광주운남동 과학과외

표가 사라진 뒤에도 남아 있는 분리 기준

광주운남동의 운남중학교와 운남고등학교가 포함된 교육생활권에서 과학과외를 진행하던 중, 한 학생이 철가루·모래·소금 혼합물의 분리 계획을 검토했다. 자료의 모양이 달라지자 학생은 익숙한 장치 이름부터 떠올려 순서를 정했다.

철가루와 모래와 소금이 섞여 있다. 자석, 물, 거름 장치를 이용해 각 물질을 따로 얻는 방법을 정하라.

장치보다 먼저 확인했어야 할 것

학생은 그림에서 가장 먼저 보이는 거름 장치를 보고 “모래를 먼저 걸러 내고, 남은 것에 자석을 대면 된다”고 표시했다. 그러나 이 판단은 자료의 첫 단계에 거름 그림이 배치되었다는 이유만으로 순서를 정한 것이었다. 학생의 최초 오류는 표현이 바뀐 자료에서 공통 기준을 찾지 않고, 그림의 배치와 장치 모양을 분리 순서로 착각한 점이었다.

계산이나 관찰 기록이 틀린 것이 아니었다. 학생은 혼합물의 성분을 철가루, 모래, 소금으로 정확히 읽었고, 그림에 제시된 자석과 물과 거름 장치도 빠뜨리지 않았다. 잘못된 지점은 각 물질의 어떤 성질 차이를 먼저 이용할지 확인하지 않은 데 있었다.

두 자료를 같은 내용으로 되돌리기

교사는 원래 표와 바뀐 그림을 나란히 놓게 했다. 학생은 두 자료에서 변하지 않는 내용을 직접 연결했다. 표의 ‘자석에 붙음’은 그림의 자석 표시와 선으로 이어 붙이고, ‘물에 녹음’은 물이 담긴 비커 그림에 표시했다. ‘물에 녹지 않으며 알갱이 크기가 달라 거름 가능함’은 마지막 거름 그림 옆에 적었다.

• 철가루: 자석에 붙는 성질이 있으므로 자석으로 분리한다.
• 소금: 물에 녹는 성질이 있으므로 물에 녹여 모래와 구별한다.
• 모래: 물에 녹지 않고 알갱이 상태로 남으므로 거름 장치에 남긴다.

이번에는 장치 이름이 아니라 자성, 용해도, 입자 크기와 관련된 차이를 먼저 적었다. 그 뒤 성질을 실제 조작으로 바꾸었다. 먼저 자석을 혼합물에 가까이 대어 철가루를 떼어 낸다. 남은 모래와 소금에 물을 넣으면 소금은 물에 녹지만 모래는 녹지 않는다. 이 혼합물을 거르면 모래는 거름종이에 남고 소금물은 아래로 지나간다. 마지막으로 소금물을 물이 빠져나가도록 하여 소금을 다시 얻는다. 이 과정에서 거름은 모래와 소금물을 가르는 단계이지, 철가루를 가르는 첫 단계가 아니다.

표가 아닌 그림에서도 같은 판단을 할 수 있을까

며칠 뒤에는 자료의 제시 순서가 달라졌다. 이번에는 세 칸의 그림에 ‘물에 넣기’, ‘자석 가까이 대기’, ‘거름종이 통과시키기’가 순서 없이 배치되었고, 각 칸 아래에는 성분별 관찰 표시만 있었다. 철가루·모래·소금의 배열도 앞 문제와 달랐다. 단순히 숫자나 이름만 바꾼 문제가 아니라, 관찰 순서를 스스로 정해야 하는 자료였다.

학생은 먼저 성분 이름 옆에 관찰 가능한 성질을 적고, 그림 속 결과와 대응시켰다. 철가루 그림에는 자석 쪽으로 모이는 화살표를 그렸고, 소금 그림에는 물속에서 보이지 않게 되는 표시를 했다. 모래 그림에는 물속에서도 알갱이가 남아 거름종이에 모이는 모습을 표시했다. 이어 “자석으로 철가루를 먼저 떼면 뒤 단계의 혼합물이 모래와 소금으로 단순해진다”고 순서를 정했다.

만약 물을 먼저 넣으면 소금과 모래가 섞인 상태에서 철가루까지 함께 다뤄야 하므로, 자석을 먼저 사용하는 편이 각 성분의 성질 차이를 분명하게 이용한다. 물에 녹는지 여부와 거름종이를 통과하는지 여부도 서로 연결해 확인했다. 모래가 거름종이에 남는 까닭은 단순히 그림의 위치 때문이 아니라 물에 녹지 않는 알갱이로 남기 때문이다.

힌트 없이 다시 세운 분리 계획

마지막에는 장치 이름이나 순서 화살표가 없는 자료가 주어졌다. 혼합물은 철가루·모래·소금이었고, 관찰 기록은 다음처럼 제시되었다.

• 한 성분은 자석을 가까이 했을 때 자석 쪽으로 이동했다.
• 한 성분은 물을 넣어 저었을 때 물속에 녹아 보이지 않았다.
• 한 성분은 물에 넣어도 알갱이로 남았고, 거름종이에 모였다.

학생은 먼저 “자석에 붙는 성분을 처음 분리한다”고 말한 뒤 철가루를 골랐다. 다음에는 물에 녹는 성분과 녹지 않는 성분을 구별해 소금과 모래를 확인했다. 마지막으로 자석을 사용한 뒤 남은 혼합물에 물을 넣고, 거름으로 모래를 분리한 다음 소금물을 처리해 소금을 얻는 순서를 적었다.

검산은 각 단계 뒤 남아야 할 물질을 다시 세는 방식으로 했다. 첫 단계 뒤에는 모래와 소금, 두 번째 단계 뒤에는 거름종이의 모래와 아래로 지난 소금물, 마지막에는 소금이 남아야 한다. 처음 자료가 표였는지 그래프였는지 그림이었는지는 중요하지 않았다. 학생은 표현이 달라져도 자성·용해도·알갱이 상태라는 공통 기준을 먼저 찾고, 그 기준이 실제 분리 결과와 맞는지 확인했다.

이처럼 광주운남동과학과외에서는 자료의 모양을 외우기보다, 같은 혼합물 안에서 어떤 물질의 성질 차이를 이용하는지 직접 표시하고 분리 결과까지 되짚는다.