2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

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2021년 STEAM 교사연구회 결과보고서

2021. 11.

한림공업고등학교

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“이 보고서는 2021년도 정부의 재원으로

한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물임 ”

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목 차

1. 요약문··· 01

2. 서론··· 01

3. 연구 수행 내용 및 결과··· 02

가. STEAM 프로그램 개발‧적용 ··· 03

(1) 프로그램 개발 내용 ··· 03

(2) 프로그램 개발‧적용 결과 ··· 03

나. 성과 확산 및 실천 ··· 03

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최 ··· 03

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과 ··· 03

다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사 ··· 04

(1) 수혜학생 태도 조사 ··· 04

(2) 교원 만족도 조사 ··· 04

4. 결론 및 제언··· 05

5. 참고문헌··· 05

[부록]

부록1. STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물(교수학습지도안, 교사용 참고자료, 학생용 활동지) 부록2. 학생 활동 사진

부록3. 회의록

부록4. STEAM 교사연구회 주최 활동

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1. 요약문

특성화고에 적합한 실습 위주의 STEAM 프로그램 개발의 필요성을 느껴, 스피커를 소재 로 하여 스피커 유닛, 스피커 앰프, 스피커 케이스 제작의 3가지 주제를 바탕으로 프로그램 을 구성하였습니다. 개발된 프로그램은 특성과고 1학년 학생 195명을 대상으로 적용되었으 며, 사전사후 검사를 통하여 프로그램의 효과성을 분석하였습니다. 이론 보다는 체험 위주 로 개발된 STEAM 프로그램이 특성화고에에서 잘 활용될 수 있기를 기대합니다.

2. 서론

특성화고는 교실에 앉아서 강의와 이론을 배우는 수업 보다는, 실습을 중심으로 한 활동 위주의 교육이 주를 이루고 있습니다. 학생들의 특성 역시 앉아서 교과 내용을 학습하기 보 다는 실습과 활동을 통해 배우는 것을 더욱 선호합니다. 이에 2021 한림공업고등학교 STEAM 교사연구회는 특성화고의 각 교과에서 시행되는 실습 중심의 교과 프로그램을 과학 과 수학 교과에 적용할 필요성을 느꼈습니다. 그리하여 교육과정에서 다루는 몇몇 개념들을 프로젝트 형태의 제작 활동과 접목시켜, 내용을 이론 공부가 아닌 직접적인 체험을 통해 받 아들일 수 있는 STEAM 프로그램을 개발하고 적용했습니다.

프로그램의 주요 소재는 스피커 제작 활동입니다. 스피커는 학생들에게도 친숙한 소재일 뿐만 아니라 전기, 자기, 파동과 같은 물리적 개념과 기하학적인 형태, 전자회로 구성 등의 공학적 개념이 복합적으로 적용되어 있어 STEAM프로그램을 구성하는 데에도 매우 적합한 소재입니다. 특히 학생들이 직접 제작한 스피커로 소리를 직접 듣게 된다면 학생들의 예술 적인 감수성과 학습의 동기를 부여할 수 있는 좋은 소재라고 판단했습니다.

스피커는 자체 유닛의 성능도 중요하지만, 스피커를 통해 소리를 잘 듣기 위해서는 전기 신호를 증폭시켜주는 앰프의 역할도 중요합니다. 또한 스피커 소리의 간섭을 줄이고 스피커 를 조금 더 효율적으로 활용할 수 있도록 해 주는 케이스도 스피커와 관련된 중요한 요소 입니다. 즉 스피커는 앰프와 케이스까지 제작을 완료해야 비로소 완성을 했다고 볼 수 있습 니다. 그리하여 본 연구회에서는 스피커 유닛 제작, 트랜지스터를 이용한 스피커 앰프 제 작, 스피커와 앰프 케이스 제작이라는 3개의 주제로 프로그램을 구성하였습니다. 스피커 제 작 활동에서는 빨대와 에나멜선, 네오디움 자석, 종이 바스켓 등으로 스피커 유닛 제작 프 로그램을 구성하였으며, 앰프 제작 활동에서는 브레드보드와 트랜지스터, 저항, 콘덴서 등 으로 앰프 회로를 직접 만들어 보도록 활동을 구성하였습니다. 앰프의 케이스는 골판지와 컴퍼스 등을 이용하여 창의적이면서도 효과적으로 제작해볼 수 있는 기회를 마련해 주었습 니다.

각 프로그램은 고등학교 1학년에서 3학년 정도의 학생들이 충분히 수행할 수 있는 수준 으로 개발되었으며, 이론적인 부분은 최대한 생략하고 활동 중심의 체험을 할 수 있도록 구 성하였습니다.

본 연구에서는 특성화고 1학년 195명을 대상으로 프로그램 적용을 완료하였으며, 연구회 에 제공되는 사전사후 결과를 이용하여 프로그램의효과를 분석하고 프로그램의 효과성과 추후 활용 가능성을 파악해 보았습니다.

이번 연구에서 개발된 프로그램이 교육현장에서 효과적으로 활용될 수 있기를 기대합니

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3. 연구 수행 내용 및 결과

STEAM 프로그램

구분

프로그램명 간이 스피커와 앰프 및 케이스 제작을 통한 STEAM 프로그램 선행

프로그램명 조영신 (2004) 학습용 스피커 제작 및 특성. Sae Mulli 49(3) 44-55

학교급 고등학교 대상 학년(군) 1학년

목표 수혜학생 수 220명

중심과목 통합과학 중심과목

성취기준 영역 [고등학교] 물질과 규칙성

연계과목 수학 연계과목

성취기준 영역

[고등학교] 문자와 식 [고등학교] 함2수

개발계획

주제 연번 차시

(시수) 과목 연계(안)

1 6 통합과학(4)+수학(2)

구분 수행 결과

교수학습지도안 개발 차시 총 6차시

수업 적용 기간 2021. 9. 27. ~ 2021. 11. 5.

(STEAM 수업) 수혜학생 수 한림공업고등학교 200명 내외(1학년 전교생) 학생 태도검사 1차(사전) 검사 2021.6.30. ~ 2021.7.30. 10개 학급(205명) 실시완료

2차(사후) 검사 2021.9.20. ~ 2021.10.22. 10개 학급(195명) 실시완료 학생 및 교사 만족도조사 2021.10.18. ~ 2021.10.22 실시 완료

논문 게재

* 해당하는 경우만 기입

학회명 게재여부 학술대회 참가

* 해당하는 경우만 기입

행사명 일자/장소 특허출원(국외, 국내)

* 해당하는 경우만 기입 출원명

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가. STEAM 프로그램 개발‧적용

(1) 프로그램 개발 내용

(가) 프로그램명: 간이 스피커와 앰프 및 케이스 제작을 통한 STEAM 프로그램 (나) 프로그램주제

① 간이 스피커 제작: 빨대, 에나멜선, 네오디움 자석 등을 이용한 스피커 유닛 제작 ② 트랜지스터 앰프 회로 제작 실습: 브레드보드, 트랜지스터, 축전기 등을 이용한 앰프 제작 ③ 앰프회로가 연결된 스피커 케이스 제작: 골판지, 컴퍼스, 칼 등을 이용한 케이스 제작 (2) 프로그램 개발‧적용 결과

교수학습 지도안 개발

차시(시수)

프로그램명 프로그램 주제 운영

대상(학년)

완료 여부

개발 수업적용 학생수 1~2

간이 스피커와 앰프 및 케이스 제작을 통 한 STEAM 프로그램

간이 스피커 제작 1학년 완료 완료 195

3~4 트랜지스터 앰프 회로

제작 실습 1학년 완료 완료 195

5~6 앰프회로가 연결된 스피커

케이스 제작 1학년 완료 완료 195

합계

나. 성과 확산 및 실천

(1) 교사연구회 STEAM 행사 개최

회차 일시 장소 참석대상 주요내용

1차 2021.10.29.(금) 한림공업고등학교 과학실

한림공업고등학교 교사 14명

- STEAM 프로그램 소개

- STEAM 프로그램 개발 및 적용과정, 성과 등을 공유함

<행사 사진>

(2) STEAM 교사연구회 간 상호 네트워크 컨설팅 결과

회차 일시 장소 참석자 상호 컨설팅 결과

1차 ’21.5.31.(월)

16:30~18:00 온라인 양용준(연구책임자) - STEAM 교사연구회 운영 및 예산 사용 방법 확인 - 카카오 오픈채팅방 가입 등 정보교환 창구 마련 2차 ’21.7.15.(목)

16:30~18:00 온라인 양용준(연구책임자) - STEAM 교사연구회 운영 현황 공유 및 컨설팅 - 우리 연구회 연구 현황 개요 발표

’21.9.14.(화)

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다. STEAM 프로그램 적용 성과 분석 및 조사

본 연구에서 개발한 프로그램의 최종적인 수혜 학생은 183명입니다. 당초 계획에는 220명을 대상으로 프로그램을 적용할 예정이었으나, 프로그램 개발 및 적용기간 중 전입학과 같은 학 적변동과 코로나 19로 인한 장기결석학생의 존재로 인하여 계획과 차이가 발생하였습니다. 사 전검사에 참여한 205명과 사후검사에 참여한 195명 중 사전사후검사에 모두 참여하고 프로그 램을 대부분 이수한 학생들 추려낸 결과 183명이 수혜를 받은 것으로 판단됩니다.

프로그램의 사전사후 태도검사는 2021년 STEAM 교사연구회 설문조사 안내(소프트위어에이 아이융합팀-3299(2021.6.28.)에서 권장하는 설문기간 및 설문방법에 따라 진행하였습니다. 코로 나 19로 인하여 프로그램적용 시기가 늦어지는 관계로 사후 검사는 6차시의 프로그램 주제 적 용 중 4차시까지 적용한 상태에서 시행되었으며, 나머지 2차시는 사후 검사 이후 시행하였으 므로, 태도검사는 개발한 프로그램의 4차시까지 적용한 부분에 대한 검사입니다.

교사 만족도 조사 역시 권장되는 시기와 방법에 따라 시행하였습니다.

(1) 수혜학생 태도 조사

특성화고의 진로선택과 관련하여 학생들의 이공계 진로 선택과 관련된 태도 변화를 확인 하기 위해, 태도검사지의 이공계진로 평가구인에 대한 4가지 문항을 분석하였습니다. 4가지 문항은 아래 표와 같습니다.

이공계 진로 선택 관련 대응표본 t-test 결과 (유의수준 0.05)

문항번호 문항 평가

구인

하위

영역 P(단측) P(양측) 유의미한 차이 Q1_20_9 수학과 관련된 직업에 관심이 있다.

이공계진로

0.147 0.295 X Q1_20_19 수학 관련 직업을 갖는 것은 멋진 일이다. 0.011 0.022 O Q1_20_4 과학 관련 직업을 갖는 것은 멋진 일이다. 0.007 0.014 O

Q21_40_36 과학과 관련된 직업에 관심이 있다. 0.006 0.013 O

프로그램은 검사 대상으로 선정된 모든 학생을 대상으로 적용되었으므로, 분석은 동일한 집단에 대한 사전사후 검사를 평가하기에 적합한 대응표본 t 검정으로 평가하였습니다. 평 가 결과 4가지 문항 중 3가지 문항에서 유의수준 0.05 이내에서 유의미한 차이를 보였습니 다. 유의미한 차이를 보이지 않은 질문은 9번 문항인‘수학과 관련된 직업에 관심이 있다 문항이었습니다.

분석 결과에 따르면 학생들은 본 연구의 STEAM 프로그램을 통해 이공계 진로 선택에 대 한 관심이 높아졌으며 특히 과학 분야의 진로를 희망하는데 영향을 미쳤다고 볼 수 있습니 다. 수학과 관련된 직업 관심과 관련하여서는, 프로그램 진행과 설문 결과 시기 사이의 차 이가 영향을 미쳤을 가능성이 있습니다. 코로나 19로 인하여 프로그램의 적용 시기가 늦춰 졌으며, 이에 따라 개발한 6차시 프로그램 중 4차시의 프로그램을 진행하고 사후 설문을 진 행하게 되었으며, 수학과 관련된 내용이 많은 나머지 2차시 프로그램은 사후 설문 이후에 적용을 하게 되었습니다. 이에 따라 수학에 대한 흥미도나 진로 선택 부분에서 개발한 프로 그램의 영향이 반영되지 않았을 가능성이 있다고 추측하고 있습니다.

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(2) 교원 만족도 조사

아래 표는 교원 만족도 조사에 대한 응답 결과입니다. 평균이 3.75 이상으로 STEAM 프로 그램에 대한 전반적인 만족도는 높았습니다.

교원 만족도 조사결과

문항번호 문항 교사1 교사2 교사3 교사4 평균

Q22_01 교육과정과의 연계성 4 3 4 4 3.75

Q22_02 주제 및 소재의 참신성 4 5 4 5 4.5

Q22_03 첨단 과학과의 연계성 4 5 4 4 4.25

Q22_04 사례 중심의 실생활 활용 4 5 5 5 4.75

Q22_05 교재 구성 내용 5 5 4 4 4.5

Q22_06 학생활동 중심의 학생 흥미 유발 5 5 5 4 4.75

Q22_07 관련 과학기술에 대한 학생 흥미 유발 5 5 5 5 5

Q22_08 관련 과학기술 직업에 대한 학생 관심 유발 4 5 5 5 4.75

4. 결론 및 제언

특성화고 학생들을 위한 실험실습 중심의 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하였습니다.

스피커와 앰프, 그리고 앰프 케이스를 제작하는 프로그램 개발을 위해서 우리 교사연구회 회원들은 기존에 개발되었던 키트들과 회로도를 분석하여 학생들이 보다 간단하고 수월하 게 체험할 수 있는 여러 방안을 고안하였습니다. 브레드 보드를 이용하여 소자들 연결하기 위해 아두이노에 사용하는 점퍼선을 각 소자에 연결시켜 납땜이나 고가 장비를 사용하지 않고도 회로를 구성하고 연결할 수 있는 시스템을 마련하였습니다. 프로그램 개발 과정을 통해서 우리 연구회 회원들은 학교에 구비되어 있는 여러 소프트웨어와 종이를 잘라주는 기계의 사용법 등 수업과 자기계발에 도움이 되는 여러 분야의 능력이 향상되었습니다.

이렇게 개발된 프로그램을 고등학교 1학년 학생 183명에게 투입한 결과 이공계 분야 진로 선택에 긍정적인 영향을 미쳤으며, 이 프로그램을 진행한 교사들의 만족도도 매우 높게 나 왔습니다. STEAM 프로그램을 잘 활용하면 교육 현장에서 학생과 교사에게 모두 도움이 되 는 좋은 교육 환경을 만들 수 있을 것이라고 판단됩니다.

5. 참고문헌

비상교육 중학교 수학 1학년 (https://book.visang.com/) 비상교육 고등학교 수학 (https://book.visang.com/)

양용준 (2018) 트랜지스터 2개를 이용한 교육용 간이스피커 소리 증폭 회로 분석. 한국물리학 회 제주특별지부 하계 학술대회 포스터 발표.

조영신 (2004) 학습용 스피커 제작 및 특성. Sae Mulli 49(3) 44-55 천재교육 초등학교 수학 5-1 (https://book.chunjae.co.kr/)

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주 의 문

1. 본 연구의 주장이나 제언은 연구진의 견해이며, 한국과학창의재단의 공식 입장이 아닙니다.

2. 이 보고서 내용을 대외적으로 공개하거나 발표할 때에는 반드시 한국 과학창의재단과 사전에 상의하여야 합니다.

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[부록1] STEAM 프로그램 개발 내용 및 결과물

프로그램 명:

간이 스피커와 앰프 및 케이스 제작을 통한 STEAM 프로그램

1. STEAM 프로그램 개발·적용 교육과정

연번 차시 (중심과목)

2015 개정 교육과정 성취기준

(연계과목) 성취기준 영역 1 1~2/6 [10통과02-03] 물질의 다양한 물리적 성질을 변화시켜 신소재를 개발한 사례

를 찾아 그 장단점을 평가할 수 있다.

[고등학교] 문자와 식 [고등학교] 함수 2 3~4/6 [10통과02-03] 물질의 다양한 물리적 성질을 변화시켜 신소재를 개발한 사례

를 찾아 그 장단점을 평가할 수 있다.

[고등학교] 문자와 식 [고등학교] 함수 3 5~6/6 [10 수학 02-06] 원의 방정식을 구할 수 있다.

[10 수학 02-07]좌표평면에서 원과 직선의 위치 관계를 이해한다.

[고등학교] 문자와 식 [고등학교] 함수

2. STEAM 프로그램 총괄표(총 6차시)

차시 주요내용

1~2/6

주제(단원)명 간이 스피커 제작

통합과학 ‘신소재의 개발과 활용 단원’의 교육과정 성취 기준인 ‘물질의 다양한 물리적 성질을 변화시켜 신소재를 개발한 사례를 찾아 그 장단점을 평가할 수 있다.’를 달성하기 책에서 소재로 다루는 트랜지스터로 증폭 회로를 구현해 보는 STEAM 프로그램이며, 과학과 수학, 미술 과목을 융합하여 프로그램 제작

Co 스피커는 소리를 크게 내는 장치인가. ^CD 간이 스피커를 직접 제작. ^ET 스피커의 소리가 작아 답답함을 체험. 소리를 크게 하기 위한 앰프의 개념 학습

3~4/6

주제(단원)명 트랜지스터 앰프 회로 제작 실습

및 트랜지스터에 의한 전압, 전류, 전력 증폭률 확인

Co 트랜지스터라는 신소재는 우리의 삶을 어떻게 풍요롭게 만들었는가? ^CD 트랜지스터 2 개를 이용한 증폭 회로를 직접 연결함. ^ET 스피커를 앰프를 통해 연결하였을 때 소리가 크게 들리는 것을 체험. 스피커와 앰프의 역할을 구분하여 이해하며, 신소재는 지금은 구현할 수 없는 기술적 문제를 해결하는데 역할을 할 수 있다는 것을 체험함.

Co 트랜지스터는 어떤 원리로 소리를 증폭할까 ^CD 전압계와 전류계(또는 테스터기)를 이용하여 입력부와 출력부의 전압 전류를 측정해보고, 전력 = 전압*전류 공식을 이용하여 전력의 비율도 계산해본다. 데시벨 측정기(휴대폰 앱 가능)를 이용하여 앰프 회로가 있을 때와 없을 때의 소리 크기를 비교해 본다. ^ET 트랜지스터의 전류 증폭률과 소리 증폭률이 차이가 나는 이유를 생각해 본다.

5~6/6

주제(단원)명 앰프회로가 연결된 스피커 케이스 제작

Co 제작한 스피커와 앰프 회로를 보다 안전하고 효과적으로 사용하기 위해서 필요한 것은 무엇일까?　^CD 스피커와 앰프를 보다 효과적이고 안정적으로 사용하기 위한 케이스를 제작해 본다. ^ET 보다 효과적이고 실용적인 앰프 케이스를 고안해 본다.

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3. STEAM 프로그램 차시별 수업지도안

중심과목 통합과학 학교급/학년(군) 고등학교/1 학년

중심과목 성취기준

영역

[고등학교] 물질과 규칙성 중심과목

성취기준

10통과02-03] 물질의 다양한 물리적 성질을 변화시켜 신소재를 개발한 사례를 찾아 그 장단점을 평가할 수 있다.

주제(단원)명 신소재의 개발과 활용 차시 1~2/6

학습목표 간이 스피커를 직접 제작해 보고 스피커의 역할에 대해 말할 수 있다.

STEAM 요소

S 소리의 원리, 전자기 유도 현상 T 스피커 제작

E A M

개발 의도 스피커는 전기 신호를 소리로 변환해 주는 장치이며, 소리를 크게 하는 장치는 아니라는 것을 체험을 통해 이해시키고자 함.

흔히 스피커를 소리를 크게 내 주는 장치로 잘못 인식하고 있는 경우가 많다. 스피커는 전기신호를 소리 신호로 변환시켜주는 장치이며, 소리를 증폭시키는 역할은 앰프라는 장치가 한다. 이 앰프를 제 작하는데 반도체 장비인 트랜지스터가 이용된다.

본 차시에서는 태블릿 PC 에 연결할 수 있는 스피커를 직접 제작해 보고, 소리를 들어보는 체험을 해 볼 것이다. 제작한 간이 스피커는 이어폰 소리 정도의 소리만 나서 답답하게 느껴질 수 있다. 이 답답 한 체험을 통해 스피커는 태블릿 PC 에 전기 신호로 저장되어 있는 음악 파일을 소리로 변환해 주는 장치이며, 이 소리를 키우기 위해서는 다른 장치가 필요하다는 것을 느낄 수 있게 될 것이다.

이번 차시를 통해 이번 STEAM 프로그램의 핵심 소재인 트랜지스터의 역할과 앰프를 자연스럽게 도 입하면서 다음 차시를 예고하는 것이 목표이다.

STEAM 학습 준거

상황 제시

상 황 제 시

직접 제작한 간이 스피커 소리 들어보기

창 의 적 설 계

창의적 설계

스피커에서 소리가 나는 것을 관찰하지만 소리가 작다는 것을 느끼고 이를 개선할 필요성을 느낌.

감 성 적 체 험 에나멜선, 네오디움 자석, OHP

필름, 스테레오 선 등을 이용하여 간이 스피커를 직접 제작함.

감성적 체험

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학습

과정 교수-학습 활동 학습자료

및 유의점

도입 (5 분)

□ ^Co 스피커는 소리를 크게 해 주는 장치일까?

❍ 태블릿 PC 의 음원을 상용 스피커를 통해 들려주고, 스피커가 어떤 역할을 하는 장치인지 생각해 보게 한다.

(예상 답변)

❍ ^ET 소리를 들을 수 있게 해 주는 장치. 소리를 크게 해 주는 장치

태블릿 PC 스피커 (앰프포함)

전개 (90 분)

□ ^CD 간이 스피커를 직접 제작해 보기

❍ 에나멜선을 빨대에 5 mm 두께로 감는다.(양 끝을 10 cm 정도 남기고 감는다) ❍ 에나멜선의 양 끝 피복을 벗긴다.

❍ 에나멜선이 감긴 빨대를 적당한 길이로 자른다.

❍ OHP 필름이나 종이로 고깔 모양의 스피커 콘을 만든다.

❍ 에나멜선이 감긴 빨대와 스피커 콘을 테이프로 붙인다.

❍ 스테레오선 중간을 자르고 피복을 벗긴다.

❍ 스테레오선과 피복을 벗긴 에나멜선을 연결하고 절연 테이프로 마감한다.

□ ^CD 간이 스피커를 이용해서 태플릿 PC 에서 발생하는 소리 들어보기

❍ 제작한 간이 스피커의 스테레오선을 태블릿 PC 에 연결하여 음악을 들어본다.

❍ 스피커에서 소리가 잘 들리는가?

- ^ET 소리는 들리지만 매우 약하게 들린다.

- 소리가 잘 들리지 않는다.(피복이 잘 벗겨졌는지, 연결이 잘 되어 있는지, 에나 멜선 양 끝이 붙어 있지 않는지 등 확인한다.)

□ ^Co 스피커는 소리를 크게 해 주는 장치일까? 아니면 어떤 역할을 할까?

❍ 소리를 크게 해 주기 보다는 소리를 듣게 해 주는 장치이다.

❍ 잘 만들면 소리를 크게 낼 수 있다.

□ ^Co 스피커의 원리에 대한 간단한 설명

❍ 스피커는 전기 신호를 소리 신호로 바꾸어 주는 장치임을 설명

❍ 전류가 만드는 자기장과, 공기의 진동이 퍼져 나가는 현상 등 스피커의 원리와 관련된 기본 개념 설명(시간 부족 시 생략 가능)

학생활동지 간이스피커

제작 준비물 에나멜선 네오디움자

석 가위 OHP 필름 스테레오선

태블릿 PC 빨대 (직경 1

cm)

정리 (5 분)

□ ^ET 만들어본 스피커에 대한 이야기 나누기 ❍ 스피커의 소리가 작아서 아쉬움을 나타냄

❍ 스피커의 소리를 크게 하려면 어떻게 해야 할까?

❍ 전기 신호를 증폭시켜주는 반도체 소자인 트랜지스터를 언급하고 마무리

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영역

성취기준

10통과02-03] 물질의 다양한 물리적 성질을 변화시켜 신소재를 개발한 사례를 찾아 그 장단점을 평가할 수 있다.

학습목표 주어진 재료를 이용하여 트랜지스터 2 개를 이용한 앰프를 제작하고 트랜지스터의 원리를 설명할 수 있다.

STEAM 요소

S 트랜지스터의 원리

T 트랜지스터 2 개를 이용한 증폭 회로 제작 E

A

M 입력단과 출력단의 전류, 전압을 측정하고 비율을 계산. 전력=전압*전류 공식을 이용하여 전력을 계산해보고 증폭률 확인.

개발 의도

지난 차시에서 제작한 간이 스피커의 소리를 키울 수 있는 트랜지스터의 증폭 회로를 제작하여, 트랜지스터의 원리를 직접 체험해봄과 동시에 스피커와 앰프의 역할을 구분해서 이해하게 함.

트랜지스터가 증폭 작용을 한다는 것이 교과서에는 소개가 되어 있지만, 어떠한 원리로 증폭 작용을 하는지까지는 나와 있지 않다. 물리학 II 과정에서 트랜지스터를 또 배우기는 하지만, 실질적으로 와 닿는 증폭 실험을 하기는 어렵다.

본 차시에서는 트랜지스터 2 개와 저항, 축전지 등을 연결한 간단한 회로로 앰프를 직접 제작해 보고 이론적인 공부 보다는 체험을 통한 트랜지스터의 증폭 작용을 학습하는 것이 목표이다.

각 소자들의 특징이나 브레드보드의 사용법을 완전히 숙달시키기 보다는, 정형화된 회로를 같이 구성해보고 지난 차시에서 제작한 스피커에서 나오는 소리가 앰프를 통해 증폭 되는 것을 체험을 통해 학습하도록 하는 것이 중요하다.

또한 특성화고 학생들의 실습 능력 향상을 위해 테스터기를 이용해서 입력단과 출력단의 전압, 전류, 전력을 측정해 보고 각각의 증폭률을 계산해 보게 한다. 데시벨측정기를 이용해서 소리의 증폭 정도도 비교해 보게 한다.

상황 제시

상 황 제 시

지난 차시에 제작한 스피커의 소리를 크게 하려면 어떻게 해야 할까?

창 의 적 설 계

스피커를 앰프를 통해 태블릿 PC 에

연결했을 때, 소리가 커지는 것을 직접 체험해 보면서 트랜지스터의 증폭 현상을 이해함.

감 성 적 체 험 트랜지스터 2 개, 저항, 축전지,

건전지 등을 이용하여 앰프를 직접 제작

감성적 체험

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학습

및 유의점

도입 (5 분)

□ ^Co 스피커는 소리를 크게 하려면 어떻게 해야 할까?

❍ 지난 차시에 제작한 스피커와 관련하여 이야기해보게 한다.

(예상 답변)

- 강한 자석을 사용한다, 에나멜선을 많이 감는다, 정교하게 잘 만든다. 납땜.

❍ 트랜지스터의 증폭 작용을 통해 스피커의 소리를 크게 만들 수 있을까?

태블릿 PC 지난 차시

제작 스피커

전개 (90 분)

□ ^CD 트랜지스터 2 개를 이용해서 앰프를 제작해 보기.

❍ 브레드보드에 아래의 회로도에 따라 앰프 회로를 구성한다. 단, 전압계와 전류 계는 제외한 상태로 구성한다.

그림 25. 앰프 회로 구성

□ ^CD 간이 스피커를 앰프를 통해 태플릿 PC 에서 발생하는 소리 들어보기 ❍ 간이스피커를 직접 태블릿 PC 에 연결했을 때에 비해 소리가 어떻게 들리는가?

- ^ET 소리가 더 크게 들린다.

- 소리가 잘 들리지 않는다.(회로 연결이 잘 되었는지, 건전지 스위치가 잘 연결 되었는지, 에나멜선 양 끝이 붙어 있지 않는지 등 확인한다.)

□ ^Co 회로에서 소리를 증폭시켜주는 역할을 한 소자는 무엇인가?

❍ 트랜지스터

□ ^CD 테스터기를 이용하여 태블릿 PC 에서 나오는 전류, 전압을 측정해 보고, 앰 프에 연결된 스피커에 흐르는 전류와 스피커 양단에 걸린 전압을 측정해 보자.

❍ 측정값은 표에 기록

❍ 전압과 전류를 이용하여 전력도 계산하여 표에 기록한다.

❍ 입력단에 비해 출력단에서 전압, 전류, 전력이 각각 몇배 증가했는지 적는다.

□ ^CD 핸드폰의 데시벨 측정 어플을 이용하여, 앰프가 있을 때와 없을 때 스피커 소리가 몇배 차이나는지 측정해 보자.

❍ 측정값은 표에 기록

학생활동지 앰프 제작

준비물 트랜지스터

2 개 축전지

저항 브레드보드

6V 건전지 간이스피커 태블릿 PC

정리 (5 분)

□ ^ET 만들어본 앰프에 대한 이야기 나누기 ❍ 스피커와 앰프의 차이를 구분할 수 있게 됨.

❍ 트랜지스터의 증폭 현상을 체험을 통하여 알게 됨.

□ ^CD 다음 시간에는 스피커와 앰프를 효과적으로 활용할 수 있는 케이스를 제작

(16)

- 6 -

영역

성취기준

[10 수학 02-06] 원의 방정식을 구할 수 있다.

[10 수학 02-07]좌표평면에서 원과 직선의 위치 관계를 이해한다.

학습목표 스피커와 앰프 케이스를 적절하게 제작할 수 있다.

STEAM 요소

S 스피커와 앰프 T

E

A 스피커 케이스 제작 활동 M

개발 의도

메이킹 활동을 통해 창의적이고 생산적인 활동을 수행하도록 한다. 제작한 간이 스피커와 앰프를 보다 사용하기 편하도록 어떻게 케이스를 제작할지 고민해보게끔 하고, 직접 만들어 보게 한다.

시중에 판매되는 스피커는 보통 앰프가 내장되어 있으며, 사람들이 사용하기 편하게 마감이 되어서 나온다. 지난 차시까지 제작한 간이 스피커와 앰프는 그 자체로 사용하기에는 불편함이 많으며 보기에 도 좋지 않다.

이번 차시에서는 정사각형 박스 모양에 스피커를 구동하기 위한 스위치, 건전지 교체부, 스테레오 연 결부 등의 편의성을 갖춘 케이스를 직접 제작해 보는 활동을 할 것이다.

이 활동을 통해 생산적이고 창의적인 사고력을 증진시키고, 인간을 보다 편리하게 해 주는 다양한 아 이디어를 고안해 볼 수 있는 기회를 제공하고자 한다.

상황 제시

상 황 제 시

제작한 앰프와 간이 스피커를 실제로 상용화할 수 있을까?

창 의 적 설 계

제작한 스피커 케이스는 편리하고 효율적인가?

아니라면 어떻게 개선할 수 있을까?

감 성 적 체 험 제작한 앰프, 간이 스피커와

하드보드지(대체할 수 있는 두꺼운 종이)를 이용하여 사용하기 편리한 스피커 케이스를 제작해 본다.

감성적 체험

(17)

학습

및 유의점

도입 (5 분)

□ ^Co 간이스피커와 앰프는 사용하기에 편리한가?

❍ 스피커와 앰프를 사용하는데 어떤 불편한 점이 있는지 말해보자.

(예상 답변)

- 선이 자꾸 빠지거나 합선된다. 들고다니기가 어렵다. 회로가 어지럽다.

❍ 스피커와 앰프를 보다 편리하게 사용할 수 있을까?

태블릿 PC 지난 차시

제작 스피커 제작 앰프

전개 (90 분)

□ ^CD 하드보드지(또는 두꺼운 종이)를 이용하여 스피커와 앰프 케이스를 제작해 보자.

❍ 케이스의 조건을 제시한다.

- 정사각형 박스 모양으로 제작한다.

- 스피커와 앰프는 내부에 고정되도록 한다.

- 스피커가 작동하지 않을 시 수리할 수 있도록 구성한다.

- 내부에서 선 등이 빠지지 않도록 조치한다.

- 건전지를 교체할 수 있도록 제작한다.

- 스테레오선으로 태블릿 PC 나 다른 음향 기기를 연결할 수 있도록 한다.

- 종이박스 외관은 보기 좋게 꾸민다.

□ ^ET 제작한 케이스는 사용하기에 편리하고 효율적인가?

(예상답변)

❍ 편리하고 효율적이다.

❍ 무엇인가 불편한 점이 있다.(연결부가 약하다, 수리가 어렵다, 건전지 교체가 어 렵다.)

❍ 주어진 재료에 한계가 있다.

□ ^Co 이번에 제작한 케이스에 아쉬움이 있다면 어떻게 개선할 수 있을지 고안해 보자.

❍ 설계도 및 보완 내용을 적에보게 한다.(시간 부족시 생략 가능) ❍ 다양한 아이디어를 존중한다.

학생활동지 앰프 제작

준비물 하드보드지

가위 칼 풀 테이프

펀치 글루건

정리 (5 분)

□ ^ET 만들어본 케이스에 대한 이야기 나누기

❍ 기업에서 제품을 만들 때 어떤 부분을 고려해서 만드는지 생각해보게 한다.

(18)

- 8 -

4. 학생활동지 / 학생참고자료

차시 1~2/6

□ ^Co 스피커의 역할은 무엇일까?

(관찰) 선생님이 들려주는 음악을 들으며, 스피커의 역할이 무엇일지 예상해보자.

□ ^Co 스피커는 무엇으로 구성되어 있을까?

(관찰) 선생님이 나누어준 스피커를 돋보기로 확대해 보거나 클립을 대보면서 무엇으로 구성되었을지 예상해보자.

□ 스피커의 구조 적어보기

영상을 보면서 스피커의 구조를 작성해보자.

□ ^CD 간이 스피커 만들기

<준비물> 에나멜선(4Ω, 직경: 0.12 mm 길이: 2.7 m), 네오디움 자석(직경 1 cm 두께 3 mm) 6 개, 종이 바스켓 및 콘 전개도, 댐퍼, 스테레오선, 아두이노 점퍼선, 피복제거기, 사포, 빨대(직경: 1.2 mm, 길이: 7 cm), 가위, 투명테이프, 양면테이프, 태블릿 PC, 브레드보드, 학습 자료

<간이 스피커 만들기 활동>

Step1. 바스켓 만들기

1. 그림 1 의 전개도에서 그림 2 와 같이 ②번 부분을 잘라서 링을 만들고 테이프로 고정한다. 이후 ① 번 부분을 잘라 그림 3 과 같이 그림 2 에서 제작한 링과 테이프로 결합한다.

그림 1 간이 스피커 만들기 전개도

그림 2 바스켓 하단부 링 제작(전개도

②번

그림 3 바스켓 몸통 제작(전개도 ①번 과 ②번은 테이프로 결합한다)

(19)

2. 그림 4 와 같이 바스켓 지지대 4 개를 접고 테이프로 고정한다. 그리고 그림 5 와 같이 ③번 링을 잘 라 지지대 위에 테이프로 결합한다. 그리고 그림 6 과 같이 네오디움자석 6 개를 양면테이프로 바스켓 바닥에 고정한다.

그림 4 바스켓 몸통 제작(전개도

①의 접는 부분을 접고 테이프로 결합한다.)

그림 5 바스켓 위에 상단 링을 부착한다(전개도 ①과 ③의 결합)

그림 6 자석 부착. 네오디움 자석 6개를 양면테이프로 바스켓 바닥 에 고정한다.

Step2. 보이스 코일 제작하기

1. 그림 7 과 같이 빨대의 끝부분에 10 cm 정도 여유를 두고 에나멜선의 시작부를 테이프로 붙인다.

그리고 그림 8 과 같이 에나멜선을 빨대에 길이 10 mm 이내로 촘촘하게 감는다. 선을 다 감은 이후에 는 그림 9 와 같이 코일 바깥부분을 테이프로 감싸 고정한다.

그림 7 빨대에 에나멜선 결합. 테 이프를 이용하여 시작 부분을 고 정한다.

그림 8 보이스 코일 감기. 에나 멜선을 10회씩 감고 옆으로 밀면 서 촘촘하게 만든다.

그림 9 에나멜선을 다 감은 후 에나멜선이 풀리지 않게 테이프 로 바깥 부분을 감싸 고정한다.

2. 그림 9 에서 제작한 보이스 코일과 그림 10 의 댐퍼를 그림 11 과 같이 결합한다.

그림 10 댐퍼. 댐퍼는 OHP 필름을 이용하여 제 작한다. 점선 부분은 접어서 빨대가 잘 진동할 수 있도록 한다.

그림 11 댐퍼와 보이스 코일의 결합. 댐퍼 가운 데의 원에 보이스 코일을 수직으로 결합하고 테이프로 고정한다.

(20)

- 10 -

3. 그림 12 는 그림 1 의 전개도 ④번 부분을 오려낸 콘지이다. 콘지의 양끝을 그림 13 과 같이 테이프 로 결합하여 스피커 콘을 만들고 그림 14 와 같이 보이스 코일의 윗부분과 결합한다.

그림 12 전개도 4번의 콘지 양 끝을 테이프로 붙여 그림 와 같게 만든다.

그림 13 콘지 완성 모습. 그림 참조

그림 14 보이스 코일의 윗부분을 콘 지와 단단하게 결합한다.

※ 주의! 보이스 코일 양 끝에 연결되는 댐퍼와 콘이 느슨하게 연결되면 스피커의 출력이 약해진다.

Step3. 바스켓에 콘지, 댐퍼, 보이스 코일 결합체 연결하기

1. 그림 15 과 같이 바스켓과 콘지, 댐퍼, 보이스코일 결합체를 테이프로 연결한다. 그림 16 에서 제시하는 바와 같이 자석의 맨 윗부분이 보이스 코일의 중간 부분에 위치했을 때 스피커의 소리가 잘 난다.

그림 15 제작한 콘지와 보이스코일, 댐퍼의 결합체를 바스켓에 테이프로 결합한다.

그림 16 자석의 윗 부분이 코일의 정 중앙에 위치하게 해야 스피커의 소리 가 잘 들린다.

※ 주의! 자석의 윗면이 코일의 정중앙에 있어야 스피커의 출력이 커진다. 자석이 코일 안으로 마찰없이 들어갔다 나올 수 있도록 한다.

2. 그림 17 과 같이 콘지와 바스켓 상단을 테이프로 느슨하게 연결하여 그림 18 과 같이 만든다.

그림 17 콘지와 바스켓 상단부 링 결합. 테이 프를 이용하여 결합한다. 이 때 테이프는 너무 팽팽하지 않게 한다.

그림 18 콘지와 바스켓 상단부 결합이 완성된 모습

(21)

3. 그림 19 와 같이 사포로 에나멜선 끝 피복을 벗기고, 그림 20 과 같이 아두이노 점퍼선 하나를 반으 로 잘라 그림 21 과 같이 피복 제거기로 자른 부분의 피복을 제거한다. 그리고 그림 22 와 같이 피복을 벗긴 에나멜선 끝 부분과 점퍼선의 전선을 연결하고 절연테이프로 마감한다.

그림 19 에나멜선의 양 끝은 사포로 벗겨서 전류가 흐를 수 있게 해 준다.

그림 20 아두이노 점퍼선은 반으로 자른다. 에나멜선과 추후 결합

그림 21 점퍼선을 반으로 자 른 부분의 피복을 피복 제거 기로 제거한다.

그림 22 점퍼선 피복과 스피 커의 에나멜선을 꼬아 결합하 고 절연테이프로 마감

Step4. 태블릿 PC 와 브레드보드를 연결할 수 있도록 그림 23 과 같이 스테레오선과 점퍼선을 결합한다.

그림 23. 스테레오선. 왼쪽은 스테레오선을 반으로 자른 후 자른 부분의 피복을 벗긴 것이며 가운데는 스테레오선과 그림21의 점퍼선을 꼬아서 연결한 것이고 가장 오른쪽은 절연테이프로 마감한 그림이다.

스테레오 단자는 태블릿에 연결하고 점퍼선의 양 끝은 브레드 보드에 연결한다.

□ ^CD 간이 스피커를 이용해서 태플릿 PC 에서 발생하는 소리 들어보기

그림 24,25 와 같이 브레드보드에 태블릿 PC 와 스피커를 연결하여 소리를 들어보자.

그림 24. 브레드보드에 스피커와 태블릿 PC 연결 그림 25. 브레드보드에 스피커와 태블릿 PC 연결(실제사진)

□ ^Co 소리가 들리는가? 소리는 크게 들리는가 작게 들리는가?

□ ^Co 스피커의 역할은 무엇일까? 스피커는 소리를 크게 해 주는 장치일까?

□ ^Co 스피커의 소리를 더 크게 하려면 어떻게 해야 할까?

(22)

- 12 -

차시 3~4/6

□ ^Co 지난 시간에 만들어 본 간이 스피커에서 들리는 소리는 어떠했는가? 소리를 크게 하려면 어떻 게 해야 할까?

□ ^CD 트랜지스터 2 개를 이용한 스피커 소리 증폭 앰프를 만들어 간이스피커의 소리를 키워 보자.

<준비물> ①브레드보드(규격표시) 1 개, ②트랜지스터(2SD880) 1 개, ③트랜지스터(2SC2120) 1 개, ④ 저항(200 kΩ) 1 개, ⑤캐패시터 (60 V 220 uF) 1 개, ⑥스테레오선 1 개, ⑦아두이노 점퍼선(15 cm, m/m) 6 개, ⑧건전지(9V) 1 개, ⑨건전지끼우개(9V 용, on/off 스위치 포함) 1 개, ⑩태플릿 PC(스테레 오선 연결 가능) 1 개, ⑪간이스피커(자체제작) 1 개

그림 1. 재료 사진. 번호는 <준비물>의 번호와 동일.

Step 1. 그림 2,3,4와 같이 스테레오선, 건전지끼우개 전선, 간이스피커 양 끝 단자를 점퍼선으로 연결 한다. 스피커와 건전지의 회로 기호는 그림 3,4에 각각 제시되어 있다.

그림 2. 점퍼선과 연결한 스 테레오선. 1~2차시 그림 23 참조.

그림 3. 점퍼선을 연결하고 절연테이프 로 마감한 간이스피커(왼쪽)와 본 교재 에서 사용한 스피커의 회로기호(오른쪽)

그림 4. 점퍼선을 연결하고 절연테이프 로 마감한 건전지끼우개(왼쪽)와 건전지 의 회로 기호(오른쪽)

※ 스테레오선, 건전지끼우개 전선, 간이스피커 단자를 점퍼선으로 결합하는 이유는 브레드 보드에 쉽게 연결할 수 있도록 하기 위함이다.

(23)

Step 2. 트랜지스터, 저항, 캐패시터 설명 및 회로 기호

가. 트랜지스터 2SD880 소자의 이미터 베이스 컬렉터는 그림 5와 같으며 브레드 보드에 꽂기 위해 그 림 5의 세 번째 모양처럼 구부려서 준비하는 것이 좋다. 트랜지스터의 회로 기호도 그림 5에 표시되어 있다.

그림 5. 트랜지스터 2SD880. 왼쪽부터 앞면, 뒷면, 브레드 보드에 꽂기 위해 구부린 이후 옆면 사진이며, 가장 오른 쪽은 트랜지스터의 회로 기호를 나타냄.

나. 2SC2120(또는 3203, 3120) 소자의 이미터 베이스 컬렉터는 그림 6과 같으며 브레드 보드에 꽂기 위해 구부려서 준비하는 것이 좋다. 트랜지스터의 회로 기호는 그림 5의 것과 동일하다.

그림 6. 트랜지스터 2SC2120. 왼쪽 부터 앞면, 뒷면, 브레드보드에 결합 하기 위해 구부린 후 옆면의 모습

다. 저항과 캐패시터

저항은 그림 7에서와 같이 200 kΩ을 사용하며 극성은 따로 없고 그림과 같이 구부려서 브레드보드에 결합한다.

회로 기호도 그림 7에 제시되어 있다. 캐패시터는 그림 8과 같이 전기 용량이 220 uF인 것을 사용하며 긴 다리가 +극을 의미하므로 극성에 맞게 사용한다. 회로 기호는 그림 8에 제시되어 있다.

그림 7. 저항(200 kΩ)과 저항의 회로 기호

그림 8. 캐패시터(220 uF)와 회로 기호

Step3. 브레드보드에 소자를 연결하여 앰프 회로 구성하기 가. 트랜지스터 2개를 이용한 회로구성은 그림 9와 같다.

(24)

- 14 -

나. 브레드 보드에 재료를 연결할 때는 그림 10을 참고하여 연결하면 된다. 실제 재료를 이용한 연결 을 보고 싶다면 그림 11을 참조하면 된다.

그림 10. 브레드 보드를 이용한 앰프 회로 구성. 각 선 끝의 점으로 된 부분에 해당 소자를 연결한다.

그림 11. 브레드 보드를 이용한 앰프 회로 구성. 점퍼선(⑦)은 그림의 편의를 위해 일부 합성 하였음. 실제 소자 사진을 이용하였으며 점선 끝의 점 부분에 해당 소자를 연결한다. 번호는

<준비물>의 번호와 동일하지만 본 그림에서 연결 순서로 사용해도 무방함.

□ ^CD 간이 스피커에 제작한 앰프를 연결해 태플릿 PC 에서 발생하는 소리 들어보기

- 그림 12 는 그림 9 에 맞게 회로를 연결한 것을 나타낸 것이다. 회로를 완전히 연결하고 태블릿 PC 의 소리가 앰프를 통해 스피커로 나오는 소리를 들어보자.

그림 12. 회로 연결

(25)

□ ^Co 간이스피커를 직접 태블릿 PC 에 연결했을 때에 비해 소리가 어떻게 들리는가? 스피커와 앰프 의 역할을 각각 구분해서 적어보자.

□ ^Co 스피커의 진동이 크게 느껴지는가? 스피커가 크게 진동하는 이유를 설명해 보자.

□ ^Co 회로에서 소리를 증폭시켜주는 역할을 한 소자는 무엇인가?

□ ^CD 테스터기를 이용하여 태블릿 PC 에서 나오는 전류, 전압을 측정해 보고, 앰프에 연결된 스피커 에 흐르는 전류와 스피커 양단에 걸린 전압을 측정해 보자. 그리고 핸드폰의 데시벨 측정 어플을 이용 하여, 앰프가 있을 때와 없을 때 스피커 소리가 몇배 차이나는지 측정해 보자.

물리량 입력단 전류(mA)

출력단 전류(mA)

입력단 전압(mV)

출력단 전압(mV)

입력단 전력(mW)

출력단 전력(mW)

앰프 없을 때 데시벨(dB)

앰프 있을 때 데시벨(dB)

값

□ ^CD 소리의 크기에 가장 밀접한 물리량은 무엇인가?

(26)

- 16 -

차시 5~6/6

□ ^Co 간이스피커와 앰프는 사용하기에 편리한가?

❍ 스피커와 앰프를 사용하는데 어떤 불편한 점이 있는지 말해보자.

❍ 스피커와 앰프를 보다 편리하게 사용할 수 있을까?

□ ^CD 하드보드지(또는 두꺼운 종이)를 이용하여 스피커와 앰프 케이스를 제작해 보자.

<준비물> 제작한 간이앰프와 스피커, 하드보드지(골판지), 가위, 테이프, 글루건, 커터칼

<케이스 제작 조건> <직육면체 전개도(예시)>

- 직육면체 박스 모양으로 제작한다.

- 스피커와 앰프는 내부에 고정되도록 한다.

- 음향이 나오도록 원형으로 구멍을 뚫고 스피커를 고정시킨다.

- 스피커가 작동하지 않을 시 수리할 수 있도록 구성한다.

- 내부에서 선 등이 빠지지 않도록 조치한다.

- 건전지를 교체할 수 있도록 제작한다.

- 스테레오선으로 태블릿 PC 나 다른 음향 기기를 연결할 수 있도록 한다.

- 종이박스 외관은 보기 좋게 꾸민다.

□ 케이스(직육면체 모양)의 전개도를 그려보고, 각 모서리(가로,세로,높이)의 길이를 정해보자.

□ ^ET 제작한 케이스는 사용하기에 편리하고 효율적인가?

□ ^Co 이번에 제작한 케이스에 아쉬움이 있다면 어떻게 개선할 수 있을지 고안해 보자.

- 본인이 만든 케이스를 보완한 설계도를 작성하거나 좋은 아이디어가 있다면 적어 보자.

(27)

5. 교사자료

차시 1~2/6

<간이 스피커 만들기 관련>

가. 스피커의 저항 설계

에나멜선은 코팅된 구리선이므로 비저항이 약  × ^{ }m이다. 따라서 직경이 0.12 mm 인 에나멜선을 사용할 경우 8 Ω 저항 스피커를 만들기 위한 적절한 길이는 아래의 공식인

R   S

L( R: 저항, : 비저항, S: 단면적, L: 에나멜선의 길이) 에 따라

L  

SR  × ^{ }m

 × ^{ }m^ 

  m

따라서 8Ω스피커 제작시 5.3 m, 4Ω 스피커 제작시 2.65 m 의 에나멜선을 사용하면 된다.

나. 같은 길이의 에나멜선을 사용하는 경우 스피커의 소리 크기는 - 단위길이당 감은수가 많을수록

- 상호작용하는 자석의 세기가 셀수록

- 에나멜선에 흐르는 전류의 세기가 셀수록 크다.

다. 스피커의 원리 1) 소리의 원리

- 인간의 고막이 진동하면 진동수에 따라 뇌에 소리가 들린다.

- 소리의 크기는 진폭, 높낮이는 진동수, 소리의 근원은 파형으로 다르게 인식한다.

2) 음파

- 소리(음파)는 공기라는 매질에 따라 전달되며 지구에는 곳곳에 공기가 가득 차 있다.

- 어느 한 부분에 진동이 생기면 그 부분의 진동이 공기를 따라 퍼져나간다.

- 공기의 진동이 사람의 고막을 진동시켜서 소리가 전달됨 3) 스피커의 역할(전기신호 -> 소리 신호)

- 저장된 교류 전기 신호가 구리선을 따라 흐름

- 암페어 법칙에 다라 교류 신호에 따른 변화하는 자기장 생성 - 교류 신호에 따른 자기장이 영구 자기장과 반응하여 진동 - 진동하는 코일에 진동판을 갖다대면 주변 공기를 진동시킴 - 진동한 공기가 파동의 형태로 퍼져 나가 소리를 들을 수 있게 됨

4) 스피커는 전기 신호를 소리로 변환시켜주는 장치이며, 소리를 크게 듣기 위해서는 전기 신호를 증폭시켜주는 앰프가 있어야 한다. 통상 우리가 스피커라고 부르는 장치에는 앰프가 내장되어 있 음

5) 엣지나 스파이더 갖은 세부적인 스피커 구성 요소는 생략이 가능함.

자료출처 조영신 (2004) 학습용 스피커 제작 및 특성. Sae Mulli 49(3) 44-55

(28)

- 18 -

차시 3~4/6

<트랜지스터 2 개를 이용한 앰프 만들기>

가. 컬렉터 피드백 회로

- 위와 같이 구성된 회로를 컬렉터 피드백 회로라고 한다. 그러면 그림에서 _  _,

_    _

(_ 컬렉터 전류_  베이스 전류_ 이미터 전류   전류증폭률 )

나. 달링턴 쌍

- 트랜지스터를 위 그림과 같이 연결하면 각 트랜지스터의 증폭률을 곱한 만큼의 증폭률을 갖는 하 나의 트랜지스터에 연결한 것과 동일한 효과를 얻는데, 이러한 연결을 달링턴 쌍이라고 한다. 이 때, 그림에서

_ __{ } _{ }_ _ _{ } _ __{ } ___{ } _{ } __ _{ }

자료출처 양용준 (2018) 트랜지스터 2개를 이용한 교육용 간이스피커 소리 증폭 회로 분 석. 한국물리학회 제주특별지부 하계 학술대회 포스터 발표.

(29)

차시 5~6/6

<스피커 케이스 만들기 관련>

가) 직육면체 전개도 그리기

직육면체를 펼쳐서 잘리지 않은 모서리는 점선, 잘린 모서리는 실선으로 나타낸 그림을 직육면체의 전 개도라고 합니다.

* 전개도를 접었을 때 서로 평행한 면은 3쌍 있습니다.

* 전개도를 접었을 때 한 면에 수직인 면은 4개 있습니다.

서로 평행한 면의 특징 만나는 면의 특징

* 서로 모양과 크기가 같습니다.

* 만나는 모서리와 꼭짓점이 없습니다.

* 수직으로 만납니다.

* 만나는 모서리의 길이가 같습니다.

옆으로 둘러싼 면 4개를 한 직사각형으로 그 린 다음 위와 아래에 놓일 면을 그립니다.

밑에 놓일 면을 먼저 그리고 그 면과 만나는 면 4개를 동서남북 형태로 그린 후 나머지 한 면을 그립니다.

옆으로 둘러싼 면 4개를 쪼개어 밑에 놓일 면 에 붙여도 됩니다.

나) 직육면체의 겉넓이

(:가로, :세로, :높이)

(직육면체의 부피)=

(직육면체의 겉넓이)=    

다) 원의 방정식

프랑스의 수학자 데카르트(Descartes, R., 1596 ∼ 1650)가 생각한 좌표는 점의 위치를 쉽게 나타 낼 수 있을 뿐만 아니라 기하와 대수를 자연스럽게 이어 주는 연결 고리의 역할을 한다. 도형의 방 정식은 기하적 대상을 방정식으로 나타내어 새로운 관점에서 도형의 성질을 파악할 수 있도록 도와 준다.

• 원의 방정식

(30)

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- 평면 위의 한 점 O에서 일정한 거리에 있는 모든 점으로 이루어진 도형을 원이라고 한다. 이때 점 O는 원의 중심이고, 중심에서 원 위 의 한 점을 이은 선분은 원의 반지름이다.

- 중심이 Ca b 이고 반지름의 길이가 인 원의 방정식은

※ 케이스에 원형으로 스피커가 위치할 곳을 뚫어야 할 때, 원의 반경과 원의 중심의 위치를 적절하게 정해야한다. 이 때, 케이스 한 면에 좌표평면으로 설정하여 원의 방정식을 적용해 볼 수 있다.

자료출처

천재교육 초등학교 수학 5-1 (https://book.chunjae.co.kr/) 비상교육 중학교 수학 1학년 (https://book.visang.com/) 비상교육 고등학교 수학 (https://book.visang.com/)

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6. 차시별 학생 평가기준 및 방법

차시 평가기준(성취수준) 평가방법 평가도구

1~2 /6

상 제작한 스피커에서 소리가 난다. 스피커의 역할을 적절하게 설명하였다.

산출물 평가

산출물 학생활동

지 중 제작한 스피커에서 소리가 나지만 스피커의 역할을 잘 설명할 수 없다. 또는 소

리는 나지 않지만 스피커의 역할을 적절할게 설명하였다.

하 제작한 스피커에서 소리가 나지 않고 스피커의 역할도 잘 설명하지 못함

3~4 /6

상 트랜지스터 앰프를 이용하여 소리를 적절하게 증폭시켰으며, 각 물리량을 정확

하게 측정하고 기록함. 산출물

평가

산출물 학생활동 중 소리 증폭은 잘 되었으나, 물리량을 잘 측정하지 못함. 지

하 소리 증폭이 잘 되지 않고 물리량도 잘 측정하지 못함.

5~6 /6

상 케이스를 적절하고 편리하게 제작함.

산출물 평가

산출물 학생활동

지 중 케이스는 제작하였으나 기능상에 문제가 있음.

하 케이스를 완성하지 못함.

가. 자기/동료평가지(1~6차시)

평가방법 평가기준 평가

상 중 하

자기평가 나의 역할은 무엇이었나요?

적극적으로 활동에 참여하였나요?

모둠 내 동료평가

모둠 활동에 적극적으로 참여하였나요?

모둠의 구성원 간 의사소통은 잘 되었나요?

모둠 간 동료평가

자기 모둠에서 한 활동을 잘 표현하였나요?

문제해결에 창의적인 아이디어를 잘 표현하였나요?

나. 관찰평가지(1~6차시)

번호 이름

지식 태도

배움과 성장의 기록 실용적인 앰프 스피커를

만들 수 있다.

조원들과 협력하여 과제를 완성할 수 있다.

상 중 하 상 중 하

7. 학교생활기록부 기재 예시

항목 학생부 기재 예시

교과학습발달상황 세부능력 및 특기사항

(통합과학) 에나멜선과 네오디움자석, 빨대, 종이를 이용하여 태블릿 PC 의 음악을 들을 수 있는 간이 스피커를 적절하게 제작함.

(통합과학) 트랜지스터와 저항, 축전기 등을 브레드 보드에 적절하게 연결하여 간이스피커의 소리를 크게 해 주는 증폭 회로를 적절하게 제작함.

(수학) 원의 정의와 컴퍼스의 특징을 이용하여, 간이 스피커를 효과적으로 사용할 수 있도록 해 주는 케이스의 원형 구멍을 적절하게 그리고

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[부록2] 학생 활동 사진

스피커 만들기 활동

앰프 만들기 활동

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앰프 만들기 활동

케이스 만들기 활동

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[부록4] STEAM 교사연구회 주최 활동

1. STEAM 교사연구회 개발 프로그램에 대한 ZOOM 강연 및 자문 가. 일시: 2021.10.6.(수) 16:30 ~ 18:30

나. 장소: ZOOM 플랫폼을 이용한 온라인 강의 및 자문 다. 내용: [한림공고] STEAM프로그램 개발의 이해

라. 강사: 제주대학교 과학교육학부 생물교육전공 교수 강 경 희

마. 대상: 한림공업고등학교 STEAM 교사연구회 회원 4명: 양용준, 박정인, 송상현, 한동수

2. STEAM 교사연구회 성과 확산을 위한 세미나 가. 일시: 2021.10.29(목) 12:10 ~ 13:10 나. 장소: 한림공업고등학교 과학실

다. 내용: 2021년 STEAM 수업 프로그램 개발 및 적용과정 및 성과 공유. 질의 응답.

라. 발표 및 진행: 2021 한림공업고등학교 STEAM 교사연구회 연구책임자 양 용 준 마. 참석자: 한림공업고등학교 교사 14명

- 양용준 변경숙 박정인 양원 김다솜 김미경 문지환 송상현 한동수 이보영 김유도 송세린 양미정 장은채