삼산동 과학과외

삼산동 과학과외에서 확인한 낮과 밤 판단의 출발점

대우푸르지오아파트와 두산위브아파트가 있는 삼산동 생활권은 삼산중학교와 삼산고등학교가 포함된 교육생활권이다. 이곳의 삼산동과외 수업에서는 낮과 밤의 변화를 지구 자전과 연결하는 문제를 모형으로 확인했다. 삼산동과학과외에서는 그림을 외우기보다, 관찰 위치가 빛을 받는지 직접 표시하게 했다.

모형의 한 칸이 어긋난 순간

책상 위에는 전등을 태양처럼 고정하고, 표면에 관찰 지점이 표시된 지구 모형을 놓았다. 모형의 위치는 네 칸으로 나뉘어 있었고, 각 위치에서 관찰 지점이 밝은 쪽인지 어두운 쪽인지 기록하는 자료였다.

• 위치 1: 관찰 지점이 전등을 향함
• 위치 2: 관찰 지점이 옆으로 이동함
• 위치 3: 관찰 지점이 전등 반대쪽에 있음
• 위치 4: 관찰 지점이 다시 옆으로 이동함

학생은 자료를 본 뒤 위치 1에서 낮, 위치 3에서 밤이라고 기록했다. 여기까지의 밝고 어두운 면 표시는 정확했다. 그러나 다음 설명에서 “태양이 지구 주위를 돌아서 관찰 지점의 낮과 밤이 바뀐다”고 판단했다. 이는 학생의 오류다. 모형에서 바뀐 것은 태양의 위치가 아니라 지구 모형의 회전으로 관찰 지점이 밝은 면과 어두운 면을 차례로 향한다는 점이었다.

틀린 설명 대신 남긴 한 문장

계산이나 밝기 표시를 다시 처음부터 하지 않고, 잘못된 원인 판단만 고쳤다. 모형 옆에 다음 기준을 직접 적었다.

지구가 한 방향으로 자전하면 관찰 지점이 빛을 받는 면과 받지 않는 면을 차례로 지나므로 낮과 밤이 바뀐다.

그 뒤 학생은 모형을 천천히 돌리며 네 위치의 관찰 지점에 화살표를 그렸다. 위치 1에서는 전등 쪽을 향해 밝고, 위치 2에서는 밝은 부분이 줄어들며, 위치 3에서는 전등 반대쪽이라 어둡고, 위치 4에서는 다시 밝은 부분으로 돌아오는 것을 확인했다. 태양의 위치를 움직이지 않았는데도 관찰 지점의 상태가 달라지는지 손가락으로 순서대로 짚어 검산했다.

자료 모양을 바꾼 재현 문제

며칠 뒤에는 같은 세부 주제를 다른 방식으로 제시했다. 이번에는 네 칸으로 나열된 모형이 아니라, 원형 판에 관찰 지점이 표시된 지구 그림을 사용했다. 전등은 그림의 왼쪽에 있었고, 화살표는 지구가 시계 반대 방향으로 자전하는 모습을 나타냈다. 질문도 “어느 위치가 밤인가?”가 아니라 “관찰 지점이 위치 ㄱ에서 ㄴ으로 이동할 때 낮과 밤 중 무엇으로 바뀌는가?”로 바꾸었다.

• 위치 ㄱ: 관찰 지점이 전등을 향한 밝은 면
• 위치 ㄴ: 자전 방향으로 반 바퀴 이동한 뒤 전등 반대쪽의 어두운 면
• 위치 ㄷ: 다시 자전하여 밝은 면에 들어온 위치

학생은 먼저 전등의 위치와 관찰 지점의 방향을 확인했다. 이어 화살표를 따라 지구가 도는 방향을 그렸고, ㄱ에서는 낮, ㄴ에서는 밤, ㄷ에서는 낮이라고 판단했다. 이번에는 이전 자료의 배열을 그대로 외우지 않고, 각 위치에서 관찰 지점이 빛을 받는지를 직접 확인했다. 특히 ㄴ에서 밤이라고 한 까닭을 “반대쪽에 있어 빛을 받지 않기 때문”이라고 모형의 위치로 설명했다.

힌트 없이 다시 세운 판단

마지막 확인에서는 설명 문장이나 위치 이름을 제공하지 않았다. 전등을 책상 중앙에 두고 지구 모형의 관찰 지점을 전등 반대편에 놓은 뒤, 학생에게 낮과 밤이 바뀌는 과정을 스스로 나타내게 했다. 학생은 먼저 전등은 고정하고 지구 모형만 자전시켰다. 관찰 지점이 어두운 면에서 밝은 면으로 이동하는 순간을 표시하고, 한 바퀴 동안 밝은 면과 어두운 면을 번갈아 지난다고 말했다.

검산할 때도 “전등이 움직였는가?”와 “관찰 지점이 밝은 면으로 이동했는가?”를 스스로 확인했다. 전등은 그대로였고 지구가 자전했으므로, 낮과 밤의 변화 원인을 지구 자전과 정확히 연결했다.