작품번호 137 제29회 전국학생과학발명품경진대회 잎의 기하학적 무늬를 활용한 다양한 상품 제작 출품분야 학생작품 출품부문 생활과학Ⅰ 2007. 6. 12. 시 도 학 교 (소 속) 학 년 (직 위) 성 명 광주광역시 광주효동초등학교 5 안 민 주 지도교사 광주효동초등학교 교사 김 보 미 - 1 -
목 차 1. 작품 제작 동기 및 목적 1 2. 작품 내용 1 3. 기존 작품과의 비교 분석 2 4. 기초 탐구 4 5. 작품 제작 과정 7 6. 결과 분석 및 전망 16-2 -
1. 작품 제작 동기 및 목적 가. 제작 동기 작년에 과학 동아리 활동을 하면서 다양한 실험을 하였는데 평소 식물에 관심이 많았던 나에게는 잎맥 표본 만들기가 가장 흥미로웠다. 수산화나트륨 수용액 속에 서 분리되는 잎맥이며, 눈으로는 보이지 않았던 가느다란 잎맥들이 신기하게만 느 껴졌을 뿐 아니라 아름답기까지 하였다. 모두 비슷해 보이는 잎맥이지만 속살을 드 러내면 각각의 특징을 가지고 있었다. 그런데 강진으로 도자기 체험을 가서 본 많은 도자기들의 문양이 식물의 모습을 본떠서 그려져 있는 것을 보았다. 그런 문양들은 그림이나 옷에서 많이 본 문양이 었지만 과학동아리 활동에서 추출했던 잎맥과는 많이 달랐다. 사람은 자기가 기억 하고 싶은 것만 기억한다고 하던데 평소에 생각하고 있던 잎과 실제의 잎이 이렇게 다를 수 있구나 하는 생각이 들었다. 그래서 생각 속에 있는 잎맥이 아닌 실제로 내가 만든 잎맥을 이용하여 사실적인 잎의 무늬를 이용하여 다양한 곳에 활용할 수 있는 방법이 없을까 하는 생각에 이 와 같이 고안하게 되었다. 나. 제작 목적 우리 주위에는 자연을 모티브로 한 문양들이 많이 있다. 자연에 가까워질수록 좀 더 자연스럽고 꾸미지 않은 아름다움을 가질 수 있기에 새로운 디자인은 자연 속에 서 찾는다. 이러한 문양뿐만 아니라 다양한 기하학적인 문양은 각종 의류나 가구 등의 상품으로 우리 생활과 밀접한 관련을 맺고 있다. 따라서 기존 디자인과 달리 흔히 주변에서 볼 수 있는 나뭇잎을 가지고 눈으로 볼 수 없었던 잎맥을 사실적으 로 표현하고 독특한 패턴을 만듦으로써 새롭고 친근감을 가질 수 있으며 주변 식물 에 대한 탐구심을 이끌어 낼 수 있는 상품 제작에 활용하고자 한다. 2. 작품 내용 수산화나트륨 수용액으로 잎맥을 추출할 수 있는 나뭇잎을 채집하고 표본은 제작 한다.(동백잎, 은목서잎, 호랑가시나뭇잎, 치자나뭇잎 등이 수산화나트륨 수용액 속 에서 녹지 않고 잎맥이 남아있었다.) 잎맥을 스캔하여 OHP필름 위에서 기본 틀을 제작하고 수정하여 문양을 만든다. 화장토를 이용하여 성형한 도자기에 문양을 찍 어 도자기를 만들었다. 또한 나염기법을 이용하여 천에 문양을 찍어내고 넥타이, 가방, 옷 등의 상품제작에 활용한다. 뿐만 아니라 문양을 타일 위에 배치시켜 디자 인 타일을 만들고, 직접 잎맥을 사용하여 한지나 악세사리를 만드는데 활용한다. - 1 -
3. 기존 작품과의 비교 분석 가. 전국학생과학발명경진대회의 앞선 작품 분석 주제 수상년 도 쉽게 만드는 잎맥표본 (학습용품) 제19회 1997년 장려상 천연 염색과 해조류 패턴을 접목한 문화 상품 개발 (생활과학Ι) 제26회 2004년 금상 학교 광주광역시, 광주운암초등학교 광주광역시, 풍암고등학교 - 쌍떡잎 식물과 외떡잎 식물의 잎맥 을 수산화나트륨 수용액을 이용하여 - 해조류 포본 제작 스캔 표본을 만듬 작품개 - 패턴 제작 문양 완성 - 코팅하여 OHP나 실물화상기 투시 요 - 천연염색 실크에 실크스크린 제작 자료로 확대 활용 - 넥타이, 손수건 등 제작 - 스캐너와 컴퓨터를 이용도감과 영 구적인 자료로 활용 작품 실제 발명경진대회 선행 작품 분석에서 언은 시사점 및 본 작품과의 차이점 1. 잎맥에 관한 작품을 분석한 결과 잎맥의 표본을 제작한 작품은 제19회에 출품 한 작품이 유일하였으며 현재 일선 학교에서 수산화나트륨 수용액 뿐만아니라 수 산화칼륨 수용액 같은 알카리성 수용액을 이용하여 잎맥 추출하는 실험을 많이 하 고 있다. 2. 해조류 패턴을 이용한 문화상품 개발에 대한 작품에서는 해조류를 배열하여 단 순 반복을 통한 텍스타일 문양을 만들어 천연 염색한 옷감에만 활용하였다. 3. 본 작품에서는다양한 잎맥의 문양을 활용하여 자유롭게 구상하고 평면적 뿐만 아니라 입체적인 상품도 개발하였다. 잎맥 문양을 활용한다면 더욱더 다양한 상품 이 나올 것으로 기대된다. - 2 -
나. 시중에 나와 있는 상품 분석 시중에 나와있는 상품 분석 결과 도자기류 도자기용 물감을 사용하여 초벌구이된 도자기 위에 그 림을 그린 작품이 대부분이 었다. 잎맥의 사실성 보다는 회화적인 느낌의 문양이 많 았다. 디자인 파일 (벽지, 타일 등) 잎맥을 단순화하여 텍스타 일 기법을 이용하여 반복적 으로 나타내었다. 도자기와 마찬가지로 그림으로 그린 것이 많았으나 우상맥과 2차 간맥으로 표현 한 것도 있었 다. 액자 및 생활용품 생활용품을 사용이 편리하 게 잎맥을 단순화하여 잎맥 을 활용하고 액자는 그림으 로 그린 것이 대부분이었다. 악세사리 잎맥의 무늬와는 상관얺이 외관 모습만을 표현하고 내 부는 실제와 다르게 표현하 였다. - 3 -
4. 기초 탐구 가. 잎맥 표본 제작 방법 1) 쉽게만드는 잎맥 표본 에서 사용한 방법 (제19회 전국학생과학발명경진대회) 가) 수산화나트륨(30%)용액에 상수리, 떡갈나무, 갈참나무, 산갈나무, 칡잎 등을 넣고 휴대용 가스렌지로 서서히 가열하면서 끓인다. (용액과 잎이 갈색으로 변함) 나) 엽록체가 제거되면 다시 40%과 산화수소수용액을 조금 붓고 끓기 시작하면 갈색의 잎이 옅은 연두색으로 변함- 엽록체가 완전히 빠져 투명해짐(아주 연한 연두색으로 변함) 다) 잎이 연한 연두색이 되면 꺼내어 신문지나 헌책사이에 편 후 칫솔로 가볍게 두들김(잎살 제거) 2) 일선 학교에서 사용하는 방법 (민주가 잎맥 표본을 만드는데 사용한 방법) 가) 잎의 종류와 두께에 따라 10~30% 수산화나트륨 수용액을 준비한 다. 나) 수산화나트륨 수용액에 식물의 잎을 넣고 용액과 잎이 갈색으로 변 하고 잎에 얇은 막이 생길때까지 삶는다. ( 수산화나트륨 수용액이 끓는 과정에서 거품이 넘치므로 불 조절을 잘 해야 한다. ) 다) 삶은 잎을 물이 들어있는 패트리접시에 놓고 잎자루를 핀셋으로 잡 아 흔들어 잎살을 제거한다. 라) 핀셋으로 잎의 막을 제거하고 칫솔로 가볍에 두드려 잎맥 사이사이 의 잎살을 제거 한다. 마) 깨끗한 물에 헹구고 여과지에 펼쳐놓는다. ( 필요에 따라 과산화 수소에 담가 탈색한다. ) 잎의 종류 목련잎 은목서잎, 호랑가시나뭇잎 치자나뭇잎, 동백나뭇잎 단풍나뭇잎 수산화나트륨 수용액 농도(%) 30 20 15 10-4 -
나. 잎맥의 구조 옆맥( 葉 脈 )이라고도 한다. 일반적으로는 잎의 관다발과 이것을 둘러 싼 부분으로 된 맥상( 脈 狀 ) 부분을 말한다. 잎맥은 잎 속의 물질이 이 동하는 부분으로, 뿌리에서 줄기를 통하여 온 물 무기염류 및 그 밖의 기관에서 만들어진 물질을 잎을 구성하는 세포에 주고, 또 잎에서 광 합성에 의해서 만들어진 물질을 다른 기관에 운반하는 역할을 한다. 1개의 잎맥의 횡단면을 보면 위쪽에 물관부, 아래쪽에 체관부가 있 으며, 관다발 전체를 둘어싼 관다발집의 세포층이 있는 것이 보통이 다. 1장의 잎에 분포하는 잎맥의 배열양식을 맥계( 脈 系 )라고 하며 여러 가지 맥계가 있다. 양치식물에서 잘 알려진 2차맥은 1개의잎맥이 2개 로 나누어지고, 각각이 다시 2개로 나누어지는 식으로 여러 차례 되풀 이되는 맥계이다. 겉씨식물의 은행나무 잎이 그 전형적인 예이다. 외떡잎식물에서 볼 수 있는 나란히맥( 平 行 脈 )은 잎 속의 주요 잎맥 이 평행으로 달리는 것이고, 쌍떡잎식물에서 볼 수 있는 그물맥( 網 狀 脈 )은 주요 잎맥이 그물눈( 網 目 )을 이루는 맥계이다. 그물맥 가운데 잎의 중앙에 중앙맥을 이루는 것을 우상맥( 羽 狀 脈 )이 라고 하며, 얼마간의 큰 잎맥이 손바닥 모양으로 된 팔손이나무나 단 풍나무의 잎과 같은 맥을 장상맥( 掌 狀 脈 )이라고 한다. 우상맥의 경우, 중앙맥으로부터 잎가장자리를 향해 비교적 큰 잎맥을 2차맥, 그 밖의 많은 작은 맥을 2차 간맥이라고 하는데, 2차 간맥에 의해 이루어진 구 획 가운데데 한 끝이 잎맥에 연락되어 잎산의 세포에 접하여 끝나는 작은 맥이 보이는 잎도 많다. 이러한 잎맥을 맥단( 脈 端 )이라고 한다. - 5 -
1) 표피 : 한 층의 세포로 구성됨. 엽록체가 없고 투명한 층. (광합성 못함 ) 2) 책상조직 : 세포가 규칙적으로 다량 배열되어 틈이 거의 없다. 엽 록체가 많아 광합성이 왕성하게 일어나며 잎의 앞면 표 피 아래쪽에 있다. (잎의 앞면이 더 진한 녹색이 된다.) 3) 해면조직 : 세포가 불규칙적으로 엉성하게 배열되어 틈이 많다. 책상조직에 비해 엽록체가 적어 광합성량은 적다. 4) 잎맥 : 물관과 체관이 있어 물과 양분의 이동 통로가 된다. 5) 기공 : 잎의 뒷면 표피에 많이 있다. 공기, 수증기가 드나드는 통 로이다. (기공이 있는 쪽은 보통 잎의 뒷면) 6) 공변세포 : 기공을 둘러싸고 있는 반달 모양의 세포, 표피세포가 변한 것, 엽록체가 있어 광합성 함. 다. 그물맥잎과 나란히맥잎의 잎맥 구성의 차이 1) 특징 잎맥은 양분이나 수분이 지나는 길로서 줄기의 관다발에 이어져 있는 데, 잎맥의 배열은 식물을 분류하는 특징이 되고 있다. 2) 나란히맥과 그물맥의 구분 외떡잎식물 (나란히맥) 쌍떡잎식물 (그물맥) 떡잎이 한 장인 식물, 잎은 잎맥이 나란히 달리고 있다. 옥수수, 강아지풀, 붓꽃, 억 새, 잔디, 벼, 보리, 튤립, 생 강, 나리, 파초 떡잎이 두 장인 식물로 잎은 호박, 아카시아, 명아주, 냉 잎맥이 가지를 쳐서 그물코 이, 봉숭아, 국화, 벚나무, 모양이다. 참가시은계목 - 6 -
5. 작품 제작 과정 가. 표본 제작 과정 1) 동백잎, 호랑가시나뭇잎, 은목서잎, 치자나뭇잎과 수산화나트륨용 액, 버너, 냄비, 패트리접시, 칫솔 등을 준비한다. 2) 냄비의 절반 정도 수산화나트륨 수용액을 붓고 준비한 나뭇잎을 넣고 끓인다. - 호랑가시나뭇잎과 은목서잎은 20%의 수산 화나트륨수용액을, 동백잎과 치자나뭇잎은 15% 의수산화나트륨수용액을 사용한다. - 비커와 알코올램프를 사용할 수 있으나, 비 3) 수산나트륨수용액이 갈색으로 변하고 나 뭇잎이 갈색으로 변해 얇은 막이 생기면 꺼내어 패트리 접시에 놓 는다. 4) 핀셋을 이용하여 잎자루를 잡고 흔들면서 잎살을 조금씩 벗겨낸 다. 5) 핀셋으로 겉 표면 앞과 뒤의 얇은 막을 제거하고, 칫솔로 조심스 럽게 두드려 잎살을 제거한다. 6) 깨끗한 물로 헹구고 여과지로 물기를 없애고 건조시킨다. 나. 기본 문양 제작 과정 - 7 -
1) 표본을 스캔하여 잎맥을 확대한다. [은목서잎] [호랑가시나뭇잎] [치자나뭇잎] [동백나뭇잎] 2) OHP필름 위에 잎맥을 본뜨면서 기본 문양을 제작한다. [ 은목서 잎맥 문양의 단순화 과정 ] - 8 -
[은목서잎] [호랑가시나뭇잎] [동백나뭇잎] [치자나뭇잎] 3) 완성된 문양으로 패턴이나 도안을 만든다. [호랑가시나뭇잎] [은목서잎] [동백나뭇잎] 다. 문양의 활용 1) 추출한 잎맥 패턴을 활용한 상품 가) 도자기 (가) 추출한 문양을 A4용지에 인쇄하고 도자기에 찍고자 하는 문양을 오린 다. (나) 말아 올리거나 빚는 방법을 이용하여 도자기를 성형하고 문양을 오린 - 9 -
종이위에 화장토를 두드려 문양을 찍는다. (다) 화장토를 바르는 과정을 2~3번 반복하고 화장토가 마르면 조심스럽게 종이를 떼어낸다. (라) 2~3일 정도 그늘에서 도자기를 말린 후 750~800 정도의 가마에서 8시간 굽는다.(초벌구이) (마) 초벌구이가 된 도자기를 사포를 이용하여 다듬고 스폰지로 먼지를 제거 한다. (바) 다듬어진 도자기에 유약을 바르고 1200 정도의 가마에 10시간 굽는 - 10 -
다.(재벌구이) (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 나) 옷 (가) 제작한 잎맥 패턴을 실사로 뽑는다. (나염을 이용해야 하나 시간이 오래 걸리고 가격이 비싸 샘플을 실사로 하기로 함) (나) 뽑은 천으로 간단한 티셔츠를 만든다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 다) 타일 - 11 -
(가) 타일 위에 새길 잎맥 패턴을 라벨지에 프린트한다. (패턴을 그려 타일을 구워야 하나, 그 과정에서 회화적으로 변 할 것 같 아 직접 패턴을 붙이도록 함) (나) 패턴을 오리고 패턴간의 거리를 두고 붙인다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 라) 포장지 제작한 패턴을 일정한 간격을 두고 반복하여 배열한다. 배열한 패턴을 프린트하여 확인한다. (2) 완성 작품 마) 퍼즐 - 12 -
(가) 잎맥의 모양을 고려하여 출구와 입구를 정한다. (나) 출구와 입구를 잎맥을 따라 길로 연결한다. (다) 길을 제외하고는 잎맥으로 나타낸다. (자세히 나타내면 어려워진다.) (라) 길을 따라가면서 검토한다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 마) 스텐드글라스 (가) 얇은 잎맥까지 나타낸 호랑가시나무 잎맥 패턴을 활용하여 제작한다. (나) 원색을 사용하여 잎맥 사이의 공간을 채워 나간다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 2) 잎맥 패턴을 변형시켜 활용한 상품 가) 넥타이, 가방 (가) 잎맥의 배경 그림을 선정한다. (민주가 자연사박물관에서 본 나비로 만든 몬드리안 작품에 응용해 보고 싶다고 하여 몬드리안 작품을 활용하였다.) (나) 배경그림에 잎맥을 삽입하고 실사 출력한다. - 13 -
(다) 넥타이와 가방을 만든다. (2) 완성 작품 나) 보석함 (가) 두꺼운 도화지에 도안을 그린다.(호랑가시나무 잎맥이용) (나) 도안을 자르고 한지로 감싼다. (다) 탈색 한지를 이용하여 잎맥의 느낌을 살린다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 다) 옷 (가) 제작한 잎맥 패턴을 실사로 뽑는다. (나염을 이용해야 하나 시간이 오래 걸리고 가격이 비싸 샘플을 실사로 하기로 함) (나) 뽑은 천으로 간단한 티셔츠를 만든다. (2) 완성 작품 3) 실제 잎맥을 활용한 상품 - 14 -
가) 악세사리 (가) 잎의 뒷면에 액형의 은점토를 바른다. (나) 드라이기를 이용하여 은점토를 바짝 말려준다. (다) 가스레인지에 석쇠 망을 올리고 5분간 구워준다. (라) 위의 (나),(다)전 과정을 반복한다. (마) 적당한 두께가 되면 철솔로 재를 제거한다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 나) 한지 (가) 한지 중 순지를 물에 불린다. (닥나무 죽으로 한지를 만들어야 하나 가격이 비싸고 쉽게 구하기 어렵다.) (나) 물에 불린 순지를 곱게 간다. (다) 체를 이용하여 한지섬유들을 고르게 걸러준다. (라) 한지 섬유위에 추출한 잎맥을 올려놓고 한지도 덮는다. (마) 햇빛에 말리거나 다림질을 해준다. (2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 다) 액자 (가) 주로 넓은 잎의 잎맥을 추출한다. (나) 과산화수소를 이용하여 탈색한다. (다) 탈색한 잎맥을 반듯하게 말린다. (라) 말린 잎맥을 딱풀을 이용하여 액자에 붙인다. - 15 -
(2) 시행착오 작품 (3) 완성 작품 4) 현재 진행 중이거나 활용가능한 생활 용품 : 지압 마우스, 스탠드글라스, 벽지문양 롤러, 등 갓, 스카프, 식탁보 등 6. 결과 분석 및 전망 가. 결과 분석 도형을 이용한 기하학적인 문양보다 자연스럽고 고급스러운 문양이 만들 어졌다. 이 문양으로 옷감, 디자인 타일, 퍼즐, 스탠드 글라스, 악세사리, 한 지, 포장지 등을 제작하였다. 나. 전망 흔히 볼 수 있는 잎맥 속의 새로운 세상을 디자인 문양으로 활용함으로써 기존의 단순 반복적인 문양보다 자연스럽고 기하학적인 문양들을 제작할 수 있다. 잎맥 표본을 얻기 쉬운 그물맥을 중심으로 문양을 만들었으나, 각 지 방별로 특색 있는 식물의 잎맥을 활용하여 여러 상품을 만든다면 관광 상품 뿐만 아니라 과학 학습 교재로써의 활용 가치도 높을 것으로 예상된다. - 16 -