끊는점과 녹는점에 대한 교과서 내용 분석 및 과학교사들의 인식조사 An Analysis of Textbooks and an Investigation of Science Teacher's Views on 'Boiling Point' and 'Melting Point'원문보기
이 연구는 끊는점과 녹는점에 관련된 실험 장치를 교육과정의 변화와 교과서의 유형에 따라 분석하고, 중등 과학교사들을 대상으로 이에 관련된 실험값과 교과서에 제시된 값이 다른 경우에 대한 인식을 조사하였다. 그리고 분별 증류, 온도계 보정의 실험 장치와 실 험 결과에 대한 인식도 조사하였다. 연구 결과, 교유고가정과 교과서의 종류에따라 끓는점과 녹는점에 관련된 실험 장치의 유형은 다양하게 변화되어 왔으며, 교사들의 인식도 전공과 근무 학교에 따라 다양하게 나타났다. 또한, 많은 교사들이 분별 증류 실험에서 실험값이 교과서에 제시된 값과 다른 원인을 교과서 내용의 잘못이나 실험 자체의 문제로 인식하고 있었다. 그리고 중학교에서 온도계 보정의 필요성에 대한 교사들의 인식은 다양하게 나타났는데, 화학을 전공한 교사들이 비화학 전공교사들보다 온도계 보정 필요성에 대한 인식이 더욱 높았다.
이 연구는 끊는점과 녹는점에 관련된 실험 장치를 교육과정의 변화와 교과서의 유형에 따라 분석하고, 중등 과학교사들을 대상으로 이에 관련된 실험값과 교과서에 제시된 값이 다른 경우에 대한 인식을 조사하였다. 그리고 분별 증류, 온도계 보정의 실험 장치와 실 험 결과에 대한 인식도 조사하였다. 연구 결과, 교유고가정과 교과서의 종류에따라 끓는점과 녹는점에 관련된 실험 장치의 유형은 다양하게 변화되어 왔으며, 교사들의 인식도 전공과 근무 학교에 따라 다양하게 나타났다. 또한, 많은 교사들이 분별 증류 실험에서 실험값이 교과서에 제시된 값과 다른 원인을 교과서 내용의 잘못이나 실험 자체의 문제로 인식하고 있었다. 그리고 중학교에서 온도계 보정의 필요성에 대한 교사들의 인식은 다양하게 나타났는데, 화학을 전공한 교사들이 비화학 전공교사들보다 온도계 보정 필요성에 대한 인식이 더욱 높았다.
In this study, the experimental apparatus for boiling point and melting point in science textbooks of various curriculums were analyzed. Science teachers' views on the difference between the experimental value and the value written in textbooks were inquired, too. Their views on the experimental app...
In this study, the experimental apparatus for boiling point and melting point in science textbooks of various curriculums were analyzed. Science teachers' views on the difference between the experimental value and the value written in textbooks were inquired, too. Their views on the experimental apparatus, nd results of freezing point,melting point, boiling point, fractional distillation, and thermometer calibration were also investigated. The results of this study showed that the types of experimental apparatus for boiling point and melting point were somewhat dif-ferent with science textbooks and curriculum. The teachers' views were also various according to their background. In the experiment of the fractional distillat ion, a large number of teachers recognized mismatch between the exper-imental value and the value written in textbooks as mistake of textbook contents or problem of experiment itself. The teachers of chemistry background take higher recognition of the requirement of thermometer calibration than those of non-chemistry background in middle school.
In this study, the experimental apparatus for boiling point and melting point in science textbooks of various curriculums were analyzed. Science teachers' views on the difference between the experimental value and the value written in textbooks were inquired, too. Their views on the experimental apparatus, nd results of freezing point,melting point, boiling point, fractional distillation, and thermometer calibration were also investigated. The results of this study showed that the types of experimental apparatus for boiling point and melting point were somewhat dif-ferent with science textbooks and curriculum. The teachers' views were also various according to their background. In the experiment of the fractional distillat ion, a large number of teachers recognized mismatch between the exper-imental value and the value written in textbooks as mistake of textbook contents or problem of experiment itself. The teachers of chemistry background take higher recognition of the requirement of thermometer calibration than those of non-chemistry background in middle school.
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문제 정의
또한 이와 대조적으로 비록 실험값이 문헌값과 차이 를 보이지만, 물의 온도 변화를 측정한다는 이론에 충 실하여 물 속에 온도계를 넣고 온도의 변화를 관찰하는 실험의 경우에 대한 교사들의 인식을 조사하였다. 그리 고 이러한 실험이 외국의 근거 자료와 일치하는 경우 교사들의 인식이 어떻게 변화하는지 알아보았다. 분석 결과는 Table 5에 제시하였다.
본 연구에서는 끓는점 뿐 아니라 녹는점 실험에서 발 생할 수 있는 이러한 문제점의 원인을 실험 장치로부터 찾아보고, 어느 교육과정의 과학 교과서부터 이러한 차 이가 발생되었는지 살펴보고자 한다. 그리고 이러한 실 험 장치와 실험 현상에 관한 현장 과학 교사들의 생각 을 알아보고자 한다.
특히 이러한 문제는 끓는점 즉정에서 두드러지기 때 문에 이무상 등1은 '개정된 중학교 교과서 중에서 끓는 점 측정 실험의 비교분석 및 개선，이라는 연구에서 실 험 결과와 문헌값이 다르고 그래프에서 수평선이 나타 나지 않아 끓는점을 구하기가 어렵다는 점을 지적하였 다. 그리고 이를 개선하기 위한 제안을 하였다. 송호봉 등2도 새로운 중학교 과학 교과서의 화학 실험과 모형 에 관한 연구'에서 보다 정확한 끓는점 값을 얻기 위한 실험 장치의 연구 결과를 제시하였다.
끓는점 실험과 관련하여 과학교육과정의 변화에 따 라 나타나는 또 다른 두드러진 특징 중 하나는 끓는점 의 온도를 제시하는 것이다. 그러나 제시된 온도는 물 의 경우를 제외하고는 교과서의 종류에 따라 끓는점 값 이 다소간 차이를 보인다.
본 연구에서는 끓는점 뿐 아니라 녹는점 실험에서 발 생할 수 있는 이러한 문제점의 원인을 실험 장치로부터 찾아보고, 어느 교육과정의 과학 교과서부터 이러한 차 이가 발생되었는지 살펴보고자 한다. 그리고 이러한 실 험 장치와 실험 현상에 관한 현장 과학 교사들의 생각 을 알아보고자 한다.
실험 장치 개선 방법에 대한 교사의 인식 비교 교과 서에서 제시한 온도계 위치가 가지 달린 시험관의 가지 부분이라고 알고 있는 교사들에게 온도계의 위치를 액 체 표면 바로 위로 변화시 켰을 때 실험 결과가 문헌값 과 같게 나온다면 이에 대해 어떻게 생각하는지를 조사 하였다. 즉, 온도계의 위치 잘못 때문에 문헌값과 같은 실험값이 나와도 틀렸다고 생각하는지, 아니면 문헌값 과 일치하는 것이 중요하므로 교과서의 실험 장치를 이 와 같이 수정하는 것이 바람직하다고 생각污］는지, 혹은 온도계의 위치 자체는 중요하지 않고 일정한 수평 구간 이 관찰되는 것이 더 중요하다고 생각하는지 등에 대한 교사의 생각을 조사하였다.
이 연구에서 제시한 외국의 자료는 외국의 실험 내용 을 대표하는 자료는 아니었지만, 외국 자료라는 정보로 부터 교사들의 신뢰감이 형성되면 다르게 반응하는지 알아보고자 한 것이었다.
제 1차부터 제卜까지 교육과정의 변화에 따라 개정 된 과학 교과서에서 끓는점에 관련된 실험 방법의 변화 를 조사하였다. 특히 실험 장치 중에서 온도계의 위치 와 끓는점으로 제시된 온도를 비교하여 봄으로써 이 내 용들이 항상 같은지, 아닌지를 확인하고자 하였다. 이 를 Table 1에 제시하였다.
제안 방법
1. 제 1차 교육과정에서 제 卜 교육과정까지의 중학교 과학 교과서에 제시된 끓는점에 관련된 실험 방법을 분 석한다. 그리고 순물질의 응결점을 이용하여 끓는점을 측정하는 실험 방법의 문제점과 혼합물의 증류 실험 방법과의 유사성도 분석한다.
설문지는 7문항으로 구성하였다. 1번, 2번, 6번 문항에서는 녹는점과 어는점, 끓는점, 분별증류 실 험에 관련된 교과서의 실험 결과가 문헌값과 다른 경우 를 제시하고, 그 원인이 실험 장치, 학생의 능력 부족, 실험 방법 자체의 문제, 교과서에 제시된 내용의 문제 중에서 무엇 때문이라고 생각하는지 알아보았다.
2. 제 1차 교육과정에서 제 卜 교육과정까지의 중학교 과학 교과서에 제시된 녹는점에 관련된 실험 방법을 분 석한다. 그리고 어는점을 이용하여 녹는점을 측정하는 실험 방법의 문제점을 분석한다.
3. 중등 과학교사들을 대상으로 어는점, 녹는점, 끓는 점, 분별증류 등의 실험 장치와 실험 결과에 대한 인식 을 설문지를 통하여 조사하고 그 유형을 분석한다.
3번 문항에서는 徳 문항의 온도계 위치가 가지 달린 시험관의 가지 부분인 것과 대조하여 액체 표면 바로 위로 변형하였을 경우 실험 결과가 문헌값과 같게 나온 다면 이에 대해 어떻게 생각하는지를 조사하였다. 즉, 온도계의 위치 잘못 때문에 문헌값과 같은 실험값이 나 와도 틀렸다고 생각하는지, 아니면 문헌값과 일치하는 것이 중요하므로 교과서의 실험 장치를 이와 같이 수정 하는 것이 바람직하다고 생각하는지, 혹은 온도계의 위 치 자체는 중요하지 않고 일정한 수평 구간이 관찰되는 것이 더 중요하다고 생각하는지 등에 대한 교사의 생각 을 조사하였다.
교육과정 변천에 따른 어는점과 녹는점 실험 내용의 변화 분석. 제 1차부터 제 6차까지 교육과정의 변화에 따라 개정된 과학 교과서에서 녹는점에 관련된 실험 내 용의 변화를 조사하였다 (Table 2).
그리고 7번 문항에서는 대학 일반화학 실험6 내용을 인용하여 온도계 보정에서 끓는점 측정을 위해 액체 바 로 위에 온도계를 장치하는 실험을 소개하고, 중학교 교육과정에서 온도계 보정 방법을 가르치는 것에 대한 교사의 인식을 조사하였다.
제 1차 교육과정에서 제 卜 교육과정까지의 중학교 과학 교과서에 제시된 끓는점에 관련된 실험 방법을 분 석한다. 그리고 순물질의 응결점을 이용하여 끓는점을 측정하는 실험 방법의 문제점과 혼합물의 증류 실험 방법과의 유사성도 분석한다.
김범기 등5은 끓음(boiling)이 온도 뿐만 아니라 압력 에도 달려 있다는 점을 강조하였다. 그리고 압력에 따 른 물의 끓는점을 알아보기 위한 실험 장치에서 온도계 는 물 속에 담그고 측정하는 것으로 제시하였다.
제 1차 교육과정에서 제 卜 교육과정까지의 중학교 과학 교과서에 제시된 녹는점에 관련된 실험 방법을 분 석한다. 그리고 어는점을 이용하여 녹는점을 측정하는 실험 방법의 문제점을 분석한다.
또한 이 연구에서는 중등 과학교사들을 대상으로 물 의 끓는점 측정 장치에서 온도계의 위치를 시험관의 가지 부분, 액체의 상단, 물 속에 각각 장치하여 나타 나는 실험 결과에 대한 교사의 인식을 조사하여 분석 하였다. 그리고 제6차 교육과정 중 중학교 과학 교과 서에 제시된 파라디클로로벤젠의 녹는점과 어는점, 물 과 메탄올의 분별증류 실험에 대한 교사들의 인식과 대학 일반화학 실험서에 제시되어 있는 실험 장치로 물의 끓는점을 측정하여 온도계를 보정하는 방법을 중 학생들에게 가르치는 것에 대한 교사들의 인식을 조사 하여 분석하였다.
또한 이 연구에서는 중등 과학교사들을 대상으로 물 의 끓는점 측정 장치에서 온도계의 위치를 시험관의 가지 부분, 액체의 상단, 물 속에 각각 장치하여 나타 나는 실험 결과에 대한 교사의 인식을 조사하여 분석 하였다. 그리고 제6차 교육과정 중 중학교 과학 교과 서에 제시된 파라디클로로벤젠의 녹는점과 어는점, 물 과 메탄올의 분별증류 실험에 대한 교사들의 인식과 대학 일반화학 실험서에 제시되어 있는 실험 장치로 물의 끓는점을 측정하여 온도계를 보정하는 방법을 중 학생들에게 가르치는 것에 대한 교사들의 인식을 조사 하여 분석하였다.
또한 이와 대조적으로 비록 실험값이 문헌값과 차이 를 보이지만, 물의 온도 변화를 측정한다는 이론에 충 실하여 물 속에 온도계를 넣고 온도의 변화를 관찰하는 실험의 경우에 대한 교사들의 인식을 조사하였다. 그리 고 이러한 실험이 외국의 근거 자료와 일치하는 경우 교사들의 인식이 어떻게 변화하는지 알아보았다.
설문지. 설문지는 7문항으로 구성하였다. 1번, 2번, 6번 문항에서는 녹는점과 어는점, 끓는점, 분별증류 실 험에 관련된 교과서의 실험 결과가 문헌값과 다른 경우 를 제시하고, 그 원인이 실험 장치, 학생의 능력 부족, 실험 방법 자체의 문제, 교과서에 제시된 내용의 문제 중에서 무엇 때문이라고 생각하는지 알아보았다.
4번과 5번 문항은 모두 물 속에 온도계를 넣고 끓는 점을 측정하는 장치에 대한 견해를 알아본 것이다. 이러한 장치에 의해서는 문헌값과 실험값이 다르게 나오 지만, 4번의 경우에는 물의 온도 변화 측정이라는 점에 충실하기 위해서 온도계를 물 속에 담그는 것이 타당하 다고 생각하는지 알아보았고, 5번에서는 외국의 자료 중 하나를 예로 들어 실제로 물의 끓는점 측정 실험에 서 온도계를 물 속에 담가 측정하도록 학생들에게 가르 치는 경우에 대하여 교사들의 생각이 바뀌는지 조사하 였다.
분석 대상 교과서. 제 1차 교육과정부터 제 6차 교육 과정까지의 과학 교과서를 중심으로 끓는점과 어는점, 녹는점, 그리고 분별증류에 관련된 실험 방법과 실험 장치의 변화 과정을 살펴보았다
교육과정 변천에 따른 어는점과 녹는점 실험 내용의 변화 분석. 제 1차부터 제 6차까지 교육과정의 변화에 따라 개정된 과학 교과서에서 녹는점에 관련된 실험 내 용의 변화를 조사하였다 (Table 2).
교육과정 변천에 따른 끓는점 실험 내용의 변화 분석. 제 1차부터 제卜까지 교육과정의 변화에 따라 개정 된 과학 교과서에서 끓는점에 관련된 실험 방법의 변화 를 조사하였다. 특히 실험 장치 중에서 온도계의 위치 와 끓는점으로 제시된 온도를 비교하여 봄으로써 이 내 용들이 항상 같은지, 아닌지를 확인하고자 하였다.
온도계 보정을 위하여 물의 끓는점을 이용하는데, 물의 끓는점을 알아보기 위하여 다음과 같이 장치하였다. 즉, 시험관을 유리관과 온도 계를 꽂은 고무마개로 막은 후 시험관 바닥으로부터 2~3 cm 높이가 되도록 증류수를 넣고, 온도계의 수은구 를 증류수의 수면보다 약간 높은 위치에 고정시킨 다음 가열하면서 온도계의 눈금이 일정한 위치에서 머물게 되면 그 값을 읽어 물의 끓는점을 측정하도록 제시하였 다. 이 장치에서 온도계의 끝부분은 송호봉 등2과 Lawson'이 제안한 것과 같이 수면에서 약간 떨어진 곳에 위치하고 있으며, 대기압과의 평형을 고려하여 고무 마개에는 유리관을 꽂았다.
3번 문항에서는 徳 문항의 온도계 위치가 가지 달린 시험관의 가지 부분인 것과 대조하여 액체 표면 바로 위로 변형하였을 경우 실험 결과가 문헌값과 같게 나온 다면 이에 대해 어떻게 생각하는지를 조사하였다. 즉, 온도계의 위치 잘못 때문에 문헌값과 같은 실험값이 나 와도 틀렸다고 생각하는지, 아니면 문헌값과 일치하는 것이 중요하므로 교과서의 실험 장치를 이와 같이 수정 하는 것이 바람직하다고 생각하는지, 혹은 온도계의 위 치 자체는 중요하지 않고 일정한 수평 구간이 관찰되는 것이 더 중요하다고 생각하는지 등에 대한 교사의 생각 을 조사하였다.
3번 문항에서는 徳 문항의 온도계 위치가 가지 달린 시험관의 가지 부분인 것과 대조하여 액체 표면 바로 위로 변형하였을 경우 실험 결과가 문헌값과 같게 나온 다면 이에 대해 어떻게 생각하는지를 조사하였다. 즉, 온도계의 위치 잘못 때문에 문헌값과 같은 실험값이 나 와도 틀렸다고 생각하는지, 아니면 문헌값과 일치하는 것이 중요하므로 교과서의 실험 장치를 이와 같이 수정 하는 것이 바람직하다고 생각하는지, 혹은 온도계의 위 치 자체는 중요하지 않고 일정한 수평 구간이 관찰되는 것이 더 중요하다고 생각하는지 등에 대한 교사의 생각 을 조사하였다.
대상 데이터
중등 과학교사 9真을 대상으로 설문 조 사를 하였다. 응답자 중 남자는 54명이고, 여자는 36명 이었다. 교직 경력은 5년 이하가 10.
연구 대상. 중등 과학교사 9真을 대상으로 설문 조 사를 하였다. 응답자 중 남자는 54명이고, 여자는 36명 이었다.
성능/효과
온도계의 위치를 수면 바로 위로 바꾸어 측정된 온도가 100oC가 되는 것이 중요하다고 생각하는 교사들은 비화학 전공 자가 상대적으로 많았다. 그리고 온도계의 위치가 이론 적으로 타당한 물 속이어 야 한다고 생각하는 교사나 외 국 자료에 의존하는 비율은 비화학 전공자가 높았다.
그리고 중학교에 근무하는 과학 교사들은 분별증류 실험에서 문헌값과 다른 결과의 원인을 실험 내용 자체 의 문제로 인식한 비율이 가장 높았고, 고등학교 교사 들은 실험 기구의 오차로 인식한 비율이 높았다.
그 다음 원인으로 실험 내용 자체의 문제를 꼽았다. 상대적으로 분별 증류 실험의 경우에는 실험 장치의 문제라기 보다는 실험 내용 자체에 문제가 있다 고 인식하는 교사가 47.8%로 더 높았다. 그러나 학생 들의 능력 부족이나 교과서 실험 내용의 오류를 지적하 는 비율은 높지 않았다.
온도계의 위치를 변화시킴으로써 실험값이 문헌값과 같게 나오는 상황에서도 교사들의 52.2%는 그보다 온 도계의 위치가 더 중요하다고 생각하는 것으로 나타났 다. 문헌값인 100 °C가 나오는 것이 중요하다고 생각하 여 온도계의 위치를 변화시키는 것에 찬성하는 교사는 31.
그런데 이러한 생각 은 외국의 자료를 인용하여 물 속에 온도계를 장치하는 것의 타당성을 묻는 질문에서 크게 달랐다. 즉 온도계 의 위치가 시험관의 가지 부분에 있어야 한다고 생각하 던 비율이 매우 줄어들고 상대적으로 온도의 수평 부분 을 관찰하는 것이 중요하다고 생각하는 비율이 증가하 였다. 이 장치에 의해 관찰되는 끓는점이 문헌값과 다 르다는 점을 문항에 제시하였기 때문에 이 문항을 통해 100 °C 라는 것이 중요하다고 생각하는 비율은 크게 증 가하지 않았다.
화학을 전공한 교사들은 녹는점과 분별증류의 실험 결과가 문헌값과 다른 원인을 실험 내용 자체의 문제로 인식한 비율이 가장 높은 반면, 화학 비전공자는 실험 기구의 오차로 인식한 비율이 높았다.
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