과학적 사고전략 모형을 적용한 초등학생의 관찰, 분류 능력 향상 프로그램 개발

김예람 ( Yeram Kim ),신동훈 ( Donghoon Shin ) 서울敎育大學校 初等敎育硏究所 2015 한국초등교육 Vol.26 No.2

이 연구의 목적은 초등학생들의 기초 과학 탐구 능력인 관찰, 분류 능력 향상 프로그램을 개발하고 그 효과성을 검증하는 것이다. 과학 지식 생성 과정으로써의 탐구를 학생들이 효과적으로 체험할 수 있도록 과학적 사고전략 모형을 고안하고 이를 바탕으로 관찰 능력 향상 프로그램 5차시와 분류 능력 향상 프로그램 5차시를 통합한 10차시 프로그램을 개발하였다. 자발적으로 과학 캠프에 참여한 초등학교 5,6학년 학생 31명이 10차시 프로그램을 5일간 수행했다. 프로그램으로 인한 관찰, 분류 능력의 변화 양상을 확인하기 위해 프로그램 투입 사전, 사후에 객관식 검사도구, 관찰, 분류 능력 지수 산출 도구, 안구 운동 측정 도구로 학생들의 관찰, 분류 능력을 검사하였다. 프로그램 투입 결과, 참가자들의 관찰력 지수와 분류 능력 지수가 유의하게 향상되었다. 관찰 문장 수가 증가하고 관찰 수준이 향상되었으며 과제 해결에 불필요한 영역에 안구가 고정되는 시간 비율이 감소했다. 사전 검사에서 분류 기준을 세우지 못하거나 하나의 기준으로 일차원적인 분류를 하던 학생들이 사후 검사에서 분류 대상의 복합적 특성을 고려해 다양한 기준으로 분류하며 분류 기준 수와 분류 수준이 증가하였다. 안구 운동 결과 관찰 전략과 자신이 정한 분류 기준과 관련된 부분에 고정 시간 비율이 증가하고 불필요한 부분의 고정 시간 비율이 감소했다. 특히 분류 능력에서 두드러지는 변화가 확인되었는데 이는 학생들이 지금까지 관찰 탐구에만 치중해 분류 탐구를 학습한 경험이 적었기 때문이다. 이상의 연구 결과로부터 초등학생을 대상으로 과학적 사고전략 모형을 적용한 관찰, 분류 능력 향상 프로그램이 효과적임을 알 수 있으며 다양한 탐구 능력을 경험할 수 있는 프로그램 개발 필요성을 확인할 수 있다. This study aims to develop a program to enhance elementary school students’ observing and classifying process skills and assess the effectiveness. Scientific thinking strategy model that support students experience inquiry as process effectively was invented and science process skill enhancement program was developed based on the model. Thirty one 5th and 6th graders voluntarily joined a science camp and participated in the program of 10 lessons during 5 days. To see the changed aspect of observing and classifying process skills, three difference check tools were used before and after the input of the program; objective test, subjective test, and eye movement tracking tool. The results showed statistically significant increment of observing and classifying process skills. Observational ability quotient and classification ability quotient improved as the number of observation sentence, level of observation, criterion number, level of classification increased. Eye movement data suggested that fixation time on area that is relative to observing strategy or classifying criterion increased and area that is useless to observing and classifying strategy decreased statistically significantly. The analysis showed dramatic increment of classifying process skill since participants’ experience on science process skills was limited in observing process skill and they rarely experienced classifying process skill before. The conclusion is that the observing and classifying process skill enhancement program was effective and more programs to improve various science process skills are need. This program would help teachers guide students to experience explicit science process skills in science education field.

산 처리와 pH 조절을 이용한 사문석군 광물로부터 규소와 철산화물 회수 및 광물 탄산화 연구

백지연,조연우,이정헌,권나윤,김예람,최숙,김성희,노열,Baek, Jiyeon,Jo, Yeonu,Lee, Jeongheon,Kwon, Nayoon,Kim, Yeram,Choi, Suk,Kim, Sunghee,Roh, Yul 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.1

이 연구는 사문석군 광물을 산 처리하고, 용출액을 pH 조절 하여 사문석군 광물로부터 규소와 철산화물 회수와 광물탄산화에 대해 연구하고자 하였다. 연구에 사용된 암석시료는 홍성 구항면에서 채취한 사문암으로 안티고라이트와 자철석로 구성되며, $SiO_2$(45.3 wt.%), MgO(41.3 wt.%), $Fe_2O_3$(12.2 wt.%)의 화학조성을 보였다. 자원회수실험은 $75{\mu}m$ 이하의 크기로 분쇄한 사문암을 1 M의 염산, 황산, 질산으로 각각 용해시켜 잔류물을 추출(1 단계)하였고, 남은 용출액에 $NH_4OH$를 추가하여 pH=8.6까지 상승시켜 형성된 붉은색 침전물을 회수(2 단계)하였다. 광물탄산화 실험은 침전물이 제거된 상층액에 $CO_2$를 주입한 후, pH=9.5까지 상승시켜 형성된 백색의 침전물을 회수(3 단계)하였다. 각 단계에서 회수된 잔류물과 침전물의 광물학적 특성을 확인하기 위해 XRD, TEM-EDS 분석을 실시했고, 용출액과 침전물이 제거된 상층액에 함유된 원소(Si, Mg, Fe)의 농도 변화는 ICP-AES 분석을 통해 확인했다. 용출된 금속은 Si, Fe, Mg이었다. 안티고라이트는 산과 반응한 후에도 판상을 유지하나 비정질실리카로 변했다(1 단계). pH=8.6에서 회수된 침전물은 Fe, Si, O로 구성된 비정질광물로, 2~10 nm 크기의 구형 나노물질이었다(2 단계). 마지막으로 $CO_2$를 주입한 후, pH=9.5에서 회수된 침전물은 nesquehonite[$Mg(HCO_3)(OH){\cdot}2(H_2O)$]와 lansfordite[$MgCO_3{\cdot}H_2O$]로 $1{\sim}6{\mu}m$ 크기를 가진 주상의 결정질광물이었다(3 단계). 따라서 산 처리된 사문석군 광물에서 나노물질의 실리카(잔류물)과 철산화물(침전물)을 회수가능하며, $CO_2$ 반응과 pH 조절을 이용하여 탄산염광물을 형성하였다. 회수된 실리카와 철산화물은 다른 물질로 합성하는 전구체로 유용하게 이용될 수 있으며, 이산화탄소를 이용한 광물탄산화 반응은 대기 중 이산화탄소 고정에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. The objectives of this study were to recover silica and iron oxides and $CO_2$ sequestration using serpentine via various acid dissolution and pH swing processes. Serpentine collected from Guhang-myeon in S. Korea were mainly composed of antigorite and magnetite consisting of $SiO_2$ (45.3 wt.%), MgO (41.3 wt.%), $Fe_2O_3$ (12.2 wt.%). Serpentine pulverized ($${\leq_-}75{\mu}m$$) and then dissolved in 3 different acids, HCl, $H_2SO_4$, $HNO_3$. Residues treated with acidic solution were recovered from the solution (step 1). And then the residual solution containing dissolved serpentine was titrated using $NH_4OH$. And pH of the solution increased up to pH=8.6 to obtain reddish precipitates (step 2). After recovery of the precipitates, the residual solution reacted with $CO_2$ and then pH increased up to pH=9.5 to precipitate white materials (step 3). The mineralogical characteristics of the original sample and harvested precipitates were examined by XRD, and TEM-EDS analyses. ICP-AES analysis was also used to investigate solution chemistry. The dissolved ions were Mg, Si, and Fe. The antigorite became noncrystralline silica after acid treatment (step 1). The precipitate at pH=8.6 was mainly amorphous iron oxide, of which size ranged from 2 to 10 nm and mainly consisting of Fe, O, and Si (step 2). At pH=9.5, nesquehonite [$Mg(HCO_3)(OH){\cdot}2(H_2O)$] and lasfordite [$MgCO_3{\cdot}H_2O$] were formed after reaction with $CO_2$ (step 3). The size of carbonated minerals was ranged from 1 to $6{\mu}m$. These results indicated that the acid treatment of serpentine and pH swing processes for the serpentine can be used for synthesis of other materials such as silica, iron oxides and magnesium carbonate. Also, This process may be useful for the precursor synthesis and $CO_2$ sequestration via mineral carbonation.

사문암을 이용한 나노크기의 실리카, 철산화물, 탄산염광물 합성

백지연(Jiyeon Baek),권나윤(Nayoon Kwon),김예람(Yeram Kim),김성희(Sunghee Kim),노열(Yul Roh) 대한지질학회 2014 대한지질학회 학술대회 Vol.2014 No.10

하이브리드 금속-유기 골격체의 암모니아 흡탈착 특성 연구

배정원(Cheongwon Bae),정규영(Gyuyeong Jeong),박수현(Suhyeon Park),김예람(Yeram Kim),구민규(Mingyu Gu),김덕종(Duckjong Kim),김주영(Juyeong Kim) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

An adsorption heat pump has recently emerged as energy-efficient heating and cooling system. The amount of adsorbed working fluids is an important factor at low-grade temperatures to utilize waste heat and thermal energy storage. Metal-organic frameworks(MOFs) are regarded as promising adsorbents due to their large specific surface area, tunable pore size, and pore chemical properties. However, there have been few reports that investigated ammonia uptake performance with MOFs and their nanocomposite at high ammonia pressures in low working temperatures. Herein, we developed a hybrid nanocomposite with a MOF and reduced graphene oxide(rGO) composite through a one-pot hydrothermal reaction. Its ammonia adsorption capacity was evaluated under high ammonia pressures, which showed that the nanocomposite with 3.7% rGO could have higher ammonia adsorption capacity than pure MOF.

하이브리드 금속-유기 골격체의 암모니아 흡탈착 특성 연구

배정원(Cheongwon Bae),정규영(Gyuyeong Jeong),박수현(Suhyeon Park),김예람(Yeram Kim),구민규(Mingyu Gu),김덕종(Duckjong Kim),김주영(Juyeong Kim) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

An adsorption heat pump has recently emerged as energy-efficient heating and cooling system. The amount of adsorbed working fluids is an important factor at low-grade temperatures to utilize waste heat and thermal energy storage. Metal-organic frameworks(MOFs) are regarded as promising adsorbents due to their large specific surface area, tunable pore size, and pore chemical properties. However, there have been few reports that investigated ammonia uptake performance with MOFs and their nanocomposite at high ammonia pressures in low working temperatures. Herein, we developed a hybrid nanocomposite with a MOF and reduced graphene oxide(rGO) composite through a one-pot hydrothermal reaction. Its ammonia adsorption capacity was evaluated under high ammonia pressures, which showed that the nanocomposite with 3.7% rGO could have higher ammonia adsorption capacity than pure MOF.

하이브리드 금속-유기 골격체의 암모니아 흡탈착 특성 연구

배정원(Cheongwon Bae),정규영(Gyuyeong Jeong),박수현(Suhyeon Park),김예람(Yeram Kim),구민규(Mingyu Gu),김덕종(Duckjong Kim),김주영(Juyeong Kim) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

An adsorption heat pump has recently emerged as energy-efficient heating and cooling system. The amount of adsorbed working fluids is an important factor at low-grade temperatures to utilize waste heat and thermal energy storage. Metal-organic frameworks(MOFs) are regarded as promising adsorbents due to their large specific surface area, tunable pore size, and pore chemical properties. However, there have been few reports that investigated ammonia uptake performance with MOFs and their nanocomposite at high ammonia pressures in low working temperatures. Herein, we developed a hybrid nanocomposite with a MOF and reduced graphene oxide(rGO) composite through a one-pot hydrothermal reaction. Its ammonia adsorption capacity was evaluated under high ammonia pressures, which showed that the nanocomposite with 3.7% rGO could have higher ammonia adsorption capacity than pure MOF.