1. 개요
□ 연구목적
○ 실생활 경험
수업시간에 필기를 하던 도중 칠판의 반사로 인해 칠판이 하얗게 보여 칠판 의 필기 내용이 보이지 않아 수업에 제대로 집중할 수가 없었다. 다른 아이 들 또한 같아서 선생님께 수업시간마다 칠판의 왼쪽 부분을 쓰지 말아달라고 부탁을 하는 말을 듣고 그렇게 넓지 않은 칠판의 왼쪽 부분을 쓰지 않는 것 이 효용성이 떨어지고 손이 느린 친구들은 필기를 할 때 놓치는 부분이 많을 것이라는 생각을 하게 되었다.
○ 우리나라의 한 해 수험생은 약 60만 명이다. 따라서 대략 60만 명의 12배에 달하는 학생들이 학교에서 수업을 듣고 있는데, 보통의 학교에서는 글레어가 잘 일어나는 칠판을 사용한다. 하지만 좋지 못한 교실환경은 ‘교실 조명과 초등학생 시력 변화의 관계 분석을 위한 실태조사 및 조명 개선 방법'이라는 논문에서 제시된 결론에서 볼 수 있듯 지속적인 글레어는 아동과 청소년의 시력 저하에 큰 영향을 미친다.
또한, 칠판은 일부 물 칠판, 화이트보드 등을 사용하는 일부 학교를 제외하면 전국적으로 사용되어지고 있다. 하지만 태양을 광원으로 하여 조도가 10,000lx이상 인 대낮의 교실은 높은 휘도에 의한 칠판의 눈부심 현상이 일어난다. 이 칠판의 눈부심 현상은 일상생활에 불편을 끼쳤고 여러 문헌에서 칠판의 눈부심의 원인과 영향에 대하여 탐구하였다. 하지만 칠판면의 반사를 해결할 대책을 제시한 문헌은 하나였고 그 대책 또한 실행되지 않았다. 따라서 본 연구는 실제로 대책을 찾아 실험해보고 제시된 대책의 일부를 과학적으로 증명하려는 데 목적을 두었다.
따라서, 본 연구는 첫째, 글레어의 본질을 연구해 글레어를 최소화할 방안을 마련 하고 둘째, 그 방안을 실제로 적용시켜 칠판 모형을 만들어 실제 칠판과 비교하고자 한다. 이를 통해 학생들, 특히 대부분의 시간을 학교에서 보내는 고등학생들에게 도움을 주고자한다.
○ 지역 특성 및 환경 여건
- 창원은 공업 도시로 젊은 3,40대 인구가 많다. 따라서 그 연령 대 사람들의 자녀인 유아, 10대 인구가 많은 편으로 학교의 수와 학생의 수가 여타 중소도시에
비해 굉장히 많은 편이다. 그 중 창원여자고등학교는 2010년 과학 중점학교로 선정되어 교과 교실제 B형을 실시하여 수학, 과학실이 따로 있어 우수한 교육 인프라를 구축하고 있다. 하지만 분필을 이용하는 칠판이 많아 많은 학생들이 곤란을 겪고 있는 중이다. 분필을 이용하는 칠판의 불편함을 호소하는 학생들이 많고 칠판을 많이 이용하는 학교가 많은 도시인 창원의 특성은 주제 선정에 많은 영향을 미쳤다.
- 과학 중점학교로 한 주에 2시간 과제연구 수업을 하여 연구를 할 수 있는 시간과 분위기가 조성되었다.
- 근처에 창원 대학교가 위치하여 교수님께 쉽게 자문을 구할 수 있었다.
□ 연구범위
○ 칠판 재질의 변화를 통한 반사 감소 실험(황토, 우유팩)
○ 가장 칠판의 반사에 의한 눈부심이 적은 자리배치 찾기
○ 실생활 상용화가 가능한 간단한 방법 찾기 2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 이론적 배경 1) 광원
- 빛을 내는 물체 또는 장치. 광원에 의해 비춰지는 면의 밝기는 광원에서 면까지의 거리의 제곱에 반비례한다. 광원의 크기는 루멘으로 표시하며 빛의 질에 관해서는 그 빛에 포함되는 파장으로 나타낸다.
2) 광속
- 빛은 다양한 파장의 에너지를 방출한다. 그 중에서 우리 눈이 빛으로 인식하는 약 380∼760 nm에 위치하는 파장을 가시광선이라고 부르고 가시광선의 양을 광속
이라 한다. 3) 조도
- 조도는 빛이 투사하는 피조면 A [㎡]에 입사한 광속 F [lm]를 그 피조면의 면적 A [㎡]로 나눈 것으로 단위면적당의 입사광속의 밀도를 말한다. 기호는 E이며, 단위는 [lx]를 사용한다. 어떤 물체에 광속이 투사 되었을 때, 그 면을 밝게 비추는 정도를 표시한 것이며, 광원과의 거리가 멀수록 단위면적당 광속의 양이 적어지게 되므로 조도는 거리에 반비례한다. 즉, 어떤 물체에 빛이 비춰졌을 때 그 면을 밝게 비추는 정도. 거리에 반비례한다. 단위는 lx이다. 이는 랜턴으로 쉽게 확인할 수 있는데, 랜턴을 가까이에서 비출 때 빛의 확산면적은 작고 밝기는 센 반면 점점 거리가 멀어질수록 빛의 확산 면적이 커지고 반대로 밝기는 약해진다는 것을 쉽게 알 수 있다.
4) 휘도
- 일정한 범위를 가진 광원(光源)의 광도(光度)를, 그 광원의 면적으로 나눈 양.
그 자체가 발광하고 있는 광원뿐만 아니라, 조명되어 빛나는 2차적인 광원에 대해서 도 밝기를 나타내는 양으로 쓴다. 다만 이와 같은 정의는 광원의 면과 수직인 방향에서 관찰했을 때의 휘도이고, 광원의 면을 비스듬한 방향에서 본 경우는 그 방향에서 본 겉보기의 면적으로 나눈다. 광원의 면과 수직인 방향에서 관찰했을 때의 휘도이고, 광원의 면을 비스듬한 방향에서 본 경우는 그 방향에서 본 겉보기의 면적으로 나눈다.
즉, 면적 S인 광원을 그 법선(法線)과 각도를 이루는 방향에서 관찰한 광도가 I라면, 휘도 L의 값은 이다.
5) 글레어(glare)
- 글레어는 시야 내에 광원이 직접 노출되거나, 정반사에 의하여 광원의 모습 이 눈에 들어와 불쾌감, 고통, 눈의 피로, 시력의 일시적 감퇴를 초래하는 현 상이다. 글레어의 종류에는 눈부심의 정도에 따라 불쾌글레어, 감능글레어로 분류되고 눈부심이 생기는 원인에 따라 반사글레어, 광막 글레어로 구분되고 휘도가 단위로 이용된다. 사람에 따라 감지 방법이 다르고 서양인이 동양인 보다 더 잘 느낄 수 있다. 시야 내의 일정하지 않은 휘도는 망막의 흥분을 일으키고 행동을 저지하게 되기 때문에 시력 감퇴에 큰 영향을 미친다. 즉,
시야 내에 광원의 모습이 눈에 들어와 불쾌감, 고통, 눈의 피로, 시력의 일시 적 감퇴를 초래하는 현상이다.
- 글레어는 과도한 휘도 대비가 주원인이다. 글레어 대역이라 정의되는 시야에서 30도 이내의 각도에서 쉽게 생긴다.
(1)광원의 휘도가 과다할 때
(2)눈에 들어오는 광속이 너무 많을 때 (3)광원을 오랫동안 바라볼 때
(4)순응이 잘 안될 때
(5)시선 부근에 광원이 있을 때
(6)광원과 배경 사이에 휘도 대비가 클 때 - 글레어를 방지하는 방법
(1) 휘도가 낮은 광원(형광램프)을 사용하거나 플라스틱 커버가 되어 있는 조 명기구를 선정한다.
(2) 시선을 중심으로 해서 30도 범위 내의 글레어 대역에는 광원을 설치하지 않는다.
(3) 광원 주위를 밝게 한다.
6) 황토
산화철을 함유한 규토와 흙으로 이뤄진 자연 상태의 흙이다. 황토와 같은 흙 안료는 우리나라 전역에서 쉽게 구할 수 있으며 전라남도 지방의 황토 는 특히 산화철을 많이 함유하고 있어 붉은 색의 정도가 강하고, 경상도 지방의 황토는 특히 누르스름한 정도가 강한 편이다. 전색제(展色劑)의 종 류에 따라 상당히 다른 질감의 황토색을 얻을 수 있다. 은폐력이 강하고 영구적이어서 선사 시대부터 안료로 사용되었다.
7) 칠판에 초록색이 쓰인 원인
칠판에는 초록색이 많이 쓰인다. 많은 사람들이 알고 있듯 초록색이 눈에 피로를 가장 적게 주기 때문인데, 초록색이 눈에 피로를 가장 덜 주는 이 유는 눈의 시야각을 가장 적게 차지해서이다.
시야각을 가장 적게 차지한다는 말은 시야각을 많이 차지하는 편인 흰색 은 눈의 시야중심에서 벗어나 있어도 우리 눈에 인식되지만 녹색은 시야 의 중심에 있지 않으면 우리 눈에 있는 것이 인식되지 않는다고 한다. 반
대로 설명하면 시야 중심에 있지 않는 녹색은 눈을 자극하지 않는다는 것 이다. 이러한 이유로 칠판뿐만 아니라 병원을 상징하는 안전색채로 지정되 거나 비상구를 안내하는 용도, 환자를 안정시키기 위해 수술 집도의의 옷 색상으로 사용되고 있다.
○ 선행 연구
- 이소희(2011)의 눈부심(glare)현상에 관한 탐구에서는 칠판면의 조도와 측정 좌석의 휘도 값이 일치하지 않는 결과를 볼 수 있었다. 첫째, 휘도 값이 크게 측정된 부분에서 눈부심(glare)현상이 크고, 둘째, 빛이 입사되는 각도에 따른 반사각이 큰 좌석에서 휘도 값이 커 눈부심(glare)현상이 크다는 것을 알 수 있었다. 셋째, 칠판면의 곡률이 0.0020 cm일 때, 전체적으로 휘도 값과 그 변 화율이 작아 눈부심(glare) 현상이 가장 적다는 것을 결론을 볼 수 있었다.
이종석(2007)의 교실에서 칠판면의 조도와 휘도의 연관성 분석은 야간 강의 실에서 학생들이 받는 불쾌한 느낌을 주는 정도는 칠판면의 조도분포와는 영 향이 없고, 칠판면의 어느 부분을 어느 각도에서 바라보는지에 따른 영향이 크다는 결과를 알 수 있었다. 칠판면에 대해서는 중앙부분을 중심으로 상부 쪽의 휘도 값이 크고 대각선 방향의 하부 쪽일수록 휘도 값이 작다는 결론을 볼 수 있었다. 또한 뒤쪽보다는 앞쪽 좌석에서 휘도 값이 크고 공통적으로 조도가 높은 강의실의 중앙부분에서 바라볼 때가 휘도 값이 크다는 것을 결 론을 관찰할 수 있었다.
임윤빈(1996)의 교실의 주광 조명환경과 칠판의 눈부심 현상에서는 어떤 상 황에서 글레어가 가장 심하고 어떻게 해야 할지에 대한 대책을 제시하였다.
본 연구과제는 기존의 글레어와 그 영향에 대해서만 연구한 선행연구 와 달 리 기존의 글레어에 관련한 산출된 자료(데이터)들을 글레어를 덜 일으키는 방법을 찾아 직접 모형을 만들고 그 결과를 측정하고자 한다. 따라서 기존의 이론적인 연구에서 끝을 맺는 것이 아닌 실제로 그 모형을 만들어 보면서 실 생활에 대한 연구로 발돋움하였다는 것에 의의를 가진다.
□ 연구주제의 선정
○ 연구 주제 선정을 고민하던 중 수업시간 심각한 칠판면의 반사로 인하여 아이들 이 수업 중 선생님께 불편을 호소하여 칠판의 반 이상을 사용하지 못하였던
일이 생각나 같은 조원들과 함께 토의하고, 설문을 받고, 학교의 선생님들께 자문을 구하여 주제의 적합성을 따진 뒤 이를 해결해보고자 연구주제로 선정하 게 되었다.
□ 연구 방법
○ 문제해결을 위해 칠판을 대체할 수 있는 재료라 판단하였던 황토를 주재료로 물, 전분, 알코올 등을 섞어 실험하였다. 글레어가 감소하였던 샘플을 완성한 뒤 샘플을 이용한 모형을 제작하여 조도, 휘도 측정 등의 측정하였다. 실험결과 황토의 갈라짐으로 인해 어려움이 있었고 지도선생님의 자문에 따라 석고를 활용하여 주재료인 황토에 석고, 전분, 알코올 등을 섞어 다시 칠판 모형을 제작하였다.
연구후 지도교수의 자문에 따라 기존 칠판의 성질을 활용하고, 칠판 모형을 사용가 능하게 좀 더 크게 제작하는 방향으로 연구의 방향을 바꾸었다. 다음으로 칠판의 제작으로만으로는 결과를 얻는 점에 부족함이 있다는 지도선생님의 조언에 따라 가장 칠판의 반사에 의한 눈부심이 적은 자리배치 찾기 위해 칠판의 각 위치에서의 조도와 휘도를 측정하여 자리배치에 따른 조도와 휘도를 밝히고 실생활 상용화가 가능한 간단한 방법을 찾았다.
○ 시행착오 극복 : 칠판 샘플을 황토로 만드는 데 황토로 만든 샘플이 마르는 과정에서 자꾸 갈라져 칠판으로 사용되기 어렵다 판단되었다. 하지만 황토를 넣은 재료를 칠판 샘플로 만들기로 하였기 때문에 황토와 다른 재료들을 많이 섞어보았 고 석고와 섞어 가라짐을 해결했다. 이후 기존 칠판 원료를 활용하여 칠판의 역할을 할 수 있으면서 눈부심을 줄일 수 있는 칠판모형을 제작하였고, 적용의 용이함을 위해 자리배치에 따른 조도와 휘도를 밝히고 실생활 상용화가 가능한 간단한 방법 을 찾고자 하였다.
□ 연구 활동 및 과정
○ 가설 설정1 : 황토를 이용하여 샘플을 만들면 쉽게 구할 수 있는 재료로 글레어가
감소된 결과를 가진 칠판 샘플을 얻을 수 있을 것이다.
○ 가설 설정2 : 기존 칠판 페인트를 변형하여 샘플을 만들면 쉽게 구할 수 있는 재료로 글레어가 감소된 결과를 가진 칠판 샘플을 얻을 수 있을 것이다.
○ 가설 설정3 : 칠판면 휘도 측정을 통한 자리배치 변화하여 칠판을 잘 보게 할 수 있다.
○ 월별 연구 추진 실적 :
주요 활동 시기 비고
1. 학교의 과제연구 지원비로 재료구입
2. 사전의 글레어 관련 자료 수집 4월 학내 계획서 발표대
회 2.문헌 연구
가. 글레어 특성 조사
나. 선행 연구 조사 후 단점 파악 4~5월 3. 재료 변경을 통한 글레어 감소 실험
가. 황토 + 액체 약품 나. 황토 + 전분 + 기타 다. 황토 + 석고/+ 색소 4. (다)항의 조도 측정
5~6월 (다)항의 실험 성공
5. 광학적 접근 위한 자료 수집 7~8월
6. 선행된 실험의 방법에 대한 전문가 자문 8월 창원대학교 방문
7. 2차, 3차 실험계획 수립. 9월 4주 선생님께 실험
방법 검토 요청. 8. 2차, 3차 실험 준비(칠판에 측정 지점 그림) 10월
2~3주 60개 지점 만듦 9. 실험(휘도계로 각 지점 측정)
10월 4주~11월
2주
일사량 10,000 lx이상 측정
10. 실험 데이터 정리 11월 2주 Excel 프로그램
이용
○ 연구설계
* 1차 실험 - 칠판 원재료의 변화
가) 통제변인 : 황토가 담긴 페트리 접시의 위치, 페트리 접시가 받는 빛의 양, 대기 중 수분 량, 건조 시간 등
나) 조작변인 : 황토와 섞는 약품의 양 다) 종속변인 : 칠판의 갈라짐 정도 라) 대조군 : 물만 넣어 말린 황토
* 1차실험의 첫시도
①황토+물 20ml+과산화수소수 20ml
②황토+물 20ml+알코올 3ml
③황토+물 10ml+과산화수소수 20ml
④황토+과산화수소수 25ml
⑤황토+전분 3숟가락+물 30ml
* 1차실험의 두 번째 시도
두 번째 실험 때는 첫번째 때 가장 나은 결과를 보인 2번을 토대로 알코올을 사용해 만들어 보기로 하였다. 황토 량과 색소 양을 일정히 하고 알코올 량과 물과의 비율을 달리하여 실험을 하였다.
눈에 피로를 덜 주기 위해 칠판과 가장 유사한 색으로 만들어 사용하기로 하여, 식용색소를 사용하였다. 색소의 양은 항상 일정하게 사용하였다.
①황토 10g+전분 5숟가락+물 14ml
②황토 10g+전분 3숟가락+알코올 15ml
③황토 10g+전분 3숟가락+알코올 9ml+물 3ml
④황토 10g+전분 5숟가락+알코올 12ml
⑤황토 10g+전분 5숟가락+물 10ml+덱스트린 10g
1. 실험 재료를 준비한다.( 체에 거른 황토, 페트리 접시, 과산화수소수, 물 등)
2. 황토와 실험 재료들을 계량한다.
3. 실험 재료들과 섞은 황토를 잘 저어준 뒤 페트리 접시에 넣고 말린다.
실험과정3 실험과정2
4. 페트리 접시의 말린 황토를 각각 대조해본다.
※색소는 칠판과 유사한 색을 띠게 하기위해 물 100ml와 적색과 청색 색소 를 10g씩 넣은 물을 3ml씩을 넣고 각 비커에 적색과 청색 색소를 10g씩 더 넣었다.
※표면에 알코올을 3ml씩 뿌려 황토의 표면을 조금 더 매끈하게 만들려고 시도하였다.
* 1차실험의 세 번째 시도
지도선생님의 조언에 따라 석고가 마를 때 표면이 갈라지지 않는다는 것에 착안을 하여 황토에 석고를 섞어서 실험을 해 보았다.
①황토 300g+석고 300g+물 500g(적색, 청색 색소 각각 60g)
②황토 400g+석고 300g+물 500g(적색, 청색 색소 각각 80g)
1. 실험 재료를 준비한다. (체에 거른 황토, 페트리 접시, 물, 알코올, 청색 색소, 적색 색소 약숟가락, 덱스트린, 비커, 유리 막대, 전분, 종이컵 등)
2. 황토와 실험재료들을 계량한다.
3. 황토를 준비한 용액들과 섞은 뒤 말린다.(덩어리가 만들어지지 않도록 천 천히 저어준다.)
4. 페트리 접시에 말린 황토 반죽을 각각 관찰한다.
실험과정1 실험과정2 실험과정3
5. 갈라진 이유를 생각해본다.
1. 실험 재료를 준비한다. (체에 거른 황토, 아크릴 판, 수조, 물, 석고 등) 2. 계량한 황토와 석고를 섞고 색소를 넣는다.
3. 석고와 황토를 섞은 반죽을 준비한 아크릴 판에 붓는다.
4. 부은 반죽을 고루 퍼지게 하기위해서 반죽 위를 편평하게 만든다.
실험과정 1 실험과정 2 실험과정3 실험과정4
* 2차 실험 - 기존 칠판의 도료를 이용한 재료 변화
지도교수의 지문에 따라 기존 칠판의 성질을 활용하고, 칠판 모형을 사용가능하게 좀더 크게 제작하였다.
* 2차 실험 첫 번째 시도
가) 통제변인 : 조도를 측정하는 합판의 위치, 광원, 날씨 등 나) 조작변인 : 황토와 페인트, 시너의 양, 페인트의 색 등 다) 종속변인 : 조도, 휘도, 잘 써지고 지워지는 정도 등 라) 대조군 : 현재 사용중인 교실의 칠판
마) 실험군 :
①황토+칠판색 페인트를 섞은 합판
②칠판색 페인트를 바른 합판
③연한색의 페인트를 칠한 합판
1. 실험 재료를 준비한다.(체에 거른 황토, 칠판 페인트, 흰색 페인 트, 합판)
2. 합판에 흰색의 페인트를 바른다.
3. 각각의 합판에 ①, ②, ③을 바른다 5. 광원인 햇빛의 조도를 측정한다.
6. 기존에 사용하는 칠판의 조도를 측정한다.
7. 석고와 색소(청색 적색 각각60g)를넣어 말린 황토 덩어리를 때어내 칠판 의 조도를 측정한 곳과 같은 위치에서 조도를 측정한다.
8. 석고와 색소(청색 적색 각각80g)를 넣어 말린 황토 덩어리를 떼어내 칠 판의 조도를 측정한 곳과 같은 위치에서 조도를 측정한다.
실험과정6 실험과정7 실험과정8
9. 측정한 조도로 얼마나 감소하였는지 비교한다.
* 2차 실험 두 번째 시도 : 첫 번째시도에서 분필자욱이 깨끗이 지워지지 않 아서 우유팩으로 시험해보았다.
가) 통제변인 : 조도를 측정하는 우유팩의 위치, 광원, 날씨 등 나) 조작변인 : 페인트 바름과 안바름의 차이 등
다) 종속변인 : 조도, 휘도, 잘 써지고 지워지는 정도 등 라) 대조군 : 현재 사용중인 교실의 칠판
마) 실험군 :
① 페인트를 바르지 않은 우유팩 ② 칠판색 페인트를 바른 우유팩
* 3차 실험 - 칠판면 휘도 측정을 통한 자리배치 변화
가) 통제변인 : 광원의 조도, 측정 장소 (1층 다목적실; 왼쪽에서 태양빛이 들어오는 창문이 있고 블라인드가 설치되어있다.) 등
나) 조작변인 : 칠판 표면의 위치, 칠판 표면을 측정할 때의 각도
①황토+칠판색 페인트를 섞은 합판
②칠판색 페인트를 바른 합판
③연한색의 페인트를 칠한 합판 4. 페인트를 바른 합판을 말린다.
실험과정2 실험과정3 실험과정4
1. 실험 재료를 준비한다.( 칠판 페인트, 흰색 페인트, 우유팩 등) 2. 우유팩에 칠판색 페인트를 바른다.
3. 페인트를 바른 우유팩을 말린다
4. 하루를 정하여 광원의 조도를 측정한다.
5. 그날의 광원에 대하여 각 1차실험의 ①, ②의 조도를 측정한다.
실험과정2 실험과정3 실험과정4 실험과정5
다) 종속변인 : 칠판 표면의 조도, 휘도
라) 대조군 : 해가 진 뒤 인공조명으로 밝히는 교실의 칠판 표면 나) 실험군 : 해가 뜬 맑은 날 교실의 칠판 표면
○ 연구비 사용 내역
1. 칠판면의 가로, 세로를 측정한다.
2. 측정된 칠판면의 가로, 세로를 바탕으로 칠판에 선으로 측정 장소를 표 시한다.
실험과정1 실험과정2 실험과정3 3. 가로선과 세로선의 교차점을 30도씩 더해가며 측정한다.
4. 표시된 측정 장소를 바탕으로 측정을 한 뒤 어느 각도에서 가장 휘도가 낮은지 비교를 통하여 알아낸다.
주간 조명환경
야간 조명 환경 5. 이를 토대로 책상의 배치를 바꾸어본다.
세목 지출내역 금액
연구장비·재료비
․휘도계 구입 550,000원×1개
․수성롤러 구입 5,000원×1개
․고무헤라 구입 5,000원×1개
․수성붓 구입 6,000원×1개
․미니 룰러 구입 5,000원×1개
․다용도 프라이머 구입 20,000원×1 개
․칠판페이트 구입 36,000원×1개
․황토가루 구입 10,000원×1개
․석고가루 구입 8,000원×5개
․MDF 구입 1,000원×20개=20,000원
913,200
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
○ 1차 실험 결과
- 대조군: 물만 넣어 말린 황토
(1) 1차 실험 첫 번째 시도 : 과산화수소수와 전분, 밀가루 등을 넣어 실 험을 진행하였는데 마르는 과정에서 황토가 여러 조각으로 갈라져 온전한 표면이 나타나지 않았다. 전분을 넣은 샘플만 표면이 칠판의 표면으로 사용 할 수 있을 정도로 매끈하였다. 이는 전분의 유동적인 성질과 다른 것에 엉 겨붙는 성질 때문이라고 생각한다. 따라서 황토를 이용한 칠판에는 점성을 더해주는 첨가물이 들어가야 한다.
①황토+물 20ml+과산화수소수 20ml
②황토+물 20ml+알코올 3ml
③황토+물 10ml+과산화수소수 20ml
④황토+과산화수소수 25ml
(2) 1차 실험 두 번째 시도 : 1차 실험을 토대로 전분을 넣은 것은 표면 이 편평했던 것과 그 후 잠깐 실험하였던 표면에 알코올을 넣은 것이 갈라
․신너 구입 8,200원×1개
․USB 구입 35,000원×6개=210,000원
․배송료 2,500원×12개=30,000원 연구 활동비
․전문가 자문수당 100,000원×2회
=200,000원
․참고도서 구입비 63,200원
263,200
연구과제추진비 ․시내, 국내 출장비 2,000원
․회의비 82,800원 84,800
연구수당
․책임지도교사 수당 200,000원×7개 월=1400,000원
․공동지도교사 수당 100,000원×7개 월=700,000원
2100,000
합 계 3,361,200
(3) 1차실험 세번째 시도 - 조도 측정 결과
지지만 단단하였던 것에서 착안하여 전분과 알코올을 섞어 실험을 진행하였 으나 알코올을 빼고 전분만을 넣은 ①번 샘플만 표면이 갈라지지않고 조각 도 나지 않았다. 알코올을 넣지 않았던 2차 실험군 ①의 표면이 갈라지지 않은 사실에서 알코올이 실험군인 황토를 조각나게 한다는 것을 알 수 있었 다.
①황토10g+전분5숟가락+물14ml
②황토10g+전분3숟가락+알코올15ml
③황토10g+전분3숟가락+알코올9ml+물3ml
④황토10g+전분5숟가락+알코올12ml
⑤황토10g+전분5숟가락+물10ml+덱스트린10g
① ② ③ ④ ⑤
: 석고가 마를 때 갈라지지 않는다는 사실에 착안하여 진행했던 실험에서 석 고는 칠판으로 쓸 수 있을 정도로 편평하게 갈라지지 않고 잘 말랐다. 또한 표면이 단단하여 칠판의 대용으로 쓸 수 있을 정도였다. 그리고 색깔에 따른 조도 차를 알기 위하여 조도를 측정하였는데 색소를 덜 넣은 것이 결과가 좋 게 나왔다.
조도 측정을 통해 일반 칠판이 330~400까지의 조도를 가지는 데 반해 황토와 석고를 섞은 칠판의 조도는 215~600의 조도를 가져 실험이 성공적이었다는 것을 검증하였고 일반 칠판과 흡사한 색을 만들기 위해 색소를 넣었던 칠판 샘플과 색소를 넣지 않았던 칠판 샘플의 조도를 비교하였을 때 색소를 넣지 않았던 칠판 샘플의 조도가 현저히 낮아 색과 조도는 관련이 없다는 것을 알 게 되었다.
○ 2차 실험 결과 : (1) 첫 번째 시도
1.광원의 조도
(평균 : 16213.18)
2.황토+칠판색 페인트를 섞은 합판
(평균 : 6024.545)
3.칠판색 페인트를 바른 합판
(평균 : 4552.273)
4.연한색의 페인트를 칠한 합판
(평균 : 7486.818)
광원(햇빛)에 대한①의 반사도 : 37%
광원(햇빛)에 대한②의 반사도 : 28%
황토를 섞은 페인트를 바른 합판의 조도가 상대적으로 낮을 것이라는 예상과 달리 그냥 칠판페인트를 바른 합판의 반사도가 상대적으로 더 낮음을 알 수 있다. 그러므 로 거친 면이 반사도를 무조건 줄여준다는 것이 아니라는 것을 알 수 있다.
(2) 두 번째 시도:
글씨가 잘 씌여지고 잘지워지는 방안으로 시도했던 우유팩의 경우, 페인트를 바른 우유팩의 반사도가 페인트를 바르지 않은 우유팩의 반사도에 비해서 현저히 낮은 결과를 얻었다. 하지만 2차 실험의 첫시도에서 페인트만 바른 ②번의 반사도도 2차 실험 둘째 시도의 ②번의 반사도인 27%와 비슷한 28%인 것으로 보아 페인트를 바른 것의 재질이 중요한 것이 아니라 페인트 자체가 반사도를 낮춰주는 것을 알 수 있다.
○ 3차 실험 결과 : 각 가로선과 세로선의 교차점에 번호를 매겨 휘도를 측정하였다.
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 1) 주간 칠판 휘도 측정
광원(햇빛)에 대한③의 반사도 : 46%
1.광원의 조도
(평균 : 16142.27)
2.페인트를 바르지 않은 우유팩
(평균 : 14255) 3.칠판색 페인트를 바른 우유팩
(평균 : 4366.364)
광원(햇빛)에 대한①의 반사도 : 88%
광원(햇빛)에 대한②의 반사도 : 27%
가) 열에 따른 그래프
그래프를 통해 양 끝(30도, 150도에서의 측정값)의 휘도 값이 높고, 위치에 따라 휘도 값이 크게 달라짐을 알 수 있다.
나) 행에 따른 그래프
2) 야간 칠판 휘도 측정 가) 열에 따른 그래프
1~4번(1열) 5~8번(2열) 9~12번(3열) 13~16번(4열)
17~20번(5열) 21~24번(6열) 25~28번(7열) 29~32번(8열)
33~36번(9열) 37~40번(10열) 41~44번(11열) 45~48번(12열)
49~52번(13열) 53~56번(14열) 57~60번(15열)
1~4번(1열) 5~8번(2열) 9~12번(3열) 13~16번(4열) 1행 측정 그래프 2행 측정 그래프 3행 측정 그래프 4행 측정 그래프
나) 행에 따른 그래프
3) 결과 해석
가) 주간 칠판 휘도 측정
위치에 따라 휘도의 값이 크게 달라졌고 모든 값이 30도, 150도에서 가장 컸 다. 양 쪽에 창문이 달려있어 이를 통해 빛이 들어오게 됨으로써 휘도가 높 아지게 됨을 쉽게 예상할 수 있었다.
나) 야간 칠판 휘도 측정
위치에 따라 모든 값이 달라졌고 휘도의 값이 커도 35cd/㎡를 넘지 않았다.
다) 칠판 휘도 측정
휘도는 같은 위치에서도 각도에 따라 많은 변화를 보였고, 태양빛이 광원인 주간 조명 환경에서는 광원의 높은 조도 때문에 500cd/㎡을 넘기는 높은 휘 도 값이 나타났으나 광원의 조도가 평균 3479.1 lux인 야간 조명 환경에서는 35cd/㎡를 넘지 않아 휘도 값이 매우 낮게 나타났음을 알 수 있었다.
○ 결론
- 글레어가 줄어든 칠판 샘플을 만들었다. 하지만 처음 예상과 달리 황토 샘플이 많이 갈라져 황토 샘플이 갈라지지 않게 하는 것에 시간 투자가 많이 되었다. 1차 실험을 진행한 결과 알코올이 칠판 샘플의 점성을 떨어뜨리고 전분은 칠판
17~20번(5열) 21~24번(6열) 25~28번(7열) 29~32번(8열)
33~36번(9열) 37~40번(10열) 41~44번(11열) 45~48번(12열)
49~52번(13열) 53~56번(14열) 57~60번(15열)
1행 측정 그래프 2행 측정 그래프 3행 측정 그래프 4행 측정 그래프
샘플의 점성을 높이는 것에 도움을 준다. 또한 진행하였던 색소의 양에 따른 조도 차를 비교함으로써 칠판의 색과 칠판의 반사현상은 상관이 없다는 결론이 나왔다. 그리고 석고가 마를 때 갈라지지 않는다는 사실에 착안하여 진행했던 실험에서 석고는 칠판으로 쓸 수 있을 정도로 편평하게 갈라지지 않고 잘 말랐다. 또한 표면이 단단하여 칠판의 대용으로 쓸 수 있을 정도였으나 물러서 자국이 남는 단점이 있었다.
2차실험에 따르면, 황토를 섞은 페인트를 바른 합판의 조도가 상대적으로 낮을 것이라는 예상과 달리 그냥 칠판페인트를 바른 합판의 반사도가 상대적으로 더 낮음을 알 수 있었다. 그러므로 거친 면이 반사도를 무조건 줄여준다는 것이 아니라 는 것을 알 수 있다.
3차 실험은 주간, 야간 조명 환경에서 30도마다 휘도 값을 측정한 결과 광 원의 조도 값이 더 높은 주간 조명 환경에서 휘도 값이 더 높게 나타났다. 또한 각도에 따른 휘도의 값이 30도, 150도에서 가장 컸다. 이 실험 결과를 통해 칠판 면을 바라보는 시야각이 30도, 150도인 장소는 주간 조명 환경에 서 자리하기에는 적합하지 않다는 것을 알아내었다. 이후 측정 지점과 휘도 계가 멀어질수록 휘도가 감소하는 것을 통해 자리가 뒤로 갈수록 휘도의 값 이 감소하여 칠판의 반사로 인한 눈부심이 줄어든다는 결론이 나왔다.
□ 시사점
○ 본 연구를 진행하며 관련 이론에 대해 알 수 있었고 다양한 실험을 직접 설계하고 실험해 볼 수 있었다. 다만, 준비하는 것에 시간이 많이 걸려 실제로 자리배치를 하지 못하였고 다양한 자리 배치를 시도해보지 못한 것이 아쉽다. 또한 태양광을 광원으로 하는 주간 조명 환경의 휘도를 측정할 때 휘도계의 말썽으로 휘도를 측정하는 장소에 따른 휘도 값의 변화 대신 칠판에 측정 지점을 그린 뒤 측정 지점에서 각도에 따른 휘도 값의 변화를 보는 것으로 대체하게 된 것이 안타깝고 야간 조명 환경 측정을 하면서 휘도의 값이 생각보다 불규칙하게 나와 예상과는 달랐던 점이 신기하였다. 휘도계가 컴퓨터와 연결되지 않아 휘도 값을 측정한 뒤 300개의 데이터를 일일이 손으로 옮겼었는데 Excel파일에서 마지막 데이터를 치는 순간 마무리의 뿌듯함을 느끼고 끝이라는 느낌이 들어 MBL을 사용할 때와는 또 다른 성취감을 맛보았다. 본 연구를 마무리 지으면서 기나긴 연구가 드디어 끝났다는 생각이 들어 속이 시원하기도 하고 섭섭하기도 하였다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 사후 활용
○ 연구의 결과는 학교의 보고서 양식에 따라 관련 게시판에 게재되어 있고, 이후 학교의 과제연구 결과물을 출판할 때에 같이 출판하여 후배들의 연구자료로 활용할 것이다.
○ 관련 자료는 Prezi 프로그램을 이용한 발표 자료로 만들어져 구글 웹 엔진에 들어가서 찾아보면 누구든지 정보를 얻을 수 있다.
5. 참고문헌
○ 이종석; 석사 학위 논문 ‘교실에서 칠판면의 조도와 휘도의 연관성 분석’인하대 학교 공학대학원 : 정보전기공학과 2007. 8)
○ 주형석; LED광원의 위치와 휘도 변화에 따른 불쾌글레어 평가실험
○ 김진구 , 김동조 , 김훈; 교실 조명과 초등학생 시력 변화의 관계 분석을 위한 실태조사 및 조명 개선방법
○ 임윤빈, 장우진; 교실의 주광 조명 환경과 칠판의 눈부심 현상에 관한 연구
○ 이종선; ‘건축전기설비의 실무지식’ : 성안당
