창의 설계 입문

머리말 5
CHAPTER 01 창의성 7
CHAPTER 02 설계기초 37
CHAPTER 03 의사소통(Communication) 65
CHAPTER 04 팀워크(Teamwork) 81
CHAPTER 05 공학윤리 95
CHAPTER 06 문제발견 123
CHAPTER 07 아이디어 창출 (확산적 사고) 155
CHAPTER 08 아이디어 다듬기 (수렴적 사고) 199
CHAPTER 09 아이디어 판정 및 실행 215
CHAPTER 10 추가 보완 243
부록 267
찾아보기 296

머리말

현대는 산업현장의 문제들이 사회 전반에 직접적으로 영향을 미치는 모습을 보이고 있다. 그러한 문제로는 대상국가의 산업표준에 관련한 것이 대표적이지만 사회적, 환경적, 때로는 문화적인 것도 찾아볼 수 있다. 우리들은 이러한 문제를 공학교육에 어떻게 반영할 수 있을지 고민해왔는데 현재까지는 2000년 경 도입된 공학인증이 가장 근접한 해법이라고 생각한다. 공학인증은 산업현장에서 발생하는 문제를 창의적으로 해결하게 만드는 교육프로그램으로 평가받고 있다. 그리고 지난 10여 년은 새로운 공학인증 콘텐츠가 한국의 공학교육에 확산되는 과정이었다.
창의설계입문은 공학인증의 핵심 교과로서 창의성, 팀워크, 의사소통, 아이디어 창출, 아이디어 다듬기, 아이디어 판정 등을 포함한다. 우리는 공과대학 학생들에게 단계적인 설계입문교육이 단순한 공학지식보다 창의적 사고가 더 중요하다고 보았다. 수준을 조금만 높여도 규모가 방대해지는 문제가 발생하기에 우리는 기초설계로 내용을 한정하고 기존 저술과 차별화를 도모하였다.
이 저술은 전남대학교 공과대학이 2006년부터 창의설계입문과 관련한 교육 콘텐츠를 개선하기 위한 노력의 결과이다. 그 시발점은 공저자인 김영철 교수의 Workbook이었다고 생각한다. 공과대학은 2차에 걸쳐 강의안 개발을 추진하였고 그 이후 강의교재 완성으로 목표를 전환하였다. 2013년 들어서면서 시안 작성이 시작되었지만 상당한 시간이 지나서야 마무리하기에 이르렀다. 그나마 지난 몇 년간 공학교육혁신센터를 이끌었던 두 분(강성주 교수, 강대욱 교수)의 꾸준한 지원이 없었다면 출간이 쉽지 않았을 것이다. 이 지면을 통해 두 분께 깊은 감사를 표한다.
집필초기 우리는 연구회 활동을 통해 강의에 참여하는 교수님들의 경험을 수합하여 이를 원고에 반영하고자 하였다. 본문 원고는 세 명이 분담하여 작성하였다(1～4장; 류, 5～7장; 김, 8～10장; 강). 최종 단계에서 3명의 학부생(노혜림, 강유, 정찬희)이 그림 작성에 협력하였다. 보완과정을 거쳐 마무리하기에 이르렀지만 내용은 아직 부족하기 짝이 없다. 체제가 미흡한 부분이 있다면 이는 전적으로 편집을 주관한 내 불찰이다. 그렇지만 앞으로 지속적으로 개선하고자 하니 독자제현의 기탄없는 가르침을 부탁드린다.

2014. 7.

편저자를 대표하여 류 동 일 씀

CHAPTER 01 창의성

제1장은 공학설계의 바탕이라고 할 수 있는 창의성을 다룬다.
먼저 창의성이 무엇인지를 다루고 그로 인한 결과, 창의성과 연관된 뇌의 특성 등을 살펴본다.

설계는 당면한 문제를 파악하고 도출된 아이디어를 구현하는 여러 단계를 포함하는 과정이다. 그러니 설계의 모든 단계에서 창의성을 바탕으로 하는 접근이 필요하다. 일상적인 용어로 표현하자면 설계는 전인미답의 세계로 들어가 길을 만드는 과정이라고 비유한다면 창의성은 미리 정해져 있지 않은 그 길을 가장 합리적으로 모색하는 지혜라고 하겠다.
이 책과 유사한 내용을 포함하는 문헌들도 설계과정을 여러 단계로 세분하고 있다. 백지상태에서 이를 접하면 누구나 익히는 과정이 번거롭다고 느끼고 시간도 많이 소요될 것이다. 그렇지만 일단 몸에 배면 좋은 습관이라는 것을 인정하리라 기대한다. 특히 첫 단계에서 흥미와 꾸준함을 잃지 않는다면 누에가 비단실을 잣는 것처럼 자연스럽게 창의성을 발현하게 될 것으로 믿는다.

1.1 창의성이란?

설계과정에서 가장 중요한 개념인 창의성 발현에 대해 먼저 생각해보자. 창의성이라는 용어가 일상에서 범람하고 있으며 창의적인 문제해결이나 기술혁신 등의 사례도 무수히 찾아볼 수 있다. 그렇지만 기발한 생각이 떠올랐다고 하여도 구체화하는 과정은 또 별도의 과제라고 하겠다. 무엇보다도 창의성을 발현할 수 있는 환경이 중요하다. 예를 들어 창의적인 아이디어를 얻고도 잘못된 해결방안 설정, 문제 분석기술 부족, 폭넓은 지식이나 정보의 부족, 핵심 사항에 대한 타협이나 절충, 제한된 재원이나 시간과 같은 난관을 극복하지 못하면 창의적인 생각은 사장되고 만다. 지금까지의 연구에 따르면 창의성은 일부 천재들의 전유물이 아니라 인간이 지니는 보편적인 성향으로 알려져 있다.

세부 특성
창의성은 의식과 무의식 세계의 모든 행동을 포함하는 활동으로 간주된다. 창의성에 관련한 영역에서는 무의식에 속한 내용을 끌어내어 의식 세계에서 다룰 수 있는 기질이 유리하다. 예컨대 몽상적인 성향에다 현실적인 추진력을 갖는 경우라고 하겠다. 광의의 창의성은 아이디어를 창출할 뿐 아니라 그 아이디어를 적용하여 뚜렷한 결과를 얻는 모든 내용을 포함한다.
이를 종합적으로 고려하면 창의성이란 문제해결과정에서 해결방법의 수준을 높이는 그 무엇으로 정의하는 것이 타당하다. 창의성을 높이기 위해서는 자기 자신과 다른 사람의 경험에서 얻어진 아이디어를 어떤 형태로든 적용할 필요가 있다. 심지어 창의성은 정의할 수 없다는 주장까지 나온 바 있다. 이렇듯 창의성을 정의하기란 쉽지 않지만 다음과 같은 내용들을 포함하는 개념으로 알려져 있다[1].

창의성 관련 특성
ㆍ 새로운 것을 찾아내는 특성
ㆍ 아이디어나 개념을 구체화하는 과정에서 나타나는 정신적, 사회적인 측면
ㆍ 상상력의 활용
ㆍ 고정관념을 부수기
ㆍ 새로운 관점 찾기

창의성과 관련한 연구는 매우 다양하다[2]. 20세기 중반 길포드J.P. Gilford는 창의성을 설명하는 과정에 확산적 사고divergent thinking 개념을 도입하였다. 가드너H. Gardner에 따르면 지능검사에 의해 똑똑하다고 인정된 사람들은 주어진 자료나 문제에 대해 일정한 대응방법을 생각하지만 창조적인 사람들은 다양한 방식으로 연상하며 그중 일부는 엉뚱하기까지 한 반응을 보인다고 한다. 길포드는 이처럼 유별난 해법을 도출하는 방식을 확산적 사고, 학교 시험에서 정답을 찾아내는 것과 같은 방식을 수렴적 사고convergent thinking로 구분하였다. 확산적 사고는 수렴적 사고에 비해 창의성과 더 큰 연관성을 지니는 것으로 보인다. 창의성이 확산적 사고와 연결되면 분석과 직관 등 기존의 인식체계와 결합이 가능하게 된다.

관련 도구
과학, 예술 분야에서 새로운 결과를 얻는 능력과 창의성은 어떤 상관관계가 있을까. 여러 의견을 종합하면 창의성은 비선형적인 특성을 지니며, 직관적이고 통합적인 사고과정을 포함한다. 우리는 다양한 문제 이해와 방법 도출에서 분석과 직관이라는 서로 다른 인식체계를 결합하여 창의적인 결과를 얻는다.
창조적인 작업을 하는 과학자, 수학자, 예술가들은 생각도구라는 공통된 연장을 사용한다. 이러한 도구로는 각종 신체 감각과 이를 종합한 사고 패턴 등이 있다. 구체적인 창의성을 불러일으키는 도구로는 루트번스타인 내외가 제시한 관찰, 형상화, 추상화, 패턴인식, 패턴형성, 유추, 몸을 이용한 생각하기, 감정이입, 차원적 사고, 모형 만들기, 놀이, 변형, 통합 등이 대표적이다[3].
세상의 모든 지식은 관찰을 통해 얻어진다. 신체 감각을 이용하여 보고, 듣고, 냄새 맡고, 맛을 보고, 몸으로 느끼는 것들이다. 이러한 감각을 심상으로 만들어 떠올리는 과정을 형상화라고 한다. 화가, 음악가나 과학자들은 실제로 보지 못하는 것을 마음의 눈으로 떠올리는 과정을 통하여 창의적인 활동을 한다. 그러나 구체적인 감각과 형상은 너무 복잡하기 때문에 일부 사람들은 이를 단순한 몇 가지 형식으로 압축하는 추상화를 사용한다. 이 단순화는 일정한 형태(패턴)로 되돌아와 인식작용을 결정한다.
패턴은 스스로 패턴을 만드는 특성을 지니며 패턴을 인식하는 과정은 유추로 이어진다. 생각도구들은 언어와 상징 이전의 것으로서 몸을 이용한 생각하기나 감정이입과 긴밀하게 연결되어 있다. 공간적 경험의 것들은 다차원적 사고와 연결되며 구체적인 작업을 위해 스케치를 거쳐 모형을 만든다. 또 다른 통합도구로서 놀이는 생각도구 사이의 연결을 위해 변형이나 통합 과정에 도움을 준다. 통합은 생각도구들을 연결하는 최종적인 과정이라고 할 수 있다.

교육방법
창의적인 사람들에 대한 관찰을 통해 상상력이 생각도구의 숙달과 종합적인 인지에 도달하고자 하는 욕구에 의해 연마되는 것을 알게 된다. 그러나 이러한 내용을 기존 교육과정에서 얻기란 쉽지 않다. 현실적으로 다양한 생각도구를 숙달하기 위해서는 획기적인 교육방법이 요구된다[3].

창의적인 교육과정
ㆍ 지식의 습득에 더하여 보편적인 창조과정을 이해
ㆍ 창조과정에 필요한 직관과 상상력을 배양
ㆍ 예술과목을 과학과목과 동등한 위치에 두는 학제적 교육과정
ㆍ 혁신을 위한 공통 언어의 사용
ㆍ 한 과목에서 배운 것을 여러 분야에 응용
ㆍ 창조적인 사람들을 관찰하고 관련 기법과 통찰, 창조과정을 모방
ㆍ 모든 과목에서 창의성에 관련한 개념들을 여러 형태로 발표하는 학습
ㆍ 만능인을 양성하는 교육방법 개발

문제해결
창의성의 구현은 일반적으로 당면한 문제해결을 통해 가능하다. 창의적인 문제해결과정에 대한 모델은 몇 가지가 알려져 있다(표 1.1). 이들 모델은 대체로 몇 단계로 구성되면서 순환과정을 통해 해결수준이 개선되는 특징을 보여준다[2].

유달Udahl: 그는 문제해결과정을 지적인 공간과 직관적인 공간을 넘나드는 과정으로 보았다. 또한 문제에 대한 인식recognition, 노력saturation과 준비preparation, 해결책이 나오지 않을 때 잠재적인 상태로 문제해결을 넘기고 마음을 비우는 부화incubation, 아이디어가 갑자기 떠오르는 조명illumination, 아이디어를 발전-실현 가능하게 만드는 검증verification이라는 연속단계로 이해하였다. 세부 단계로서 인식과 검증은 지적 공간, 부화는 직관적 공간, 그리고 인식과 조명은 두 공간의 경계에 위치하는 것으로 구분하였다.

맥킴McKim(Stanford Univ.): 보기seeing, 상상하기imagining, 그리기drawing로 이루어진 순환적 연속과정으로 표현하였다. 예를 들면 보기가 첫 순환에서 문제의 분석을 목표로 한다면 두 번째 순환에는 표현된 그림을 분석하는 것으로 심화된다. 상상하기는 새로운 것을 도출, 합성하는 것에서 설계를 개선하는 것으로 바뀐다. 그리기 또한 합성된 결과물을 구체화, 표현하는 것에서 개선된 설계를 다시 검토하는 단계가 되는 방식이다.

CDICreative Design Institute: 이 모델은 맥킴의 아이디어를 발전시킨 시각적 추론모델이다. 이때 보기는 지각perception, 분석analysis, 해석interpretation이 포함된 과정으로, 상상하기는 생성generation, 전환transformation, 유지maintenance가 포함된 과정으로, 그리고 그리기는 내적 표상internal presentation과 외적 표상external presentation으로 구현되는 과정으로 구분된다. 그러나 이러한 세분은 편의적인 것이며 실제 추론모델 8가지 요소들이 단계적으로 일어나는 것은 아니며 다양한 순서 또는 동시에 일어나기도 한다.

크로스Cross: 탐색exploration, 생성generation, 평가evaluation, 전달communication이라는 4단계 과정으로 이해하였다. 여기서 탐색은 설계목적, 제약조건, 성공판정기준 등 해결해야 할 문제가 무엇인지를 파악하는 단계이고 성생성은 기존 안의 개선이나 변경, 새로운 접근 등 요구사항에 대한 해결책을 제안하는 단계이다. 평가가 생성된 설계방안에 대한 다면 평가라면 전달은 생각을 스케치로 표현하고 시작품 제작, 사용 시나리오 작성 등에 관련한 모든 매개물을 생성하는 단계라고 할 수 있다.

창의적 사람
창의적 사람은 어떤 특성을 지니는가에 대해 실마리를 제공한 연구자로서 칙센트미하이M. Csikszentmihalyi를 들 수 있다[4,5]. 그는 ‘창의성이 무엇인가’라는 문제를 ‘창의성은 어디에 존재하는가’로 대체하고 백여 명에 달하는 창의적 인물의 성격특성을 조사하여 다음과 같은 공통점을 발견하였다.

창의적인 사람의 성격특성
ㆍ 아주 강한 에너지를 지니지만 때로는 조용하고 비활동적
ㆍ 생기와 정열을 가지고 긴 시간 집중
ㆍ 머리가 좋거나 영리하지만 동시에 순진
ㆍ 장난기와 예절바름, 책임감과 무책임감 공존
ㆍ 상상과 공상, 그리고 현실감
ㆍ 외향성과 내향성의 양극
ㆍ 겸손하면서 동시에 거만
ㆍ 고정적인 성역할에서 탈피하여 남성적인 성격과 여성적인 성격 공유
ㆍ 전통적이면서 독립적이고 혁신적
ㆍ 정열적이면서 객관적
ㆍ 고통과 즐거움을 공유

창의적인 인물은 다면적이면서 이중적인 특성을 보인다. 또한 창의성은 창조적인 개인이 활동하는 특정 전문분야의 전문가들이 인정하는 성과물에서 찾을 수 있다. 이는 창의성을 직접 정의하기보다는 성과물에 근거한 판단이 용이하다는 것이다. 창의성의 실체는 생각이 아닌 실천에서 찾아 볼 수 있다. 예컨대 글쓰기는 쓰기, 미술은 그리기, 광고나 영화는 만들기, 음악이나 공연은 모두 하기에 해당하며 창의성 또한 하기를 통해 세상에 모습을 드러낸다. 또한 구체적인 모습을 나타내기 전에는 그 내용이 창의적인지 아닌지 구분할 수 없다.
칙센트미하이는 창의성을 해당 분야 성과로 평가하여야 한다고 하였다. 이 교재의 주제인 공학설계 또한 창의성을 요구하며 구체적인 성과를 통하여 평가받아야 하는 분야라고 하겠다. 창의적인 사람이 갖는 공통 특성으로서 울만Ullman은 아래와 같이 여덟 가지 특성을 제시하고 있다.

창의적인 사람의 공통 특징
ㆍ 좋은 시각화 능력
ㆍ 풍부한 지식
ㆍ 부분적인 해결책을 서로 잘 연결해가는 능력
ㆍ 모험적으로 위험을 감수하는 능력
ㆍ 파격적인 행위를 건설적, 긍정적인 방향으로 표현
ㆍ 주변에 좋은 환경적 자원 보유
ㆍ 꾸준한 노력과 연습
ㆍ 세세한 부분에 대한 치밀함

루트번스타인 내외의 13가지 학습도구
루트번스타인 내외는 역사 속에서 가장 창조적인 사람들이 보여준 실재와 환상을 결합하는 방법을 조사한 끝에 상상력을 학습하는 13가지 생각도구를 제안하였다. 이들은 창조적인 사람들은 때로는 학교성적이 형편없었지만 개념을 이해하고 활용하는 능력을 보여준 것이다. 그러한 학습도구는 다음과 같은 내용을 포함하고 있다[2].

상상력을 학습하는 13가지 학습도구와 그 내용
ㆍ 관찰: 적극적인 집중, 일상의 재발견, 마음의 훈련
ㆍ 형상화: 현상의 재현부터 추상화, 연상까지를 포함, 신체 감각(시각, 청각, 후각, 미각 등) 및 내면의 감각을 활용, 이미지들을 다른 전달수단으로 변활할 수 있어야 함
ㆍ 추상화: 대상 전체가 아닌 한두 개의 특성을 나타내는 것, 핵심적인 의미를 발견하는 과정으로서 현실은 모든 추상의 종합
ㆍ 패턴인식: 지각과 행위의 일반원칙을 이끌어내는 과정, 관찰결과와 경험을 예상의 틀 안에 끼워 넣어 패턴을 발견
ㆍ 패턴형성: 경험을 표현하고 경계를 짓고, 정의하는 과정을 거치면서 실제지식을 얻음, 모든 분야에서 혁신의 열쇠가 됨
ㆍ 유추: 둘 혹은 그 이상의 현상에서 기능적 유사성이나 내적 관련성을 알아내는 일, 기존 지식의 세계에서 새로운 이해의 세계로 도약할 수 있게 함
ㆍ 몸으로 생각하기: 사고하고 창조하기 위해 근육의 움직임과 긴장, 촉감 등을 떠올려 몸의 상상력을 작동시킴 (사고하는 것이 느끼는 것이고 느끼는 것이 사고하는 것이라는 자각)
ㆍ 감정이입: 다른 사람의 몸과 마음을 통해 세계를 지각하는 것, 문제 속으로 들어가 그 문제의 일부가되는 과정
ㆍ 차원적 사고: 무게와 공간을 한 곳에 수렴시키는 발상, 3차원 물체가 가지는 다면성과 입체성이 2차원 평면에 묘사될 때 나타나는 한계를 대비시킴
ㆍ 모형 만들기: 사람이 즉각 인식할 수 있도록 실제를 축약하고 차원을 달리 표현하는 일, 실제상황을 염두에 두고 필요한 규칙, 자료, 절차를 이용하는 일종의 시뮬레이션
ㆍ 놀이: 목적이나 동기, 의무가 없는 행위, 내면적이고 본능적인 느낌과 정서, 직관, 쾌락과 창조적인 통찰을 줌, 게임과 규칙, 장난감, 퍼즐을 만드는 과정에 지식을 변형시켜 새로운 이해에 도달하게 하고 새로운 과학과 예술을 가능하게 함
ㆍ 변형: 변형적 사고는 음악, 유전자, 전신, 시, 수학 등 서로 다른 분야를 연결하는 메타패턴을 드러냄, 특정 영역에 치우친 사고보다 더 가치 있는 통찰을 낳게 함
ㆍ 통합: 생각은 본질적으로 공감각과 종합지를 지향하는 행위, 공감각이 미적 감수성의 가장 고급한 형태라면 종합지는 다양한 방식의 지식과 느낌을 가장 높은 수준으로 통합한 것

창의성의 활용
일상생활 전반에서 활용되는 창의성을 가장 강조하는 분야가 공학설계다. 공학설계는 자연현상을 교묘히 이용하여 지금까지는 없었던 것을 인공물로 구현하는 창조적인 사고행위이다. 공학 분야에서 창의성의 결합은 뜨거운 과제로서 이에 관련한 많은 연구가 이루어졌다. 특히 창의성을 공학설계에 적용하는 접근은 새로운 학문체계로 발돋움하는 계기가 되었다[6,7]. 여기에서 약간의 개념설명을 추가하자면 창조creation가 자연과학, 공학, 예술 분야까지 쓰이는 일반적인 개념인데 반하여 발명invention은 주로 산업분야에서 사용되는 개념으로 구분된다.

1.2 창의의 결과

인류 역사를 돌아보면 창의적 사고는 문화이자 사회적인 현상이라는 것이 확인된다. 근대에 들어서면서 창의적 사고는 그 권리를 제도적으로 보장하는 국가에서 지속적으로 신장되었다. 공학기술 분야에서 창의적 사고의 결과는 대표적으로 발명의 형태로 구현된다.
우리는 발명에 대한 법적인 권리를 지식재산권intellectual property으로 부른다. 지식재산권이란 처음 창조되었을 때는 무형이지만 제품과 같이 형태로 가치를 갖는 아이디어, 발명품, 기술, 예술작품, 음악 및 문학을 지칭하는 개념이다. 기술적 혹은 예술적 문제를 해결하기 위해 창의적 사고를 상업적으로 적용한 것으로서 제품 그 자체가 아니라 그 뒤에 있는 특별한 아이디어를 말하며 아이디어가 표현되는 방법, 명명되고 서술되는 특별한 방법을 의미한다[8～10].
지식재산권은 경쟁자에 대한 시장진입장벽을 구축하고, 경쟁자의 공격으로부터 권리를 보호하며 마케팅의 이점과 함께 재산으로의 가치를 지닌다. 지식재산의 유형으로는

문학적, 예술적, 과학적 작품, 공연 예술가의 공연, 전화나 전보, 방송, 인류의 노력이 들어간 모든 분야의 발명, 표장, 상품명, 고안, 산업, 과학, 문학 및 예술 분야의 지식 활동으로부터 나오는 모든 권리가 있다(그림 1.1)[8]. 이처럼 현대 문명을 구성하는 요소인 지식재산권은 다양하며 꾸준히 확대, 심화되는 추세를 보이고 있다. 공학설계를 포함하는 다양한 창의적인 사고도 일정한 요건을 충족시킬 때 법적인 권리를 가질 수 있다. 문명을 구성하고 확대하는데 활용되는 표준이나 부호와 같은 시스템적인 내용도 창의적 사고의 결과라고 할 수 있다[9].

발명
일반적으로 발명은 어떤 목적을 실천하기 위해 자연과학적 지식이나 법칙을 이용하여 새로운 방법이나 수단을 창조하는 것이다. 지금까지 존재하지 않았던 것을 새롭게 탄생시키는 발명은 자연에 있는 사실이나 법칙과 같이 이미 존재하는 것을 찾아내는 발견과는 차별화된 개념이라고 하겠다. 특허법 제2조에 따르면 “발명이란 자연법칙을 이용한 기술적 사상의 창작으로서 고도한 것”으로 정의한다. 법률적으로 특허는 다음 요소를 갖춘 발명이어야 한다[10].