KR102091317B1 - 인력을 이용한 지구과학 학습교구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자력을 포함하여 인력을 이용한 지구과학 학습교구에 관한 것이다.
초등학교 지구과학에 있어 지구와 달의 운동모형을 직접 학생들이 제작하여 동작시키면서 자연스러운 이해를 돕고 있다. 보다 구체적으로 도 1에 도면대용 교재사진에 도시하듯이, 지구와달의 운동모형만들기라는 형태로 원반형태를 2개 만들고 큰 원에 적색 원을 핀고정하고, 작은 원은 푸른공을 핀고정하여 이것을 적절히 돌리면서 지구와 태양의 관계를 이해하고자 시도하고 있다. 이러한 교재는 실제 초등학생이 만든다하여도 우선 동작이 고정되어 있고 제작후에도 공전 자전의 동작을 하기 어려워 참여 학생들의 흥미를 이끌기에는 부족한 실정이다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하고자,
태양자력체의 중심부에 설치한 태양모형부,
상기 태양모형부와 지구자력체 의하여 회전가능하도록 설치한 지구모형부,
상기 지구모형부의 상측으로 회전하는 회전팬을 포함하여 이루어진 자력을 이용한 지구과학 학습교구를 개발하였다.
본 발명에 의하여 초등학생들은 복잡한 나사체결에 의한 구조와 달리 자력에 의하여 손쉽게 조립후 태양과 지구 그리고 달 등의 자전 공전의 관계를 이해하면서, 특히 조립후에는 팬에 의한 회전 동작으로 현란한 무늬도 보여지면서 유희기구로서도 함께 작동하여 학습효과를 배가할 수 있게 되었다.

Description

인력을 이용한 지구과학 학습교구{Learning device of earth science using magnetic force}

본 발명은 자력을 포함한 인력을 이용한 지구과학 학습교구에 관한 것이다.

특히 본 발명은 태양과 지구 그리고 달의 자전 공전에 따른 지구과학을 오락을 겸하여 학습할 수 있는 학습교구에 관한 것이다.

초등학교 지구과학에 있어 지구와 달의 운동모형을 직접 학생들이 제작하여 동작시키면서 자연스러운 이해를 돕고 있다. 보다 구체적으로 도 1에 도면대용 교재사진(초등 6학연 1학기 교과서 지구와 달의 운동모형 만들기)에 도시하듯이, 지구와달의 운동모형만들기라는 형태로 원반형태를 2개 만들고 큰 원에 적색 원을 핀고정하고, 작은 원은 푸른공을 핀고정하여 이것을 적절히 돌리면서 지구와 태양의 관계를 이해하고자 시도하고 있다. 이러한 교재는 실제 초등학생이 만든다하여도 우선 동작이 고정되어 있고 제작후에도 공전 자전의 동작을 하기 어려워 참여 학생들의 흥미를 이끌기에는 부족한 실정이다.

이러한 단점을 개선한 것으로, 한국 특허 등록 제10-1709912호에서는 도 2에 도시하듯이

태양모형과;

지구태양연결부에 의해 상기 태양모형과 이격되게 결합되며, 상기 태양모형을 중심으로 공전이 가능하게 배치되는 지구의와;

상기 지구의와 달공전축에 의해 결합되며, 상기 지구의를 중심으로 공전이 가능하게 배치되는 달모형과;

상기 지구의의 하부에 배치되는 달위상변화판과;

상기 달위상변화판의 상부에 배치되는 지구측날짜변환판과;

상기 지구측날짜변환판과 상기 지구의의 사이에 배치되고, 외주면에 세차운동눈금이 표시되며, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시켜 서로 다른 두 시점 사이의 세차운동을 확인할 수 있게 하는 세차운동회전판을 포함하며,

상기 지구의는 상기 세차운동회전판에 지구자전축에 의해 자전가능하게 결합되며,

상기 달위상변화판, 상기 지구측날짜변화판 및 상기 세차운동회전판은 회전판회전축에 의해 동축상에 각각 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 삼구의조립체"를 제공하고 있다.

상기 특허는 지구, 태양, 달의 관계를 정확하게 이해하기 쉽게 제작한 장점이 있으나, 도시하듯이 수십개의 부품이 조립되어져 있는 복잡한 구조로 제작에 어려움이 있으며 따라서 학생들이 접근하기 어려운 고가의 장비로 실제 학생들이 조립 동작에는 한계를 지니고 있다. 특히 학생들이 직접 조립 동작하면서 배우는 경험을 주기에는 경제적 시간적으로 부담이 크다.

한국 공개특허 10-2017-0027968호에서는

제1 회전축을 중심으로 회전가능하게 이루어지는 회전체;

상기 제1 회전축 상에서 상기 회전체에 결합되는 태양체;

상기 회전체가 상기 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 동력을 전달하는 제1 동력전달부;

상기 제1 회전축과 이격되는 제2 회전축 상에서 상기 회전체를 상대로 회전가능하게 결합되는 지구체;

상기 지구체가 상기 회전체와 연동하여 회전하도록, 상기 제1 동력전달부와 상기 지구체를 연결하는 제2 동력전달부;

상기 제2 회전축 상에서 상기 회전체를 상대로 회전가능하게 결합되는 달체; 및

상기 달체가 상기 회전체와 연동하여 회전하도록, 상기 제2 동력전달부와 상기 달체를 연결하는 제3 동력전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지구과학용 시뮬레이션 장치" 를 제공하고 있으며 역시 다수의 기어들이 연속적으로 연결된 동력전달부를 구성하여야 하므로 초등학생들이 조립구성하기 어려운 단점을 보이고 있다.

본 발명은 복잡한 기어의 연속적 조립과 축의 연결과 같은 구성이 없이 단시간에 조립하여 지구, 태양, 달의 관계를 즉시 이해할 수 있는 교구를 제공하고자 한다.

특히 본 발명은 조립후에도 연속적인 반복 회전 동작으로 학생들이 흥미를 유발하여 마치 학습교구이면서도 놀이기구로서의 기능도 함께 겸비한 교구를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하고자,

태양자력체의 중심부에 설치한 태양모형부,

상기 태양모형부와 지구자력체 의하여 회전가능하도록 설치한 지구모형부,

상기 지구모형부의 상측으로 회전하는 회전팬을 포함하여 이루어진 자력을 이용한 지구과학 학습교구를 개발하였다.

본 발명은 특히 복잡한 기어 어셈블리 혹은 축과 같은 기구의 도입없이도, 자력의 인력과 척력에 의하여 손쉽게 조립하고, 조립후에는 직접 동작하도록 하였다.

이상 본 발명은 자력체를 2개를 서로 회전가능하게 접한 채, 이들이 회전하면서 지구, 달 그리고 태양간의 관계를 쉽게 이해할 수 있게 하였다.

더나아가서 이들 구조의 조립에 있어 복잡한 기어 복합 구조나 축의 조립없이 자력을 맞대접만 하면 조립이 완성되어 조립과 동작이 용이하다.

더 나아가서 조립후에는 손잡이를 잡고 회전동작하면, 회전팬의 무늬의 변화로 복잡하고 어려운 지구과학을 마치 유희하듯이 학습하여 학생들의 학습 몰입도를 높여 준다.

도 1 은 도면 대용 현행 6학년 1학기 초등 교과서 교과 과정의 사진,
도 2 는 종래 태양, 지구, 달의 학습 교구의 구성도,
도 3은 또 다른 종래 태양, 지구, 달의 학습 교구 구성도,
도 4 는 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 정면도,
도 5 는 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 상부에서 보는 사시도,
도 6 은 본 발명의 전체적인 구성을 보여주는 하부에서 보는 사시도,
도 7 은 본 발명의 조립상태를 보여주는 사시도,
도 8은 본 발명의 지구와 태양 모형을 제거한 상태에서의 상부에서 보는 사시도,
도 9 는 본 발명의 지구와 태양 모형을 제거한 상태에서의 하부에서 보는 사시도,
도 10 은 본 발명의 실제 제작 샘플의 회전동작상태를 보여주는 도면대용 사진,
도 11 은 본 발명의 실제 제작 샘플의 팬블레이드 회전에 의한 동작을 보여주는 도면대용사진,
도 12 는 본 발명의 실제 제작 샘플의 손잡이에 의한 회전 동작을 보여주는 도면대용 사진임.

이하 본발명의 대표적 실시예를 첨부한 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 제시하는 실시예는 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

다양한 구성요소가 다른 구성요소에 "설치하다", "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 설치, 고정, 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 전체적인 구성은 도 4의 정면도, 도 5의 상부에서 본 사시도, 도 6의 하부에서 본 사시도에 의하여 설명한다.

본 발명은 태양자력체의 중심부에 설치한 태양모형부(A),

상기 태양모형부와 지구자력체 의하여 회전가능하도록 설치한 지구모형부(B),

상기 지구모형부의 상측으로 회전하는 회전팬(F)을 포함하여 이루어진 자력을 이용한 지구과학 학습교구에 관한 것이다.

본 발명에서 태양모형부(A)는,

하측에 손잡이(15)를 설치하였다. 손잡이란 도 7의 실제 사용상태 도면대용 사진에 도시하듯이 사용자가 손으로 잡고 회전하기 위한 것이다. 손잡이는 현재 원통형을 도시하였으나, 손가락모형을 표면에 형성하거나, 원추형, 다각형의 다양한 형태로 구성가능하며, 사용자가 손으로 잡고 회전이 가능한 어떠한 제한을 두는 것은 아니다.

태양모형부의 태양자력체(11)를 중심으로 상측에 태양모형(12)을 고정한다. 태양모형이란 태양을 상징하기 위한 원형 모형으로 크기 형태 역시 다양하게 구성가능하다.

본 발명에서 지구모형부(B)는,

상기 태양모형부의 태양자력체(11)의 외주면을 따라 자력에 의하여 면접촉한 채 회전하는 원반형 지구자력체(21)를 중심에 배치한다.

상기 지구자력체와 태양자력체는 서로 다른 극의 자력에 의하여 서로 분리되지 않고 자력을 포함한 인력에 의하여 끌어 당겨진다. 이러한 지지력은 학생들에게 설명할 경우, 지구와 태양간의 만유인력의 작용이 이루어지는 것을 설명하기 위한 것이다.

지구 자력체의 두께(L2)는 태양 자력체의 두께(L1)에 비하여 두께를 작게 구성하였다. 이러한 구성에 의하여 도 4에 도시하듯이 지구 자력체가 태양 자력체의 중앙에 배치되면서, 지구 자력체는 손잡이에 접촉하지 않고 공간에 부양되어 회전동작이 가능하도록 한다. 만일 지구 자력체의 두께가 태양 자력체보다 두께를 크게 할 경우 손잡이 혹은 지면에 닿아 회전동작이 어려워진다. 또한 2개의 쌍으로 이룬 구성으로 인하여 지구 자력체와 태양 자력체의 중심부가 서로 정확하게 일치되어진다. 이러한 구성은 자석들끼리 자력으로 결합할 때 중심을 맞추기 위한 별도의 도구나 노력이 없이도 정확한 센터링이 되어 학생들의 조립이 용이하며 조립후 동작도 원활하게 하는 것이다.

즉, 지구와 태양은 보이지 않는 인력에 의하여 허공에 서로 당기어진 채 태양을 중심으로 지구의 공전이 이루어진다는 것을 손쉽게 이해할 수 있는 것이다.

또한 상기 태양자력체와 지구자력체간의 자력은 학생들이 필요에 따라 분리와 조립을 자유롭게 할 수 있어, 이들간에 작용하는 만유인력의 원리를 손쉽게 이해할 수 있다.

본 발명에서 지구자력체(21)의 상측으로 축(22)을 고정하였다.

축은 지구모형(23)의 중앙을 관통고정하여,지구 자력체의 회전시 함께 회전한다.

또한 상기 지구모형부의 외주면에는 달모형(24)을 부착한다.

달 모형은 지구의 태양 공전과 지구 자체의 자전동작이 이루어지더라도 달은 항상 지구를 향하므로, 별도의 연결구(25)에 의하여 고정 연결하였다.

고정 연결에는 핀외에도 접착제 혹은 다양한 접착테이프들을 이용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 도 10에 도시하듯이 태양모형부와 지구 모형부만을 구성하고 달 모형은 생략한 채 동작할 수 있다. 또 다른 변형의 형태로 상기 회전팬(F)를 생략하고 조립구성할 수 있으며, 이러한 다양한 변형은 모두 당업계의 통상의 기술자가 변형 가능한 범위로 기술적 범위에 속한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 지구모형부의 상측으로 회전가능한 회전팬(F)을 설치하는 것이다.

회전팬이란, 학생들이 단순히, 태양. 지구, 달의 공전 자전 동작을 보여주는 것 외에도, 별도의 회전하는 팬이 회전하면서 무늬형성 혹은 LED와 같은 조명기구 등에 의하여 다양한 효과를 주어 마치 지구과학 학습을 하면서도 놀이를 하는 효과를 주어 보다 효과적으로 학습에 몰입하기 위한 것이다.

또한 회전팬은 도 12의 도면대용 사진에 도시하듯이 지면에 배치후 손잡이의 회전동작뿐만이 아니라 회전팬의 블레이드에 바람을 불어 회전시켜서 동작을 도와주기 위한 것이다.

회전팬은 지구모형부의 축의 상단에 팬보디(31)의 중심을 고정하며,

팬보디의 외주면을 따라 블레이드(32)들을 설치한다.

상기 팬보디의 상면(33)에는 회전시 다양한 시각적 효과를 주기 위하여 무늬부(34)를 형성하였다. 무늬부는 색상의 배치와 함께 조명효과를 주는 발광체의 설치도 가능하며, 시각적 효과를 주는 다양한 수단을 채용가능하며 도시한 반구형태로 특별히 제한을 두는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 실시예로 도 8 과 9에 도시하듯이,

태양모형부없이 태양자력체만을 중심부에 설치한 1차모형부(C),

상기 태양모형부와 지구모형부없이 지구자력체만으로 회전가능하도록 설치한 2차모형부(D),

상기 지구모형부의 상측으로 회전하는 회전팬(F)으로만 이루어진 구성이다.

즉, 태양 자력체의 외주면을 따라 회전하면서 회전팬의 회전동작과 연계하여 동작이 이루어지면서 이해하기 힘든 만유인력의 법칙과 그에 따른 자전 공전의 원리를 보다 손쉽게 이해할 수 있는 것이다.

이상 본 발명의 구성에 따른 동작을 설명한다.

사용자는 둥근 원형의 자석을 태양 자력체와 지구 자력체로 2가지를 준비한다. 태양 자력체는 손잡이에 부착하며, 태양자력체에는 태양을 상징할 수 있는 태양모형을 접착제를 이용하여고정한다. 지구자력체는 축이 관통할 수 있도록 중앙에 관통공을 형성하며, 축은 지구모형을 관통하여 상측의 회전팬하부에 고정된다. 회전팬은 하부에 상기 축이 끼워맞춤가능하도록 축공이 형성되며, 회전팬의 외주에는 블레이드들을 조립한다. 여기서 블레이드 대신에 다양한 상징물을 부착할 수 있다. 그리고 지구모형의 외주에는 별도의 달모형을 접착시켜주면 완성된다.

이 상태에서 손잡이를 잡고 회전을 시키면 도 9의 도면 대용 사진에 나타나듯이 태양자력체의 외주면을 따라 지구 자력체가 회전하므로 학생들은 지구와태양의 공전관계를 이해할 수 있는 것이다. 특히 상부의 회전팬이 회전하면서 독특한 무늬의 현출도 이루어지면서 단순한 지자기학의 학습만이 아니라 유희기구로서도 역활을 하면서 학습에 더욱 집중가능하게 되었다.

이외에도 도 8과 9 에 도시하듯이 다양한 형태의 구성을 조합하여, 이해하기 어려운 지구물리학과 우주의 관계를 직접 제작과 함께 놀이로서 이해할 수 있게 되었다.

A: 태양모형부,
B: 지구모형부,
F: 회전팬
15:손잡이 11: 태양자력체 12:태양모형 21:지구자력체 22: 축 23:지구모형 24: 달모형 25: 연결구

Claims (8)

1. 태양자력체의 중심부에 설치한 태양모형부,
   상기 태양모형부와 지구자력체 의하여 회전가능하도록 설치한 지구모형부,
   상기 지구모형부의 상측으로 회전하는 회전팬을 포함하여 이루어진 인력을 이용한 지구과학 학습교구로서,
   태양모형부는,
   하측에 손잡이를 설치하며,
   상측에는 태양모형을 고정한 원반형 태양자력체로 이루어지며,
   지구모형부는,
   태양모형부의 태양자력체의 외주면을 따라 자력에 의하여 면접촉한 채 회전하는 원반형 지구자력체를 포함하며,
   상기 지구자력체와 고정하기 위한 축이 지구모형부의 중앙을 관통고정한 것을 특징으로 인력을 이용한 지구과학 학습교구.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   지구모형부는,
   태양모형부의 태양자력체의 외주면을 따라 자력에 의하여 면접촉한 채 회전하는 원반형 지구자력체를 포함하며,
   상기 지구자력체와 고정하기 위한 축이 지구모형부의 중앙을 관통고정하며,
   상기 지구 모형부의 외주면에는 달모형을 부착한 것을 특징으로 인력을 이용한 지구과학 학습교구
   
   
5. 제 1 항에 있어서,
   회전팬은,
   지구모형부의 축의 상단에 팬보디의 중심을 고정하며,
   팬보디의 외주면을 따라 블레이드들을 설치하는 것을 특징으로 하는 인력을 이용한 지구과학 학습교구.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   태양모형부와 지구모형부는
   태양모형부의 태양자력 그리고 지구모형부의 지구자력체간의 자력에 의하여 부착설치되며,
   지구 자력체는 상기 태양자력체의 외주면을 따라 회전가능한 것을 특징으로 하는 인력을 이용한 지구과학 학습교구.
   
   
   
   
7. 삭제
8. 삭제

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