진구 과학과외

진구 과외에서 시작한 전자석 세기 오답 추적

가야벽산아파트와 부산광역시립부전도서관이 가까운 생활권에서 과학 문제를 함께 풀었다. 진구과외 수업의 자료는 전자석의 세기에 영향을 주는 조건을 비교하는 실험이었다. 경일중학교와 부산일과학고등학교가 있는 교육생활권에서도 자주 다루는 유형이지만, 이번 목표는 단순히 답을 고르는 것이 아니라 어떤 비교가 과학적으로 가능한지 찾아내는 데 있었다.

가려진 표에서 드러난 첫 판단

자료에는 같은 철심에 코일을 감고 전류를 흘린 뒤, 전자석이 들어 올린 클립 수를 기록한 표가 있었다. 클립 수가 많을수록 전자석의 세기가 큰 것으로 비교했다. 일부 조건은 가려져 있었고, 학생은 정답과 자신의 풀이를 나란히 놓고 마지막 줄부터 거꾸로 읽었다.

• 실험 ㄱ: 코일 20회, 전류 1A, 클립 6개
• 실험 ㄴ: 코일 40회, 전류 1A, 클립 11개
• 실험 ㄷ: 코일 40회, 전류 2A, 클립 17개
• 실험 ㄹ: 코일 60회, 전류 2A, 클립 24개

학생은 ㄱ과 ㄹ을 바로 비교해 “코일을 많이 감고 전류도 크게 하면 세기가 커진다”고 적었다. 뒤에서 클립 수를 읽고 증가 폭을 계산한 과정은 맞았지만, 그 결론을 끌어낸 최초의 비교가 문제였다.

학생의 오류: 코일 감은 수와 전류가 모두 달라진 두 실험을 직접 비교해 어느 조건의 영향인지 구분하지 못했다.

답을 고치는 대신 비교선부터 다시 긋기

진구과학과외에서는 계산과 관찰 기록을 전부 지우지 않았다. 오류가 시작된 줄로 돌아가 비교할 두 실험 사이에서 달라진 조건을 표시하게 했다. ㄱ과 ㄹ 사이에는 코일 감은 수가 20회에서 60회로, 전류가 1A에서 2A로 동시에 변했다. 따라서 클립 수가 6개에서 24개로 늘어난 사실은 확인할 수 있지만, 그 증가를 코일 감은 수 하나의 결과라고 판단할 수는 없었다.

다음에는 전류를 1A로 고정하고 ㄱ과 ㄴ을 비교했다. 코일 감은 수만 20회에서 40회로 달라졌고 클립 수는 6개에서 11개로 늘었다. 이어 코일을 40회로 고정하고 ㄴ과 ㄷ을 비교했다. 이번에는 전류만 1A에서 2A로 달라졌으며 클립 수가 11개에서 17개가 되었다.

• 코일 감은 수 비교: 전류 1A 고정, 20회와 40회 비교
• 전류 비교: 코일 40회 고정, 1A와 2A 비교

학생은 이미 정확히 읽은 클립 수와 계산은 유지하고, 두 조건이 동시에 달라진 ㄱ-ㄹ 비교만 제외했다. 그 결과 코일 감은 수와 전류를 각각 하나씩 바꾸어 전자석 세기를 비교해야 한다는 근거가 풀이에 남았다.

표의 모양을 바꾼 독립 자료

다음 문제에서는 수치 표 대신 실험 기록 카드가 제시되었다. 이번에는 코일 감은 수가 세로축, 전류가 가로축으로 배열되어 있었고, 클립 수 일부가 빈칸이었다. 질문도 “어느 전자석이 가장 센가?”가 아니라 “전류의 영향을 판단할 수 있는 두 기록을 골라라”로 바뀌었다.

• 카드 A: 코일 30회, 전류 0.5A, 클립 4개
• 카드 B: 코일 30회, 전류 1.5A, 클립 9개
• 카드 C: 코일 50회, 전류 0.5A, 클립 7개
• 카드 D: 코일 50회, 전류 1.5A, 클립 15개

학생은 먼저 카드의 코일 감은 수를 표시한 뒤 A와 B, C와 D를 각각 짝지었다. A와 B는 코일 30회가 같고 전류만 다르며, C와 D도 코일 50회가 같다. 반대로 A와 D는 두 조건이 모두 달라 전류의 영향만 판단하는 자료로 사용할 수 없다고 적었다. 이는 숫자만 바꾼 문제가 아니라 배열과 질문 방향이 달라진 상황에서도 같은 비교 기준을 찾아낸 과정이었다.

힌트 없이 남긴 마지막 판정

마지막에는 별도의 안내 없이 다음 기록만 주어졌다.

• 기록 1: 코일 25회, 전류 1A, 클립 5개
• 기록 2: 코일 25회, 전류 2A, 클립 10개
• 기록 3: 코일 50회, 전류 1A, 클립 8개
• 기록 4: 코일 50회, 전류 2A, 클립 16개

학생은 “코일 감은 수의 영향을 확인하려면 전류가 같은 기록 1과 3을 비교해야 한다”고 먼저 말했다. 이어 “전류의 영향은 코일 25회가 같은 기록 1과 2 또는 코일 50회가 같은 기록 3과 4로 확인한다”고 설명했다. 마지막으로 1-3에서는 클립 수가 5개에서 8개, 1-2에서는 5개에서 10개로 변했다는 자료를 다시 읽어 판단을 확인했다. 처음 잘못된 지점이 두 조건을 동시에 바꾼 비교였다는 점까지 스스로 말하면서, 전자석 세기 비교를 조건 하나씩 고정하는 방식으로 끝까지 검증했다.