금정구 과학과외

금정구 과학과외에서 다룬 자석 자료 읽기

금정구에는 e편한세상금정메종카운티와 부산광역시립서동도서관이 있는 생활권이 있고, 부곡중학교와 부산과학고등학교가 포함된 교육생활권이기도 합니다. 금정구과외 수업에서는 자석의 극과 자기력의 방향을 구별하는 한 가지 주제에 집중해, 자료의 모양이 바뀌어도 같은 판단을 할 수 있는지를 확인했습니다.

그림을 표로 바꾸자 생긴 혼동

처음 자료에는 두 자석이 가로로 놓인 그림이 있었습니다. 왼쪽 자석의 오른쪽 끝은 N극, 오른쪽 자석의 왼쪽 끝은 N극으로 표시되어 있었고, 두 극 사이에는 서로 밀어내는 방향의 화살표가 그려져 있었습니다. 그런데 같은 조건을 세로 표기로 바꾼 비교 자료에서는 자석의 위치와 화살표 방향이 달라 보였습니다.

학생은 원래 그림과 새 자료를 나란히 놓고 N과 S 표시, 자석의 놓인 방향, 두 극 사이의 관계를 표시했습니다. 하지만 새 자료의 화살표 모양을 먼저 보고, 위쪽에 있는 두 표시가 서로 다른 극일 것이라고 판단했습니다. 그 결과 N극과 S극의 조합을 실제 표시보다 먼저 추측했고, 같은 극 사이의 자기력을 끌어당기는 방향으로 적었습니다.

학생의 오류: 표현 방식이 바뀌었을 때 극의 이름과 표시를 확인하지 않고, 익숙한 그림의 모양을 기준으로 극의 작용을 뒤바꾼 것입니다.

화살표보다 먼저 확인한 것

이미 정확하게 적어 둔 자석의 위치와 각 극의 이름은 지우지 않았습니다. 대신 새 자료를 볼 때마다 다음 세 가지를 먼저 적도록 했습니다.

• 서로 마주 보는 끝에 적힌 극이 N인지 S인지 확인한다.
• 두 극의 조합이 같은 극인지 다른 극인지 말한다.
• 그 뒤에 각 자석이 받는 자기력의 방향을 화살표로 표시한다.

두 자석의 마주 보는 끝이 N과 N이면 같은 극이므로 서로 멀어지는 방향으로 자기력이 작용합니다. N과 S처럼 다른 극이면 서로 가까워지는 방향으로 작용합니다. 이때 화살표의 길이나 자료가 놓인 방향은 판단 기준이 아니며, 극의 조합과 두 자석이 받는 방향의 관계를 확인해야 합니다.

학생은 표의 각 행에서 먼저 ‘N-N, 같은 극, 서로 멀어짐’처럼 짧게 대응시킨 뒤 그림으로 옮겼습니다. 표현의 모양만 따로 동그라미 치고, 실제 극 표시는 네모로 표시하자 처음의 반대 화살표를 스스로 고칠 수 있었습니다.

배열을 뒤집은 새 자료

다음 문제는 숫자를 바꾼 반복 문제가 아니었습니다. 두 자석을 세로로 배치하고, 위 자석의 아래쪽 끝과 아래 자석의 위쪽 끝만 그림에 보이게 했습니다. 또한 극 표시는 그림 안이 아니라 다음과 같은 관찰 기록으로 제시했습니다.

• 위 자석의 아래쪽 끝: S극
• 아래 자석의 위쪽 끝: N극
• 두 극 사이의 화살표: 아직 표시하지 않음

학생은 이번에는 그림의 위아래 방향을 보고 판단하지 않았습니다. 마주 보는 끝을 따로 찾아 S와 N을 대응시켰고, 서로 다른 극이므로 위 자석은 아래쪽으로, 아래 자석은 위쪽으로 자기력을 받는다고 화살표를 그렸습니다. 자료의 제시 순서와 방향이 바뀌었지만, 극 조합을 먼저 확인한 뒤 자기력 방향을 정한 것입니다.

힌트 없이 다시 읽은 비교 자료

마지막에는 처음 보지 못한 형식의 자료를 제시했습니다. 왼쪽에는 두 자석의 극 이름만 적혀 있고, 오른쪽에는 자석이 서로 비스듬히 놓인 그림이 있었습니다. 화살표는 없었습니다. 학생은 먼저 마주 보는 끝을 찾아 두 극을 읽고, 같은 극인지 다른 극인지 말한 다음 각 자석의 이동 방향을 설명했습니다.

“N과 N은 같은 극이므로 두 자석은 서로 멀어지는 방향의 자기력을 받습니다. 한 자석은 오른쪽 아래쪽으로, 다른 자석은 왼쪽 위쪽으로 향하는 방향입니다. S와 N이라면 서로 가까워지는 방향으로 표시합니다.”

마지막으로 학생은 두 자석의 화살표가 서로 반대 방향인지, 두 극의 관계와 맞는지 다시 확인했습니다. 모양이나 배치가 아니라 극 표시를 먼저 읽고 자기력 방향을 정했다는 점까지 검산하면서, 자료 전환 뒤에도 자석의 극과 자기력의 방향을 정확히 구별했습니다.