9학년 과학교과서 물질변화에서의 규칙성 단원 실험 분석과 Small-Scale Chemistry를 적용한 실험 개발

유란영,김동진,황현숙,박세열,이상권,박국태,Ryu, Ran-Yeong,Kim, Dong-Jin,Hwang, Hyun-Sook,Park, Se-Yeol,Lee, Sang-Kwon,Park, Kuk-Tae 대한화학회 2011 대한화학회지 Vol.55 No.3

이 연구는 9학년 과학교과서 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험의 분석과 small-scale chemistry (SSC)를 적용한 실험을 개발하고자 하는 것이다. 연구를 위하여 9학년 9종 과학교과서의 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 앙금생성, 물의 전기분해, 과산화수소수의 분해 실험들을 분석하고, 13명의 과학교사들에게 과학교과서의 실험들을 수행하게 하여 문제점과 개선해야할 사항들을 추출하였다. 개선해야할 사항들을 바탕으로 SSC를 적용하여 개발한 실험들을 19명의 예비교사들에게 과학교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후 SSC를 적용한 실험의 장점과 단점을 조사하였다. 연구 결과, 요오드화납 앙금생성 실험과 Hoffman식 물의 전기분해 실험, 그리고 이산화망간을 촉매로 사용하는 과산화수소수의 분해 실험이 9학년 과학교과서에 가장 많이 제시되어 있었다. 과학교과서의 실험들에서 개선해야할 사항들로는 시약의 소모량, 실험시간, 실험장치 규모 등이었다. SSC를 적용하여 개발한 실험들의 장점은 적은 양의 시약 사용으로 폐액 처리의 용이성과 실험의 안전성을 높여주며, 실험시간의 단축과 재현성이 있는 실험결과들을 얻을 수 있는 것 등이었다. 반면에 단점은 적은 양의 시약 사용으로 실험관찰에서 다소간의 어려움과 성취감의 감소, 작은 규모의 실험 기구 사용의 미숙함 등이었다. 그러나 SSC를 적용하여 개발한 실험들을 9학년 과학실험으로 활용한다면, 적은 양의 시약을 사용하여 간편하게 재현성이 있는 실험을 이론수업과 병행하여 실시할 수 있어, 학생들이 물질변화에서의 규칙성에 대한 과학적인 개념을 형성하는데 도움을 줄 것으로 기대된다. The purpose of this study was to analyze experiments for the rules of material change unit in 9th grade science textbooks and develop experiments applying small-scale chemistry (SSC). For this study, experimental methods for the precipitation experiment, water electrolysis experiment, decomposition of hydrogen peroxide experiment presented in the 9 science textbooks were analyzed. Problems and improvements that were needed were extracted by 13 science teachers performing the experiments. Experiments applying SSC were developed based on the improvements needed. Afterwards, 19 pre-service science teachers performed both the developed SSC experiments and the science textbooks' experiments. A questionnaire about merits and demerits of the experiments applying SSC was performed. According to the results of this study, most of the 9th grade science textbooks included the lead iodide precipitation experiment, water electrolysis experiment by Hoffman voltameter, and decomposition of hydrogen peroxide experiment using catalytic manganese dioxide. Improvements were needed on the quantity of reagents, time for performing experiments, and scale of experimental apparatus. Merits of the developed experiments applying SSC which used small amount of reagents were safety, easy waste material disposal, short reaction time, and reproducible experimental results. Demerits of the experiments applying SSC were difficulty in observing, decreased achievement, and lack of skill in handling small-scale apparatus. Therefore, if the experiments developed applying SSC were to be utilized in 9th grade science experiments, it will be possible to use less reagent and be able to teach and carry out reproducible experiments at the same time. Also, the reproducible experiments based on SSC will help students under stand the scientific concepts for the rules of material change unit.

화학 I 교과에 대한 화학 교사들의 인식과 학습 지도 방식에 대한 조사

이은주,조영자,김은숙,유란영,김동진,박국태,Lee, Eun-Ju,Cho, Young-Ja,Kim, Eun-Suk,Ryu, Ran-Yeong,Kim, Dong-Jin,Park, Kuk-Tae 대한화학회 2007 대한화학회지 Vol.51 No.1

이 연구의 목적은 제7차 교육과정에 의한 화학I 교과의 목표와 성격에 대한 화학 교사들의 인식을 조사하고, 학습 지도 시 화학 교사들의 학습 내용 선택도와 학습 지도 방식에 대해 조사하여, 화학I 교과가 교육 현장에서 어떻게 운영되고 있는지 알아보고자 한 것이다. 연구를 위하여 40개 고등학교 화학 교사 44명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 연구결과, 화학 교사들은 제7차 교육과정의 화학I 교과의 목표가 화학적 소양을 갖춘 민주 시민의 양성이라고 인식하고 있었으며, 화학I 교과의 목표에 적합한 수업 방식은 실험·실습 수업 혹은 조사 및 토의 수업과 같은 탐구 중심의 수업 방식이라고 인식하고 있었다. 그러나 실제 수업에서는 개념 중심의 수업이 이루어지고 있었으며, 화학 교사에 따라 학습 내용 선택도에 차이가 많았다. 그리고 화학 교사들은 화학I 교과가 화학 학습에 흥미와 호기심을 갖게 하는데 적합하다고 생각하지만 화학 개념을 체계적으로 이해시키기엔 부적당하기 때문에, 화학I 교과의 학습 내용을 개선할 필요가 있다고 생각하고 있었다. 제7차 교육과정에 의한 화학I 교과의 목표에서 탐구 학습을 강조하고 있으므로 탐구 중심의 수업이 이루어질 수 있도록 충분한 교사 연수와 교수-학습 자료의 개발이 필요하며, 교육과정 개정 시에 화학 교사들의 경험이 충분히 반영되어야 한다고 생각된다. The purpose of this study was to find out chemistry teachers' perceptions on the aims and characteristics of the chemistry I course from the 7th national curriculum by means of investigating how frequently particular learning contents were selected and what the teachers' teaching styles were in order to find out how effectively teachers were working with the 7th national curriculum in teaching. For this study, data was collected by means of questionnaires, which was answered by 44 chemistry teachers in 40 different high schools. Results from this study are as follows: As for the perception on the aim and characteristics of chemistry I course, many chemistry teachers have already perceived that the aim of the course was to promote democratic citizens with the knowledge of chemistry. And the most appropriate way of teaching chemistry I course was inquiry-centered teaching such as experiment-practice and inquiry-discussion. However, these perceptions were not reflected when they actually taught students in the classroom. Instead, most of the class was concepts learning and there were a lot of differences in selecting learning contents among chemistry teachers. Furthermore, although chemistry I course was considered a good subject to make students have interest and curiosity in chemistry, it was not appropriate to make students understand the concepts of chemistry. Therefore, learning contents in chemistry I course need to improve. In conclusion, as the goal of 7th national curriculum of chemistry I course was to emphasize inquiry teaching, inquiry based teaching should be practiced in the class. Moreover, sufficient teacher training should be accompanied and alternative additional teaching contents should be developed. Finally teachers' experiences should be reflected in the national curriculum when it is revised.

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.