문화동 과학과외

문화동 생활권에서 시작한 용해 가능량 판별

문화동과 센트럴파크 2단지 주변에서 과학과외를 진행하며, 이번에는 대전동산중학교와 대전동산고등학교가 있는 교육생활권의 학생이 작성한 용해도 실험 기록을 함께 살펴보았다. 주제는 하나였다. 같은 온도에서 용액이 더 많은 용질을 받아들일 수 있는지에 따라 포화 용액과 불포화 용액을 구별하는 일이었다.

답보다 먼저 확인했어야 할 것

실험 기록에는 물 100g에 용질을 넣은 결과가 다음처럼 적혀 있었다.

• 20℃: 용질 30g을 넣었고 모두 사라짐
• 40℃: 용질 45g을 넣었고 모두 사라짐
• 60℃: 용질 60g을 넣었고 모두 사라짐

자료의 조건표에는 각 온도에서 녹을 수 있는 최대량이 각각 36g, 48g, 60g이라고 제시되어 있었다. 학생은 답을 쓰기 전에 온도와 넣은 양에는 동그라미를 쳤지만, ‘최대량’이라는 기준값과 ‘더 녹을 수 있는가’라는 판단 방향에는 표시하지 않았다. 이어서 “바닥에 고체가 보이지 않으므로 세 경우 모두 불포화”라고 적었다.

학생의 오류: 고체가 남아 있지 않다는 관찰만으로 포화 여부를 결정했다.

이것이 계산 결과보다 먼저 어긋난 판단이었다. 고체가 모두 녹았다는 사실은 넣은 양이 현재 녹아 있다는 뜻일 뿐, 그 상태에서 용질을 더 받아들일 공간이 남았는지는 알려 주지 않는다.

표시 하나는 남기고, 비교 기준만 바꾸기

이미 정확했던 온도 표시와 첨가량 기록은 지우지 않았다. 각 행에 최대 용해 가능량을 따로 적고, ‘현재 녹은 양’과 나란히 비교하도록 했다.

• 20℃: 30g은 최대 36g보다 작으므로 6g을 더 녹일 수 있다. 불포화이다.
• 40℃: 45g은 최대 48g보다 작으므로 3g을 더 녹일 수 있다. 불포화이다.
• 60℃: 60g은 최대량과 같으므로 더 녹을 수 없다. 포화이다.

판정 뒤에는 실제로 각 용액에 1g씩 추가한다고 가정해 보았다. 20℃와 40℃에서는 추가한 양까지 녹을 수 있지만, 60℃에서는 최대량을 넘기므로 일부가 녹지 않고 남는다. 따라서 고체가 처음부터 보였는지가 아니라, 현재 양이 같은 온도의 최대량에 도달했는지가 기준이다. 이 비교만 추가하고, 학생이 바르게 기록한 온도와 질량 표시는 그대로 유지했다.

표 대신 그림으로 바꾼 두 번째 문제

며칠 뒤에는 숫자표가 아닌 세 개의 눈금 그림을 제시했다. 각 그림에는 물 100g, 온도 30℃, 그리고 용질의 양이 표시되어 있었지만 최대량은 그림 아래에 직접 쓰지 않았다. 실험 안내에는 30℃에서 최대 42g까지 녹는다는 조건이 문장 속에 들어 있었다. 그림의 용질 양은 각각 18g, 42g, 50g이었다.

학생은 먼저 그림 옆에 ‘현재 녹은 양’을 적고, 42g을 기준선으로 그었다. 18g 그림에는 기준선까지 24g이 남았다고 표시했고, 42g 그림에는 차이가 0g이라고 적었다. 50g 그림에서는 42g까지만 녹고 8g은 남는다고 설명했다. 여기서는 바닥에 고체가 보이는 그림과 보이지 않는 그림을 섞어 두어, 겉모습만으로 판정하지 않게 했다. 핵심은 여전히 현재 녹은 양과 같은 조건에서의 용해 가능량 비교였다.

힌트 없이 남긴 마지막 기록

마지막에는 별도의 표시나 질문 방향 없이 다음 상황을 제시했다. 물 100g을 50℃로 유지하고 용질 52g을 넣었더니 모두 녹았다. 실험 자료에는 50℃에서 최대 55g까지 녹는다고만 적혀 있었다.

학생은 먼저 “52g은 55g보다 3g 작다”고 계산한 뒤, “모두 녹았지만 3g을 더 받아들일 수 있으므로 불포화”라고 적었다. 이어 용질 3g을 추가하면 총량이 55g이 되어 포화가 되고, 4g을 추가하면 총량이 56g이 되어 1g이 남는다고 검산했다. 관찰된 고체의 유무와 용해 가능량에 도달했는지를 분리해 확인한 것이다.

이처럼 문화동과 한밭도서관 생활권에서 이어진 문화동과학과외 학습은 새로운 개념을 넓히기보다, 첫 판단에서 빠진 비교 기준 하나를 정확히 되살리는 데 초점을 맞췄다.