연구물 성과번호 : DD18120012
“이 보고서는 2018년도 교육부의 재원으로 한국과학창의재단의지원을 받아 수행된 성과물임”
"This work was supported by the Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity(KOFAC) grant funded by the Korea government(MOE)"
본 연구서는 비매품으로서 교육을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에 합치되게 공표된 저작물을 일부 인용하였음을 확인합니다.
I. 기획의도
공감하는 과학, 이해하는 예술(Responsive Science, Comprehensive Art)
원리대로만 움직여 냉정하게 보이는 과학기술! 마음대로 그려내 자유로워 보이는 예술작품!
여러분이 그동안 예술과 과학을 바라보는 시선은 어떠했나요? 과학은 공감하기 어렵고, 예술은 이해하기 어려운 대상이었나요? 하지만 이렇게 동떨어져 보이는 과학기술과 예 술에도 세 가지 공통점이 있습니다.
첫째, 그 출발은 사람의 마음을 움직이고자 시작되었다는 것
둘째, 그 결과물은 실패와 성공의 반복 속에서 탄생한 방법의 산물이라는 것
마지막으로, 그 방법은 누구나 수정·보완하여 최선의 방법으로 다시 제시할 수 있다는 것
본 수업을 통해서 여러분은 과학기술 원리를 이해하려고만 하지 말고, 왜 이 기술이 필요하게 되었는지 공감해 보고, 반대로 예술작품을 감상하려고만 하지 말고 어떤 원리 와 과정에 의해 표현되었는지 이해해 보았으면 합니다. 혹시 결과물이 실패작이라고 낙 담하지 마세요! 실패의 원인을 기록하고 해결하고자 하는 노력은 성공을 위한 가장 큰 경험이자 가장 큰 에너지입니다.
II. 디자인 씽킹 과정
상황 제시
문제 숙고
- 자연광을 이용한 대표적인 예술작품을 생각해 본다.
- 스테인드글라스의 특성에 대하여 분석해본다.
문제 식별 및 조사
- 자연광의 특성에 관하여 알아본다.
- 편광의 특성과 이를 이용하여 만들어진 편광필름의 이용분야가 무엇 인지 생각해본다.
창의적 설계
중간 해결 및 수정
- 스테인드글라스의 개념과 편광의 원리를 융합한 새로운 스테인드글라 스 제작에 관하여 생각해 본다.
- 편광스테인드글라스를 제작해 봄으로서 빛을 조절하고, 편광의 원리를 이해한다.
감성적 체험
경로평가 및 아이디어 공유
- 조별 스테인드글라스를 관찰하고 그 안에 숨겨진 의미를 조사한다.
- 성과물에 대한 공유를 바탕으로 자신의 디자인을 재평가 해본다.
Contents
Prologue ··· 1
공감하는 과학, 이해하는 예술 _ 나만 볼 수 있는 모니터 ··· 1
_ 빛의 예술 : 스테인드글라스 ··· 2
1. 문제숙고 ··· 3
빛 안의 예술과 과학 _ 자연광··· 3
2. 문제식별 및 조사··· 4
빛의 신비 _ 재미있는 편광의 세계 ··· 4
_ 빛의 정의··· 4
_ 빛의 편광··· 5
_ 편광필름 ··· 6
3. 중간해결 및 수정··· 7
빛의 편광의 원리를 이용한 창의적 편광 스테인드글라스 만들기 ··· 7
_ 백라이트 모니터 관찰하기··· 7
_ 편광 스테인드글라스 제작하기 ··· 8
4. 아이디어 공유 및 경로평가 ··· 10
편광 스테인드글라스 전시회 ··· 10
_ 창의적 편광 스테인드글라스 평가하기··· 10
5. 한걸음 더 나아가기··· 12
생활과의 연계, 직업탐구 ··· 12
공감하는 과학, 이해하는 예술
나만 볼 수 있는 모니터
▶ 최첨단 안경과 비밀 모니터에는 어떤 원리가 숨어있을까요?
2 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
빛의 예술 : 스테인드글라스
스테인드글라스는 어떻게 탄생하고 발전하였을까? 스테인드글라스는 금속산화물이 나 안료를 이용하여 구운 색판 유리조각을 접합하여 만든 유리공예로 주로 유리창에 많이 쓰인다.
스테인드글라스는 종교사상이 세상을 지배하던 중세시대인 7세기경 중동지역에서 비롯되었으며 11~12세기경 유럽의 기독교문화지역에 널리 퍼지면서 성당건축의 필수 예술작품으로 자리 잡게 되었다.1) 성경의 내용을 글로 표현하면 당시 문맹이 다수였 던 신도들은 읽을 수가 없었기 때문에 스테인드글라스는 성경의 내용을 작은 유리조 각의 구성을 통해 알려주었다. 또한 당시에는 ‘신이 주는 은총 중 유일하게 인간의 눈으로 확인할 수 있는 것을 빛(빛 유출설)’이라 여겼다. 따라서 중세시대의 건축가와 예술가들은 최대한 많은 빛을 효과적으로 표현할 수 있는 예술적 표현 방법에 대한 고민이 많았다. 이러한 상황에서 빛을 작은 유리조각으로 표현할 수 있는 스테인드글 라스는 유리를 통해 굴절되는 빛을 효과적으로 표현하고, 나아가 성당의 웅장함과 신 성함을 강조하기 위한 표현방법으로 인기를 끌었다. 또한 전기가 없었던 당시에는 교 회건물 안의 조명의 기능도 수행한 것으로 보인다.
[그림 1] 아우크스부르크 대성당의 예언자들2) [그림 2] 아미엥 대성당의 스테인드글라스
1) 위키백과, 스테인드글라스
3 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
빛 안의 예술과 과학
자연광
빛은 예술분야에서 가장 기본적이면서 중요한 위치에 있다. 자연의 빛은 인간에게 색깔을 안겨주었고, 이를 이용하여 수많은 예술작품을 만드는데 지대한 영향을 미쳤 다고 해도 과언이 아니다. 또한 빛은 예술작품 뿐만 아니라 사람의 일상과 자연에 많 은 영향을 주고 있다. 자연의 무지개와 그림자로 대표되는 빛의 명암을 통하여 사람 들은 예술적 영감을 얻음과 동시에 눈에 보이는 빛의 현상을 과학적 관점을 통해 분 석·발전시키게 되었다. 19세기 이후 근대과학의 발전은 빛을 좀 더 인류에게 친숙한 존재로 만들기에 이르렀다. 이러한 발전은 빛이 가지는 과학적 특성을 이용하게 되었 으며, 햇빛의 투과율을 조절해주는 필름도 등장하면서, 빛을 더 효과적으로 이용하기 에 이르렀다.
▪ 빛이 보여주는 다양한 세계를 이야기해 봅시다.
[그림 4] 로버트 어원:면포
-검은 직사각형-자연광3)
[그림 5] 올리퍼 엘리이슨
:무지개 집합-인공광4)
[그림 6] 라 사그라다 파밀리아
의 스테인드글라스5)
2) 가톨릭평화신문, 치유의 빛 읜사의 빛 스테인드글라스<3>예언자들, 2016.1.24, 정수경 3) NYCultureBeat, 로버트 어원:면포-검은 직사각형-자연광, 2013.6.15,sulke
4) 한겨례, 물과 빛 기계로 만들어낸 미술의 매혹, 2016.10.13., 노형석
5) 허밍턴포스트 US, 세계에서 가장 아른담운 스테인드글라스 창문, 2017.10.29, Yasmine Hafiz
4 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
빛의 신비
재미있는 편광의 세계
[그림 7] 특수 렌즈를 이용한 백라이트 모니터 이미지 관찰6)
위의 그림에서 아무것도 보이지 않는 모니터에 특수한 렌즈를 가져다 대면 이미지가
보이는 것을 확인 할 수 있다. 이러한 현상이 발생하는 이유는 무엇일까?
빛은 특정방향으로 직진하는 특징을 가진다. 우리가 빛의 양을 적절히 조절하면 우리가 보고자 하는 물체의 형상이나 색깔을 명확하게 볼 수 있다. 이러한 빛이 가지는 대표적 특징을 이용하여 빛을 과학적으로 이해해 보도록 한다.
빛의 정의
우리가 알고 있는 빛의 일반적인 개념은 380nm~780nm파장, 즉 가시광선의 개념으로서 색깔을 나타내는 것으로 정의할 수 있다. 하지만 정확한 의미의 빛은 전자기파를 총칭하는 것으로서 r-선, x선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파 등을 이야기한다.
6) [국제뉴스] 다박사의 신기깜짝 과학이야기 <25> 보여줄까 말까…'편광'의 비밀,
http://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0800&key=20120322.22022190931
5 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
[그림 8] 빛의 파장 범위7)
또한 빛은 일반적으로 산란, 반사, 흡수, 굴절, 편광, 산란으로 대표되는 특징을 가지고 있다. 다음의 <표 1>에 정리된 빛의 특징을 살펴보고 우리 주변에서 여러 가지 빛의 특징이 적용된 사례를 찾아보자.
<표 1> 빛의 특징8)9)10)
7) [정보통신용어해석] 전파, http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=1575 8) : http://cafe.daum.net/ecomemi
9) http://100.daum.net/encyclopedia/view/24XXXXX76373 10) http://100.daum.net/encyclopedia/view/99XX32201485
산란 거친 표면에 빛이 입사했을 경우 여러
방향으로 빛이 분산되어 퍼져나가는 현상
반사
산란의 특수한 형태로 빛이 표면에 입사한 각도와 반사각이 같음
빛의 반사의 결과로 물체가 색을 띠게 됨(예- 100% 반사색 : 흰색)
6 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
빛의 편광
[그림 9] 빛의 편광11)
위의 그림과 같이 빛의 편광은 전자기파가 진행할 때 빛을 구성하는 전기장과 자기장이 특정한 방향으로 진동하는 현상을 말한다. 자유공간에서 균일한 매질을 통과하는 전자기파는 진행방향에 서로 수직하는 전기장과 자기장을 가지고 있다. 수직과 수평의 기준은 주로 전기장을 기준으로 설명한다. 우리가 알고 있는 자연광은
11) [김훈 위험관리연구소] 전자기파, https://m.blog.naver.com/firerisk/220792932719
흡수 가시광의 손실을 의미
예- 100% 흡수 색 : 검정색)
굴절 빛이 다른 매질로 들어가면서 진행 방향이
바뀌는 것
간섭 빛의 파동이 잠시 둘로 나뉜 후 다시
결합되는 현상
편광
한정된 방향으로만 진동하는 광파. 보통 광 선은 파상형으로 진행하며 진행 방향과 직 각을 이루는 면에서 모든 방향으로 진동한 다. 이 광선이 어떤 투명한 물체를 통과하면 한 반향으로 진동하게 되어 편광이 됨
7 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
일반적으로 빛의 파동이 모든 방향으로 진동하는 비편광을 이야기하며, 즉 달리 이야기 하면 360도 방향으로 모두 진동하는 편광 되지 않은 빛들의 다발을 의미한다.
편광필름
[그림 10] 편광필름12) [그림 11] 편광필름의 원리13)
편광필름이란, 빛의 편광의 원리를 이용하여 특정 빛의 파장만 통과시키도록 만들어진 필름을 의미한다. 편광필름의 역할은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광 성분으로 나누어, 한 성분은 흡수 또는 분산시키고, 다른 한 성분만을 투과시킨다. 편광필름의 회전 정도에 따라 투과되는 빛의 세기를 조절함으로서 흑과 백의 명암을 조절할 수 있게 된다. 이러한 편광 필름의 특징을 이용하여 다양한 산업분야에 이용하고 있다.14)
▪ 편광필름의 이용분야를 적어봅시다.
12) 한도움사이언스마트:http://handoum.com/shop/display/home.php?mode=subdetail&num=15709&catedb=1/2/118 13) 윤제한의 물리교실, 편광-가상실험:yjh-phys.tistory.com/1457
14) 김재필·송동현(2004). 고기능성 PVA 필름의 제조 및 편광필름으로의 응용, 고분자과학과 기술, 15(1), p.31~37
8 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
빛의 편광의 원리를 이용한 창의적 편광 스테인드글라스 만들기
백라이트 모니터 관찰하기
▪ 편광망원경을 이용하여 백라이트 모니터 속 이미지를 살펴봅시다.
1) 모니터 속 보이는 이미지는 무엇인가요?
2) 편광필름을 사용할 때와 사용하지 않을 때 모니터는 어떻게 보이나요?
3) 직접 관찰한 결과에 따른 편광필름의 원리가 무엇이라고 생각되나요?
4) 편광필름을 이용한 스테인드글라스 설계가 가능하다면 어떻게 설계하고 싶나요?
9 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
편광 스테인드글라스 제작하기
▪ 편광 스테인드글라스의 예시작을 감상해봅시다.
10 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
▪ 편광 스테인드글라스 디자인 스케치를 해 봅시다.
11 빛나는 공간, 편광 스테인드 글라스
▪ 편광 스테인드글라스 제작과정
- 준비물: 편광필름, 가위, 스카치테이프, 셀로판지
① 편광필름 위에 디자인 한 셀로판지를 올린다.
② 셀로판지 위에 스카치 테이프 를 덧붙힌다.
③ 완성한 편광-스테인드 글라 스를 OHP 필름위에 붙인다.
(선택사항)
▪ 제작한 ‘편광 스테인드글라스’를 자체 평가하고 수정하기
모둠 명 모둠 원
■ 역할 정하기 (필요한 역할: 디자인설계, 토의 진행, 제작보조 등)
모둠원 이름 맡은 역할 모둠원 이름 맡은 역할
■ 다트판 제작 시 유의사항 체크리스트
① 편광-스테인드글라스의 제작 기본 틀에 준거하여 제작하였는가?
② 몇 가지 색깔의 색만을 사용해 제작하였는가?
③ 스카치테이프를 2-3겹 이상 겹치게 사용하였는가?
④ 보는 이로 하여금 편광필름 만화경을 돌려서 보도록 유도하는가?
⑤ 조별로 협동이 잘 이루어졌는가?
12 빛나는 공간, 편광 스테인드글라스
편광 스테인드글라스 전시회
창의적 편광 스테인드글라스 평가하기
▪ 조별로 제작한 편광 스테인드글라스를 칠판에 붙이고 편광만화경을 이용하
여 감상해 봅시다.
[그림 12] 편광 스테인드글라스 감상 및 발표하기
13 빛나는 공간, 편광 스테인드글라스
▪ 친구들이 만든 편광 스테인드글라스를 직접 평가해 봅시다.
1. 완성된 작품을 감상하면서 스스로 평가해 봅시다. (별 5개 매우 우수 ~ 1개 매우 미흡) 주제와의
적합성(착시) 표현의 독창성 작품의 완성도 나의 참여도
☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆
2. 작품 제작 과정 중 가장 기억에 남는 순간은 언제인가요?
3. 작품을 제작하는 동안 가장 어려웠던 점은 무엇인가요?
4 .같은 주제로 다시 편광 스테인드글라스를 제작한다면, 어떤 점을 개선하거나 보완하 고 싶은가요?
5. 가장 인상적인 작품을 만든 모둠은 어떤 모둠인가요?
모둠 명 작품 제목
가장 인상적인 이유:
14 빛나는 공간, 편광 스테인드글라스 생활과의
연계
빛의 선택적 투과를 이용한 편광커튼의 제작
편광필름의 특성인 빛의 투과량 조절을 이용하여 유리에 편광필름을 붙인 후 그 위에 또 다른 편광필름을 붙여서 회전을 시키면, 빛의 양을 우리가 원하는 대로 조 절할 수 있다. 이를 이용하여 빛의 투과를 조절하는 편광커튼의 제작이 가능하다.
일반적으로 빛은 일상에서 필수적이지만 여름과 같이 강한 빛이 내리쬘 경우 건물 내부에서 공부를 하고나 일을 하는 사람들에게는 빛은 방해가 될 가능성이 크기 때 문이다. 이를 해결하기 위하여 편광의 원리를 이용하여 빛의 투과량을 조절할 수 있 는 편광커튼을 적용시키면 효율적이고, 예술성도 높일 수 있으며, 결과적으로 커튼 이 차지하는 공간의 크기를 줄일 수 있을 것이라 기대된다.
[그림 13] 오사카 시립박물관의 편광 스테인드글라스 커튼15)
직업 탐구
신소재 공학자
우리가 쓰고 있는 컴퓨터를 만들기 위해서는 반도체가 필요하고, 자동차는 합금재료, 골프 채는 복합 재료, 휴대 전화를 만들기 위해서는 전파를 감지할 수 있는 재료가 꼭 필요하다.
신소재공학은 다양한 재료의 구조와 성질을 이해하여 생체, 기능, 환경, 첨단 소재 등을 개발하는 데 활용하는 방법에 대해서 공부하는 분야이다.16) 신소재 공학을 전 공하게 되면 반도체재료, 금속재료, 고분자 재료, 세라믹 재료, 전자 재료, 바이오 재료 등의 학문을 배울 수 있게 된다. 이러한 내용을 바탕으로 신소재를 연구하는 신소재 연구원이 될 수 있다. 신소재 연구원에게 요구되는 자질은 신소재공학이 학 문의 특성상 공학적 측면과 과학적 측면을 함께 강조하는 만큼 수학, 물리, 화학 등 의 기초과학에 대한 흥미와 배경지식이 있어야 하며 신소재를 분석하고 합성하는 과정에서 많은 실험을 해야 하므로 탐구심과 인내력이 필요하다.17)
15) 오사카시립박물관, http://www.sci-museum.jp/exhibit/f1/
16) 커리어넷, http://www.career.go.kr/cnet/front/base/major/FunivMajorView.do?SEQ=324 17) 심재준, 생활에 혁신을 부르는 신소재 공학자, The Science Times, 2013.07.08
