에코 브릿지

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2013 융합인재교육(STEAM) 프로그램

고등학생

교사용

에코 브릿지

만들기 (Eco Bridge)

윤대혁, 민재식, 이동우, 김성혜, 곽영신

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1. 주제 개요

LED는 에너지효율과 친화경적인 장점을 이용하여 도시 디자인을 구성하는데 중요한 요소가 되었다. 도시경관을 획기적으로 변화를 시작한 곳이 시드니이다. 조명과학과 예술의 발전을 위 한 단체 IES가 스마트 라이트(smart light) 사업을 도시 경관에 적용하여 지속가능성을 강조한 LED조명 예술 축제로 시드니가 유명해 졌다. 사회, 디자인, 문화, 시민 성향 등을 종합적으로 고 려한 도시 경관 조명을 LED로 디자인함으로써 도시 고유의 정체성을 확립시킬 수 있었고 새로 운 도시로 재탄생하게 되었다. 이런 LED 조명을 이용한 LED 다리를 통해 학생들에게 감성 조 명을 느끼고자 하였다. 단순히 다리의 역할만 하는 것이 아니라 그 도시를 대표할 수 있는 랜드 마크로서 다리가 되고 다리 자체가 예술품으로서 가치를 가지는 것 이상으로 LED가 더해져 문 화와 빛이 공존하는 조명이 되고자 하였다. 부산의 광안대교, 서울의 반포대교, 춘천의 소양2교 등이 대표적인 명소이다.

또한, 융합과학에서는 LED의 원리가 되는 PN반도체를 설명하기 위해 순수한 반도체에 불 순물을 첨가하여 반도체의 전기적 성질이 달라지는 도핑의 원리와 P, N형 반도체를 정성적으로 이해하게 하였고 PN 접합에서 외부 전압의 방향에 따라 전류가 흐르는 원리를 에너지 띠 및 전 자의 운동을 통해 정성적으로 알게 하고, 이를 바탕으로 반도체 소자인 LED(발광다이오드)의 작동원리를 이해하게 하였다. 이런 교육과정 속의 내용이 많이 어렵지만 학생들이 LED를 이해 하는데 어려움이 없도록 수정된 교과내용을 통해 LED 감성 조명을 이해하고자 하였다.

LED에 대한 기본 원리를 과학적으로 이해하고 저렴한 비용으로 경관 조명이나 신호등을 친 환경 조명인 LED 조명으로 바꾸어 설치하는 이유에 대해 알 수 있게 한다. 인포그래픽을 통해 LED의 특징, 장단점, 고효율, 친환경인 것에 대한 알 수 있게 하였고 스트링라이트 제작과정을 통해 전기회로에 대한 일반적인 원리를 이해하게 한다. 또 도시를 대표하는 예술적인 다리를 만 들고 그 다리에 LED 조명을 설치하여 감성조명이 되도록 한다. 학생들의 창의성과 기발한 아이 디가 도출될 수 있도록 하였고 융합적인 산출물이 되어 LED를 이해하는 데 도움을 주고자 한 다.

2. 학습 목표

[내용 목표]

• 발광다이오드의 구조, 특징, 장단점, 발전가능성을 이해할 수 있다.

• LED를 연결하는 방법에 따라 직렬과 병렬 회로의 특징을 알 수 있다.

• 여러 개의 LED를 연결할 때 가장 효율적인 연결방법에 대해 알 수 있다.

• 주변 환경과 잘 어우러진 구조미가 아름답고 기능성 있는 다리를 제작할 수 있다.

• LED 기술의 현주소를 알아보고, 미래 직업 세계를 탐색할 수 있다.

[과정 목표]

• 발광다이오드의 구조와 특징을 인포그래픽으로 나타낼 수 있다.

• 발광다이오드(LED)의 특징을 알고 전기회로를 연결할 수 있다.

• LED를 가장 밝고 안전하게 연결하는 전기회로에 대해 알 수 있다.

• 나만의 스트링라이트를 만들어서 LED 감성체험을 알 수 있다.

• 완성된 다리와 여기에 설치될 LED조명을 통해 LED가 가진 다양한 측면을 다리제작에 적용할 수 있다.

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3. STEAM 과목 요소

발광다이오드의 원리와 구조 및 특징 스트링라이트 제작 및 LED 연결

자신만의 다리를 디자인 및 제작하여 LED 감성 조명

4. STEAM 단계 요소

각 나라와 각 지역마다 대표하는 랜드마크가 있다. 그중에서도 다리는 한 나라, 한 지역의 대표적 랜드마크로 대표되는 경우가 많다. 그만큼 우리 인간들의 삶 과 환경에 다리는 밀접한 관계를 가지고 있다. 부산의 대표적인 광안대교를 보 면 알 수 있듯이 부산을 대표하는 다리로서 불꽃축제가 있고 야경이 매우 아름 다운 다리로 알려져 있다. 그리고 이 다리는 환경과 에너지를 고려한 친환경소 재인 여러 가지 LED 조명이 설치되어 있어 감성 조명이 가능한 다리이다. 이는 LED에서 많은 색상 연출이 가능하고 주변환경과 감성공학적 측면에서도 매우 훌륭하게 제작이 되었기 때문이다. 그래서 울산에 새롭게 만들어지고 있는 울 산대교에 멋과 기능성을 갗춘 다리 제작과 함께 다리 보다 더 아름다움으로 채 울 수 있는 LED를 설치하여 창의적인 다리 제작이 될 수 있도록 한다.

스마트 폰을 이용하여 LED의 구조와 특징 및 장단점을 알 수 있는 인포그래 픽을 제작하고 LED의 병렬연결을 이용하여 나만의 창의적인 스트링라이트를 만들어 봄으로써 LED의 밝기 및 효율성을 알 수 있도록 제작해 본다. 또 이런 LED의 장점을 이용하여 가장 밝은 LED전구의 배열을 학생들이 직접 직렬과 병렬로 연결해 봄으로써 가장 밝은 배열의 조합을 찾을 수 있도록 한다. 그리고 미술시간에 학생들이 나만의 다리를 제작해 보고 이 다리의 조명을 설계해 아 름다움의 다리과 LED가 만난 예술과학이 어울어진 감성 다리가 되도록 제작 한다.

나만의 다리 설계와 조명의 설계를 하고 이를 학생들이 직접 다리에 조명을 비 추어 줌으로써 학생들이 다리에 대한 조명의 감성적 체험(다리가 은은하다, 이 채롭다 등등)을 할 수 있도록 한다.

감성적 체험 창의적 설계 상황 제시

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과목 미술 총차시 10 (1-3차시) 단원 Ⅴ.입체 조형 1. 조명 디자인

2. 표현 기법

교육과정

공간 속에서 이루어지는 표현 활동의 조형적 특성을 이해하고, 다양한 재 료와 용구, 기법을 활용하여 표현할 수 있는 기초 과목이다. 입체 조형에 대한 기초적인 이해와 표현 활동을 해 봄으로써 자신의 전공 실기의 폭을 넓히거나 심화하는 데 도움이 되도록 한다.

학습목표

- 주변 환경과 잘 어우러진 구조미가 아름답고 기능성 있는 다리를 제작 할 수 있다.

- 완성된 다리와 여기에 설치될 LED조명을 통해 LED가 가진 다양한 측 면을 다리제작에 적용할 수 있다.

흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(▶) 및

유의점(★)

<상황 제시>

다양한 다리 아이디 어 스케치 하기 (10분) (1/10차시)

S T E 옷차림의 중요성과 상황을 고려한 의복의 표

현기능에 대한 이해한다.

[Co] 우리가 알고 있는 유명한 다리에는 어떤 특징 들이 있을까요?

- 궁금증 유발을 통한 자료 탐색

- 상황제시에 담겨진 내용을 통해 다양한 정보유 형과 흐름에 대해 궁금증 유발하기

[Tip]유명한 다리를 토대로 그 다리의 특징을 이애하 고 유명해진 이유를 알도록유도한다

▶ 유명한 다리 사진

<창의적설계>

다양한 다리 아이디 어 스케치 하기 (10분)

(1/10차시)

S T A

[CD] 각종 다리 탐색을 토대로 한 제작물 아이디어 스케치 및 역할 분담

- 다리 조명 특성 파악 및 아이디어 스케치 - 제작조건에 알맞은 다리를 제작하도록 한다.

( 50 cm 정도 길이의 다리를 제작 )

[Tip] 3~4차시에 제작한 스트링라이트를 다리 조명 으로 사용할 수 있도록 지도한다.

▶학생들이 다리를 만 들 때 자유롭게 구성해 보도록 한다.

▶ 다양한 다리가 만들 어지도록 한다.

<감성적체험>

다양한 다리 아이디 어 스케치 하기 (5분)

(1/10차시)

S T A

[ET] 모둠별로 만든 다리 스케치를 서로 보고 평가 하기

[ET] 각 모둠이 만든 다리를 전시하고 자신의 모둠 을 제외하고 가장 잘 제작된 모둠의 다리에 스티커를 붙여준다.

▶제작 조건에 맞춰 아 이디어 스케치 및 제작 활동에 참여할 수 있도 록 한다.

5. 지도안 총괄표

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과목 과학, 기술, 미술 총차시 10 (4-7차시) 단원 Ⅳ.정보통신과 신소재 Ⅳ-3. 반도체와 신소재

교육과정 반도체의 도핑과 반도체 소자의 전기적 특성을 통해 다이오드, 트랜지스 터, 고집적 메모리의 구조와 활용을 설명할 수 있다.

학습목표

- 스마트폰을 사용하여 LED(발광다이오드)의 특징을 인포그래픽으로 나 타낼 수 있다.

- 나만의 다리를 제작하고 LED를 설치하여 LED조명에 대한 감성체험을 할 수 있다.

<상황 제시>

다리 제작하기 (10분) (2~3/10차시)

S A 아이디어 스케치를 바탕으로 다리를 제작한

다.

[Co] 어떤 다리가 가장 아름다운지를 물어 본다.

- 주변 환경과 잘 어우러진 구조미가 아름답고 기능성 있는 다리 아이디어 스케치 인지 토론한 후 새롭게 보완하거나 수정할 내용이 있는 토론한 다.

[Tip] 모둠별로 활동을 부분을 나누어서 시간을 잘 활용하도록 한다.

<창의적 설계>

다리 제작하기 (35분) (2~3/10차시)

S T A 다리 제작하기

[CD] 모둠별로 다리를 제작할 때 다음 사항을 주 의해서 제작을 하도록 한다.

- 견고성, 아름다움, 구조미, 독창성이 있도록 - 두께가 다른 우드락을 구조에 따라 사용하도록 - 열선 커트 기구를 사용할 때 화상에 주의 - 제작활동 중에도 LED설치 위치와 개수, 색상 을 염두해 두고 제작

[Tip] 직업 박람회 포스터, 구인 구직 광고, 카툰 과 같은 다양한 방법으로 표현될 수 있도록 몇 가 지 예를 제시한다.

▶우드락 2절 (3~10T/

흰색). 우드락본드, 열 선커트, 칼, 자, 종이 실, 철사, 니퍼, 유리 테이프 , 종이테이프 등

<감성적 체험>

다리 제작하기 (5분)

(2~3/10차시)

[ET] 정리정돈하기

ㆍ다리 제작을 다 하지 못한 모둠은 따로 시간을 내서 제작을 하도록 한다.

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<상황제시>

LED 인포그래픽 만 들기

(10분) (4/10차시)

S T E 스마트폰으로 LED에 대해 알아보기

[Co] 부산 광안대교에 LED로 새롭게 경관조명을 하 여 빨강, 초록, 파랑등의 색을 이용하여 다양한 색 의 연출을 하고 음악과 함께 전기에너지도 기존대비 66% 의 에너지 절감 효과가 있는 다리가 되었다고 한다. - 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 조명을 저전 력 고효율의 LED 조명으로 교체하는 것에 대해 알 아본다.

[Tip] 발광다이오드의 특징을 이해 할 수 있도록 한 다.

▶인포그래픽에 대한 설명을 한 뒤에 학생들 이 자유롭게 작성할 수 있도록 한다.

LED 인포그래픽 만들기

(35분) (4/10차시)

S T A

[CD] 모둠별로 LED를 설명할 수 있는 내용을 인포 그래픽으로 나타내기

- LED의 특징, 구조, 장단점, 활용방법, 사용되는 곳, 발전 가능성 등

① 스마트폰을 이용하여 pn접합반도체와 관련된 각 종 다이오드를 모둠별로 찾아본다.

② LED의 기본 구조가 되는 pn접합반도체의 내용 을 바탕으로 LED의 특징, 장단점, 사용되는 곳등을 나타낼 수 있는 주제를 하나 정한다.

(예 – LED와 백열전구의 비교, LED의 저전력고 효율 등 )

③ 학생들이 스마트폰으로 찾은 내용을 바탕으로 전 지에 LED가 무엇인지 설명할 수 있는 그림과 원리, 구조등을 이해하기 쉽게 나타낸다.

④ 작성된 인포그래픽을 발표한다.

[Tip] 학생들이 스마트폰을 자유롭게 사용할 수 있도 록 해야 함으로 사전에 학생들에게 알려 주어야 한 다.

▶ 학생들이 인포그 래픽을 구성할 때 자 유롭게 주제를 정해 구성해 보도록 한다.

(5분) (4/10차시)

S T A

[ET] LED에서 전류가 한쪽 방향으로 흐르는 이유 에 대해서 다시 설명하여 준다.

▶ 인포그래픽을 통 해 학생들이 LED의 구조와 필요성을 알 수 있게 한다.

유의점(★)

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<상황제시>

LED 전기회로 구성 하기

(10분) (5/10차시)

S T E 발광다이오드(LED)의 구조와 특징 알아 보기

[Co] 다이오드가 무엇일까요?

다이오드에서 전류가 흐르는 원리가 무엇인지 질 문하고 이야기 하기

[Tip] 지난 시간에 작성한 인포그래픽을 생각하며 학생들이 발광다이오드에 대한 원리를 이해한 것 을 질문하도록 한다.

▶ 교사용 교재 p 32

5분 (4/5차시)

S T A

[CD] 모둠별로 주어진 조건에 LED를 연결하는 전기회로 구성하기

( LED 전기회로 꾸며 보기)

학생들이 알고 있는 직렬, 병렬 회로를 기본으로 하여 주어진 조건에서 LED를 연결할 수 있는 최 적의 조건을 회로로 구성해 본다.

- 활동지에 주어진 LED 전구가 가장 밝고 전구 가 하나 고장이 나더라도 빛을 낼 수 있는 방법 을 찾아낸다. - 계산된 저항값이 맞는지, 주어진 LED에 흐를 수 있는 정격전압과 전류가 맞는지, 합선이 되지 않는지 등을 확인해 본다.

[Tip]

학생들이 LED를 어떻게 연결해야 할지에 대해 잘 알지 못할 수 있으므로 중학교에서 배운 직렬, 병렬회로에 대해 언급을 해 준다.

▶ 학생들이 전기회로 를 구성할 때 자유롭게 구성해 보도록 한다.

▶ 전기회로를 구성할 때 색연필로 기호를 표 시하여 구분하도록 한 다.

5분 (5/10차시)

S T A 구성된 LED 전기회로를 모둠별로 비교해

보기

[ET] 구성된 전기회로에 대해 가정 내에서 쓰는 전자제품들은 직렬연결인지, 병렬연결인지를 설 명하여 준다.

<상황제시>

(10분) (5/10차시)

S T E 구성한 전기회로에 대해 알아보기

[Co]

크리스마스 트리에 들어가는 전구의 연결은 어떻 게 연결되어 있을까? 란 생각을 하면서 LED에 과 도한 전류가 흐르면 어떻게 될 것인가에 대해 생 각해 본다.

- 이동준자바실험실 플래시로 직렬과 병렬의 전 구 밝기를 비교해 본다.

(10)

나만의 스트링라이 트 만들기

(55분) (6~7/10차시)

S T A

[CD] 모둠별로 나만의 스트링라이트 만들기 - 주어진 재료로 LED에 씌울 갓을 만들고 감성체 험을 해본다.

- 모둠별로 지난 시간에 구성한 전기회로를 연결 해 본다.

- LED 12구에 사용할 전구갓의 재료를 준비하여 꾸민다.

- 12구 LED에 만든 전구갓을 미적감각을 살려 꾸 며 본다.

⑤ 모둠별로 만든 LED 스트링라이트를 교실의 전 등을 끄고 감성체험해 본다.

[Tip] 야외 캠핑을 하거나 크리스마스 트리 장식으로 많이 사용되는 스트링라이트를 통해 전기회로에 대 한 이해를 높이고 창의적인 스트링라이트를 제작하 여 감성적 체험을 할 수 있도록 유도한다.

▶ - LED, 다양한 저 항, 전선, 커넥터, 건 전지(AA), 건전지케 이스, 20구LED, 탁 구공, 종이컵, 요플레 컵

나만의 스트링라이 트 만들기

(55분) (6~7/10차시)

모둠별로 만든 LED 스트링라이트를 교실의 전등을 끄고 감성 체험해 본다

과목 과학, 기술 총차시 10 (8-10차시)

단원 (4) 미래기술과 사회

교육과정

기술 (4) 미래기술과 사회

(나) 미래 기술과 우리 사회와의 관계를 이해하고, 미래 기술이 개인적, 사회적, 환경적 측면에 미치는 영향을 평가 및 예측하며 미래 기술의 직업 세계를 탐색할 수 있다.

학습목표 - LED 기술의 현주소를 알아보고, 미래 직업 세계를 탐색할 수 있다.

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<상황제시>

다리에 LED 조명 설치하기

(10분) (8~9/10차시)

S T E 직접 조명과 간접 조명에 대해 알아보기

[Co] 어떤 다리의 조명이 가장 아름답게 보이나요?

- 4개의 다리 조명을 보여주고 어떤 조명이 가장 아 름답게 생각되는지 순위를 매긴다.

- 그렇게 생각한 이유를 간단하게 이야기해 본다.

[Tip] 울산 대교의 조명이 아직 완성되지 못한 상황 입니다. 다리에 어떻게 조명을 설치하면 좋을지 이야 기하도록 유도한다.

▶4개의 다리 조명 사진

다리에 LED 조명 설치하기

(10분) (8~9/10차시)

S T A

[CD] 모둠별로 만든 다리에 LED 조명 설치하기 - 4~5차시에 제작한 스트링라이트 LED 조명을 달 기 위한 설계

-다양한 공간의 시각화를 통해 빛으로 창출 되는 감 성 조명이 될 수 있도록 설계가 되었는지를 확인한 다.

- 미술 시간에 설계한 조명 설계도를 바탕으로 다리 에 LED를 설치하기

[Tip] 3~4차시에 제작한 스트링라이트를 다리 조명 으로 사용할 수 있도록 지도한다.

▶ 학생들이 다리 조 명을 구성할 때 자유 롭게 구성해 보도록 한다.

▶ 다리에 조명이 설 치된 사진을 보여주 고 창의력을 발휘할 수 있도록 한다.

(5분)

(8~9/10차시)

S T A

[ET] 교실 내 불을 끄고 조명을 비추어 다리의 미학 을 감상 하도록 하고 단순히 다리만 있을 때와 조명 을 비추어 주었을 때의 차이점을 알려 준다.

[ET] 각 모둠이 만든 다리를 전시하고 자신의 모둠 을 제외하고 가장 잘 제작된 모둠의 다리에 스티커를 붙여준다.

▶ 다리에 조명이 있 을 때와 없을 때의 감 성적 차이를 알 수 있 게 해 준다.

<상황제시>

미래 사회의 직업 예 측하기

(7분) (10/10차시)

S T E A R＆D 사업을 통해 LED의 현주소를 알아보

고, LED가 발달한 미래 사회의 직업 세계 예측하기 [Co] LED 기술이 발달한 미래 사회에는 어떤 직업 이 생겨날까?

ㆍ현재 진행 중인 R＆D 사업과 앞으로의 미래 사 회를 실제 과학자의 인터뷰를 통해 예측해 보자.

(UNIST 연구 및 과학자 인터뷰)

[Tip] R＆D 사업이 무엇인지 간단하게 설명하고, 인 터뷰 내용을 보여준다.

유의점(★)

(12)

미래 사회의 직업 예측하기

(7분) (10/10차시)

[Co] LED 기술이 발달한 미래 사회의 직업에 적합 한 인재를 뽑는 구인광고를 제작해보자.

ㆍLED가 발달한 미래 사회를 상상하고 그런 사회에 유망한 직업을 예상하여 구인광고를 제작한다.

ㆍ제작된 구인광고에 대한 설명서를 작성한다.

[Tip] 직업 박람회 포스터, 구인 구직 광고, 카툰과 같은 다양한 방법으로 표현될 수 있도록 몇 가지 예 를 제시한다.

▶ 다양한 직업의 세 계를 탐색할 수 있도 록 정보를 제공한다.

미래 사회의 직업 예측하기

(7분) (10/10차시)

[ET] 발표하기

ㆍ스피드 보트(speed boat)를 활용한 동료 평가

- 모둠별로 회사명과 회사가 하는 일을 정한다.

- 어느 부서에 어떤 사람을 뽑을 것인지를 정 한다.

- 구인광고의 방법을 결정한다. (CF, 포스터, 신문광고, 카툰 등)

- 구인광고를 제작한다.

6. 평가 계획

- 모둠별 교사 평가지 (2~4차시 인포그래픽 제작시 사용) 총점:

평가 기준 순

번 평가항목

평가척도 하지

않음 매우

미흡 미흡 보통 만족 매우 만족 0 1 2 3 4 5 주어진 상황제시

를 통해 LED조명 의 특성을 찾을 수 있다

1 정보의 흐름을 잘 찾아 내었는가?

2 LED를 통해 과학 및 기술특성이 파악 되었는가?

자료준비 및 발표 를 잘 할 수 있다.

3 자료 탐색 및 제작 준비는 잘 되었는가?

4 발표내용은 알기 쉽게 잘 되었는가?

LED와 다리의 조 화가 잘 표현되었 다.

5 알기 쉽게 표현되었는가?

6 독창적으로 표현되었는가?

7 완성도는 높은가?

8 일반 조명기구와 달리 LED의 특성 이 잘 담겨 있는가?

9 다양한 재료와 도구가 사용되었는가?

10 친환경에너지와 LED의 새로운 방 향이 담겨있는가?

(만점 50점)

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연번 평가 기준 방법 1 LED의 과학적 원리를 이해하고 있는가? 지필평가 2 반도체의 종류를 알고 pn접합반도체인 다이오드가 우리 생

활에 이용되는 예를 들 수 있는가? 지필평가

3 전기회로를 이용하여 손전등을 제작하고, 가장 밝은 빛을 낼

수 있는 회로가 어떻게 구성되어야 하는지 알고 있는가? 관찰평가, 자료제출 4 우드락을 이용하여 창의적인 다리 작품을 만들었는가? 관찰평가, 자료제출 5 LED를 이용하여 다리에 감성조명을 창의적으로 설계하여

붙여 보았는가?

스피드 보트(speed boat) 를 활용한 동료 평가 6 LED를 사용하면 일반 전구를 사용하는 것보다 어느 정도

전력을 감소할 수 있는지 알 수 있다. 지필평가 - 자기 평가 보고서 총점:

( )학년 ( )반 학생명( )

평가 기준 순

번 평가항목

평가척도 하지

않음 매우

미흡 미흡 보통 만족 매우 만족 0 1 2 3 4 5 창의적 설계 1 정보의 흐름을 잘 찾아내었는가?

2 과학 및 기술내용이 파악되었는가?

준비 및 발표 태도

3 다리모형과 LED조명이 잘 표현되었는가?

4 독창적으로 제작하였는가?

감성적 체험

5 기존과 다른 새로운 조명으로 설계되었는가?

6 자료 탐색 및 제작 준비는 잘 되었는가?

7 발표내용은 알기 쉽게 잘 되었는가?

8 서로를 존중하고 배려하며 조화를 찾으 려 노력하였는가?

9 일상 속에서의 정보흐름을 이해하고 새로 운 정보흐름에 대해 생각해 보았는가?

10 LED와 다리제작을 통해 미술과 과학기술 의 융합적 사고를 신장할 수 있었는가?

내 용 (자유로운 양식으로 기재하세요)

활동 후 느낀 점

새로운 생각?

(14)

에코 브릿지(Eco Bridge) 만들기

4 5

다양한 다리를 탐색해 보고 우리가 만들 다리의 아이디서 스케치를 해 봅시다.

다리제작 조건은 다음과 같습니다.

가. 50cm 길이의 다리를 제작해 주세요.

나. 다리 끝부분의 높이는 바닥에서 15cm높이로 통일 ※ 제작되어진 다리를 모두 연결하려는 목적 다. 제작된 모든 다리는 흰색으로 통일합니다.

※LED의 특성과 효과를 보기 위함

라. 개성미와 구조미가 있는 다리 디자인과 LED조명이 설치될 수 있도록 기획 단계에서부터 조명위치, 색상 등을 미리 계획해 두어야 합니다.

기본 설계는 다음 그림을 참고하세요.

각 나라마다 각 지역마다 대표하는 랜드마크가 있다. 그중에서도 다리는 한 나라, 한 지역의 대표적 랜드마크로 대표되는 경우가 많다. 그만큼 우리 인간들의 삶과 환경에 다리는 큰 자리를 차지하고 있는 것으로 여겨진다.

여기에 환경과 에너지를 고려한 친환경소재에 대한 관심이 높아져 조명기구에 대 한 많은 변화가 일어나고 있다. 많은 전력과 값비싼 시설 장비보단 고효율 저비용 의 LED가 각광받고 있는 추세이다. 여기에 LED은 많은 색상 연출이 가능해 주변 환경과 감성공학적 측면에서도 많이 활용 되고 있음을 알 수 있다.

부산의 대표적 관광명소 광안대교가 아름다운 색과 빛으로 다채로운 조명 연출이 가능한 LED경관 조명등으로 새롭게 단장되어 세계적 야간 경관 명소로 거듭나게 됐다. 부산시는 광안대교에 세계 최대 규모의 LED 경관조명과 광안리해수욕장 해 변 가로등 기둥에 음악 전용 스피커 54개를 설치했고, 빨강, 초록, 파란 3색광을 이 용한 다양한 풀 칼라(FULL COLOR) 연출이 가능하게 됐다.

우리 지역을 대표할 수 있는 멋과 기능성을 갖춘 다리를 제작하여 보다 더 아름답 고 우리의 감성까지 품을 수 있는 LED 다리를 제작해 보자.

우리가 알고 있는 유명한 다리에는 어떤 특징들이 있을까요?

생각 열기 생각 펼치기

조립형태 C. 연결판 X 4개

28cm

3cm

A. 상판 (두께 0.5cm)

50cm

20cm우드락

B. 다리 X 4개 (두께 1cm)

40cm40cm

24.5cm15cm0.5cm

6cm 2cm

도입

우리가 알고 있는 유명한 다 리에는 어떤 특징들이 있을까 요?

궁금증 유발을 통한 자료 탐색

※우리나라의 다리들과 세계 적으로 유명한 다리들을 학생 각자 검색해 보거나 교사가 준 비하여 보여 줄 수 있다.

차시

미술

창작활동- 미술과 과학기술 (건축디자인)

학습목표

- 주변 환경과 잘 어우러진 구 조미가 아름답고 기능성 있는 다리를 제작할 수 있다.

- 완성된 다리와 여기에 설치될 LED조명을 통해 LED가 가진 다양한 측면을 다리제작에 적용 할 수 있다.

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다양한 다리를 탐색해 보고 우리가 만들 다리의 아이디서 스케치를 해 봅시다.

다리제작 조건은 다음과 같습니다.

가. 50cm 길이의 다리를 제작해 주세요.

나. 다리 끝부분의 높이는 바닥에서 15cm높이로 통일 ※ 제작되어진 다리를 모두 연결하려는 목적 다. 제작된 모든 다리는 흰색으로 통일합니다.

※LED의 특성과 효과를 보기 위함

라. 개성미와 구조미가 있는 다리 디자인과 LED조명이 설치될 수 있도록 기획 단계에서부터 조명위치, 색상 등을 미리 계획해 두어야 합니다.

기본 설계는 다음 그림을 참고하세요.

각 나라마다 각 지역마다 대표하는 랜드마크가 있다. 그중에서도 다리는 한 나라, 한 지역의 대표적 랜드마크로 대표되는 경우가 많다. 그만큼 우리 인간들의 삶과 환경에 다리는 큰 자리를 차지하고 있는 것으로 여겨진다.

여기에 환경과 에너지를 고려한 친환경소재에 대한 관심이 높아져 조명기구에 대 한 많은 변화가 일어나고 있다. 많은 전력과 값비싼 시설 장비보단 고효율 저비용 의 LED가 각광받고 있는 추세이다. 여기에 LED은 많은 색상 연출이 가능해 주변 환경과 감성공학적 측면에서도 많이 활용 되고 있음을 알 수 있다.

부산의 대표적 관광명소 광안대교가 아름다운 색과 빛으로 다채로운 조명 연출이 가능한 LED경관 조명등으로 새롭게 단장되어 세계적 야간 경관 명소로 거듭나게 됐다. 부산시는 광안대교에 세계 최대 규모의 LED 경관조명과 광안리해수욕장 해 변 가로등 기둥에 음악 전용 스피커 54개를 설치했고, 빨강, 초록, 파란 3색광을 이 용한 다양한 풀 칼라(FULL COLOR) 연출이 가능하게 됐다.

우리 지역을 대표할 수 있는 멋과 기능성을 갖춘 다리를 제작하여 보다 더 아름답 고 우리의 감성까지 품을 수 있는 LED 다리를 제작해 보자.

우리가 알고 있는 유명한 다리에는 어떤 특징들이 있을까요?

생각 열기 생각 펼치기

조립형태 C. 연결판 X 4개

28cm

3cm

A. 상판 (두께 0.5cm)

50cm

20cm우드락

B. 다리 X 4개 (두께 1cm)

40cm40cm

24.5cm15cm0.5cm

6cm 2cm

차시

[기본 다리 도면]

-학생들이 전체 그림을 그리는 데에 도움을 주고, 제작 시 간을 단축하기 위하여 기본 도면을 제공 할 수 있다.학생 들이 다른 설계를 원한다면 자유롭게 만들 수 있도록 지도 한다.

학습활동

각종 다리 탐색을 토대로 한 제작 물 아이디어 스케치 및 역할 분담 1. 각종 다리의 특성 파악을 위한 토론

2. 다리 조명 특성 파악

3. 제작조건과 정보탐색결과에 따른 아이디어 스케치 제작활동

(16)

차시

수업 진행 단계

1. 모둠을 4~5명으로 구성한다.

2. 자료조사에서 있어 과학교과서 및 미술교과서 기본으로 출발하여 추가조사 내용이나 교과서 내 용에 없는 경우엔 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터 등을 활용하여 자료 검색할 수 있도록 한다.

3. 정보검색 시 오정보를 취할 수 있으므로 가급적 많은 자료를 찾아 그 속에서 바른 정보를 찾을 수 있도록 지도한다.

4. 조사한 내용을 아이디어 맵에 정리할 수 있도록 지도한다.

5. 각지의 랜드마크로 다리와 우리주변의 소박한 다리를 찾아보고 그 구조적 특성과 아름다움을 찾 아보고 조명의 특성을 찾을 수 있도록 안내한다.

6. 조사내용을 바탕으로 제작해야 할 다리디자인을 설계하고 LED조명 색상과 조도 등을 고려하여 설계도 및 아이디어스케치(디자인)할 수 있도록 한다.

7. 학습지인 Idea Map & Sketch용지를 활용하여 조사내용 요약, 설계도, 아이디어 스케치를 할 수 있도록 각 모둠별로 여유 있게 배부한다. (개인 및 모둠 활동용으로 배부함)

9. 기본 도면 제시를 통한 제작 시간 단축

6 7

아이디어 스케치 예시 Idea Map & Sketch

모둠별 아이디어를 스케치해 본다.

(17)

차시

지도 Tip

LED를 조명으로 설치할 예정이므 로 친환경적인 측면도 강조할 수 있다. LED 조명을 켜기 위한 에너 지 공급을 어떻게 할 것인지도 학 생들이 생각해 볼 거리가 된다.

6 7

아이디어 스케치 예시 Idea Map & Sketch

모둠별 아이디어를 스케치해 본다.

(18)

도입

전시간 활동내용 상기

- 주변 환경과 잘 어우러진 구 조미가 아름답고 기능성 있는 다리 아이디어 스케치 인지 토 론한 후 새롭게 보완하거나 수 정할 내용이 있는 토론한다.

학습활동 다리 제작활동

- 견고성, 아름다움, 구조미, 독 창성이 들어나는 다리제작 - 기본 키트를 활용하여 제작하 되 특성 있는 디자인이 나올 수 있도록 지도함

- 두께가 다른 우드락을 용도에 따라 사용할 수 있도록 지도함 - 열선 커트 기구를 사용할 때 화 상에 주의하여 사용하도록 함 - 제작활동 중에도 LED설치 위 치와 개수, 색상을 염두에 두고 제작 활동함

- LED의 조명과 밝기 등을 고려 하여 독특한 아름다움을 만들어 낼 수 있도록 유도한다.

다리 제작시 유의사항

- 우드락을 5T 이상으로 사용할 경우 칼로 자르기가 쉽지 않으므로 열선커터를 사용한다.

- 열선커터 사용시에 화상에 주의한다.

- 5T 이상 두께의 우드락으로 A,B,C 를 제작하여야 무게를 지탱할 수 있다.

8 9

학생 작품 예시 아이디어 스케치를 바탕으로 다리를 제작해 봅시다.

다리 제작에서 고려해야 할 점은 다음과 같습니다.

- 우드락을 자를 때 도구 사용에 유의 합시다.

- 두께가 다른 우드락을 용도에 따라 사용할 수 있습니다.

- 제작 활동 중 LED를 설치할 위치와 개수, 색상을 염두에 둡니다.

제작 활동 후 우리 모둠의 작품을 발표해 봅시다

- 다리의 이름과 주제 및 특성 소개 - 다리에 설치할 LED의 위치, 개수, 색상 등

발표가 끝난 후 스스로 평가 해봅시다.

차시

[준비물]

우드락 2절(3~10T/흰색). 우드락본 드, 칼, 자, 종이실, 철사, 니퍼, 투 명테이프, 종이테이프

(19)

지도 Tip

1. 가급적 모든 학습 내용은 학생들 스스로 해결할 수 있도록 지도한다.

2. 문제가 발생하거나 해결하지 못한 부분이 발생하였을 땐 문제의 원인을 스스로 찾아 해결할 수 있도록 한다. 단, 모둠원 전체가 어려움을 겪을 경우엔 간단한 팁만 제공할 수 있도록 한다.

3. 제작시간은 3차시(1~3차시)에 걸쳐 제작하되 제작에 소요되는 총 시간을 90분으로 정하여 시간 안에 완성할 수 있도록 독려한다. 만일, 완성에 어려움을 겪은 모둠에 대해서는 일과 외 시 간을 활용하여 제작하여 3차시엔 발표할 수 있도록 한다.

4. 독창적이고 아름다운 구조를 가진 다리가 제작될 수 있도록 한다.

5. 평가는 자기평가 및 교사평가로 이루어진다는 것을 학생들에게 알리고 이를 반영하여 제작 활동 할 수 있도록 유도한다.

6. 자기평가 보고서 50%, 교사 평가 50%로 정한다.

8 9

학생 작품 예시 아이디어 스케치를 바탕으로 다리를 제작해 봅시다.

다리 제작에서 고려해야 할 점은 다음과 같습니다.

- 우드락을 자를 때 도구 사용에 유의 합시다.

- 두께가 다른 우드락을 용도에 따라 사용할 수 있습니다.

- 제작 활동 중 LED를 설치할 위치와 개수, 색상을 염두에 둡니다.

제작 활동 후 우리 모둠의 작품을 발표해 봅시다

- 다리의 이름과 주제 및 특성 소개 - 다리에 설치할 LED의 위치, 개수, 색상 등

발표가 끝난 후 스스로 평가 해봅시다.

차시

(20)

제2부 과학과 문명

(1)정보통신과 신소재 - 반도체와 신소재

학습목표

- 스마트폰을 통해 다이오드의 구조와 특징, 활용 방법을 설명 할 수 있다.

- LED의 특징을 인포그래픽으 로 나타낼 수 있다.

[인포그래픽이란?]

- 정의 : 인포메이션(information) + 그래픽 (graphic)의 합성어

= 다량의 정보를 챠트, 지도, 다이어그램, 로고, 일러스트레이션 등을 활용하여 한눈에 파악할 수 있 도록 하는 디자인을 말함

- 장점 : 흥미유발, 정보습득 시간의 절감, 기억지속시간 연장, 빠른 확산

- 활용 : PR, 매거진, 뉴스, 보고서, 프리젠테이션 등 - 참고자료 : 가.

나. 이수동, 송정수 저 ‘빅데이터 시대 비즈니스 마케팅을 위한 인포 그래픽 기획과 실 천전략’. 2013. 길벗

도입

스마트폰으로 LED에 대해 알아보기

우리 주변에서 쉽게 볼 수 있 는 조명을 저전력 고효율의 LED 조명으로 교체하는 것 에 대해 알아본다.

기사 링크

10 11

부산 광안대교에 LED로 새롭게 경관 조명을 설치하여 빨강, 초록, 파랑 등의 색을 이용하여 다양한 색의 연출을 하고 음악과 함께 전기에너지도 기존대비 66% 의 에너지 절감 효과가 있는 다리가 되었다고 한다. 실제로 가정에서 전기를 많이 소 모하는 것은 무엇일까? 보온 상태인 전기밥솥, 전자렌지는 시간당 소모하는 전력 량이 엄청나다. 하지만 우리가 잘 알지 못하는 것 중에 하나는 바로 백열전구! 백 열전구는 에디슨이 개발했을 당시 인류에게 엄청난 혜택을 가져다 주었지만 실제 로는 전기를 먹는 하마였다. 2014년부터 우리나라에서도 백열 전구 생산과 수입 이 중단된다고 하는데...

2013년 여름 원전 3기의 중단으로 엄청난 전력난을 겪었다. 이제 전기 절약은 지 루한 구호가 아니라 우리 생활에 직접적인 영향을 주는 생활 습관이다. 백열전구 의 대안으로 거론되는 LED! LED는 무엇이고 어떤 원리로 작동 되는지 알아보자.

LED를 설명할 수 있는 내용을 인포그래픽으로 나타내 보자

인포그래픽(Infographics)이란?

Information과 graphics의 합성어로 정보, 자료 또는 지식의 시각적 표현이다. 정 보를 구체적, 표면적, 실용적으로 전달한다는 점에서 일반적인 그림이나 사진 등 과는 구별된다. 복잡한 정보를 빠르고 명확하게 설명해야 하는 기호, 지도, 기술 문 서 등에서 사용된다. 차트, 사실박스, 지도, 다이어그램, 흐름도, 로고, 달력, 일러 스트레이션, 텔레비전 프로그램 편성표 등이 인포그래픽에 포함된다.

인포그래픽에 나타낼 내용은 다음과 같다.

① 스마트폰을 이용하여 pn접합반도체와 관련된 각종 다이오드를 모둠별로 찾 아본다.

② LED의 기본 구조가 되는 pn접합반도체의 내용을 바탕으로 LED의 특징, 장 단점, 사용되는 곳 등을 나타낼 수 있는 주제를 하나 정한다.

(예 – LED와 백열전구의 비교, LED의 저전력 고효율 등)

③ 스마트폰으로 찾은 내용을 바탕으로 전지에 LED가 무엇인지 설명할 수 있는 그림과 원리, 구조 등을 이해하기 쉽게 나타낸다

생각 열기 생각 열기

차시

(21)

학습활동

모둠별로 LED를 설명할 수 있는 내용을 인포그래픽으로 나타내 기

- LED의 특징, 구조, 장단점, 활 용방법, 사용되는 곳, 발전 가능 성 등

①스마트폰을 이용하여 pn접합 반도체와 관련된 각종 다이오드 를 모둠별로 찾아본다.

②LED의 기본 구조가 되는 pn 접합반도체의 내용을 바탕으로 LED의 특징,장단점, 사용되는 곳 등을 나타낼 수 있는 주제를 하나 정한다.

( 예 – LED와 백열전구의 비교, LED의 저전력고효율 등 )

③ 학생들이 스마트폰으로 찾은 내용을 바탕으로 전지에 LED가 무엇인지 설명할 수 있는 그림과 원리, 구조 등을 이해하기 쉽게 나타낸다.

[마무리]

작성된 인포그래픽을 발표하고 LED의 특징에 대해 되짚어 본다.

10 11

부산 광안대교에 LED로 새롭게 경관 조명을 설치하여 빨강, 초록, 파랑 등의 색을 이용하여 다양한 색의 연출을 하고 음악과 함께 전기에너지도 기존대비 66% 의 에너지 절감 효과가 있는 다리가 되었다고 한다. 실제로 가정에서 전기를 많이 소 모하는 것은 무엇일까? 보온 상태인 전기밥솥, 전자렌지는 시간당 소모하는 전력 량이 엄청나다. 하지만 우리가 잘 알지 못하는 것 중에 하나는 바로 백열전구! 백 열전구는 에디슨이 개발했을 당시 인류에게 엄청난 혜택을 가져다 주었지만 실제 로는 전기를 먹는 하마였다. 2014년부터 우리나라에서도 백열 전구 생산과 수입 이 중단된다고 하는데...

2013년 여름 원전 3기의 중단으로 엄청난 전력난을 겪었다. 이제 전기 절약은 지 루한 구호가 아니라 우리 생활에 직접적인 영향을 주는 생활 습관이다. 백열전구 의 대안으로 거론되는 LED! LED는 무엇이고 어떤 원리로 작동 되는지 알아보자.

LED를 설명할 수 있는 내용을 인포그래픽으로 나타내 보자

인포그래픽(Infographics)이란?

Information과 graphics의 합성어로 정보, 자료 또는 지식의 시각적 표현이다. 정 보를 구체적, 표면적, 실용적으로 전달한다는 점에서 일반적인 그림이나 사진 등 과는 구별된다. 복잡한 정보를 빠르고 명확하게 설명해야 하는 기호, 지도, 기술 문 서 등에서 사용된다. 차트, 사실박스, 지도, 다이어그램, 흐름도, 로고, 달력, 일러 스트레이션, 텔레비전 프로그램 편성표 등이 인포그래픽에 포함된다.

인포그래픽에 나타낼 내용은 다음과 같다.

① 스마트폰을 이용하여 pn접합반도체와 관련된 각종 다이오드를 모둠별로 찾 아본다.

② LED의 기본 구조가 되는 pn접합반도체의 내용을 바탕으로 LED의 특징, 장 단점, 사용되는 곳 등을 나타낼 수 있는 주제를 하나 정한다.

(예 – LED와 백열전구의 비교, LED의 저전력 고효율 등)

③ 스마트폰으로 찾은 내용을 바탕으로 전지에 LED가 무엇인지 설명할 수 있는 그림과 원리, 구조 등을 이해하기 쉽게 나타낸다

생각 열기 생각 열기

차시

[준비물]

활동지, 스마트폰, 전지, 색연필, 색싸인펜 등

(22)

1. 반도체에 대해 알려주기

가. 반도체란

우리가 일상에서 사용하는 모든 전기제품은 반도체를 이용하여 회로를 구성하고 있다.

반도체는 보통 도체와 부도체의 중간물질이다. 일반적으로 반도체는 전류가 흐르지 않 지만, 어떤 조건에서는 전류가 흐른다. 이 조건을 이용하여 만든 반도체 부품들인 다이 오드, 발광다이오드, 트랜지스터 등이 있다.

나. n형 반도체와 p형 반도체

반도체 재료는 주로 규소(Si)와 게르마늄(Ge)을 많이 사용한다. 두 물질이 모두 4족 원 소로 원자들 사이의 공유결합에 사용되는 전자의 수가 4개인 원소이다. 그림과 같이 순 수한 실리콘(Si)은 전자 4개가 이웃하는 원자의 전자와 공유결합하고 있다. 자유전자 가 없으므로 거의 전류가 흐르지 않는다. 전류가 흐른다는 것은 전하가 이동하는 것이 며, 보통은 (-)전하를 띤 전자의 이동으로 전류를 설명지만, 전자가 비어서 있는 양공이 (+)전하를 이동시켜 전류를 흐르게 하기도 한다.

그림과 같이 반도체 공정 과정에서 인(P)을 첨가시키면 인이 5족 원소이므로 4족 원 소인 규소와 공유결합하고 남는 1개의 전자가 생긴다. 어느 정도의 전압을 걸어줄 때, 이 전자들이 전도띠로 전이하여 자유전자가 되므로 전류가 흐른다. 그러나 전류가 흐른 다고 반도체가 대전되었다고 하지는 않는다. 이 때 인(P)은 전자를 잃어 양전하로 남기 때문이다. 이와 같은 반도체를 n형 반도체라고 하는데, 여기서 n은 ‘negative’, 음전하의 이동을 뜻한다.

반도체 공정 과정에서 붕소(B)를 첨가시키면 붕소가 3족 원소이므로 4족 원소인 규소 와 공유결합하면서 전자 1개가 비는 (+)전하를 띤 양공이 생긴다. 어느 정도의 전압을 걸어줄 때 옆의 전자가 (+)전하를 띤 양공으로 이동하고 전자가 이동한 자리에 새로운 양공이 생기는 형태로 양공이 이동한다. 결국 (+)전하가 이동하는 전류를 흐르게 한다.

그러나 전류가 흐른다고 반도체가 대전되었다고 하지는 않는다. 이 때 붕소(B)는 전자 를 얻어 (-)전하로 남기 때문이다. 이와 같은 반도체를 p형 반도체라고 하는데, 여기서 p는 ‘positive’, 양전하의 이동을 뜻한다.

(23)

다. pn접합 다이오드

pn접합 다이오드는 n형 반도체와 p형 반도체 두 개를 층으로 결합한 것으로 전류가 한 방향으로만 흐르게 하는 정류작용을 한다

n형 반도체와 p형 반도체를 접합시키면 전압을 걸지 않아도 전자는 p형 반도체 쪽으 로, 양공은 n형 반도체 쪽으로 확산된다. 양쪽으로 확산된 전자와 양공이 중화되어 이 동할 전자와 양공이 없는 상태가 된다. 그렇지만 이동한 전자와 양공에 의해 중앙 부 분의 p형 쪽에 이동한 전자에 의한 (-)전하 층이 형성되고, 중앙 부분의 n형 쪽에 이동 한 양공에 의한 (+)전하 층이 형성되어 전기장을 만든다. 이 지역을 공핍층(Depletion layer)이라고 한다. 즉, 전자와 양공은 서로 중화되어 없지만, 전기장이 형성된 지역이 다. 이 전기장에 의해 더 이상 전자와 정공의 확산이 없다.

전지의 (+)극을 p형 반도체 쪽에 연결하고, (-)극을 n형 반도체 쪽에 연결하는 것을 순 방향 연결이라고 한다. 순방향 연결을 하는 경우에 전자와 정공이 중앙으로 확산되어 결핍층이 점점 사라진다. 이 때 공핍층을 완전히 타파할 수 있는 전압에 도달해야 전류 가 흐른다. 그런데 전압을 반대 방향으로 연결하는 역방향 연결인 경우에 전자와 정공 이 중심에서 양쪽으로 확산 되면서 결핍층이 넓어지면 전류가 흐르기 어려워진다.

(24)

라. 발광다이오드

LED는 요즘 다양한 분야에서 활용되고 있는 전자 세계의 영웅이라고 할만하다. 전자 시계의 시간을 표시하거나 밝게 비추는 일, 큰 전광판에 이미지를 만드는 일, 에너지 절 약을 위한 LED 전등, 대형 LED TV, LED 가로등 등 그 이용이 날로 늘고 있다. LED는 에너지 소모가 적고, 수명이 길며, 작은 크기이지만 더 튼튼하게 만들 수 있다. 또, 더 빨리 켜진다. 그러나 정확한 전류를 필요로 하고, 열을 관리해야 하는 어려움이 있다.

발광 다이오드는 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 p-n 접합 다이오드로 일반적으로 많이 사용하는 규소(Si)를 사용하지 않고, 화합물 반도체를 이용하여 만든다. 그림과 같 이 LED의 전극에 순방향 전압을 가하면 p형 반도체의 양공은 n형 반도체 쪽으로, n형 반도체의 전자는 p형 반도체 쪽으로 확산된다. 이 때 접합면 근처에서 양공과 전자가 서로 재결합하면서 원자가띠와 전도띠 사이의 에너지갭에 해당하는 파장의 빛을 방출 한다. 이 때 방출하는 빛의 색은 화합물 반도체의 재료에 의해 결정된다. 그림은 발광다 이오드의 내부 구조를 나타낸 것이다.

(25)

2. 모둠별로 스마트폰을 이용하여 LED에 관한 내용을 찾고, LED를 한눈에 설명할 수 있는 인포그래픽을 고안한다.

(예를 들면 LED의 특징, 구조, 장단점, 활용방법, 사용되는 곳, 발전 가능성 등에 관한 내용을 모둠별로 주 제를 정해서 주어진 전지에 색연필로 나타내도록 한다.)

3. 인포그래픽(Infographics)이란?

Information과 graphics의 합성어로 정보, 자료 또는 지식의 시각적 표현이다. 정보를 구체적, 표면적, 실용적으로 전달한다는 점에서 일반적인 그림이나 사진 등과는 구별된 다. 복잡한 정보를 빠르고 명확하게 설명해야 하는 기호, 지도, 기술 문서 등에서 사용 된다. 차트, 사실박스, 지도, 다이어그램, 흐름도, 로고, 달력, 일러스트레이션, 텔레비전

(26)

차시

제2부 과학과 문명 (1) 정보통신과 신소재

학습목표

- 반도체의 전기적 특징을 통 해 다이오드의 구조와 활용 방 법을 설명 할 수 있다.

- LED를 가장 밝고 안전하게 연결하는 전기회로에 대해 알 수 있다.

도입

발광다이오드(LED)의 구조와 특징 알아보기

- 다이오드가 무엇일까요?

다이오드에서 전류가 흐르는 원리가 무엇인지 질문하고 이 야기 하기

전기회로도 기호

12 13

LED를 이용하여 전기 회로를 꾸며 보자

전기회로 꾸미기

LED 12개를 6V 건전지에 병렬 연결하였을 때 전류가 흐를 수 있는 전기회로도 구성하기

- 실험재료 :

LED(2V 20mA), 저항, 스위치, 전선, 건전지(1.5V), 건전지케이스

- LED전구에 과부하가 걸리지 않도록 저항을 계산하여 넣고 LED에 내부저항은 없다고 가정을 한다.

LED와 전기 회로

(27)

차시

학습활동

모둠별로 주어진 조건에 LED를 연결하는 전기회로 구성하기 - 전기회로 꾸며 보기

① 전기회로에 관하여 중학교에서 배운 내용을 다시 상기 시켜 준다.

② 직렬과 병렬연결에 관한 내용을 알려 준다.

(전압, 저항, 합성저항, 전류 등)

③ 전기회로에 관한 기호를 안내해 준다.

④ 활동지에 주어진 LED 전구가 가장 밝고 전구가 하나 고장이 나더라도 빛을 낼 수 있는 방 법을 찾아낸다.

- 직렬과 병렬 및 혼합연결을 활동지에 기호로 기재한다.

⑤ 12개의 LED를 병렬 연결하여 6V 건전지에 전류가 흐를 수 있도록 회로를 구성한다. 이때 다리에 설치할 것을 고려하여 LED의 색깔도 함께 결정한다.

- 계산된 저항 값이 맞는지, 주어진 LED에 흐를 수 있는 정격전압과 전류가 맞는지, 합선이

12 13

LED를 이용하여 전기 회로를 꾸며 보자

전기회로 꾸미기

LED 12개를 6V 건전지에 병렬 연결하였을 때 전류가 흐를 수 있는 전기회로도 구성하기

- 실험재료 :

LED(2V 20mA), 저항, 스위치, 전선, 건전지(1.5V), 건전지케이스

- LED전구에 과부하가 걸리지 않도록 저항을 계산하여 넣고 LED에 내부저항은 없다고 가정을 한다.

LED와 전기 회로

[마무리]

가정 내에서 쓰는 전자제품들은 직 렬연결인지, 병렬연결인지를 설명하 여 준다.

- 다음 시간에 LED에 씌울 갓의 재 료로 무엇을 쓸 것인지 생각하여 가 져온다.

[준비물]

활동지, LED, 다양한 저항, 전선, 커 넥터, 건전지(AA), 건전지케이스

Tip 1. 전선은 피복이 벗겨져있고 고리가 달린 클림프 전선을 구매하 면 편리하다.

Tip 2. 커넥터는 ‘몰렉스’라는 명칭 으로 판매된다.

Tip 3. LED는 다양한 색으로 구매 하거나, 단일 색으로 구매하여 컬러 빨대를 이용하면 다른 색을 만들 수 있다.

Tip 4. 검색창에 전자부품쇼핑몰로 검색하면 다양한 사이트를 찾을 수 있다.

(28)

1. 옴의 법칙

전기 저항은 전류의 흐름을 방해하는 작용으로서, 저항이 클수록 전류는 적게 흐른다.

그리고 전압, 전류와 저항과의 관계를 정리하여 독일의 옴이 옴의 법칙을 만들었다. 옴 은 회로내 전류는 회로에 걸린 전압에 직접 비례하고 회로의 저항에 반비례한다는 것을 발견하였다.

“회로에 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다.”

2. 저항의 직렬연결과 병렬연결

저항의 연결은 합성저항이 증가하는 직렬연결과 합성저항이 감소하는 병렬연결이 있 다.

1) 저항의 직렬연결

직렬 연결은 저항의 합이 증가하는 것으로 합성저항은 모든 저항의 합과 같다.

전체저항은 모든 저항의 합과 같고, 저항에 비례하여 전압이 분배된다. 각 저항에 생기 는 전압은 저항값에 비례하여 생기고 이를 합하면 전원전압과 같게 된다.

전류 I= V [A]

R

I= V = V [A]

R R1+R2+R3

R

¹

R

²

R

³

R= R

₁

+ R

₂

+ R

₃

(Ω)

전체저항은 모든 저항의 합과 같고, 저항에 비례하여 전압이 분배된다.

각 저항에 생기는 전압은 저항값에 비례하여 생기고 이를 합하면 전원 전압과 같게 된다.

(29)

2) 저항의 병렬연결

병렬 연결의 합성 저항은 가장 작은 저항보다 더 작은 합성저항이 된다.

병렬 연결에서 각 저항마다 동일한 전압이 가해지고 저항에 흐르는 전류는 저항에 반 비례하여 흐른다. 연결된 저항의 수만큼 전 류가 나누어지고 각 저항에 흐르는 전류는 옴의 법칙에 의해 구할 수 있다.

3) 직렬과 병렬의 합성 저항값

4) 전기회로

R= 1

[Ω]

R

₁

+ + R

₂

R

₃

1 1 1

R= R₃+ = 10+ = 15[Ω]

R1 +R2 10 + 10 10 X 10 R₁R₂

(30)

차시

14 15

나만의 스트링라이트(String Light) 만들기

[준비물]

LED, 다양한 저항, 전선, 커넥터, 건전지(AA), 건전지케이스, 탁구공(흰색, 주황색), 미니종이컵, 요거트 컵 등

① 모둠별로 지난 시간에 구성한 전기회로를 연결하기

- LED에 불이 들어오지 않거나 다른 조에 비해 밝기가 어둡다면 왜 그런지에 대해 생각해 보고 수정하기

② 병렬 연결된 LED 중 하나의 전선을 끊어도 다른 LED에 불이 들어오는지 확인하기

③ LED 12구에 사용할 전구 갓의 재료를 준비하여 꾸미기

④ 미술 시간에 제작한 다리에 부착하기 위하여 전선의 길이 및 전구 연결 순서를 고려하며 제작하기

2구 커넥터에 클림프 전선 2개(빨간선, 파란선) 를 '똑' 소리가 날 때까지 집어넣는다.

준비된 탁구공 정 가운데를 칼로 +자 모양으로 흠집을 낸다. ( 칼을 사용하므로 다치지 않도록 주의한다. )

빨간색과 검은색이 붙어 있는 전선에 각각 클림 프 전선 끝을 같은 색끼리 연결한다. 전선을 연 결한 후 절연테이프로 감아준다.

흠집난 탁구공에 LED를 집어 넣는다.

2구 커넥터 앞에 LED를 구멍에 넣어 준다. ( 단 빨간선을 +로 연결한다고 가정하였을 때 LED 긴 다리를 +에 연결한다. ) - 총 12개를 연결한 다.

탁구 공외에 작은 종이컵을 사용해도 좋은 재료 가 될 수 있다.

LED 12개를 연결할 때 최소전원이 6V가 되도 록 해주는데, 스위치가 달린 건전지케이스 2개 를 직렬로 연결하여 사용한다.

제2부 과학과 문명

(1)정보통신과 신소재 - 반도체와 신소재

학습목표

- 여러 개의 LED 연결시 효율 적인 전기회로 연결 방법에 대 해 알 수 있다.

- 나만의 스트링라이트를 만 들어서 LED 감성체험을 알 수 있다.

도입

합선과 LED에 과도한 전류가 흐르면 어떻게 될까요?

- 이동준자바실험실 플래시 로 직렬과 병렬의 전구 밝기 를 비교해 본다.

LED에 정격 전류가 얼마인지 를 알고 저항의 필요성에 대 해 이야기 하기.

(31)

차시

14 15

나만의 스트링라이트(String Light) 만들기

[준비물]

LED, 다양한 저항, 전선, 커넥터, 건전지(AA), 건전지케이스, 탁구공(흰색, 주황색), 미니종이컵, 요거트 컵 등

① 모둠별로 지난 시간에 구성한 전기회로를 연결하기

- LED에 불이 들어오지 않거나 다른 조에 비해 밝기가 어둡다면 왜 그런지에 대해 생각해 보고 수정하기

② 병렬 연결된 LED 중 하나의 전선을 끊어도 다른 LED에 불이 들어오는지 확인하기

③ LED 12구에 사용할 전구 갓의 재료를 준비하여 꾸미기

④ 미술 시간에 제작한 다리에 부착하기 위하여 전선의 길이 및 전구 연결 순서를 고려하며 제작하기

2구 커넥터에 클림프 전선 2개(빨간선, 파란선) 를 '똑' 소리가 날 때까지 집어넣는다.

준비된 탁구공 정 가운데를 칼로 +자 모양으로 흠집을 낸다. ( 칼을 사용하므로 다치지 않도록 주의한다. )

빨간색과 검은색이 붙어 있는 전선에 각각 클림 프 전선 끝을 같은 색끼리 연결한다. 전선을 연 결한 후 절연테이프로 감아준다.

흠집난 탁구공에 LED를 집어 넣는다.

2구 커넥터 앞에 LED를 구멍에 넣어 준다. ( 단 빨간선을 +로 연결한다고 가정하였을 때 LED 긴 다리를 +에 연결한다. ) - 총 12개를 연결한 다.

탁구 공외에 작은 종이컵을 사용해도 좋은 재료 가 될 수 있다.

LED 12개를 연결할 때 최소전원이 6V가 되도 록 해주는데, 스위치가 달린 건전지케이스 2개 를 직렬로 연결하여 사용한다.

[마무리]

모둠별로 만든 LED 스트링라이트를 교실의 전등을 끄고 감성체험해 본다.

학습활동

모둠별로 나만의 스트링라이트 만들기

- 주어진 재료로 LED에 씌울 갓 을 만들고 감성체험을 해본다.

① 모둠별로 지난 시간에 구성한 전기회로를 연결해 본다.

- LED에 불이 들어오지 않거나 다른 조에 비해 밝기가 어둡다면 왜

그런지에 대해 생각해 보고 수정 해 보도록 한다.

② 병렬연결된 LED 중 하나의 전선을 끊어도 다른 LED에 불이 들어오는지 확인해 본다.

③ LED 12구에 사용할 전구갓의 재료를 준비하여 꾸민다.

- 가져오지 않은 모둠이 있으면 따로 준비한 탁구공(희, 노랑), 소주종이컵, 요플레 컵등을 지급 하여 준다.

④ 12구 LED에 만든 전구갓을 미적감각을 살려 구성지게 꾸며 본다.

(32)

차시

1. 합선

전선의 금속 부분이 노출된 상태에서 회로 내부의 두 전선이 서로 접촉되어 전류가 흐르는 현상이다. 전선이 낡거나 또는 외부적인 충격에 의하여 전선의 피복이 손상되는 경우가 있다. 또는 전류가 과하게 흐를 때 발생 하는 열에 의해 전선의 피복이 녹는 경우도 있다. 이런 경우에는 (+)전선과 (-)전선이 맞닿은 상태로 스파크 (불꽃)와 동시에 고열이 발생하게 되는데, 이러한 현상을 합선이라고 한다. 그 까닭은 합선된 부분의 저항이 전기 기구의 저항보다 훨씬 작아져서 갑자기 수십~수백 배의 전류가 흘러 순간적으로 많은 열이 발생하기 때 문이다.

전기의 양극(+)과 음극(-)으로 된 두 전선이 맞닿으면서 발생되는 고열과 스파크(불꽃)로 인하여 주위의 인화 물질에 불이 붙게 되어 화재가 발생하게 된다. 그러므로 용량이 큰 전기 기구를 동시에 사용하지 말아야 하며, 특히 노후된 배선에서 전선의 피복이 벗겨져 합선되는 경우가 많으므로 전기 설비 관리에 유의해야 하고, 과 전류가 흐를 때 전기를 차단하는 정격 용량의 퓨즈 또는 차단기를 설치 사용해야 한다.

2. 누전

전기가 전선 밖으로 새어 나와 흐르는 현상이다. 가정에서 사용하는 전기 제품의 겉표면을 만졌다가 짜릿하게

16 17

[완성 작품]

LED조명 설치하기

(33)

통해 흐르기 때문이다. 가정의 전선이나 전기 제품의 전선 피복이 손상되어 전기 제품의 겉부분의 금속을 통해 전기 가 흐르는 현상을 누전이라고 한다. 전선의 손상된 부분이나 금속 부품의 접촉 부분에 우리 몸의 일부가 닿으면 감 전 사고를 일으키게 된다. 아울러 전선과 접촉된 부위에 열이 발생하고 인화성 물질에 발화되어 화재가 발생하기도 한다. 특히 동물들은 감전에 더욱 민감하게 반응하므로 더욱 주의해야 한다. 그러므로 가정과 공장에서는 누전 차단 기를 반드시 설치하고 주기적으로 점검 및 확인해야 하며, 작동이 불량할 때는 즉시 교체하여야 한다. 누전 차단기 를 설치하면 누전 발생시에 자동으로 차단되어 안전하게 사용할 수 있다. 또한 모든 전기 제품에 접지를 설치하는 것이 안전하다.

3. 허용 전류

전선은 전기가 잘 흐르는 도체인 구리로 되어 있다. 그러나 구리에도 약간의 전기 저항 (고유 저항)이 있기 때문에 전류가 흐르면 열이 발생하여 온도가 상승하게 된다. 즉, 전선의 온도 상승은 전선의 굵기가 작을수록, 굵기가 일정 할 때에는 전선에 흐르는 전류의 제곱에 비례하여 열이 발생한다. 따라서 어느 한도 이상의 전류 가 흐를 때에는 열 의 발생으로 인하여 절연이 파괴되어 화재를 일으킬 수도 있다. 이와 같은 위험을 방지하기 위하여 절연 전선과 코 드에는 굵기에 따라 안전하게 흐를 수 있는 전류의 최대값이 규정되어 있는데, 이것을 전선의 허용 전류 또는 안전

16 17

[완성 작품]

LED조명 설치하기

(34)

차시

제2부 과학과 문명

(1) 정보통신과 신소재

도입

직접 조명과 간접 조명에 대 해 알아보기

T: 어떤 다리의 조명이 가장 아름답게 보이나요?

- 4개의 다리 조명을 보여주 고 어떤 조명이 가장 아름답 게 생각되는지 순위를 매긴다.

- 그렇게 생각한 이유를 간단 하게 이야기해 본다.

T: 울산대교의 조명이 아직 완성되지 못한 상황입니다. 다 리에 어떻게 조명을 설치하면 좋을지 이야기해 봅시다.

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다음은 우리나라 곳곳의 다리 조명입니다. 어떤 조명이 가장 아름다워 보이나요? 아직 완공 되지 않은 울산대교에 조명을 설치한다고 한다면 어떻게 꾸며 보고 싶 나요?

폼보드로 제작한 다리와 스트링 라이트를 이용하여 다리 조명을 완성 해 봅시다.

고려해야할 점은 다음과 같습니다.

- 직접 조명 혹은 간접 조명을 할 것인가?

- 전체 전압과 합성저항에는 문제가 없는가?

- 전구의 색이 내가 의도한 감성을 나타내는 데 적합한가?

우리 모둠에서 제작한 다리 조명의 특징을 설명하세요.

( ) - ( ) - ( ) - ( )

A 광안대교 (부산)

B 섬진강 출렁다리

C 돌산대교 (여수)

D 울산대교