개금동 과학과외

개금동 과학과외에서 다룬 ‘새 물질’ 판단의 순간

개림중학교와 개금고등학교가 있는 개금동 생활권에서 진행한 과학과외 수업에서는 화학 변화에서 새로운 물질이 생겼는지를 판단하는 문제를 다뤘습니다. 부산광역시립부전도서관이나 가야벽산아파트 주변에서 복습할 때도 적용할 수 있도록, 단순히 색이 달라졌다는 사실만으로 결론을 내리지 않는 연습에 초점을 맞췄습니다.

색이 달라진 뒤 멈춰 버린 판단

문제에는 투명한 용액 두 가지를 섞은 관찰 기록이 제시되어 있었습니다. 원래 조건에서는 섞은 뒤 색이 변하고, 물에 잘 녹던 물질과 달리 바닥에 고체가 생겼으며, 그 고체를 걸러 낸 뒤에도 처음과 같은 물질의 성질이 나타나지 않았습니다. 학생은 다음처럼 기록했습니다.

“색이 변했으므로 새로운 물질이 만들어졌다.”

그런데 경계 조건에서는 용액의 양과 색을 관찰하는 시점만 달랐고, 섞은 뒤에는 색만 달라졌습니다. 바닥에 고체가 생겼다는 기록은 없었습니다. 학생은 이 경우에도 색 변화만 보고 새로운 물질이 생겼다고 표시했습니다.

학생이 실제로 한 첫 행동은 관찰표에서 ‘색 변화’에 동그라미를 치는 것이었습니다. 그러나 원래 조건과 달라진 조건을 따로 적거나, 다른 관찰 결과가 유지되었는지 표시하지 않았습니다. 학생의 오류는 바뀐 조건이 결론에 어떤 영향을 주는지 확인하기 전에 색 하나만으로 새 물질 생성을 확정한 것입니다.

관찰표를 다시 읽는 방법

계산이나 이미 적어 둔 색 관찰은 지우지 않고, 관찰표 옆에 두 줄을 추가했습니다.

• 원래 조건: 색 변화와 함께 물에 잘 녹지 않는 고체가 생김.
• 경계 조건: 색 변화는 있으나 고체 생성 기록은 없음.

그다음 학생은 ‘색’, ‘고체 생성’, ‘생성된 물질의 성질’ 세 항목을 각각 비교했습니다. 색은 두 조건에서 달라졌지만, 새로운 물질이 생겼다고 판단할 때 뒷받침하는 관찰은 한 가지가 아니었습니다. 특히 원래 물질과 다른 성질을 가진 고체가 생겼는지 확인해야 했습니다.

따라서 원래 조건에서는 색 변화만이 아니라 물에 잘 녹지 않는 고체가 생기고, 그 고체가 반응 전 물질과 다른 성질을 보인다는 점을 근거로 새로운 물질 생성을 판단할 수 있습니다. 반면 경계 조건은 색만 달라졌다는 자료이므로, 색 변화 하나만으로 같은 결론을 내릴 수 없습니다. 이처럼 교정은 모든 풀이를 다시 하는 일이 아니라, 바뀐 조건을 표시하고 그 조건과 직접 연결된 관찰만 다시 대조하는 일이었습니다.

표현을 바꾼 두 번째 문제

며칠 뒤에는 숫자를 바꾼 반복문제 대신, 관찰 순서를 뒤집은 자료를 제시했습니다. 이번에는 먼저 섞기 전의 성질을 적고, 섞은 뒤의 결과를 다음과 같이 확인하게 했습니다.

• 자료 ㄱ: 섞기 전 두 물질은 각각 물에 녹아 있었고, 섞은 뒤 색이 변하며 고체가 생겼다.
• 자료 ㄴ: 섞기 전 두 물질은 각각 물에 녹아 있었고, 섞은 뒤 색만 변했으며 고체는 관찰되지 않았다.
• 자료 ㄷ: 섞은 뒤 생긴 고체를 물에 넣었으나 다시 녹지 않았다.

학생은 이번에는 먼저 고체가 생겼는지에 표시하고, 그다음 섞기 전후 성질을 화살표로 연결했습니다. 자료 ㄱ과 ㄷ에서는 반응 전에는 없던 고체가 생겼고 그 고체의 성질도 달랐으므로 새로운 물질 생성의 근거가 충분했습니다. 자료 ㄴ에서는 색 변화만 확인되므로, 다른 성질의 물질이 생겼다고 단정하지 않았습니다. 같은 화학 변화 판단이라도 관찰 순서와 자료 배열이 달라지자, 학생은 특정 표현에 의존하지 않고 성질의 변화를 직접 확인했습니다.

힌트 없이 확인한 마지막 기록

마지막에는 조건 표시나 판단 기준을 따로 제공하지 않았습니다. 새 관찰 기록에는 두 물질을 섞은 뒤 색이 달라졌고, 처음에는 물에 녹아 있던 물질과 달리 물에 녹지 않는 고체가 생겼으며, 그 고체가 반응 전 어느 물질과도 같은 성질을 보이지 않았다고 적혀 있었습니다.

학생은 먼저 섞기 전과 후의 성질을 나누어 적었습니다. 이어 색 변화와 고체 생성을 각각 확인하고, 고체의 성질이 반응 전 물질과 다른지 표시했습니다. 마지막으로 이렇게 설명했습니다.

“색 변화만으로 판단하지 않고, 섞은 뒤 새로운 고체가 생겼으며 그 고체가 반응 전 물질과 다른 성질을 보였다는 두 가지 관찰을 함께 확인했으므로 새로운 물질이 생겼다고 판단한다. 색만 변한 경우와 구별했으므로 자료의 조건에도 맞는다.”

이 검증에서는 교사의 힌트 없이 바뀐 조건과 관찰 결과를 스스로 찾아 대조했습니다. 화학 변화에서 새로운 물질의 생성을 판단할 때는 눈에 띄는 한 가지 변화보다, 반응 전후 성질이 어떻게 달라졌는지를 끝까지 확인하는 것이 핵심입니다.