고등학교 과학 교과서에 제시된 화학반응속도 측정을 위한 기본적인 실험의 분석 및 개선

박국태,김은선,박광서,김명희,Park, Kuk-Tae,Kim, Eun-Sun,Park, Kwang-Seo,Kim, Myoung-Hee 대한화학회 2005 대한화학회지 Vol.49 No.1

울금 추출물의 구성 성분 분석과 m-Chloroperoxybenzoic Acid와의 반응

박국태,최성목,김동진,변상욱,박용덕,강준구,조성윤,김진명,Park, Kuk-Tae,Choi, Seong-Mok,Kim, Dong-Jin,Byeon, Sang-Wook,Park, Young-Duk,Kang, Jun-Gu,Cho, Sung-Yoon,Kim, Jin-Myung 대한화학회 2009 대한화학회지 Vol.53 No.3

앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험의 분석과 Small-Scale Chemistry를 적용한 실험 개발

박국태,노지현,김동진,유란영,노윤미,김묘경,이상권,Park, Kuk-Tae,Noh, Ji-Hyun,Kim, Dong-Jin,Ryu, Ran-Yeong,Noh, Yun-Mi,Kim, Myo-Kyung,Lee, Sang Kwon 대한화학회 2008 대한화학회지 Vol.52 No.3

이 연구의 목적은 고등학교 과학 교과서에 제시된 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실 험으로 small-scale chemistry (SSC)를 적용한 실험을 개발하고자 하는 것이다. 연구를 위해서 고등학교 10종 과 학 교과서에 제시된 화학반응속도에 미치는 농도와 온도의 영향에 대한 실험 방법을 반응 생성물 확인 방법 에 따라 분류하고, 과학 교과서에 가장 많이 제시되어 있는 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험 을 교과서 실험 방법에 따라 수행하였다. 그리고 실험 과정에서 나타나는 문제점들을 분석해서 앙금 생성 반 응을 이용한 화학반응속도 측정 실험에 SSC를 적용한 실험을 개발하였다. 연구 결과에 의하면, 과학 교과서 에 제시된 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험에는 반응 용액들의 혼합 방법에 대한 번거로움, X자가 보이지 않는 시점의 애매모호함, 실험 결과 수집의 시간 지연, 유독한 이산화황 기체의 발생, 물중탕 장 치 조작의 불편함, 그리고 반응 온도 통제의 어려움 등의 문제점들이 있었다. 또한, 실험 결과들의 재현성이 부 족하였다. 이러한 문제점들은 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험에 SSC를 적용하여 개발한 실 험으로 해결할 수 있었다. SSC를 적용한 실험에서는 A4 용지 반응판에 실험의 순서를 명시하여 실험 방법을 명확하게 할 수 있었으며, 홈판과 스템 피펫을 사용하여 반응시간을 단축하여 실험 결과들을 연속적으로 얻을 수 있었다. 또한, 유독한 이산화황 기체의 발생량을 1/7 정도로 줄일 수 있었으며, X자가 보이지 않는 시점도 뚜렷하게 관찰할 수 있었다. 그리고 30분 내에 화학반응속도에 미치는 농도와 온도의 영향에 대한 두 실험을 간편하고 재현성 있게 수행할 수 있었다. 또한, 수업시간 중 실험 결과들을 해석하고 토의할 수 있는 시간을 확보할 수 있어, 고등학생들이 화학반응속도에 미치는 농도와 온도의 영향에 대한 과학적인 개념을 형성하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. The purpose of this study was to understand the experiment for measuring chemical reaction rate by precipitate formation and to develop experiments applying small-scale chemistry. For this study, the experimental method for measuring the effect of concentration and temperature on chemical reaction rates presented in the 10 high school science textbooks were classified by their experimental methods of confirming production. Subsequently, problems observed in carrying out the experiments for measuring chemical reaction rates by precipitate formation frequently presented in the 10 high school science textbooks were analyzed. Experiments applying small-scale chemistry were developed measuring chemical reaction rate by precipitate formation. According to the result of this study, there were some problems in the experimental method of precipitate formation for measuring chemical reaction rates presented in the high school science textbooks. Those problems in the science textbook experiments were insufficient specification of mixing methods of reaction solutions, obscurity of knowing when the character letter X disappeared, time delay in collecting the experimental data, formation of hazardous sulfur dioxide, uneasiness of fixing water bath container, controlling the reaction temperature, and low reproducibility. Those problems were solved by developing experiments applying smallscale chemistry. Presenting the procedure of mixing reaction solutions on the A4 reaction paper sheet made the experimental procedure clearly, using well plates and stem pipette shortened the reaction time and made it possible to continuously collect the experimental data. Furthermore, the quantity of hazardous sulfur dioxide was reduced 1/7 times and the time when the character letter X disappeared could be observed clearly. Since experiments for measuring the effect of concentration and temperature on chemical reaction rates could be performed in 30 minutes, the developing experiments applying SSC would help students understand the scientific concepts on the effect of concentration and temperature on chemical reaction rates with enough time for experimental data analysis and discussion.

연구논문 : 비무장지대에 인접한 경기도 농촌지역 강수의 화학적 성분에 관한 기초 연구

박국태(Kuk Tae Park),김창호(Chang Ho Kim),홍현복(Hyun Bok Hong),류오현(Oh Hyeon Ryu),양일호(Il Ho Yang),임광수(Kwang Su Lim),민덕식(Duck Sik Min) 한국환경과학회 1998 한국환경과학회지 Vol.7 No.2

중등학교에서의 용해 현상의 지도 실태조사

강대헌,백성혜,박국태,Kang, Dae Hun,Paik, Seoung Hey,Park, Kuk Tae 대한화학회 2000 대한화학회지 Vol.44 No.5

이 연구에서는 중등학교 과학 교과서에서의 용해 현상 및 그와 관련된 내용에 대한 설명의 적절성과 과학 교사들의 지도 실태를 알아보았다. 연구 결과, 현재의 중${\cdot}$고등학교 과학 교과서에는 용해를 단순히 두 물질이 고르게 섞이거나 한 물질이 다른 물질 속으로 녹아 들어가는 현상으로 설명을 하고 있어 용해 과정을 용매화로 제대로 이해하기 어려운 실정이다. 또한, 설문 응답 교사들 중에는 용해를 콩 사이로 좁쌀이 끼어 들어가는 것과 같이 입자의 크기 차이에 비유하여 설명하는 경우가 많았다. 이와 같은 결과는 교사 자신이 용해 현상에 대해서 잘못 이해하고 있을 뿐 아니라 학생들에게 잘못된 개념이 그대로 전수되는 것으로 보인다. 결국 교사가 가지고 있는 옳지 못한 개념이 학생들에게 그대로 전이되어 용해에 대한 올바른 개념 형성을 어렵게 만들 것으로 생각된다. This study was to examine the appropriateness of explanation and science teachers' teaching practices on dissolution in secondary school science textbooks. The result showed that students had difficulty in understanding the process of dissolution as solvation. Because the textbooks referressolution. Eventually, students are expected to have a hard time in forming the right concept of dissolution by the misunderstanding of teachers.

중학생들의 용해 현상 이해에 대한 연구

강대훈,백성혜,박국태,Kang, Dae Hun,Paik, Seoung Hey,Park, Kuk Tae 대한화학회 2001 대한화학회지 Vol.45 No.1

이 연구에서는 중학생들의 용해 현상 및 그와 관련된 내용에 대한 이해 실태를 알아보았다. 연구 결과 75% 이상의 학생들이 용해를 입자의 크기 차이로 인하여 한 물질이 다른 물질 사이로 들어가는 현상으로 이해하고 있었으며, 일부 학생들은 용해가 일어나면 용질 이 없어지거나 용매에 포함되는 것으로 이해하고 있었다. 또한, 학생들은 용해현상을 큰 입자 사이로 작은 입자가 들어가는 것으로 이해함으로써 정작 용해가 될 때 부피가 감소하는 이유를 제대로 설명하지 못하였다. 그리고 용해도에 미치는 용질 상호간의 영향에 대한 이해는 매우 낮은 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 중학교 과학 교과서의 용해 관련 개념의 설명이 불충분하고 과학교사들의 부적절한 모형 사용에 의한 설명 때문으로 생각된다. 따라서, 중학생의 이해 수준에 알맞는 교과서의 설명과 용해 현상을 입자적 관점에서 시각적으로 보여줄 수 있는 적절한 모형의 개발이 요구된다. This study was to examine middle school students' understanding of dissolution. More than 75% students understood that dissolution was caused by small particles' filling the space between large particles due to the difference of size among particles. Some other students responded that solute disappeared or was absorbed in a solvent as the result of dissolution. Besides, they didn't know that space between particles was the reason of the volume's decreasing after the process of dissolution. Instead, they explained that space between particles caused dissolution. And they hardly understood the fact that solutes affect solubility. Students'misunderstanding about the concept of dissolution resulted from the lack of the explanation on the right concept of dissolution in science textbooks and the inappropriate use of the dissolution model by teachers. In conclusion, we need the appropriate explanation in middle school science textbooks that consider the students'level and the development of the appropriate model that demonstrates dissolution in the perspective of particles.

사회적 상호작용을 강조한 과학 탐구실험의 효과 및 학생들의 인지수준에 따른 상호작용 분석

김조연,신애경,박국태,최병순,Kim, Jo Youn,Shin, Ae Kyung,Park, Kuk Tae,Choi, Byung Soon 대한화학회 2001 대한화학회지 Vol.45 No.5

이 연구의 목적은 사회적 상호작용을 강조한 과학 탐구실험을 개발하여 이를 적용한 수업이 학생들의 탐구능력 신장에 미치는 효과를 알아보고, 실험을 수행하는 과정에서 일어나는 상호작용을 학생들의 인지수준에 따하 분석하는 것이었다. 이를 위하여 남녀공학 중 학교 2학년 197명을 실험집단과 통제집단으로 나누어, 실험집단에는 사회적 상호작용을 강조한 과학 탐구실험 수업을 통제집단에는 전통적인 실험수업을 한 학기에 걸쳐 적용한 후 과학 탐구능력 검사를 실시하였으며, 학생들의 인지수준에 따른 상호작용을 분석하고 이 실험 수업에 대한 학생들의 인식을 조사하였다. 사회적 상호작용을 강조한 과학 탐구실험을 적용한 수업이 전통적인 실험 수업에 비하여 학생들의 과학 탐구능력 신장에 효과가 있있다. 탐구실험 수업 과정을 살펴보면, 학생들의 인지 수준에 따라 상호작용 참여 정도에 차이가 있었으며, 같은 인지수준이더라도 모둠 구성 방식에 따라 상호작용의 형태에 차이가 있었다. 인지수준이 높은 학생은 학생들 사이의 상호 작용에서 주도적이며 교사와의 상호작용에도 적극적으로 참여하였고, 인지수준이 낮은 학생은 인지수준이 높은 학생을 추종하는 경향이 있으며 교사와의 상호작용에는 소극적이었다. 실험 수업에 대하여 학생들은 탐구실험 수업이 모둠원들과 상호작용 할 기회를 제공함으로써 토론을 많이 하게 되고, 동료로부터 도움을 받아 어려움을 해결할 수 있었다고 응답하였다. The purpose of this study was to investigate the effects of science inquiry experiments emphasizing social interaction on the development of process skills of the students. The social interactions by cognitive level of the students were also analyzed. For this study, 197 8th grade students were sampled. They were divided into an experimental group and a control group. During four-month period, the experimental group received science inquiry experiments treatment emphasizing social interactions while the control group received traditional treatment. Not only science inquiry ability pretest-posttest, but also multiple data collection method such as a questionnaire, class observation, and audio/video recording were used in collecting the data. According to the results of this study, it was found that the mean score of the experimental group was significantly higher than that of the control group at 0.05 level. It was also found that the students of high cognitive level led the peers and participated in the class discussion actively with the teacher while the students of low cognitive level followed the students of high cognitive level and showed inactive interaction with the teacher. Analysis of the students' perceptions on inquiry experiments showed that students participated in discussion actively in the class as these experiments gave an opportunity for them to discuss and were able to solve the problems with peers' help through discussion.

용해 현상에 대한 학생들의 개념유형 및 교사들의 지도 실태

강대훈,백성혜,박국태,Kang, Dae-Hun,Paik, Seoung-Hey,Park, Kuk-Tae 대한화학회 2004 대한화학회지 Vol.48 No.4

이 연구에서는 용해와 관련된 현상에 대해서 초등학교 학생에서부터 대학생에 이르기까지 학교급에 따라 학생들이 가지는 개념유형을 알아보고, 초${\cdot}$중등학교 교사들의 용해 현상에 대한 지도 실태를 알아보았다. 연구 결과, 초등학생 때 형성된 구멍 개념에 의한 용해 현상의 이해가 고등학생 때까지 유지되고 있었으며, 인력 개념에 의해 용해 현상을 학습하는 시기인 고등학교 2, 3학년과 대학생들은 인력 개념으로 용해 현상을 이해하는 비율이 상대적으로 높게 나타났다. 그러나 용해 현상을 설명할 때는 초등학생에서부터 대학생에 이르기까지 많은 학생들이 인력 개념보다는 구멍 개념을 선호하는 것으로 나타났고, 개념의 이해와 설명에 커다란 차이를 나타냄으로써 학생들의 용해 현상에 대한 이해 정도가 전반적으로 낮음을 알 수 있었다. 교사들의 설문 응답 분석 결과, 초등학교 교사의 90% 정도가 소금이 물에 녹는 현상을 콩 사이로 좁쌀이 들어가는 것과 같은 현상으로 이해하고 있었으며, 실제 학생들에게 소금이 물에 녹는 현상을 콩 사이로 좁쌀이 들어가는 모형을 이용하여 지도한다고 응답하였다. 중등학교 교사들 역시 약 절반 정도는 용해 현상을 구멍 개념으로 이해하고 있었으며, 인력 개념으로 바르게 이해하고 있는 교사는 20% 정도에 지나지 않았다. 또한, 인력 개념으로 이해하고 있는 교사들도 실제 학생들을 지도할 때는 구멍 개념으로 설명하는 경우가 많아 교사들의 개념 이해와 지도에는 차이가 있음을 알 수 있었다. In this study, a survey was conducted of students of elementary through college on their conceptions of phenomenon related with dissolution, saturation, and extraction. The teaching strategies of elementary and secondary teachers related to dissolution phenomena were also investigated. Most of elementary and secondary school students thought of dissolution as a phenomenon in which particles broke into the spaces between other particles. This explanation called 'space conception' can be sought in elementary school science textbooks. Some of high school students also had this type of thought. A concept of dissolution phenomenon as 'hydration through attraction of solvent and solute' was held by most of students of 11th, 12th grade, and college. This explanation called 'attraction concept' can be sought in high school chemistry textbooks for 11th and 12th grade. But many students of elementary through college used analogies and models related to 'space conception' when they tried to explain the dissolution phenomena. This indicates that the 'attraction concept' was not firmly established in the students' cognition. 90% of elementary school teachers thought and taught dissolution as a phenomenon in which two different size particles were mixing together like as mixing beans and millets. The model does not represent the attractions among solvent-solvent particles, solvent-solute particles, and solute-solute particles. This model only represents the space size effect (smaller size particles fitting into the spaces of larger size particles). Half of the secondary school teachers also had 'space conception' and only 20% of the teachers had 'attraction concept' Many teachers who had 'attraction concept' used to represent explanation related to 'space conception' for teaching dissolution.

수증기 응결에 관한 초등학생들의 가설 생성에서 귀추의 역할과 과정

심해숙,정진수,박국태,권용주,Shim, Hae-Sook,Jeong, Jin-Su,Park, Kuk-Tae,Kwon, Yong-Ju 한국지구과학회 2003 韓國地球科學會誌 Vol.24 No.4

The purpose of this study was to test the hypotheses that student's abductive reasoning ability plays an important role in hypothesis-generating about vapor condensation, and student's hypothesis-generating requires their causal explicans as well as experience. To test the hypotheses, the instruments of hypothesis-generation, prior knowledge, and experience with vapor condensation were developed and administered to 6th grade students. This study found that 72 subjects among 89 students who had prior knowledge about vapor condensation failed to apply their prior knowledge to hypothesis-generating about the vapor condensation. This result showed that the students' failure in hypothesis-generating was related to their deficiency in abductive reasoning ability. In addition, this study showed that 54 subjects among 56 students who had experience with vapor condensation also failed to generate hypotheses. This result supported that student's causal explanations were separated from their experience. Therefore, this study suggests that science education should include the teaching of abductive reasoning skills for developing student's hypothesis-generating skills. 이 연구의 목적은 수증기 응결 과제에서 초등학생들이 가설을 생성할 때 귀추가 중요한 역할을 한다는 가설과 가설 생성 과정의 하위 요소인 경험상황과 원인적설명자가 독립되어 있다는 가설을 검증하는 것이었다. 검증을 위해 수증기 응결에 관한 가설 생성 검사지, 사전 지식 검사지, 유사경험상황 검사지 등을 개발하여 초등학교 6학년 학생들에게 투입하였다. 연구 결과, 수증기 응결에 관한 사전 지식을 가지고 있는 89명의 학생 중 72명의 학생들이 이 지식을사용하여 가설을 생성하지 못하였는데, 이것은 가설 생성에 귀추가 매우 중요하게 영향을 미친다는 연구 가설을 지지한다. 그리고 수증기 응결 현상에 관한 유시경험상황을 가지고 있는 56명의 학생들 중 54명의 학생들이 가설 검사에서가설을 생성하지 못하였는데, 이것은 경험상황과 원인적설명자가 독립적으로 분리되어 있다는 두 번째 연구가설을 지지한다. 이러한 연구 결과들로부터 이 연구에서는 과학 교육의 실제에서 지식을 가르치는 것뿐만 아니라 가설 생성 능력향상을 위한 교수 ${\cdot}$ 학습도 이루어져야 함을 제안한다.

10학년의 화학반응속도 학습에서 스캐폴딩 전략을 적용한 코스웨어 수업의 효과

조향숙,최병순,박국태,Cho, Hyang-Suk,Choi, Byung-Soon,Park, Kuk-Tae 대한화학회 2004 대한화학회지 Vol.48 No.3

이 연구의 목적은 과학 개념 학습 환경에서 스캐폴딩 전략을 적용한 코스웨어와 활동지를 개발하고 적용하여, 코스웨어 수업이 개념 이해도와 노력, 자기 점검 등을 포함한 정의적 영역에 미치는 효과를 알아보는 것이었다. 연구 대상은 충북 청원군에 소재한 인문계 고등학교 10학년 2개 반으로 실험집단과 통제집단으로 나누어, 실험집단에는 코스웨어와 활동지를 이용한 수업을, 통제집단에는 교사 중심의 설명식 수업을 화학반응속도 단원에 대해 3차시에 걸쳐 실시하였다. 수업 처치 전에 사전 문제 해결 능력 하위 변인 검사를 실시하고, 중간고사 과학 성적을 조사하였다. 수업 처치 후에는 개념 이해 검사와 사후 문제 해결 능력 하위 변인 검사를 실시하였다. 연구 결과에 의하면, 스캐폴딩 전략을 적용한 코스웨어와 활동지로 학습한 실험집단은 교사 중심의 설명식 수업을 받은 통제집단과 통계적으로 비슷한 수준의 개념 이해 점수를 획득하였다. 이는 스캐폴딩 전략을 적용한 코스웨어가 학습자의 개념 발달을 위한 개별화 수업의 도구로 활용될 수 있음을 나타내준다. 한편, 문제 해결 능력 하위 변인 검사에서 실험집단은 통제 집단에 비해 노력과 자기 점검 그리고 인지전략 변인에서 통계적으로 유의미하게 향상되었는데, 이는 스캐폴딩 전략이 학습의 책임을 학습자에게 이양함으로써 자기 조절력이 향상된 것으로, 자기 주도적인 학습 능력의 향상을 위해 스캐폴딩 전략을 수업에 활용할 수 있음을 나타내준다. The purpose of this study were to develop of courseware using scaffolding strategy and to investigate the effect of courseware instruction upon students' conceptual understanding and affective domain including effort and self-checking. 10th grade students in the experimental and control groups were selected from high school at Cheongwon-gun in Chungbuk, and taught about chemical reaction rate for 3 class hours. The students in the experimental group studied individually through courseware using scaffolding strategy and worksheet and teacher-centered expository lesson was used in the control group. Prior to the instructions, test specification for problem-solving assessment (TSPSA) was administered and the scores of the previous science achievement test were obtained. After the instructions, the posttest on conceptual understanding and TSPSA were administered. Results of this study revealed that the mean score of the experimental group in the conceptual understanding test was similar to that of the control group at statistically significant level. This result implies that the courseware using scaffolding strategy could be a tool of the individualized instruction. The experimental group improved significantly better in three components of the TSPSA such as effort, self-checking, and cognitive strategy. From this result, it is considered that learners' self regulation is improved by being taken over responsibility of learning. So, it is suggested that instruction using scaffolding strategy is needed in science class to improve self-leading learning ability.