제 40 회부산학생과학발명품경진대회 학생작품지도논문연구대회 핸즈프리샤워기고정장치 발명품제작지도 출품분야지도논문출품부문생활과학 Ⅰ 구분 학교 직위 ( 학년 ) 성 명 교사 지도학생
목 차 Ⅰ. 지도동기및목적...1 1. 지도동기...1 2. 지도목적...2 Ⅱ. 이론적배경...3 1. 이론적고찰...3 Ⅲ. 제작지도과정...4 1. 아이디어탐색...4 2. 선행작품및기술검색지도...6 3. 작품내용및관련이론탐색...6 4. 제작과정지도...7 5. 기대효과...14 Ⅳ. 결론및제언...14 1. 결론...14 2. 제언...15 참고문헌
Ⅰ. 지도동기및목적 1. 지도동기지금은고도로과학기술이발전하고있는정보화, 세계화의시대에살고있다. 지식정보사회인 21세기에국제적경쟁에서살아남기위해서는오늘날교육패러다임이많이바뀌어가듯이주입식교육에서벗어나학생들의참신한아이디어신장을위한발명과창의성개발교육이필요하다고본다. 왕연중은 현대는아이디어의시대즉발명의시대이다. 발명하는힘은곧국가의힘이다. 특히부존자원이빈약한우리나라가선진국과어깨를나란히할수있는유일한길은창의성이밑받침이되는발명품개발뿐이다. 이를위해서는우수발명아이디어를창출해낼수있는발명교육을극대화하여보다많은발명인을양성할수있는방안을모색해야할것이다 라고하였다. 우리의교육도과거의고정관념에서탈피하여학생들에게다양한경험을할수있는환경을제공할필요성이있다고본다. 그속에서각자의개성을발견하게하고미래기술창조물의주인공이되게할때우리는세계속에우뚝설수있을것이다. 그러므로발명에관심과취미가있는청소년들이자발적으로참여하여소질과적성을계발하고창의성을습득하도록환경을만들어주어야하며학생들에게다양한생각을할수있도록자료를제공하고, 그들이자유롭게만들어보고토론해보는환경을조성시키는것이그들을선진화시키는길일것이다. 이러한발명교육을효과적으로발전시키기위해서는모든교육과정을유기적으로연계하여새로운발상을할수있는능력을키우는것이미래의새로운생활환경을창조하는인재를발굴하고육성하는발명교육이라고본다. 해마다학생들의다양하고창의적인사고활동을통해생활의편리함을개선해갈수있는교내발명품아이디어대회를통해참신한아이디어를접해왔다. 평소생활하면서불편한점을적어보게하고문제해결활동을위해학생들의간단한노작으로발명을경험할수있는기회를제공해보았으나실질적작품제작에서는어려운점이따르기도하였다. 이러한발명품아이디어산출활동중에주변의불편한점에대해관심을가지고창의적인시야로바라보고해결하기위해노력해온전 학생이제시한 핸즈프리샤워기고정장치 에대한불편함과의문을해결하는과정을제 40회부산학생과학발명품경진대회에출품하게되었다. 이작품이나온동기는집에서손빨래를할때세면대에서는수도꼭지가고정되어있고돌아가는각도와깊이가한정되어있고강한수압조절이힘들어샤워기를들고했다고한다. 또한머리를감거나샤워를할때도항상샤워기를한손으로잡고다른한손으로만일을할수있어불편한점이많았다고한다. 평상시에나도느꼈던불편한점을이학생은개선할수있다는자신감을가지고있었다. 샤워기가고정되어있어서다른방법을생각하지도못했다. 또한이샤워기를세숫대야에물을받아서한다해도샤워기가제맘대로움직여버려난감할때가많았다. 나도이런불편한점이있을때샤워기가위아래어디든지이동해서사용했으면좋겠다고생각했으나불편한점을개선할생각은하지못했다. 그러나이학생은이런문제점을그냥간과하지않고호기심을가지고개선해보고자의견을제시하기에 어떻게하면이러한문제를해결할수있을까? 고민하다가이발명품을지도하게되었다. - 1 -
2. 지도목적 핸즈프리샤워기고정장치 의연구목적은강한수압을그대로유지하는간이식샤워부스, 즉샤워기를위아래벽의어느곳에부착시켜한손으로샤워기를잡지않고양손으로빨래를하거나머리를감거나다른일을할수있는부착형샤워고정장치를만드는것이다. 이목적을이루기위한세부적인학생과교사의연구의목적은다음과같다. 가. 학생의연구목적 1) 기존욕실에서사용되는샤워부스가지닌한계점과불편한점을관찰하고 2) 한손으로잡아행해지는샤워기와손을분리해내고어느각도에서도떨어지지않게끔샤워기와몸체를고정하는방법을연구하고 3) 부착형샤워부스외에도벽면에자유로이부착이가능하고각도조절이가능한샤워기고정장치를제작하고, 실제상황에서사용이가능한지아닌지를실험해본다. 4) 핸즈프리샤워기고정장치 를사용시편리한점을관찰한다. 위와같은연구목적을달성하기위하여발명품의창의성, 탐구성, 실용성, 경제성, 편리성등을적극적으로고려하며연구를하게되었다. 나. 교사의지도목적지도교사로서학생의아이디어창출에서부터제작과정을지도하면서 4가지정도의지도목적을가진다. 첫째, 다양한발명기법을공유하여학생으로하여금주변의사물에대하여새로운관점을가지고유심히관찰하도록지도한다. 둘째, 작품제작전과정을통해사고활동을도울수있는확산적인질문을하여학생의탐구능력과창의력이최대한발휘되도록지도한다. 셋째, 기존에나온선행작품이나물건들과비교하여불편한점, 단점을발견하고자신의발명품으로하여금개선될수있도록지도한다. 넷째, 발명제작품의여러가지단점을보완해가는과정에서문제해결력을높이고다양한활용방법과새로운아이디어를창출을할수있도록지도한다. Ⅱ. 이론적배경 1. 이론적고찰 가. 브레인스토밍 (brainstorming) 1941 년에미국의광고회사부사장알렉스오즈번이창안한 아이디어를내기위한 회의기법 에서비롯된것으로미국과일본에서 30 여년전부터회사와학교발명, 발견기법 - 2 -
으로활용되고있다. 한가지문제를놓고서로아이디어를내는일종의회의기법으로써문제해결의단계중아이디어를낸다고하는것을중심으로한테크닉이라고할수있다. 집단의효과를살리고아이디어의연쇄반응을내고자하는것이다. 5가지규칙이있고이규칙은어김없이지켜야한다. 5가지규칙은첫째, 좋고나쁘다는비판을금한다. 둘째, 자유분방한분위기를보장한다. 셋째, 질보다양을구한다. 넷째, 타인의아이디어에편승하여확대개선을요구한다. 다섯째, 참석자모두가의무적으로아이디어를제시해야한다. 이를테면, 일종의자유연상법이라고도할수있다. 나. 속성열거법 (Attributes Listing) 어떤물건을개선하기위한아이디어를얻으려할때그물건이가지고있는특성을열거하여문제점을발견할수있는힌트를얻는방법이다. 문제의성질, 특성, 한계나속성들을명확하게하여변화를손쉽게하고그변화를통해새로운아이디어로발전시킬수있도록촉진하는기술이다. 도표에서구성요소, 특성요소, 개선하기위한아이디어등을쓸수있으며, 사물의특징도는속성을전부열거하고특성이나속성을계통적으로분석검토하고, 특성이나속성을변경하여새로운요구에응하거나더욱효과적인기능을발휘하도록한다. 교실에서토의를촉진하는발판으로사용할수있으며새로운아이디어를촉진시키는데유용한방법이다. 다. 형태학적분석 (Morphological Analysis) 어떤문제에대하여둘이상의구성요소를연구하는것으로속성열거법이나체크리스트방법은수정의원리에초점을맞추는반면에형태학적분석은조합의원리에초점을맞추고있다. 형태학적분석에서는현존하는자료나문제의부분을새로운방법으로조합하고, 독창적인아이디어나해결책을발견하고자한다. 형태학적분석에서는보통우리가문제를연구하는것을돕기위하여또조직적인방법으로가능한한많은조합을전개시키기위해서바둑판모양의도표나매트리스를사용한다. 문제의매개변수들을작성한후각매개변수의특성을작성하며, 다음단계는가능한조합을검토해새로운조합이나독창적인사고를인지하기위하여노력한다. 이분석법은아이디어를모아서새로운가능성과조합들을타진해볼수있는형식적인방법으로우리가개선하고자하는물건이나대상의구조를분석하는것이다. 구조가분석되면강제결합법을적용하여아이디어를산출하게된다. 라. 시네틱스 (Synectics) Gordon이개발한창의적인문제해결을위한기법으로상상력을동원해서특이하면서도실질적인문제전략을세우는데효과적이므로관심을끌고있는방법이다. 개인이처한주위상황에서당연한것으로받아들이던것을경험을통하여사고의민감성을키우거나문제 - 3 -
상황에서문제해결에필요한정보를산출해낼수있는기법이다. 마. 체크리스트 (Checklist) 아이디어를효과적으로얻기위하여생각을시작하는출발점과문제를해결하는착안점을미리정한후여러가지방법으로사고하는방법이다. 문제를해결하기위한착안점과생각하는출발점을다각적으로사고함으로써좋은아이디어를얻는방법이다. 체크리스트법에는문제해결을위한것과좋은아이디어를얻기위한것으로구분할수있다. 좋은아이디어를얻기위한것으로는체크리스트의첫글짜를딴 SCAMPER 기법이있다. Substitute( 대치하기-다른것으로바꾸기, Combine( 결합하기-다른것을결합하기 ), Adapt( 응용하기-다른상황에적용하기 ), Modify( 수정하기-색, 형태를다르게하기 ), Magnify( 확대하기-크게, 강하게, 두껍게하기 ), Minify( 축소하기-작게, 가볍게, 짧게하기 ), Put to other uses( 다른용도로사용하기 ), Eliminate( 빼기, 제거하기 ), Rearrange( 다르게배열하기 ), Revers( 거꾸로하기 ) 등이 SCAMPER 기법에속한다. 바. 발명 10계명왕연중은발명의 10계명을개인이나단체가모두이용할수있으며, 특히발명에초보적인사람이나학생들을대상으로한발명교육에이용하면효과적이라고말하며다음과같이기술하였다. 더하기 (+) 도발명이다. 빼기 (-) 도발명이다. 모양을바꾸는것도발명이다. 반대로생각하는것도발명이다. 크거나작게하는것도발명이다. 폐품을이용하는것도발명이다. 재료및용도를바꾸는것도발명이다. 남의아이디어를빌리는것도발명이다. 실용적인것만이발명이다. Ⅲ. 제작지도과정 1. 아이디어탐색 시중에서판매되는기존샤워기고정장치제품의불편한점을개선하기위해속성열 거법을이용하여아이디어를얻기로했다. - 4 -
2. 선행작품및기술검색지도선행작품및기술검색지도는발명에서가장중요한부분중에하나이다. 아무리좋은아이디어라해도기존에공개되어있거나상품으로상용화되어있다면그아이디어는발명품으로써가치를인정받을수없게된다. 여러발명대회출품작검색즉, 부산과학교육원의학생과학발명품경진대회, 국립중앙과학관의발명품경진대회, 대한민국학생발명전시회사이트검색과키프리스에서특허검색은매우중요하다. 너무많은작품이나제품들이출품되었고, 또한다양한기술들이등재되어있기때문에모두검색하는것은매우어렵다. 학생이생각해낸아이디어와동일한형태의발명품을찾는것도쉬운일이아니다. 적절한여러개의키워드를조합하여검색하는것이매우중요하다. 이에본작품의핵심키워드인샤워기, 샤워기홀더, 샤워기거치대등과같이 ( 이동 + 샤워기 ),( 샤워기 + 거치대 + 이동 ) 으로검색하도록하였다. 가. 선행출품작품및관련발명작품검색 특허정보검색서비스 ( 키프리스 ) 국립중앙과학관 흡착식샤워헤드회전흡착식샤워헤드샤워기거치대 샤워기헤드홀더샤워기홀더흡착기를이용한샤워기홀더 두사이트를통한검색에서는샤워기와관련있는특허가많이있었다. - 5 -
1) 흡착식샤워헤드 의경우헤드에돌출부를흡착판에끼우는것이나무게때문에안전성에단점이있고, 2) 회전흡착식샤워헤드 의경우는샤워기헤드에홈을파서흡착기에연결한것이지만회전할경우헤드가떨어질수있는단점이보이며제품에구멍을만들어야함에있어경제성이떨어진다. 3) 샤워기거치대 의경우는거치대회전자의길이조절이상하로되나공간을많이차지하고공기흡착방식으로고정되므로시간이갈수록흡착력이떨어진다. 4) 샤워기홀더 와 샤어기헤드홀더 의경우는흡착패드를이용하여샤워기헤드를걸어둘수있으나그자리에서회전기능이없는단점이있다. 5) 흡착기를이용한이동식샤워기걸이 의경우도위치, 높이그리고각도조절로샤워기를걸수있으나회전시킬때샤워기헤드무게를견디기힘든구조로이루어지고탈착을여러번할경우흡착기능이빨리떨어질수있는단점이있다. 3. 작품내용및관련이론탐색 가. 생활에서불편한점찾기 대상 결점 단순해결방법 홀더가고정되어있다. 이동가능한샤워기고정장치가필요하다. 거리가멀면수압이약하다. 수압을높일수있어야한다. 샤워기 두손을사용할수있게샤워기행거 한손으로만일을할수있다. 고정장치가필요하다. 한쪽방향에서만샤워기를사용할수있다. 벽의어느곳에부착가능해야한다. 나. 해결방법평가 단순해결방법 아이디어및평가 샤워기각도를조절한다. 고정장치에의해각도조절이전혀어렵다. 한손으로샤워기를잡고한다. 욕실에서의여러활동에비효율적이다. 샤워기를용기에담구어사용한다. 샤워기를바닥에둔다. 활동장소가좁아지고샤워기고정이되지않는다. 수압에의해샤워기회전이일어나고물낭비가있다. 문제인식및해결방법평가를통해찾아낸 그림자제거, 높이조절 이라는키워 - 6 -
드를가지고속성열거법을활용하여문제해결방법을찾아보았다. 샤워기홀더의속성열거샤워기각도를조절한다. 수압을일정하게조절한다. 수압과샤워기의무게조절 적용방법회전기능이가능한샤워기홀더기능추가이동가능한부착형샤워기홀더기능추가샤워기홀더크기보완기능추가 속성열거법을통해서기존의샤워기홀더가가지고있는불편함의속성을찾고그속성을기반으로실제적용할수있는방법을하나하나생각하고적용해봄으로써실제생활속에서발생하는문제를해결하고이를바탕으로실제사용할수있는발명품이제작이가능하였다. 다. 작품설명욕실내에서샤워기를홀더에고정시켜두는것이아니라욕실어느위치 ( 천정위, 벽면위, 벽면아래등 ) 어느위치에서라도일정한수압의물을사용할수있고, 한손으로샤워기를잡지않고도두손으로여러활동을편리하게할수있는샤워기고정장치작품이다. 1) 작품구상도샤워기홀더 1 샤워기홀더 2 작품의 특징 1 모든벽면에부착가능하다. 2 회전기능이가능해서각도조절이가능하다. 3 샤워기무게를잘견디며두손으로활동이가능하게된다. 4. 제작과정지도 가. 제작일정및활동내용 - 7 -
활동영역활동내용기간 아이디어찾기 생활속불편한점찾기 2017.10.20.~11.08. 선행연구조사 제작방법구상 발명품만들기 선행발명품조사 ( 키프리스, 국립중앙과학관등 ) 샤워기고정장치크기결정하기 샤워기고정장치회전관절결정하기 샤워기고정장치흡착판결정하기 제작과정구상하기 고정장치 3D 형태모양만들기 회전관절모형 3D 모양만들기 고정장치흡착판 3D 모양결정하기 부품부착하여완성하기 2017.11.10.~11.20. 2017.11.20.~ 2018.01.20. 2018.01.20.~02.28. 문제점찾기및해결 문제점찾고보완하여수정하기 2018.01.26.~02.28. 보완된작품검토 보완된작품을직접사용해보기 2018.03.01.~03.18. 작품설명서작성 작품설명서만들기 2018.03.19.~03.22. 나. 작품제작을위한사전조사 1) 샤워기홀더 ( 고정장치 ) 로판매되고있는제품및선행작품조사 - 8 -
키프리스 톱니로이루어져상하조절이가능하고흡착판을가진발명품이나왔으나 20에해당하는샤워기의고정방식이걸이식이기때문에본발명품의제작목적인샤워기헤드를어느각도에서도떨어지지않게하기위해걸이구가샤워기본체를꽂는다는것과는목적이다르다. 샤워기의수압때문에바닥에놓을시샤워기가이리저리움직이는것을방지하기위해만들어진발명품 -샤워기가바닥만향하므로각도를여러다른방향으로이동시키는데는한계점이보인다. 국립중앙과학관 키프리스 고정기가하나여서샤워기를 90도로회전시키거나무게중심이맞지않을시샤워기가떨어지게된다. 그리고흡착판은수명이짧고, 욕실이라는특수한환경에더더욱수명이짧아지게된다. -핸즈프리샤워기고정장치는흡착캡이달려있어흡착의 2중효과로안정적인고정과회전이가능한점에서차이점이있다. 샤워기를회전시킬관절로사용될네비게이션거치대가 볼조인트보다경제성이뛰어나고흡착기능도우수하다. 벽에부착된시판중인빨판 - 위아래방향으로이동은가능하나회전을시킬경우 샤워기헤드가중심을빠져나오는단점이있다. 출처 : http://blog.naver.com/jglpfhzezj/220802039182 http://blog.naver.com/suyonsei0/220817283238-9 -
다. 1 차발명품제작과정및문제점발견 1 차발명품제작과정 준비물 글루건, 순간접착제, 플라스트럭트, 칼, 드레멜 4000, 크롬샤워기행거, 볼조인트, 문어흡착판 제작과정 1 빨판의 2 샤워기행거에 3 볼조인트 4 1 차작품완성 고정대제거 판부착 부착 문제점 1 볼조인트의힘이약해샤워기의무게를감당하지못한다. 2 흡착판의흡착력이더좋았으면좋겠다. 해결방법 1 볼조인트를더강한것으로교체한다. 2 흡착판을 2 차고정이가능한것으로교체한다 라. 2 차발명품제작과정및문제점발견 2 차발명품제작과정 준비물 글루건, 순간접착제, 칼, 드레멜 4000, 네비게이션흡착판, 볼조인트 ( 강력형 ), 크롬샤워기행거 보완내용 1 흡착판을네비게이션흡착판으로교체하였다. 2 강력형볼조인트로교체하였다. - 10 -
제작과정 1 행거에판부착 2 네비게이션흡착판만두고나머지 제거 3 흡착판과볼조인트부착 4 행거와부착하여완성 문제점 1 강력형으로바꾸었지만여전이샤워기의무게를이기지못한다. 볼조인트를대체할무언가가필요하다. 2 기존에사용하던흡착판보다간편성이떨어진다. 해결방법 1 볼조인트대신자바라를이용해본다. 2 처음사용하던흡착판으로사용한다. 마. 3 차발명품제작과정및문제점발견 3 차발명품제작과정 준비물 글루건, 순간접착제, 칼, 드레멜 4000, 문어흡착판, 자바라 보완내용 1 무게를못이기는볼조인트대신자바라를이용해본다. 2 문어흡착판을사용한다. - 11 -
제작과정 1 문어흡착판을고정대와빨판을 따로분리해낸다. 2 자바라를두겹으로감싸고 고정대와빨판각각에부착한다. 3 완성한다. 문제점 1 자바라는한겹으로할시샤워기의무게를견디지못하고 두겹으로할시가동성이떨어져노인이나어린이가사용하기힘들다는 단점이도출되었다. 해결방법 1 자바라와볼조인트의특징인가동성과유연성을동시에갖추면서 경제성과실용성을가진내비게이션거치대의관절부를사용한다. - 12 -
바. 최종발명품제작과정 최종발명품제작과정 준비물 글루건, 순간접착제, 칼, 드레멜 4000, 문어흡착판, 내비게이션행거관절부 제작과정 1 문어흡착판두개에서 각각흡착판과고정부만을떼어내어 온전한모양을얻어낸다. 2 내비게이션관절부를떼어낸다. 3 흡착판과부착한다. 4 고정부와연결하여완성한다. 최종작품 9 완성모습 10 실제사용모습 - 13 -
최종작품의 장점및개선 희망사항 [ 장점 ] 1 샤워기의본체를잡기때문에샤워기를옆으로눕게각도를조정하여도떨어지지않는다. 2 벽면에붙을수있어서욕실에서물로하는일등다용도로사용이가능하다. 3 원하는각도로조정후고정이가능하여샤워기의무게를버틸수있다. [ 개선희망사항 ] 빨판의가격때문에경제성이떨어져서경제성이높은다른부착 수단을이용하면경제성의측면에서좋아질듯하다. 5. 기대효과욕실에서주로하는청소와샤워, 머리감기는두손을요하는일이므로한손이아닌두손을샤워기잡는것에서해방될수있다면일의능률은몇배로향상되고시간을단축하는효과를볼수있다. 또한어느위치에도부착이가능하고회전기능이뛰어나더욱실용적이다. 가. 손이자유롭다. 나. 욕실의벽이라면어디든부착이가능하다. 다. 고정식샤워부스보다실용적이다. Ⅳ. 결론및제언 1. 결론속성열거법을활용한 핸즈프리샤워기고정장치 제작지도를통해발명품이라는가시적인교육적효과이외의다음과같은교육적효과를확인할수있었다. 첫째, 생활속에서불편한점을찾아편리하게고쳐보려는태도가향상되었다. 둘째, 대회와접목한실질적인발명아이디어발현을통해학생스스로창의적산출물을기획하고완성할수있는힘을확인할수있었다. 셋째, 발명품을제작하는과정에서발생하는다양한변수들과문제들을해결하는과정을통해자기주도적문제해결능력이신장될뿐만아니라독창성의신장을확인할수있었다. 넷째, 자신만의발명품을제작하고실제사용해봄으로써발명에대한관심과자신감, 도전정신을가지게되었다. - 14 -
2. 제언본작품지도를통해기본적인발상기법과속성열거법의발명원리를이용하여기존의흥미위주와신기한기술에만집착하는학생에게자신의아이디어로실질적인창의적산출물을발명할수있는기회를제공했다는측면에서매우높은가치가있는지도활동이라고판단된다. 또한학교대회와접목한다양한발명아이디어활동을통해서학생들의창의적힘을기를수있는기회를많이제공할수있어야겠다고생각한다. 참고문헌 전인기외 3인, 영재들의창의력을키워주는발명 200제, 2016 왕연중, 발명교실, 법경출판사, 1991 이경애, 생활과발명, 부산교육대학원발명영재교육학과교재, 2014 한국특허정보원, http://www.kipris.or.kr 국립중앙과학관, http://www. science.go.kr - 15 -