 배운 것을 응용하여 트랜지스터, 가변저항과 LED를 이용

하면 불의 밝기가 일정하고 불빛이 선명한 전류신호등을 만들 수 있을 것이라 생각

하고 4차 발명품을 구상하도록 지도하였다. LED의 개수를 4개로 하여 건전지의

양을 5단계로 구분하여 나타낼 수 있도록 하였다. LED는 1.5V건전지에서 불이 켜

지지 않으므로 내부전압으로 3V이상의 건전지가 필요하다고 인식하고 크기가 작으

면서 전압이 높은 9V건전지를 장착할 것을 의논하여 지도하였다.

2) 제작 과정 및 방법

가) 기판 제작하기

LED의 켜지는 개수가 건전지의 양에 따라 달라지도록 회로도를 구상함에 어려

움이 있어 학교 인근의 컴퓨터부품 판매 또는 수리업체를 방문하여 건전지의 양 즉

전압에 따라 LED의 켜지는 개수가 달라질 수 있는 기판 제작에 대해 지도를 받았

다. 회로도대로 납땜을 하여 기판을 완성하였다.

나) 몸체 제작하기

모서리부분이 날카롭고 깨지기 쉬운 아크릴대신 포맥스를 활용하였다. LED를

밝히는데 필요한 내부건전지와 측정할 건전지를 끼울 수 있도록 뚜껑을 달았다.

- 16 -

회로도대로 납땜하기 포맥스자르기 저항값찾기 외형완성하기

[그림 8] 4차 작품

3) 회로도

4차작품의 회로도입니다.

[그림 9] 4차 작품 회로도

4차작품의 문제점

1.5V 건전지의 전압이 실제 1.6V에 가까워 5단계로는 부족했다.

리모콘이나 MP3에 쓰이는 AAA크기의 전지 끼우개가 없다.

3차 작품의 경우처럼 희미하게 불빛이 나타나는 LED가 있다.

- 17 -

개선방안지도

전압의 세기에 따라 전구가 완전히 켜지거나 꺼지는 저항을 찾아 볼 것을

지도하였다. 전압의 세기 단계도 5단계이상이 되어 좀 더 세분화 될 수 있는 방

법을 고안하도록 지도하였다.

바. 최종작품제작 지도

1) 해결 방안 탐색 및 적용 지도

건전지의 양을 5단계보다 더 많이 하고 건전지의 양을 알 수 있을 뿐만 아니라

회로검사기처럼 도체와 부도체를 구분할 수 있도록 구상하였다.

가) 최종작품 모형 제작

로봇관련 업체를 방문하여 건전지의 양을 5단계로 나타낼 수 있고 스위치를 이용

하여 필요한 때에만 건전지의 양을 알 수 있으며 가변저항의 크기를 줄인 크기가

작은 회로도의 제작을 부탁하였다.

(1) 장치 설명

건전지를 장착하는 부분, 전압을 설정 하는 부분, 이를 표시 하는 부분으로 나누어

지며 4개의 반고정 저항을 이용하여 1.1V, 1.2V, 1.3V, 1.4V로 전압을 설정하였다.

1.4V 이상이면 4개의 LED에 불이 들어오고 1.1V 이상이면 1개의 LED에 불이 들

어오게끔 설치하였다.

(2) 회로도

최종작품 모형의 회로도입니다.

[그림 10] 최종 작품 모형 회로도

- 18 -

(3) 외형도

최종 작품 모형의 외형도는 다음과 같다.

[그림 11] 최종 작품 모형 외형도

최종 작품 모형의 문제점

건전지의 양을 5단계로 나타내 단계의 폭이 크다.

개선방안지도

건전지의 양을 8단계로 나타내고 회로검사기의 기능까지 추가하여 전구의

단락 또는 도체 부도체도 확인할 수 있는 장치를 고안하도록 지도하였다.

나) 최종작품 제작

로봇관련 업체를 방문하여 건전지의 양을 9단계로 나타낼 수 있으며 1.2V 이하가

되면 경고등처럼 다른 불빛이 나타나도록 제작 의뢰하였다. 뿐만 아니라 회로검사

기의 기능을 할 수 있도록 밖으로 연결할 수 있는 전선이 나올 수 있는 회로도를

제작 의뢰하였다.

(1) 기본 원리

최종 작품의 회로는 2개의 OP AMP를 사용하여 8개의 전압측정점을 정하여 그

이상이 될 때마다 LED가 점등되도록 하였다. 전압의 측정점은 1.1V이하, 1.2V,

1.3V, 1.35V, 1.4V, 1.45V, 1.5V, 1.55V 로 9단계로 측정을 할 수 있다.

- 19 -

VDD

VDD

BATT측정전압

VR11K

13

2R1270

D1

LED

+

-

U101A

LM324

3

21

411

[그림 12]OP 앰프 동작원리

기본 동작원리는 [그림12] 과 같이 동작한다. OP AMP를 비교기로 사용한 회로

이다. 그림에서처럼 OP AMP의 2번 핀으로 기준전압을 넣어준다. 이때 반고정 저

항(가변저항)인 VR을 사용한다. 반고정 저항을 조정하여 원하는 전압을 설정해 주

고, 3번 핀의 입력이 2번 핀의 전압보다 크면 1번 핀의 전압이 LOW --> HIGH로

되어서 LED가 점등된다.

이와 같은 구조로 각 8개의 전압을 설정해 놓고 건전지를 측정하면 해당 전압에

해당하는 비교기에서는 동작을 하여서 정해진 LED가 점등된다. 여기서는 OP AMP

를 전압 비교기로 사용을 하였다

VDD

+C2100uF

7805U103

1 2 3IN G

ND

OU

T

J1

9V_IN

12

D10

DIODE

D11

DIODE

BT1

9VBATT

12

+C1100uF

[그림 13] 내부전압

IC인 7805라는 칩을 이용하여서 항상 5V로 출력이 되도록 하였다. 건전지의 내

부 전압 5V보다 크게 하기 위해 9V 건전지를 기판에 설치하였다.

- 20 -

(2) 제작 지도 및 방법

회로도대로 납땜하기 외형자르기 외형 만들기 시 완성하기

[그림 14] 최종 작품

(3) 전체 회로도

최종작품의 회로도입니다.

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

VDD

+

-

U102D

LM324

12

1314

411

+

-

U102C

LM324

10

98

411

+

-

U102B

LM324

5

67

411

+

-

U102A

LM324

3

21

411

D11

DIODE

D10

DIODE

VR710K1

3

2

VR610K1

3

2

VR510K1

3

2

VR810K1

3

2

J2

CON2

12

+

-

U101B

LM324

5

67

411

+

-

U101C

LM324

10

98

411

+

-

U101D

LM324

12

1314

411

+

-

U101A

LM324

3

21

411

J1

9V_IN

12

J3

CON2

12

R9270

R8270

R7270

VR11K

13

2

VR210K

13

2

VR310K

13

2

VR410K

13

2

7805U103

1 2 3IN G

ND

OU

T

R10270

+C1100uF

+C2100uF

R1270

R2270

R3270

R4270

D1

LEDD2

LEDD3

LEDD4

LED

D9

LED

D8

LED

D7

LED

D6

LED

R510K

BT1

9VBATT

12

BT2

2AA

12

BT3

AA

12

BT4

AAA

12

SW1

SW MAG-SPDT

21

3

R6R

D5

LED

2AA

AA

AAA

TEST IN

[그림 15] 최종 작품 전체 회로도

(4) 장치 설명

아래의 장치는 크게 건전지를 장착하는 부분, 전압을 설정 하는 부분, 이를 표시

하는 부분으로 나누어진다.

건전지를 장착하는 부분 - C, AA, AAA 3가지의 전지를 측정할 수 있도록 건

- 21 -

전지끼우개를 설치하였다.

전압을 설정하는 부분 - 모두 8개의 반고정 저항으로 이루어져 있다. 여기서 각

전압에 해당하는 VR1 ~ VR8 까지가 있고, 해당 전압에 맞도록 설정을 하였다.

표시하는 부분 - 8개의 LED로 건전지의 양을 표시한다. 아래 2개의 적색 LED

는 위험영역을 나타내는 것으로 이 부분에 불이 들어오면 건전지를 교체해야 함을

나타낸다. 적색 LED에 불이 들어오면 실제 사용해도 동작을 하지 않는 상태이다.

(5) 외형도

최종작품의 외형도입니다.

ON

OFF

EXT. BATT

전압설정부 표시부

9V 배터리

CM TYPE 건전지소켓

AA TYPE 소켓

AAA TYPE 소켓

전원스위치

측정선택 스위치

외부측정포트2

외부측정포트1

[그림 16. 최종 작품 외형도 ]

(6) 사용 설명

전원스위치 - ON 으로 하면 회로에 전원이 공급된다.

전압설정부 - 8개의 반고정 저항으로 되어서 해당전압을 설정한다.

표시부 - 8개의 LED로 구성되어서 해당전압을 표시한다.

측정 선택 스위치 - EXT 방향으로 하면 외부측정 포트로 연결이 되며, BATT

방향으로 하면 기판 내부의 건전지 소켓으로 연결이 된다.

BATT방향으로 하고 전지를 끼우면 LED의 불이 켜지는 개수로 건전지의 양을

- 22 -

알 수 있다. EXT방향으로 하여 +극전선과 +극전선사이에 꼬마전구나 물체를 연

결하여 LED의 켜짐을 보고 꼬마전구의 단선유무나 도체, 부도체를 확인할 수 있

다.

3가지 크기의 전지끼우개 - 3가지 크기의 건전지의 양을 확인할 수 있다.

5. 제작 결과 및 활용 전망

가. 발명 작품 제작을 통한 교육적 효과

1) 아동면

․브래드 보드를 완성하는 과정에서 기쁨을 느꼈고, 평소 잘 사용하지

않았던 여러 가지 공구를 사용함으로써 기계에 대한 두려움을 벗어던질

수 있었다.

․인터넷과 서적을 통해 필요한 정보를 수집하고 필요한 재료를 찾아나

서는 과정을 통해 어려운 문제도 쉽게 해결해 갈 수 있다는 자주성과 자

신감이 생겼다.

․ 탐구․제작하는 과정을 통하여 창의적 사고력과 문제 해결 능력이 신

장되었다.

․어렵게만 생각했던 전기에 대해 직접 실험하고 조작함으로써 저항의

역할과 전류의 흐름 및 전기에 대해 많은 것을 알게 되었다.

․작품을 완성하는 발명 과정을 통해 발명의 기쁨과 ‘나도 할 수 있다’

는 용기와 자신에 대한 사랑을 배우게 되었다.

․우리 생활을 편리하게 하는 것이 발명이라는 것을 알았고, 생활에서

경험했던 불편한 일들을 머리 속에만 놔두지 않고 이를 개선하려는 의지

를 가지게 되었다.

- 23 -

2) 교사면

․더 나은 발명품을 만들기 위해 서로의 생각을 나누고 고민하면서 제

자와의 돈독한 사제지간의 정을 더 느꼈다.

․생각을 합치면 더 좋은 아이디어가 나온다는 것을 배웠다. 사람은 뇌

의 0.1％ 정도 밖에 사용하지 못한다고 하는데 발명지도를 통하여 평소

나도 몰랐던 나의 창의적인 사고력이 길러짐을 느꼈다.

․재료를 구하기 위해 여러 군데를 돌아다니면서 사회를 이루는 각 구

성원들이 각 분야에서 열심히 살아가는 모습을 보니 삶의 진정한 의미

를 깨닫게 되었다.

․간단하다고 생각했던 재료구하기가 의외로 어려웠고 생각대로 결과가

제대로 나오지 않아 고민을 많이 했지만 생각의 전환을 통해 문제를 해

결하는 기쁨을 누릴 수 있었다.

․처음으로 발명지도를 맡아 어려움이 많았지만 작품을 완성해가는 발

명 과정을 통해 발명이 우리 생활에서 그리 멀리 잊지 않음을 깨닫게

되었고 다시 한 번 도전해보고 싶다는 용기와 ‘나도 할 수 있다.’는 자신

감을 가지게 되었다.

나. 발명 작품의 활용 전망

1) 건전지의 양을 미리 알 수 있어 건전지에 의한 잘못된 실험을 줄일

수 있어 효율적이다.

2) 건전지의 양이 쉽게 확인되어 그로인해 실험시간을 줄일 수 있다.

3) 전기에 관한 실험 시 통제해야 될 변인들에 대해서 쉽게 통제를 할

수 있어 과학적 사고력이 향상될 수 있다.

4) 꼬마전구의 단락이나 4학년 과학시간에 있는 도체, 부도체등의 실

- 24 -

험 시 설치가 간단하고 조작이 편하며 실험결과가 확실하게 잘 나타난

다.

5) 건전지를 사용하는 가전제품의 경우, 건전지의 양을 알면 바꾸어야

할 건전지와 계속 써도 되는 건전지를 쉽게 구분할 수 있어 자원이 절

약된다.

6) 저학년 학생들도 불이 켜진 전구의 개수로 건전지의 양을 확인하므로

건전지의 양을 쉽게 비교할 수 있다.

7) 학생들에게 친숙한 회로검사기 형태이므로 기계에 대한 거부감 없이

사용할 수 있다.

8) 본 발명품은 내부전압으로 내부건전지를 활용하게 되어 있으나 실내

에서는 어댑터를 이용하여 내부전압을 공급하게 제작할 수도 있어 오

랫동안 사용이 가능하며 전자기판을 대량생산한다면 기존제품보다 가

격이 낮게 공급 될 수 있을 것이다.

6. 결론

누구나 한번쯤은 우리가 쓰는 건전지를 보면서 ‘건전지의 양이 남아있나?’라고 생

각한 것이 있을 것이다. 누구나 하는 생각을 지나치지 않고 이를 변화시키려고 노

력하는 것이 바로 발명이다. 생각에만 그치지 않고 구체적인 조작을 통해서 하나의

눈에 보이는 발명품을 만들고 또 그 발명품의 문제점을 찾고 이를 해결하기 위해서

노력하는 과정이야말로 진정한 발명이라 생각된다.

발명을 하는 과정에서 제자와 같이 고민하고 발로 뛰면서 제자와의 소중한 추억

을 얻는 기쁨도 누릴 수 있었다.

‘건전지의 양을 쉽게 알 수 있는 전류측정기’의 발명은 눈에 보이지 않는 전류의

세기를 눈에 보이는 전구의 불빛의 개수로 나타낼 수 있는 작품이다.

설문지를 분석해 본 결과, 우리 학생들은 건전지를 사용하는 과학실험 시 건전지

의 양에 대한 변인 통제없이 과학 선생님이 준비해주는 건전지로 실험을 하고 있

다. 이 발명품은 전류의 세기와 건전지의 전압 등을 이해하지 못하고 있는 학생들

에게 전류의 세기와 전압에 대한 이해를 높일 수 있는 작품이기도 하다.

학생들이 직접 건전지의 양을 확인하고 전구의 이상 유무를 확인한 후 실험을 한

다면 우리시대가 바라는 과학적인 태도를 지닌 사람으로 거듭 태어날 될 것이다.

- 25 -

7. 설문지* 질문을 읽고 솔직하게 대답해주시기 바랍니다.

1. 건전지의 양에 대해 궁금해 본 적이 있습니까?( )

① 있다. ② 없다.

2. 건전지의 양에 대해 궁금한 적이 있었다면 어떤 경우에 그러하였습니까?

예) 장난감이 작동하지 않아 건전지를 갈아 끼우려고 꺼냈는데 새것과 다 쓴 것이

섞였을 때

( )

3. 건전지의 양을 확인해 본 적이 있습니까?( )

① 있다. ② 없다.

4. 건전지의 양을 확인해 본 적이 있었다면 어떤 방법으로 확인하였습니까?( )

① 혀를 양극에 대어본다. ② 회로검사기를 만들어 꼬마전구의 밝기로 알아본다.

③ 전류측정기를 사용한다. ④ 기타 ( )

5. 건전지를 사용하는 과학 실험 시 건전지의 양을 확인하거나 건전지의 양이 비슷

한 건전지를 사용하여 실험을 합니까?( )

① 항상 그렇다. ② 가끔 그렇다. ③ 그렇지 않다.

6. 건전지를 이용하는 실험에서 가장 힘들었던 내용은 무엇이었습니까?( )

① 꼬마전구의 필라멘트가 끊어져 실험이 잘 되지 않았다.

② 전선의 연결이 매끄럽지 않아 실험이 잘 되지 않았다.

③ 건전지의 양이 적어 실험이 잘 되지 않았다.

④ 기타 ( )

7. 꼬마전구를 사용하는 실험 시 꼬마전구의 단선 유무(필라멘트의 끊어짐)를 어떻

게 확인합니까?( )

① 눈으로 확인해본다. ② 회로검사기를 만들어 확인해본다.

③ 전류측정기를 사용한다.

8. 꼬마전구의 단선 유무나 건전지의 양을 확인하는 방법 중 어느 것이 더 편리합

니까?( )

① 눈으로 확인하기 ② 회로검사기를 만들어 확인하기

③ 전류측정기로 확인하기 ④ 본 발명품으로 확인하기

9. 이 발명품의 장점은 무엇이라고 생각합니까?

( )

- 26 -

8. 참고 문헌 및 참고 사이트

1. 왕연종(1994). 발명의 길. 한국발명특허협회.

2. 윤경국(2002). 발명이론기법. 교우사.

3. 특허청(1995). 학생발명학습지도서

4. 울산광역시 교육과학연구원(2004). 학생 과학․발명품 경진대회 우수작품집

5. 강성기(2000). 발명놀이. 바른사

6. http://www.science.go.kr(국립중앙과학관)

7. http://www.kipo.go.kr(특허청)

8. http://www.ipteacher.net(한국발명진흥회 원격연수원)

9. http://www.kasi.org(한국학교발명협회)

10. 발명교육의 길잡이, 2002, 특허청

11. 발명교육의 이론과 실제, 1998, 특허청

12. 5학년 2학기 탐구수업 지도자료, 2005, 한국교원대학교 과학교육연구소

13. 5학년 1학기 실과교과서