화학I 교과서에 나타난 중금속 용어와 개념의 고찰

문경아,채희권,Moon, Kyung-Ah,Chae, Hee-K. 대한화학회 2007 대한화학회지 Vol.51 No.6

이 연구의 목적은 한국 중등학교 과학 교과서에 기술된 화학적으로 불분명한 ‘중금속' 용어에 대해 정의, 종류 및 의미의 항목으로 알아보았다. 예비 결과에 의하면 교과서중에서 ‘화학 I' 교과서 8종 중 6종에 서 비중을 근거로 중금속을 정의하고 있으며 또 인체에 유해하고 지속적으로 축적되는 금속으로 묘사하고 있 다. 특히 8종의 모든 교과서에서 중금속의 예로 카드뮴, 납 그리고 수은을 제시하고 있으나 비소와 같은 비금 속이나 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈 그리고 구리 같은 인체 필수 미량 금속도 들어 있었다. 금속의 독작용을 이해함에 있어서 금속의 산화상태, 생체 내 존재량, 생체 성분과의 반응성을 고려해야 하지만 교과서에서 이에 대한 단편적인 예만 제시하고 있었다. 화학적으로 정의되지 못한 용어는 학생들로 하여금 중금속은 독소와 동 일할 수 있다는 대안 개념을 유발시킬 수 있으므로 이러한 모호한 정의와 설명은 교과서에서 지양되어야 한다. The aim of this study is to investigate the terminology of chemically unclear ‘heavy metals' which were expressed in the Korean secondary science textbook in terms of the definition, the type and the meaning. Initial results showed that six of ‘Chemistry I' textbooks among these texts defined a heavy metal with the density and described it as a metal which is hazardous and continuously accumulated in the human body. Specifically, cadmium, lead and mercury were presented as examples of the hazardous metal in all of the eight textbooks but non-metals such as arsenic and absolutely essential metals including chrome, manganese, iron, cobalt, nickel and copper were also given in the texts. Most of the texts described the hazardousness and toxicity of the metal too simple to understand the mechanism of its intoxication despite considering all of the factors including its oxidation state, residual amount and reactivity with biomolecules of the human body. Such an ambiguous definition and explanation may excluded in the textbook because the chemically undefined chemical vocabulary leads students to cause an alternative conception of the heavy metal, which means that the metal could be identical with toxins.

고등학교 과학교과서에 제시된 무기 화합물의 표기 및 표현 분석

남미자,채희권,Nam, Mi-Ja,Chae, Hee K. 대한화학회 2008 대한화학회지 Vol.52 No.4

문.이과 계열에 따른 중금속에 대한 고등 학생들의 인식 및 이해도 분석

문경아,채희권,Moon, Kyung-Ah,Chae, Hee-K. 대한화학회 2009 대한화학회지 Vol.53 No.6

본 연구에서는 화학적으로 잘 정의되지 않은 ‘중금속’ 에 대해서 고등학생들의 인식을 설문지를 통해 조사하였다. 고등학교 2학년생 19개 반 (N=611)을 대상으로 '화학 I'을 이수한 이과 반 10개와 이수 하지 않은 문과 반 9개의 두 집단으로 나눠서 조사하였으며 서로 비교하였다. 중금속에 대한 학생들의 인식과 정의, 인식 형성에 미치는 요인과 화학적인 지식에 대한 세 가지 항목을 SPSS에 의해 분석하였다. 학생들 중 문 . 이과 전공에 상관없이 대다수가 중금속을 생물체 내에 축적을 일으키고 인체 유해한 금속으로 인식하고 있었다. 이러한 인식을 형성함에 있어서 대중매체와 학교 수업이 가장 많은 영향을 끼친 것으로 밝혀졌다. 특히 이과 반 학생들의 경우 문과 반에 비해 학교 수업에 의한 영향이 더 많은 것으로 나타나 중금속 정의를 금속의 종류와 인체에서의 함량에 관계없이 인체 유해한 물질 및 교과서의 잘 정의되지 않은 용어에 따라 물리적인 밀도와 관련된 것으로 오해하는 경향이 높았다. 흥미롭게도 이과 반 학생들이 중금속의 유해성과 화학적인 구조에 대한 이해도가 높았던 반면 금속의 독성학적 성질에 관한 질문에서 문과 반 학생들의 정답률이 높았다. In this study, high school students' perceptions of chemically ill-defined ‘heavy metals’ were examined through questionnaires. Nineteen classes of 11th graders (N = 611) were divided into two groups according to completion of 'Chemistry I', which were 10 science-classes and 9 liberal art-classes and compared each other. Three terms of students' cognition and definition, impact on the formation of their cognition, and their chemical knowledge of 'heavy metals' were analyzed by SPSS. The findings revealed that most of students recognized ‘the heavy metal’ as the metal which causes to be accumulated on any living thing and is hazardous in human body regardless of different major between liberal art and science. Mass media and school instruction were found to be the greatest impact on the formation of these cognitions. Especially, school instruction had more effects on students majoring in science than students majoring in liberal art, which bring the result that students in science-classes have more misconception about the definition of 'heavy metals' with human toxicant regardless of metal species and its content in human body and physical density due to the ill-defined terminology of the textbook than students in liberal art-classes do. It is interesting that students in science-classes understood hazard and chemical structure of 'heavy metals' better, while students in liberal art-classes answered the question better about hazardous properties of heavy metals.

일반화학 교재에 나타난 엔트로피 정의와 설명의 고찰

서영진,채희권,Seo, Young-Jin,Chae, Hee K. 대한화학회 2009 대한화학회지 Vol.53 No.1

이 연구에서는 우리나라 대학에서 주로 채택하는 일반화학 교재를 포함한 미국에서 출판된 총 12 종의 일반화학 교재들에 있는 ‘엔트로피’의 정의와 설명방법을 분석하였다. 분석은 두 부분으로 구성된다. 하나는 같은 저자들이 저술한 교재의 판 별 변화를 살펴본 통시적 분석이며 다른 부분은 세 가지 영역 (엔 트로피 정의와 설명방법에 쓰인 무질서, 엔트로피 정의와 설명방법에 Microstates의 수 도입, 통계학적 엔 트로피와 열역학적 엔트로피를 배울 때의 오개념 가능성)으로 살펴본 내용적 분석이다. 연구 결과, 엔트로 피를 무질서의 정도라고 정의하는 것은 지양되었고, Microstates의 수를 이용한 설명 방법으로 대체 되었 다. 또한, 두 가지 다른 엔트로피가 존재한다고 믿는 오개념의 발생 가능성에 대한 주의점을 기술한 교재도 발견되었다. 엔트로피 설명방법의 이러한 변화를 새로운 교육과정에 반영하고 교사들을 재교육하는 것은 우리나라 화학교육의 발전에 중요한 일이다. In this study, entropy definition and explanation in twelve general chemistry textbooks published in USA including what Korean universities select are analyzed. Analysis consists of two parts. One is diachronic analysis which focuses on the change between editions of same authors and the other is contents analysis composed of three sections‐ disorder in entropy definition and explanation, microstates number in entropy definition and explanation, possibility of alternative conception in learning statistical entropy and thermal entropy. As a result, the definition that entropy is the measure of disorder is denied and explanation using microstates number is introduced. Also, caution for the possibility of alternative conception that there are two different entropies is found. Reflecting the change in entropy explanation on new chemistry curriculum and reeducating teachers are meaningful on improvement of Korean chemistry education.

기체 분자의 운동 방식에 관한 예비 화학 교사들의 오개념: 병진, 진동 그리고 회전 운동

서영진,최진권,채희권,Seo, Young-Jin,Choi, Jin-Kwon,Chae, Hee-K. 대한화학회 2010 대한화학회지 Vol.54 No.6

이 연구에서는 기체 분자의 운동 방식에 관한 예비 화학 교사들의 오개념을 조사하기 위해 교재 분석 및 개념 검사를 실시하였다. 연구 결과, 일반화학 교재는 간단한 모형과 기본적인 개념 설명을 통해 기체 분자 운동을 다루고 접근 방식에서 차이를 보일 뿐 아니라 회전 운동에서 무게 중심에 대한 언급이 없는 교재가 상당 수 있었다. 이에 비해 물리화학 교재는 주로 분광학적인 측면에서 접근하였고 심화된 내용을 다양한 모형을 통해 제시하였으며 조사한 모든 교재에서 회전 운동의 무게 중심을 언급했다. 한편, 예비 교사들은 기체 분자의 운동 방식에 대한 이해 정도 및 자신감이 상당히 낮았으며, 많은 오개념을 지니고 있었다. 이는 예비 화학 교사들이 자신의 선개념에 근거한 직관 및 교재에서 제시한 시각 자료에 의존하는 경향이 크기 때문으로 생각된다. In this study, we conducted a textbook analysis and a conceptual test in order to investigate misconceptions of preservice chemistry teachers in understanding motions of molecular gases. As a result, we found out that many of the general chemistry textbooks not only introduce motions of molecular gases by explaining basic conceptions and using simple models, but also omit the explanation on center of mass when dealing with rotational motion. The physical chemistry textbooks, however, mainly approach motions of molecular gases in terms of spectroscopy and use various models to explain more intensified concepts, referring the center of mass in rotational motions. Meanwhile, pre-service chemistry teachers' confidence and understanding in the motions of molecular gases were very low and pre-service teachers also had many misconceptions about them. We believe this is because they had a tendency to depend largely on their intuition based on the pre-conceptions and the visual materials in the textbooks.

Bloom의 개정된 교육목표 분류에 따른 화학II 단원 평가 문항 분석

서영진,김형수,채희권,Seo, Young-Jin,Kim, Hyoung-Soo,Chae, Hee-K. 대한화학회 2010 대한화학회지 Vol.54 No.3

본 연구는 과학 교사들에게 교과서에 실린 문항에 대한 관심을 높일 뿐 아니라 교과서 문항을 효과적으로 사용할 수 있는 기초 자료를 제공하고자 고등학교 화학II 교과서 8종의 단원 평가 문항을 블룸의 개정된 교육목표 분류틀에 따라 분석하였다. 연구 결과 블룸의 인지 영역에 따른 분류에서는 '이해(44.7%)'에 해당하는 문항이 가장 많았고, '적용(29.9%)', '지식(15.6%)', '분석(9.5%)' 순이었으며 이러한 결과는 일반화학 교재의 단원 평가 문항 분석 결과인 '적용', '분석', '이해' 순으로 되어 있는 것과 뚜렷한 차이를 보였다. 특히 '평가'에 해당하는 문항은 전체 화학II 교과서에서 단 한 문제도 발견되지 않았으며 '종합(0.3%)'에 해당하는 문항도 거의 찾아볼 수 없었다. 한편 '적용'에 해당하는 문항의 대부분이 특정한 계산을 요하는 '양적인 수행'이었으며 '이해' 및 '양적인 수행'에 해당하는 문항의 비율은 분석된 총 문항의 70%에 이르렀다. In this study, we analyzed the end-of-chapter questions in 8 types of chemistry II textbooks for science teachers according to revised Bloom's taxonomy of educational objectives not only to raise interests of questions in textbooks but also acquire a basic material for using questions in textbooks effectively. The results of classification following Bloom's cognitive category showed that 'Understanding(44.7%)' level was the most, then 'Application(29.9%)', Knowledge(15.6%) and 'Analysis (9.5%)' in order, which is distinct difference from the result of classification of the end-of-chapter questions in college general chemistry books which was 'Application', 'Analysis' and 'Understanding' in order. Especially, questions of 'Evaluation' level were not found at all in any textbook investigated and 'Synthesis(0.3%)' level was very few. On the other hand, the percentage of questions in 'Understanding' and 'Executing Quantitative' which required specific algorithms was 70% of total with most of the questions in 'Application' were 'Executing Quantitative'.

MBL 실험 결과를 토대로 한 과학적으로 논의 되고 있는 화합물의 고등학교 과학 교과서 기술 분석: 이산화탄소 수용액과 탄산 수용액의 경우

정지영,민경진,채희권,Jeoung, Jee-Young,Min, Kyeong-Jin,Chae, Hee-K. 대한화학회 2010 대한화학회지 Vol.54 No.4

The purposes of this study are to investigate the description of scientifically debatable carbonic acid in the Korean high school textbooks, characterize the physical properties of 'carbonic acid solutions' by using an MBL set-up and compare the properties with textual ones. Four different aqueous solutions of carbon dioxide have been prepared and analyzed: naturally aerated aqueous solution, dry ice-dissolving solution, $CO_2$-bubbling solution and commercial carbonic acid water. Experimental findings showed that pH and conductivity of these 4 solutions ranged from 3.85 to 5.66 and from 0.21 ${\mu}S$/cm to 272.1 ${\mu}S$/cm, respectively. Out of these solutions, the dissociation constant($K_{a1}$) of the bubbling solution at room temperature could be calculated to $5.7{\times}10^{-7}$ which value is comparable to the textual $4.3{\times}10^{-7}$ within experimental errors, which means that textual compound is not pure carbonic acid but the equilibrated mixture of carbonic acid and the aqueous solution of carbon dioxide. On the other hand, textual analysis showed that most of high school textbooks used carbonic acid as an example of weak acid and buffer solution of the blood but none of them distinguished the carbonic acid from the aqueous solution of carbon dioxide. Only one textbook, however, tiered two species in the chemical equation. 본 연구의 목적은 과학적으로 논의가 되고 있는 탄산에 대한 고등학교 과학 교과서의 기술을 살펴보고 '탄산 용액'의 물리적인 특성을 MBL 기구를 이용하여 측정하고 교과서 자료와 비교하는 것이다. 네 가지 서로 다른 이산화탄소 수용액을 준비하여 분석하였다: 공기 중에 자연스럽게 노출된 수용액, 드라이아이스를 녹인 용액, $CO_2$ 버블링 용액 및 상업용 탄산수. 실험결과 이들 4가지 용액의 pH와 전기전도도는 각각 3.85 ~ 5.66 및 0.21 ~ 272.1 ${\mu}S$/cm의 범주에 있다는 것을 밝혔다. 이중에서 $CO_2$ 버블링 용액의 평형상수($K_{a1}$)를 $5.7{\times}10^{-7}$으로 추산할 수 있는데 이것은 교과서에 기재되어 있는 탄산의 $4.3{\times}10^{-7}$과 실험오차 범위 안에서 비교할 수 있는 수치이므로 교과서 화합물이 순수 탄산이 아니라 수화된 이산화탄소와 탄산의 평형 혼합물을 의미한다. 한편 교과서 분석에 의하면 대부분의 고등학교 교과서가 탄산을 약산과 혈액의 완충용액의 예로 많이 들고 있지만 탄산과 이산화탄소 수용액을 구별한 고등학교 교과서는 없었다. 하지만 단 한 교과서에서 두 화학종을 화학식에 병기하였다.

Modified Sol-Gel Processing for Titanium Disulfide

고용복,배영제,채희권,Go, Yong Bok,Bae, Young Je,Chae, Hee K. Korean Chemical Society 1997 대한화학회지 Vol.41 No.3

육방형 이황화 티탄늄의 분말과 박막을 졸-겔법을 변형시켜 제조하였다. 여러 가지 용매하에서 이소프로폭시화 티탄늄과 황하 수소와의 반응에 의해 전구체의 침전을 유도한 후 이것을 황화 수소 분위기에서 열처리를 하면 분말이 얻어지는 반면 2-메톡시에톡시화 티탄늄과의 반응은 안정한 전구체 용액을 주므로 이것을 스핀 코팅하여 열처리하면 박막을 얻을 수 있다. 이러한 분말과 박막의 형태 변화를 열처리를 하면서 전자 현미경과 분말 X-선 회절기를 통해 살펴보았다. Powders and thin-layers of a hexagonal titanium disulfide phase have been successfully prepared by modifying the sol-gel process. The reaction of titanium isopropoxide with hydrogen sulfide causes the precipitation of a precursor which was converted to the disulfide on heat-treatment in $H_2S$ at various temperatures depending on the solvent adopted, whereas that of titanium 2-methoxyethoxide with $H_2S$ produces a stable solution which was spin-casted onto silicon substrates followed by thermolysis to give thin films. Upon heat-treatment in $H_2S$, the disulfides show interesting morphological variations in the form of their powders and thin films, which were characterized by SEM and X-ray diffractometer.

과학영재 선발을 위한 선발문항 분석: 서울대학교 과학영재센터 중학교 심화과정의 화학영역 중심

최취임,정민수,홍훈기,채희권,정대홍,Choi, Chui-Im,Jung, Min-Soo,Hong, Hun-Gi,Chae, Hee K,Jeong, Dae-Hong 대한화학회 2008 대한화학회지 Vol.52 No.3

본 연구에서는 과학 영재성 구성요인과 고전 검사이론을 이용하여 중학교 과학영재센터 화학반 선발에 사용된 선발문항을 분석하였다. 대부분의 문항이 과학영재성의 구성요인 중 두 가지 이상을 복합적으로 측정하는 문항이었으며, 중학교 수준의 과학지식을 적용하여 해결하도록 하였다. 과학 영재성의 구성요소의 하위요소를 분석 한 결과에서 창의성 영역에서는 유창성과 독창성이 과학탐구 능력에서는 문제발견 및 가설설정, 실험설계, 자료해석에 평가항목이 집중되어 있었으며 결론도출 및 일반화에 해당하는 요소는 상대적으로 부족하였다. 각 유형과 총점과의 상관분석에서 과학지식과 결부되어 과학 탐구능력을 측정하는 문항의 유형이 총점을 잘 설명하고 있음을 알 수 있었다. 마지막으로 문항 난이도는 다소 높고, 문항 변별도는 적절하였다. 이로부터 창의성과 과학탐구의 다양한 구성요소를 측정할 수 있는 문항을 균형 있게 안배해야 하며, 난이도의 조절이 필요한 것으로 나타났다. In this study, the test that were used in entrance examination for chemistry class in a Science-Gifted Education Center for middle school students were analyzed by using criteria for identification and measurement of scientific giftedness and a classical test theory. The result of analysis exhibited that most of problems measured more than two elements of scientific giftedness and required applications of scientific knowledge of middle school level to solve problems. In the analysis of sub-elements of scientific giftedness, originality, fluency in creativity and finding problems/formulating hypothesis, planning inquiry, interpreting data in science process skills were dominant while drawing conclusion and generalization processes were lacking. In correlation analysis between total score and each type of problems, total score was most influenced by the problems measuring science inquiry linked with scientific knowledge. Item difficulty is moderately high and item discrimination is moderate.

'반응 속도' 단원의 학습 내용에 적합한 탐구 실험의 제안 : 묽은 염산과 마그네슘 리본의 반응을 중심으로

남미자,윤희숙,정대홍,채희권,Nam, Mi-Ja,Yoon, Hee-Sook,Jeong, Dae-Hong,Chae, Hee K. 대한화학회 2009 대한화학회지 Vol.53 No.1

본 연구의 목적은 고등학교 ‘과학’과 ‘화학 II’의 ‘반응 속도의 측정’ 단원에서의 주된 학습 내용 을 분석하고, 학습 내용에 적절한 개선된 탐구 실험을 제시하는 것이다. 학습 내용의 분석을 위해 고등학 교 ‘과학’ 11종, ‘화학 II’ 8종의 교과서와 교사용 지도서 11종을 분석하고, 교사들의 인식을 조사하였다. 대부분의 교과서와 교사들이 ‘시간에 따라 반응 속도가 점점 느려진다’는 개념을 학습 내용으로 제시 또 는 인식하고 있으나, 교과서에 제시된 탐구 활동의 내용은 ‘시간에 따른 반응 속도의 감소’를 설명하기 에 부적절한 경우가 있었다. 학습 내용에 적절한 탐구 활동을 제안하기 위해 개선된 조건에서 염산과 마 그네슘의 반응 실험을 실시하였고, 얻어진 실험 결과를 이론적으로 예측한 결과와 비교함으로써 ‘시간 에 따른 반응 속도의 감소’를 설명하기에 타당함을 알 수 있었다. 본 연구에서 개선된 탐구 활동은 교과 서의 화학 반응 속도에 대한 개념을 보다 정확히 기술하는데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. The purposes of this study are to analyze the learning contents on the measurement of reaction rate which is introduced in the high school ‘science’ and ‘chemistry II’ textbooks, and to revise the experiment appropriate to the learning contents. We examined 11 kinds of ‘science’ textbooks, 8 kinds of ‘chemistry II’ textbooks and 11 kinds of teacher’s manuals used in Korea and additionally surveyed teachers’ opinions on this subject. Most of textbook and teacher’s manuals described that ‘the reaction rate generally decreases through the time’, teachers’ conception also agreed with it. But most of experimental activities in the textbooks were inadequate to explain the concept that the reaction rate generally decreases with time. We analyzed the reasons and revised the experimental condition to solve this disagreement between the description in textbooks and an experimental result. Then we compared improved experimental result and theoretical prediction data. The improved experiment in this study is expected to help to describe the conception of chemical reaction rate in the textbook more clearly.