사비오 칼럼

100불짜리 물리 Physics 실험실

By James H. Choi
http://Korean.SabioAcademy.com
원문출처

물리를 제대로 가르치려면 실험을 해야 한다.  Kinematics 정도는 감으로 이해할 수 있고 Force도 Energy도 심지어는 Momentum 도 직감적으로 와 닿는 것이 있다.  우리 주위에 관찰해 왔던 것을 새삼스럽게 보도록 하면 “아하” 하고 이해를 할 수 있는 것이 많다. 예를 들어 “Rollercoaster 탈 때 높이가 높으면 속도가 낮고 높이가 낮으면 속도가 빠르다 ” 로 Conservation Of Energy 를 느끼게 할 수 있다.  서울의 바쁜 길에 분주히 걷다가 누구와 부딛혔을 때 누가 튕겨나가느냐는 momentum 으로 정하는 일이다.  등등

한데 일단 전기를 배우기 시작하면 물리가 지극히 추상적인 학문이 되어 버린다.  늘 말로만 회로를 그리고 말로만 resistor 와 capacitor 를 그려왔는데 아무래도 이번에는 안 되겠어서 실험실을 만들기로 했다.

Radio Shack, Discovery Store 외에 또 전문적으로 전자부품을 파는 가게에도 들렸다.  내가 왕년에 석사학위 할 때 전기공학을 해서 자주 드나들었던 가게였는데 여전히 건재하고 주인은 대머리만 좀 더 벗겨진 외에는 여전히 성격 고약하게 불친절 했다.

Electricity and Magnetism 을 가르쳐야 하니 우선 resistor와 capacitor 가 섞여 있는 회로를 만들 부품들을 샀고 (고등학교에서는 DC circuit 만 배우니까 oscilloscope 가 필요 없다) 그 외에 전기 실험 셋트를 두개 샀다.  다 합하니 100불을 썼다.  100불 써서 이 추상적인 전기와 자장의 개념을 직접 손으로 만지고 값을 측정하고 원리를 발견하면 뭔가 구체적으로 되어 이해가 쉽게 되지 않을까 싶다.

한데 이 웬만한 회사 CEO보다 바쁜 이 학생들 언제 어떻게 앉혀놓고 이 회로를 만들고 측정하고 있을 수 있는지는 아직 미지수이다. 학생들이 하도 바빠서 공부할 시간이 없다. 내가 보기에는 너무 바빠서 아무것도 못하고 사는 인상까지 준다. “너무 붐벼서 아무도 가지 않는 식당”을 능가할 모순의 존재들이다.

한데 실험을 한다고 반드시 개념이 잡히는 것도 아니다.  학생들 학교에서 실험 리포트 쓰다가 막혔다고 내게 물어보는데 많은 학생들이 지금 왜 무엇을 어떻게 측정해서 어떤 결과가 나오기를 기대해야 할지를 모르고 있다.  또한 이것이 교실에서 배운 물리 개념과 어뗜 연결이 되는지도 모르고 있다.  그냥 시키는 대로 따라 하고 보이는 숫자 받아 적었는데 그 것으로 리포트를 쓰라고 하니 그제서야 “대체 이게 뭐야?” 하고 있는 것이다.

오늘 물리 실험 도구들 사 오고 나서 on line 으로 더 찾아보니 광학 optics도 한 100불이면 실험실을 하나 차릴 수 있겠다.  빛의 굴절은 물론 레이저를 사용해서 diffraction pattern 이 생기는 것도 직접 보여줄 수가 있겠다.

전문 물리 실험 도구 캐탈록도 보았는데 빛의 속도를 측정하는 실험도구 및 Gravitational constant 를 측정하는 실험도구 까지 팔고 있다.  한 200년 전에 이 캐탈록에 나온 도구들 가지고 있었으면 노벨상 서너게 받았을 정도로 고급 실험 도구들이다.  압력, 자장, 속도 등등 거의 모든 가지가지 까다로운 물리학적인 양들을 측정하는 도구들이 나와있어 Black Hole 연구 빼고는 다 실험을 할 수 있는 도구를 돈만 있으면 살 수 있는 세상이 된 것이다.

이 실험 도구들 다 탐나는데 나는 우선 전기와 광학 그리고 가능하면 thermo dynamics 의 실험도구들을 사서 실험을 함으로 학생들 머리 속에서 추상(abstract)의 개념을 구체(concrete)로 만들어 줄 수 있는지 보고 싶다.
나는 전기의 이론을 알고 있고 회로도 잘 알고 있다.  한데 내가 가르치는데 가장 걱정되고 자신 없는 것은 학생들을 앉혀놓고 실험을 할 시간을 찾는 것이다.  바쁜 학생들 아마도 겨울방학을 이용해 가르쳐야 할 것 같다.

• 비교적 저렴한 물리 실험 도구: http://www.xump.com/Science/Physics.cfm
• 고급 물리 실험 도구: http://pasco.com