광안동 과학과외

광안동 과학과외에서 다루는 입자 모형 판별

한바다중학교와 덕문여자고등학교가 포함된 교육생활권에서 과학과외를 진행할 때, 원자와 분자를 구별하는 문제는 그림의 생김새보다 입자 사이의 관계를 읽는 일이 중요하다. 이번에는 광안동과학과외 수업에서 한 학생이 같은 자료를 서로 다른 형식으로 바꾸어 읽다가 판단을 바로잡은 과정을 살펴보았다.

동그라미의 모양에 먼저 끌린 순간

처음 제시된 입자 모형 그림에는 다음과 같은 네 묶음이 있었다.

• 자료 ㄱ: ○
• 자료 ㄴ: ○―○
• 자료 ㄷ: ○○○가 서로 붙어 있음
• 자료 ㄹ: ○

학생은 ㄱ과 ㄹ처럼 동그라미가 하나인 것도, ㄴ과 ㄷ처럼 붙어 있는 것도 모두 분자라고 표시했다. “동그란 모양 하나가 하나의 분자처럼 보인다”는 이유였다. 이것은 최종 답을 단순히 틀린 것이 아니라, 자료 표현이 바뀌었을 때 확인해야 할 기준을 버리고 익숙한 모양을 먼저 따른 오류였다.

학생의 오류: 동그라미 하나의 외형을 분자의 기준으로 삼고, 서로 붙어 있는 입자의 수를 세지 않았다.

그림을 목록으로 바꾸어 다시 읽기

교사는 그림을 다음과 같은 말 자료로 바꾸었다. 이때 학생은 원래 그림과 바뀐 자료를 나란히 놓고, 색이나 배열이 아니라 공통으로 남은 정보를 표시했다.

• ㄱ: 떨어져 있는 입자 1개
• ㄴ: 서로 연결된 입자 2개
• ㄷ: 서로 연결된 입자 3개
• ㄹ: 떨어져 있는 입자 1개

학생은 먼저 ‘한 입자 단위인지, 둘 이상이 연결된 한 입자 단위인지’를 적었다. 이어 원래 그림의 동그라미 하나는 원자 1개에 해당하고, 연결된 동그라미 묶음은 여러 원자가 결합한 분자라고 대응시켰다. 따라서 ㄱ과 ㄹ은 원자, ㄴ과 ㄷ은 분자로 고쳤다.

이미 정확했던 동그라미의 개수 세기는 그대로 유지했다. 바꾼 것은 모양을 보고 이름을 정하던 첫 판단뿐이었다. 이제 학생은 표현이 그림인지 글 목록인지와 관계없이 연결된 원자의 개수와 하나의 입자 단위를 먼저 확인했다.

표시 순서가 달라진 두 번째 자료

며칠 뒤에는 같은 개념을 확인하되, 그림 대신 연결 관계를 선으로 나타낸 자료가 제시되었다. 자료의 순서도 앞선 문제와 달랐다.

• 자료 A: 점 3개가 한 선으로 이어진 묶음
• 자료 B: 점 1개만 표시된 단위
• 자료 C: 점 2개가 서로 맞닿은 묶음
• 자료 D: 점 1개만 표시된 단위

학생은 이번에는 A부터 이름을 추측하지 않고, 각 자료에서 연결된 점의 수를 기록했다. A는 3개가 연결되어 분자, B는 하나만 있어 원자, C는 2개가 연결되어 분자, D는 하나만 있어 원자로 분류했다. 그림의 원이 채워져 있는지, 선이 위에 있는지 같은 표현 차이는 판단 근거로 사용하지 않았다. 선은 연결을 나타내는 방식일 뿐, 새로운 입자 종류를 뜻하지 않는다고 확인했다.

힌트 없이 확인한 마지막 모형

마지막에는 이름표나 순서 안내 없이 다음 모형만 주어졌다.

• ●—●—●
• ●
• ●—●
• ●

학생은 먼저 각 묶음이 몇 개의 원자로 이루어졌는지 손가락으로 짚어 세었다. 첫째는 세 원자가 연결되어 있으므로 분자, 둘째는 연결 없이 하나이므로 원자, 셋째는 두 원자가 연결되어 있으므로 분자, 넷째는 원자라고 판단했다.

검산할 때에도 답의 순서만 다시 보지 않았다. 각 항목마다 ‘연결된 원자가 둘 이상인가?’를 스스로 물어 네 판단의 근거를 말로 확인했다. 자료가 그림, 목록, 선으로 바뀌어도 원자와 분자를 가르는 기준은 외형이 아니라 연결된 원자의 수와 하나의 입자 단위라는 점을 재현해 냈다.