공을 위로 던지면 공은 어느 정도 높이까지 올라갔다가 땅으로 떨어진다. 공이 이렇게 위로 올라갔다가 떨어질 때, 공에 작용하는 힘에 관해 물어보면 이공계 1학년 학생들의 80 % 이상이 공이 위로 올라갈 때에는 힘이 위로 작용하다가 최고점에서는 작용하지 않고 떨어질 때에는 아래 방향으로 작용한다고 대답한다. 이러한 비율은 초·중·고등학교 학생들도 비슷하다. 또 중학생에게 학교 복도에서 공을 굴리면 공이 굴러 가다가 멈추는데 왜 멈추었느냐고 물으면 공의 힘이 다 빠져 죽었다고 답한다. 그런데 교과서를 조사해 보면 교과서에서는 위의 두 경우와 같은 공에 작용하는 힘에 관해서 다루지 않고 있다. 즉 학생들은 교과서를 통해 배우지 않았지만 나름대로 질문에 대답을 한다.
힘은 두 물체 사이의 상호작용이고 또 무엇을 주고 받는 것이라고 배운 것은 내가 대학원을 다닐 때인 60년대 후반의 일이다. 처음 이 이야기를 듣고 잘 이해가 되지 않아 오랫동안 그 말뜻을 되새겨 보곤 하였다. 그 후 80년대 후반 우리나라에서 오개념(誤槪念)에 관한 연구가 시작되면서 힘과 관련된 오개념 연구가 활발히 진행되었다. 학생들은 누가 가르쳐 주지 않아도 자연 현상을 스스로 설명하려 하는데 이 설명이 당대의 과학자들이 설명하는 내용과 다를 때 학생이 오개념을 가지고 있다고 말하는데, 정작 학생 자신은 틀렸다는 사실을 모르기 때문에 오개념은 좀처럼 바른 개념으로 바뀌지 않는다는 것이 오개념을 연구한 학자들의 주장이다. 위의 두 예가 그러한 것이다. 그런데 힘과 관련된 오개념은 생각보다 심각하다. 왜냐하면 힘이라는 단어는 일상 생활에서도 많이 쓰이는데 일상 생활에서 쓰이는 힘 개념과 물리학에서 사용하는 힘 개념이 너무 다르기 때문이다.
학생들이 힘에 관해 바른 개념을 갖게 하려면 힘과 관련된 현상을 설명할 때 힘을 준다거나 힘을 받는다는 말 대신 두 물체 사이에 힘이 작용한다거나 한 물체가 다른 물체에 힘을 작용한다고 하여야 한다. 그리고 사람이 공을 던질 때 공에 던진 힘을 주면 공은 사람이 준 던진 힘을 가지고 날아가고, 공이 던진 힘을 다 써버리면 더 날아가지 못한다는 생각을 하지 못하게 하여야 한다. 그렇게 하려면 힘은 두 물체 사이의 상호작용이고, 힘과 상호작용이 동의어임을 강조하여야 한다. 그런데 너무 많은 사람들이 힘을 준다거나 힘을 받는다고 말하기를 좋아하고, 또 교과서에서조차 일상 생활에서 사용하는 힘과 물리학적으로 사용하는 힘을 구별하지 않고 있다. 그러니 학생들에게 힘이라는 개념이 바르게 형성되기를 기대하기는 어려운 형편이다.
이희승의 국어사전에서 올림말 힘에 대한 뜻풀이를 보면 다음과 같다.
힘1: (명) ①사람이나 동물이 몸에 갖추 고 있으면서 스스로 움직이고 또는 다른 것을 움직일 수 있는 근육의 작용. ②[force] [물] 정지 상태의 물체에 운동을 일으키게 하거나, 움 직이고 있는 물체의 속도를 변화시 키거나 그 운동을 정지시키려 하는 작용. 곧, 압력·중력·인력·척력 등임. 또는 전력·마력과 같이 물체 가 가지고 있는 능력을 표시하기 위 하여 에너지나 작업율, 곧 동력·공 률 등의 뜻으로도 사용함. §증기 의 ∼ ③일을 하는 능력. 역량. § 해치울 ∼이 없다. ④견디거나 해낼 수 있는 한도. §∼자라는 한 끝까 지 노력하겠습니다. ⑤알거나 깨달 을 수 있는 학식. 재주 §원서를 읽 을 ∼이 없다. ⑥세력이나 권력. §돈의 ∼ ⑦도움이 되는 것 §큰 ∼이 되다. ⑧ 은혜. 은덕. §모두 가 어머님의 ∼이다. ⑨효력. 효능 §약의 ∼으로 소생했다. ⑩폭력. §∼을 ∼으로 대항 말라. [힘 많은 소가 왕 노릇 하나] 힘 뿐만 아니라 지략도 있어야 한다는 말. [힘 모르 고 강가 씨름 갈까] 자기 힘을 스스 로 알아야 한다는 말. [힘 쓰기보다 꾀 쓰기가 낫다] 힘으로 우겨 달려 들기보다 꾀를 잘 써야 효과가 더 잘 오른다는 말. 힘에 부치다 (구) 어떤 일에 힘이 모자라다.
힘2: (명) <방> 헤엄(강원·제주)
힘3: (명) <옛> 힘줄. 근육. §힘 / 갓과 고기와 힘과 뼈와 눈.
힘4: [hymn] (명) [기독교] 찬송가
여기서도 힘과 압력, 전력, 마력, 동력, 공률, 에너지 등을 자세히 구별하지 않고 동의어로 사용하고 있다.
서강대학교의 김영덕 선생님이 상호작용인 힘을 힘질이라고 하자고 제안하신 일이 있다. 그러나 힘질이라는 용어는 결국 받아들여지지 않았다. 왜냐 하면 힘질의 어미 ∼질이 문제가 되었기 때문이다. "물질", "물레질", "삿대질", "발길질", "싸움질" 등 명사 뒤에 ∼질자를 붙여 명사와 관련된 행동을 나타내는 뜻이 되게 하는 것까지는 좋았는데 높임을 나타내는 말이 아니라는 이유에서이다. 결국 행동을 높임을 나타내는 뜻으로 사용할 수 있는 어미를 발견하지 못하여 힘은 상호작용과 멀어지게 되었다. 힘을 다시 상호작용과 가까이 하게 하려면 어찌해야 좋을지 모르겠다.
[충북대학교 사범대학 과학교육학부 교수 김대식 (nucleus@cbucc.chungbuk.ac.kr)]