<산소 이산화탄소> 단원 학습에서 과학사 도입의 효과 = Effectiveness of the History of Science on the learning of the unit of 'Oxygen and Carbon Dioxide'

국문 초록 (Abstract)

학생들은 일상생활을 통하여 종종 과학적인 근거가 결여된 채 여러 가지 자연현상을 이해하게 될 뿐만 아니라 자연과 수업시간에 단편적으로 배운 결과론적인 지식들로 인하여 또한 많은 오개념들을 갖게 된다. 한편, 학생들이 가진 이러한 오개념들은 역사적으로 볼 때 과거 과학자들의 시행 착오와 상당히 유사점이 많다. 따라서 본 논문의 목적은 자연현상에 대하여 학생들이 가지고 있는 오개념을 개선하는데 있어서 과학사 도입의 효과를 실증적으로 검토하기 위한 것이다.
본 연구는 경기도 성남시에 소재하는 한 초등학교의 6학년 2개반 84명을 대상으로 실시하였으며, 연구목적을 달성하기 위하여 6학년 2학기 "산소 이산화탄소 단원"에 과학사를 도입하였다.
먼저 상위 학년을 대상으로 15개의 검사지 문항을 가지고 아동들이 많이 갖는 오개념을 조사하였다. 이 결과 학생들이 가진 오개념으로는 "산소는 물에 잘 녹는다." "공기와 산소는 같은 성질을 갖는 기체이다." "산소는 연소된 후 없어진다." "공기 중에 존재하는 이산화탄소의 양이 많다." "이산화탄소는 물에 잘 녹는다." "공기가 이산화탄소보다 무겁다." "모든 연소에서는 그을음이 생긴다." "양초가 연소하여 생기는 물방울은 공기중의 수증기이거나 촛농에서 생긴 것이다." 등이었다.
이렇게 조사된 오개념을 중심으로 과학사를 도입하여 총 13차시 수업 중 6차시 교수학습 지도안을 재구성하였으며, 비교반과 실험반을 선정한 후 비교반에는 전통적인 교수 학습지도안을 이용하여 수업을 실시하였으며 실험반에는 과학사를 재구성한 교수 학습지도안을 투입한 후 동일 검사지로 사전 사후 검사를 하여 과학사 도입의 효과를 알아보았다.
위와 같은 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
과학사를 도입함으로써 아동들이 수중 생물의 산소호흡 등을 통하여 얻게 된 산소의 수용성에 대한 오개념과, 식물의 광합성 및 사람과 동물의 호흡으로 인하여 이산화탄소가 공기중에 많이 존재할 것이라는 오개념을 교정하는 효과가 있었다. 또한, 공기가 혼합기체이며 산소와 공기가 서로 다른 성질의 기체임을 알게 하고, 연소에 대한 플로지스톤적 사고를 산소의 화학변화로 이해시키는데 효과가 있었다.
또 사회적으로 문제가 된 화재사건에서 보도된 유해가스에 의한 질식사를 통하여 아동들은 '이산화탄소에 냄새가 있다'는 오개념을 갖고 있었으나 이 오개념은 좀처럼 교정되지 않았다.
일상생활을 통하여 불완전 연소에 의해 생기는 그을음이 완전연소를 포함한 모든 연소시에 발생하는 것으로 연소의 개념을 일반화하는 것을 볼 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Children have many misconceptions due to the result-based tuition and knowledges which they have acquired during class as well as they misunderstand natural phenomena without scientific rationale through many experiences during their daily life.
Meanwhile, the formation process of their misconceptions are very similar to 'try and error' process which scientists have ever experienced historically. Therefore, the objectives of this study is to empirically examine whether the introduction of the history of science is effective in improving their misconceptions or not.
The subject of this study is composed of 84 children of 2 classes who are 6th grade in one of the elementary school in Sung-Nam City, Kyunggi-Do, Korea and we applied the history of science to 'Oxygen and Carbon Dioxide' Unit which is studied during second semester of 6th grade to accomplish this study objectives.
First of all, as results that we surveyed major misconceptions which children have by using 15 questionnaires with pre-6th grade children we found that children have following types of misconceptions:
'Oxygen is melted to water well', 'Air and oxygen are gases with similar natural characters, 'Oxygen is disappeared after combustion', A plenty of carbon dioxide exists in the air', 'Carbon dioxide is also melted to water well', 'Air is heavier than carbon dioxide', 'It becomes sooty after every kind of combustion', 'Water drop which is being developed by combustion of candle is originated from the vapor in air or guttered candle wax' and as well.
To investigate the effects of introduction of the history of science in improving children's misconceptions, we restructured six hours of the instruction scheme for tuition-learning among total thirteen hours of lesson by introducing the history of science to these misconceptions surveyed, and present instruction scheme for tuition-learning was used for control group as well as restructured instruction scheme for tuition-learning was used for experimental group after dividing into 2 groups such as experimental class and control class.
The results of this study are as follows:
Firstly, the introduction of the history of science is effective in improving children's misconception on water solubility acquired through watching fish and seaweed inspire oxygen in the water as well as misconception that a plenty of dioxide carbon may exist in air due to photosynthesis of plants and respiration of animals. Additionally, it is not only effective in understanding that air is mixed gas and it has different nature with oxygen but also effective in understanding that combustion is one of chemical reaction differently from Phlogiston Theory.
Secondary, it is not effective in correcting the misconception that carbon dioxide has smell and children identify carbon dioxide with toxic gas because suffocated death by toxic gas may have strongly affected to children in a series of big fire accidents recently.
Thirdly, it is shown that children tend to generalize combustion to always develop soot in not only incomplete combustion but complete combustion.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• I. 서론 = 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 = 1
• 2. 연구문제 = 2
• 3. 연구의 제한점 = 3
• 4. 용어의 정의 = 3
• II. 문헌조사 및 이론적 배경 = 5
• 1. 과학교육에서 과학사의 역할 = 5
• 가. 과학-기술-사회(STS) 교육과 과학사 = 6
• 나. 과학교육에 있어서 과학사 = 7
• 다. 과학의 본질 인식과 과학적 방법의 학습을 위한 과학사 = 9
• 라. 사회적 맥락 속에서 과학을 이해시키기 위한 과학사 = 11
• 마. 과학의 인간화를 위한 과학사 = 12
• 2. 기체의 발견 과정 = 13
• 가. 플로지스톤설 = 13
• 나. 라보아제의 연소설 = 14
• 다. 산소의 발견 = 14
• 라. 이산화탄소의 발견 = 15
• 3. 선행 연구의 고찰 = 16
• III. 연구의 방법 및 절차 = 19
• 1. 연구의 대상 및 검사도구 = 19
• 2. 연구의 설계 = 19
• 3. 과학사 프로그램의 수업 지도안 개발 및 적용 = 20
• IV. 연구의 결과 및 논의 = 21
• 1. 전학년도 학생들이 전통식 수업후 갖는 개념 조사 결과 = 21
• 2. 조사된 오개념과 수업 적용 내용 = 29
• 3. 과학사를 도입한 수업후 개념변화 결과 = 30
• 가. 연구 결과 분석 = 30
• 나. 분석결과 요약 = 40
• V. 결론 및 제언 = 43
• 1. 결론 = 43
• 2. 제언 = 44
• 참고문헌 = 45
• 부록 1. 산소와 이산화탄소 단원에서 과학적 개념에 대한 조사지 = 47
• 부록 2. 수업지도안 = 50
• ABSTRACT = 56