Ⅲ. 기술 혁신과 설계

이 단원은

기술 혁신과 발명, 기술 연구 개발 활동이 인류와 사회에 미친 영향을 이해하고 평가하며, 제도와 설계의 기초적 이해를 통해 공학적 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

1. 기술 혁신과 발명

소단원	❶ 기술의 개념

⑴ 기술과 기술 혁신

① 기술: 자연 상태를 편리한 환경으로 변화시키는 활동이다.

② 기술 혁신: 기존과 완전히 다른 사고, 관습, 방법 등을 고안하는 활동이다.

③ 발명: 기술 혁신의 결과로 새로운 물건이나 기술을 만드는 활동이다.

⑵ 기술 혁신과 발명의 긍정적 영향

① 건설 기술: 주거 문제 해결, 국토 재정비, 환경 개선 등

② 정보 통신 기술: 빠르고 정확한 의사소통, 시공간을 초월하는 정보 통신 등

③ 제조 기술: 다양한 제품 생산, 풍요로운 생활 제공 등

④ 수송 기술: 안전하고 빠른 이동, 생활 영역의 확장 등

⑤ 생명 기술: 환경 보호, 질병 예방 및 치료 등

⑶ 기술 혁신과 발명의 부정적 영향

개인 정보 유출 및 사생활 침해, 환경 오염, 실향, 교통사고 증가, 생명 윤리 문제와 생태계 교란 등

보충> 기술의 특징

• 기술은 배고픔, 안전과 같은 본능적인 욕구나 생활의 불편함을 개선하려는 활동이다.

• 인간의 욕구와 필요를 충족하기 위해 자연 상태의 재료를 가공하는 인위적 활동이다.

• 기술적 활동의 결과로 도구, 제품, 방법, 시스템 등이 나온다.

• 기술은 육체적이며 기능적 활동과 함께 경험을 바탕으로 쌓아온 지식과 자연의 법칙을 연구하여 얻은 과학적 지식 등을 이용한다.

• 기술은 제품을 제작할 때뿐만 아니라, 제품을 사용할 때에도 필요하다.

소단원	❷ 기술적 문제 해결 과정

⑴ 기술적 문제

① 기술적 문제

㉠ 불편한 생활 또는 불안전한 상황을 해결하거나 쾌적한 삶에 대한 욕구를 충족하기 위해 기술적 지식과 방법으로 해결할 수 있는 것이다.

㉡ 사고 과정과 생산적인 활동을 포함하며, 물리적인 결과물을 만들어 내는 것이다.

② 유형: 설계, 발명, 고장 수리, 절차, 개선, 연구 개발, 실험, 기술 영향 평가 등

③ 특징: 하나의 답이 아니라 다양한 해결책이 있고, 한 분야의 전문적인 원리만이 아닌 다양한 분야의 지식과 원리, 조직을 활용하여 해결한다.

⑵ 기술적 문제 해결 과정

① 문제 확인: 주변을 관찰하여 일상생활에서 느끼는 불편함이나 개선해야 하는 상황을 찾아서 정의하는 단계이다.

② 계획: 해결할 문제에 대한 정보를 탐색하고, 아이디어 구상 및 최적의 대안을 선택하여 설계를 하는 단계이다.

③ 실행: 문제 해결을 위한 활동을 수행하는 단계이다.

④ 평가: 평가 항목과 내용을 정해 문제를 해결하려는 목표의 달성 여부를 확인하는 단계이다.

보충> 문제의 구체화

• 불편한 것을 개선하거나 필요한 것을 만들기 위한 목적으로 현 상황의 문제를 찾거나 문제의 원인을 찾는 순간 문제의 구체화가 이루어진다.

• 문제 해결을 위한 목적을 확립하는 순간 문제의 구체화가 이루어진다.

소단원	❸ 특허와 표준화

⑴ 발명의 이해

① 발명: 불편함을 개선하고 문제를 해결하기 위하여 이론적 지식이나 기술적 활동을 통해 물건이나 방법 등을 새롭게 생각하여 만들어 내는 것이다.

• 발명의 가치: 창의성, 실용성, 경제성

② 지식 재산권: 지적 창작물을 보호하는 무형의 재산권이다.

• 산업 재산권, 저작권, 신지식 재산권

③ 산업 재산권: 특허권, 실용신안권, 디자인권, 상표권

⑵ 특허의 이해

① 특허: 발명자의 허락 없이 새로운 발명품을 다른 사람이 만들거나 판매하지 못하도록 일정 기간 동안 독점권을 받는 행위이다.

② 발명을 보장하고, 일반인에게는 공개된 발명을 적합한 절차에 따라 이용할 수 있는 기회를 제공한다.

⑶ 표준화

① 특허와 표준화: 세계가 하나의 시장을 이루고 있기 때문에 기업은 기술 개발을 통해 국제적 표준으로 인정받는 특허를 획득하고, 그 기술을 표준화하기 위해 노력해야 한다.

② 표준화: 일정한 기준에 따라 표준을 정하고, 통일하는 것이다.

③ 표준화의 목적: 표준화를 하면 의사 전달 수단이 통일되어 의사소통이 원활해지고, 기능과 치수의 호환성이 향상되어 경제성이 높아진다.

④ 한국산업표준(KS): 산업 경쟁력을 향상시켜 국가 경제를 발전시키기 위한 우리나라의 국가 표준이다.

보충> 발명의 유형

• 물건의 발명: 기계, 기구, 장치, 시설과 같은 제품에 관한 발명이며, 화학 발명(물질, 제법, 용도, 조성물), 의약, 농약(물질, 제법, 용도, 조성물), 음식물, 기호품(물질, 제법, 용도, 조성물) 등이 포함된다.

• 방법의 발명: 물건의 생산 방법에 기술적 특징이 있는 생산(제조) 방법과 기존의 방법을 다른 것에 이용하는 발명으로 측정 방법, 통신 방법, 그리고 다른 용도(이용) 방법 등이 포함된다.

보충> 생명 공학 관련 특허 제도

구분	대상	특허 여부	비고
물질	유전자(DNA 서열)	특허 가능	유용성이 밝혀진 경우만 가능
	단백질(아미노산 서열)	특허 가능
	단세포 생명체(바이러스, 박테리아)	특허 가능	관련 미생물 기탁 의무
	동물	특허 가능	공공질서와 선량한 풍속에 반하지 않는 것
	인간 신체의 부분	특허 가능	인간의 존엄성을 해치는 발명은 배제
방법	수술, 치료 방법	사람 불가, 동물 가능	사람의 치료, 진단 방법은 의료 행위이므로 산업상 이용 가능성이 없음.
	유전자 치료법	사람 불가, 동물 가능
	진단 방법	사람 불가, 동물 가능

2. 창의 공학 설계

소단원	❶ 제도의 이해

⑴ 도면의 기능과 종류

① 도면: 물체의 모양과 크기, 구조 등을 선, 문자, 기호를 사용하여 정해진 규칙에 따라 제도용지에 나타낸 것이다.

② 도면의 종류: 제작도(조립도, 부품도, 상세도), 설명도 등

⑵ 도면의 구성 요소

① 크기: A0, A1, A2, A3, A4 용지 사용

② 척도: 축척, 현척, 배척

③ 문자: 한글, 영자, 숫자 등을 사용한다.

④ 선의 종류

• 모양: 실선, 파선, 쇄선 등

• 용도: 외형선, 치수선, 치수 보조선, 지시선, 빗금선, 파단선, 숨은선, 중심선, 가상선 등

⑶ 제도 용구

컴퍼스, 디바이더, T자, 삼각자, 삼각 축척자, 문자판, 운형자, 형판 등

⑷ 도면 그리기

① 평면도법: 선분·각 등분, 평면 도형 등으로 나타낸다.

② 투상법: 정투상법, 사투상법, 등각 투상법, 투시 투상법 등

보충> 정면도의 선정

• 정면도는 물체의 모양과 특징을 가장 잘 나타낼 수 있는 면으로 선정한다.

• 동물, 자동차, 비행기 등은 측면을 정면도로 선정해야 특징이 잘 나타난다.

보충> 등각 투상법의 특징

• 물체의 정면, 평면, 측면이 하나의 투상면 위에 같은 비율로 입체적으로 나타난다.

• 하나의 투상면으로 물체의 세 면을 동시에 볼 수 있다.

• 너비와 안쪽 길이를 서로 비교하기 쉽다.

소단원	❷ 제품의 구상과 설계

⑴ 제품의 구상과 설계의 기초

① 제품의 구상과 설계 과정: 문제 확인 → 아이디어 산출 → 아이디어 평가 및 선정 → 구상도 그리기 → 제작도 그리기

② 제품을 구상하고 설계할 때 고려할 사항: 구조와 기능, 재료, 경제성, 심미성, 창의성, 가공성, 안전성 등

③ 프리핸드 스케치: 자신의 생각을 자나 컴퍼스와 같은 특별한 제도 용구 없이 빠르고 간단하게 나타내는 방법이다.

⑵ 제품의 구상

① 문제 확인: 문제점 확인 및 사용자 요구 사항을 파악한다.

② 아이디어 산출: 확산적 사고 기법을 활용한다.

③ 아이디어 평가 및 선정: 수렴적 사고 기법을 활용한다.

④ 구상도 그리기: 프리핸드 스케치를 활용한다.

⑶ 제품의 설계

완성된 구상도를 바탕으로 제품의 형태, 크기, 재료, 구조, 가공 방법 등이 자세하게 나타나도록 제작도를 그린다.

보충> 기본 형상을 이용한 물체 표현

• 설계자들이 파악하는 물체의 ‘기본 형상’은 ‘육면체’, ‘원기둥’, ‘원뿔’, ‘원과 구’이다.

• 아무리 복잡한 물체라 하더라도, 네 가지 기본 형상과 그 조합으로 단순화하여 스케치할 수 있다.

보충> 시방서

설계·제조·시공 등 도면으로 나타낼 수 없는 사항을 글(문서)로 규정한 것이며, 사양서(仕樣書)라고도 한다. 도면과 함께 설계의 중요한 부분이다.

소단원	❸ 지렛대를 이용한 창의적인 롤링 볼 만들기

⑴ 문제 확인

① 롤링 볼: 공이 레일 형태의 길을 굴러가도록 만든 움직이는 장치이다.

② 키네틱 아트: 움직임을 중요하게 여기거나 그것을 주요 요소로 하는 예술 작품이다.

⑵ 계획

① 문제 해결을 위한 방안 탐구: 비탈, 밀고 빠지기, 지렛대 등 제한 조건을 만족시킬 수 있는 과학적 원리를 탐구한다.

② 구상도 그리기: 핵심 원리와 구조가 정확하게 나타나도록 자세하게 구상도를 작성한다.

⑶ 실행

마름질하기, 가공하기, 조립하기 등 일반적인 제작 과정에 따라 제작한다.

⑷ 검사 및 평가

① 검사 및 실험: 구상도와 장치를 비교하여 검사하고, 성능 실험 후 수정 및 보완한다.

② 평가: 평가 기준에 따라 스스로 평가한다.

보충> 골드버그 장치

• 간단한 결과에 도달하는 과정을 창의적이고 복잡하게 설계하되, 그 진행 과정이 끊어지지 않고 연속된 동작을 만들어 내는 장치이다.

• 미국의 만화가인 루브 골드버그가 처음으로 이러한 장치를 만화로 그렸으며, 간단한 일을 복잡하게 처리하는 사회를 풍자하려는 의도로 시작했다고 한다.