학장동 과학과외

학장동 생활권에서 시작한 원소와 원자 구별 훈련

학장동과외 수업에서 학장중학교와 구덕고등학교가 있는 교육생활권의 학생이 새 과학 자료를 읽다가 풀이를 멈췄다. 수업 자료에는 원소 이름 카드와 원자 모형 카드가 함께 놓여 있었고, 문제는 “각 카드가 나타내는 것을 분류하고, 카드 속 입자 수를 기록하라”는 내용이었다. 학장동과학과외에서는 정답보다 학생이 자료를 처음 어떻게 해석했는지를 확인했다.

카드보다 먼저 드러난 판단

카드에는 다음과 같은 정보가 있었다.

• 카드 A: “산소”, 원자 모형 3개
• 카드 B: “철”, 원자 모형 1개
• 카드 C: “구리”, 원자 모형 4개

학생은 A를 보고 “산소 원자 3개이므로 원소는 3개”라고 적었고, B에는 “철 원소 1개”라고 썼다. C도 같은 방식으로 원소의 개수를 4개로 표시했다. 카드에 나온 숫자를 빠르게 세고 기록한 행동 자체는 정확했지만, 처음 어긋난 지점은 원소와 원자를 같은 뜻으로 사용한 것이었다.

학생의 오류: 카드에 표시된 모형 하나를 원소 하나로 바꾸어 읽었다.

이 판단이 그대로 이어지면 ‘산소’라는 물질의 종류와 그 종류를 이루는 입자 한 개를 구별할 수 없게 된다. 따라서 수치를 다시 계산하거나 모형을 다시 그리는 것이 먼저가 아니었다.

한 문장으로 기준을 세우다

학생은 해설을 보지 않고 다음 기준을 직접 적었다.

원소는 물질의 종류이고, 원자는 그 종류를 이루는 입자 한 개이다.

그 뒤 이미 정확하게 세었던 모형 수는 그대로 두고, 카드의 명칭만 다시 분리했다. A는 산소라는 원소이며 원자 모형은 3개, B는 철이라는 원소이며 원자 모형은 1개, C는 구리라는 원소이며 원자 모형은 4개라고 고쳤다. 마지막에는 각 카드에서 “이름이 물질의 종류를 가리키는가, 모형 하나를 가리키는가”를 다시 물으며 검산했다.

• A: 원소는 산소, 원자는 3개
• B: 원소는 철, 원자는 1개
• C: 원소는 구리, 원자는 4개

표현을 바꾼 새 카드

며칠 뒤에는 앞의 배열과 숫자를 그대로 쓰지 않고, 질문의 방향도 바꾼 자료를 제시했다. 이번에는 이름 카드가 아니라 원자 모형에 붙은 기호를 먼저 읽고, “모형을 여러 개 모아 나타낼 때 공통으로 가리키는 원소 이름을 쓰라”는 문제였다.

• 첫 묶음: Na 기호가 붙은 원자 모형 2개
• 둘째 묶음: C 기호가 붙은 원자 모형 5개
• 셋째 묶음: He 기호가 붙은 원자 모형 3개

학생은 먼저 모형 하나를 손가락으로 짚어 “이것은 원자 한 개”라고 표시했다. 이어 같은 기호가 붙은 모형들을 묶어 “이 묶음이 가리키는 종류가 원소”라고 적었다. 따라서 첫 묶음은 나트륨 원소와 나트륨 원자 2개, 둘째 묶음은 탄소 원소와 탄소 원자 5개, 셋째 묶음은 헬륨 원소와 헬륨 원자 3개로 정리했다. 숫자만 바꾼 문제가 아니라 기호에서 이름을 찾고, 입자 하나와 종류 전체를 거꾸로 연결해야 하는 변형이었다.

힌트 없이 다시 확인한 장면

한 주 뒤 새 자료에는 이름 없이 다음 기록만 주어졌다.

• X 기호 모형 4개
• Y 기호 모형 1개

질문은 “X와 Y에서 원소와 원자를 각각 설명하라”였다. 학생은 먼저 모형 하나를 기준으로 삼았다. “X 모형 하나는 X라는 원자 한 개이고, X라는 기호가 나타내는 물질의 종류는 X 원소이다. 따라서 X 모형 4개는 X 원자 4개이다”라고 설명했다. Y도 같은 방식으로 원자 한 개와 원소의 종류를 구분했다.

마지막 확인에서 학생은 원소의 개수를 모형 수와 같게 세지 않고, 모형 하나를 원자로 세었는지 점검했다. 원소는 종류를 나타내므로 모형 수로 늘어나지 않고, 원자는 모형 하나씩 센다는 근거까지 말하며 풀이를 끝냈다.