[논문]물리학과 화학 전공 교사들의 화학전지 전극에 대한 인식 조사

박현정; 김중복

doi:10.14697/jkase.2010.30.4.389

[국내논문] 물리학과 화학 전공 교사들의 화학전지 전극에 대한 인식 조사
Recognition Investigation of Physics and Chemistry Teachers on Electrodes in Galvanic Cell 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.30 no.4, 2010년, pp.389 - 401

초록
AI-Helper

이 연구는 화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을때 화학전지 외부와 내부의 전극에 대한 인식을 H대학교 교육대학원에 재학 중인 물리학 전공 교사와 화학 전공 교사를 대상으로 검사와 면담을 통해 조사하였다. 화학전지 외부와 내부의 전극 결정에서 물리학전공 교사들과 화학 전공 교사들의 결정이 차이가 났다. 물리학 전공 교사는 화학전지 내부 전극에 대한 명명에 어려움을 많이 가지고 있었고, 화학 전공 교사는 화학전지 외부 전극에 대한 명명에 어려움을 많이 가지고 있었다. 전극 결정의 이유로 대부분의 물리학 전공 교사는 전자의 이동 방향을 제시하였고, 대부분의 화학 전공 교사는 산화 환원 반응을 제시하였다. 이는 교사들의 학부전공이 이론적 배경으로 강하게 작용하는 것을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research investigated recognitions on outside and inside electrodes in an electric circuit supplied by a galvanic cell, through survey and interview of teachers studying in Departments of Physics Education and Chemistry Education at H University Graduate School. Physics majors' designations on outside or inside parts of electrodes in a galvanic cell were different from Chemistry majors'. Teachers who had majored in physics had difficulties on the inside electrode of a galvanic cell, while teachers who had majored in chemistry had difficulties on the outside electrode. Reasonings for designations of electrodes were attributed to direction of electric current in case of physics teachers and redox in case of chemistry teachers, respectively, which are strongly dependent on backgrounds performed in their undergraduate course.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을 때 참여자들이 화학전지의 외부 회로와 내부에서 전극을 어떻게 결정하는지를 알아보았다. 전극 결정의 이유에 따라 유형별로 면담한 자료를 제시하였으며 참여자들의 개념 형성 원인으로 작용했을 이론적 배경을 분석하였다.

가설 설정

교사2 : 내부 영역에서는 전류가 아연금속에서 구리금속 쪽으로 흘러서 음극 역할을 하는 것이 구리라고 판단했습니다.
교사7 : 금속의 이온화 경향을 다시 설명하고 cathode(음극 )는 산화가 일어나고anode(양극)는 환원이 일어나는 전극임을 설명해주겠어요.

제안 방법

Garnett & Treagust(1992)의 인터뷰 프로토콜을 참고로 하여 개발된 검사지는 현직 물리교사 3명과 화학교사 3명에게 예비투입을 통해 1차 수정을 한 후, 과학교육전문가의 검토를 통해 최종 수정 보완하였다.
검사의 내용은 물리학 전공 교사와 화학 전공 교사들이 화학전지의 전극인 anode(양극)와 cathode(음극)를 화학전지 전극의 외부와 내부에서 각각 결정하도록 하며, 화학전지 전극의 외부와 내부에서의 전극결정이 일치하는지 여부를 확인하였다. 문항 내용과 그 문항을 통해 알아보고자 하는 주안점을 Table 1에 제시하였다.
화학전지에 대한 선행 연구(Allsop & George, 1982; Barral, Fernandez & Gallastegui, 1992; Garnett & Treagust, 1992a, 1992b; Huddle, White & Rogers, 2000; Morikawa, Williamson, 2001; Ogude & Bradley, 1994, 1996; Ozkaya, 2002; Sanger & Greenbowe, 1997a, 1997b, 1999) 조사와 내용 분석을 통해 검사지를 개발하였고, 물리학 전공 교사와 화학 전공 교사들을 대상으로 검사지조사 및 면담을 실시하였다. 검사지와 면담 자료를 분석한 후 결론을 도출하였다. 연구대상은 H대학교 교육대학원에 재학 중인 물리학 전공 교사 50명과 화학전공 교사 50명의 현직교사이다.
화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을 때 외부와 내부에서의 전극 명칭이 일치하는지에 대해 화학 전공 교사 50명 중 20명(40%)과 물리학 전공 교사 50명 중 7명(14%)이 명칭이 일치한다고 했으며 화학 전공 교사 26명(52%)과 물리학 전공 교사 36명(72%)이 전극 명칭이 일치하지 않는다고 했다. 또한, 외부와 내부에서의 전극이 불일치한다고 응답한 화학 전공교사 26명 중 8명(전체의 16%)과 물리학 전공 교사 36명 중 16명(전체의 32%)이 외부 회로에서 구리전극을 anode(양극), 아연전극을 cathode(음극)로, 내부에서는 구리전극을 cathode(음극), 아연전극을 anode(양극)로 결정했다. 이로부터 화학전지 외부와 내부 전극에 대해 교사들의 관점이 차이가 남을 다시 한 번 확인할 수 있었다.
전극 결정 이유에 따라 그룹을 분류한 후, 물리학 전공 교사 5명과 화학 전공 교사 5명을 면담의 대상으로 선정하였다. 면담은 개별적으로 실시하였으며, 시간은 짧게는 30분정도 소요되었다.
면담은 검사를 통해 수집한 자료를 보강하기 위한 목적을 두고, 비구조화된 면담을 실시하였으며 개방적 질문을 하였다. 전극 결정 이유에 따라 그룹을 분류한 후, 물리학 전공 교사 5명과 화학 전공 교사 5명을 면담의 대상으로 선정하였다.
물리학 전공 교사 50명 중 16명(32%)이 물리학에서의 전극 결정 정의에 따라 전자의 이동 방향과 반대인 전류의 방향으로 전극을 결정하였다. 이는 적지 않은 물리학 전공 교사들이 자신의 전공 교과인 물리학을 이론적 배경으로 전극을 결정한 것이다.
따라서 화학전지의 외부 회로와 내부에서의 전극의 개념을 전류의 흐름과 관련지어 일관성 있게 정의하는 것이 필요하다. 이를 위해 이 연구에서는 물리학 전공교사와 화학 전공 교사들에게 화학전지의 전극인 anode(양극)와 cathode(음극)를 화학전지의 외부와 내부에서 각각 결정하도록 하며, 화학전지 외부와 내부에서의 전극 결정이 일치하는지 여부를 알아보았다.
화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을 때 참여자들이 화학전지의 외부 회로와 내부에서 전극을 어떻게 결정하는지를 알아보았다. 전극 결정의 이유에 따라 유형별로 면담한 자료를 제시하였으며 참여자들의 개념 형성 원인으로 작용했을 이론적 배경을 분석하였다.
화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을 때 화학전지 내부에서의 전극의 결정은 화학 전공 교사가 50명 중 28명(56%)이 anode(양극)를 구리전극으로, cathode(음극)를 아연전극으로 결정하였고 22명(44%)이 anode(양극)를 아연전극으로, cathode(음극)를 구리전극으로 결정하였다. 물리학 전공 교사는 50명 중 10명(20%)이 anode(양극)를 구리전극으로, cathode(음극)를 아연전극으로 결정하였고, 31명(62%)이 anode(양극)를 아연전극으로, cathode(음극)를 구리전극으로 결정하였다.
화학전지가 외부 회로와 연결되어 있을 때 화학전지 외부 회로에서의 전극 결정은 화학 전공 교사가 50명 중 16명(32%)이 anode(양극)를 구리전극으로, cathode(음극)를 아연전극으로 결정하였고, 32명(64%)이 anode(양극)를 아연전극으로, cathode(음극)를 구리전극으로 결정하였다. 물리학 전공 교사는 50명 중 34명(68%)이 anode(양극)를 구리전극으로, cathode(음극)를 아연전극으로 결정하였고, 11명(22%)이 anode(양극)를 아연전극으로, cathode(음극)를 구리전극으로 결정하였다.
화학전지에 대한 선행 연구(Allsop & George, 1982; Barral, Fernandez & Gallastegui, 1992; Garnett & Treagust, 1992a, 1992b; Huddle, White & Rogers, 2000; Morikawa, Williamson, 2001; Ogude & Bradley, 1994, 1996; Ozkaya, 2002; Sanger & Greenbowe, 1997a, 1997b, 1999) 조사와 내용 분석을 통해 검사지를 개발하였고, 물리학 전공 교사와 화학 전공 교사들을 대상으로 검사지조사 및 면담을 실시하였다.

대상 데이터

검사지와 면담 자료를 분석한 후 결론을 도출하였다. 연구대상은 H대학교 교육대학원에 재학 중인 물리학 전공 교사 50명과 화학전공 교사 50명의 현직교사이다.
면담은 검사를 통해 수집한 자료를 보강하기 위한 목적을 두고, 비구조화된 면담을 실시하였으며 개방적 질문을 하였다. 전극 결정 이유에 따라 그룹을 분류한 후, 물리학 전공 교사 5명과 화학 전공 교사 5명을 면담의 대상으로 선정하였다. 면담은 개별적으로 실시하였으며, 시간은 짧게는 30분정도 소요되었다.

성능/효과

물리학 전공 교사는 50명 중 10명(20%)이 anode(양극)를 구리전극으로, cathode(음극)를 아연전극으로 결정하였고, 31명(62%)이 anode(양극)를 아연전극으로, cathode(음극)를 구리전극으로 결정하였다. 전공별 화학전지 내부에서의 전극 결정에 대한 분석을 실시한 결과 유의확률 0.073으로서 유의수준 0.05에서 전공별 화학전지 내부에서의 전극 결정은 통계적으로 유의미한 차이가 없다고 나타났다.
물리학 전공 교사는 50명 중 34명(68%)이 anode(양극)를 구리전극으로, cathode(음극)를 아연전극으로 결정하였고, 11명(22%)이 anode(양극)를 아연전극으로, cathode(음극)를 구리전극으로 결정하였다. 전공별 화학전지 외부 회로에서의 전극 결정에 대하여 분석을 실시한 결과 유의 확률 0.000으로서 유의수준 0.05에서 전공별 화학전지 외부 회로에서의 전극 결정은 통계적으로 유의미한 차이가 있다고 나타났다.

후속연구

화학전지 분야에서 물리학적 관점과 화학적 관점 간의 연계를 통한 개념의 정립과 교육과정의 재검토가 이루어진다면 화학전지의 전극인 anode(양극)와 cathode(음극)에 대해 교사들이 좀 더 정확히 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이라 생각된다. 또한 이러한 교사들의 관점 차이를 줄임으로써 학생들의 올바른 과학적 개념의 정립에 큰 도움이 될 것으로 생각된다. 이 연구 결과를 바탕으로 화학전지에서 물리학적 관점과 화학적 관점의 보다 구체적인 연계 방안의 연구가 필요하다.
또한 이러한 교사들의 관점 차이를 줄임으로써 학생들의 올바른 과학적 개념의 정립에 큰 도움이 될 것으로 생각된다. 이 연구 결과를 바탕으로 화학전지에서 물리학적 관점과 화학적 관점의 보다 구체적인 연계 방안의 연구가 필요하다.
따라서 교사는 학습자가 화학전지와 연결된 회로에서 전하가 완전히 한 바퀴 도는 전 과정을 이해하고 설명할 수 있도록 도와야 할 것이다. 화학전지 분야에서 물리학적 관점과 화학적 관점 간의 연계를 통한 개념의 정립과 교육과정의 재검토가 이루어진다면 화학전지의 전극인 anode(양극)와 cathode(음극)에 대해 교사들이 좀 더 정확히 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이라 생각된다. 또한 이러한 교사들의 관점 차이를 줄임으로써 학생들의 올바른 과학적 개념의 정립에 큰 도움이 될 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과학 교육의 중요한 목적 중 하나는 무엇인가?	과학 학습에서 학생들에게 올바른 과학 개념을 습득하게 하는 것은 과학 교육의 중요한 목적 중 하나이다(신동혁 등, 2002). 그러나 많은 연구(Allsop & George, 1982; Garnett & Treagust, 1992a, 1992b; Huddle, White & Rogers, 2000; Ogude & Bradley, 1994, 1996; Ozkaya, 2002; Sanger & Greenbowe, 1997a, 1997b, 1999)에서 학생들과 과학 교사가 오개념을 가지고 있다고 보고하고 있다.
	학년이 올라갈수록 학생들이 과학을 어려워하는 이유는 무엇인가?	그러나 많은 연구(Allsop & George, 1982; Garnett & Treagust, 1992a, 1992b; Huddle, White & Rogers, 2000; Ogude & Bradley, 1994, 1996; Ozkaya, 2002; Sanger & Greenbowe, 1997a, 1997b, 1999)에서 학생들과 과학 교사가 오개념을 가지고 있다고 보고하고 있다. 학년이 올라갈수록 학생들이 과학을 어려워하는데, 그 이유는 학생들의 인지 수준 때문이기도 하지만 교사가 정확한 개념을 정립하지 못한 상태에서 학생들을 가르치기 때문이기도 하다.
	왜 많은 학생들이 화학전지에 대한 화학적 개념을 형성하는데 어려움을 겪고 있는가?	하지만 많은 학생들이 과학적 개념을 형성하는데 어려워하고 있으며, 물리학 전공 교사들과 화학 전공 교사들 또한 개념 설명에 어려움을 겪고 있다. 이는 교과서의 전기화학 단원이 물리학과 화학에서 각각 서로 다른 방식으로 접근하기 때문이다. 물리학에서는 전지 외부 회로를 중심으로 전류, 전압, 저항 등의 내용을 다루고 있으며, 화학에서는 화학전지 내부의 산화∙환원 반응을 중심으로 전기 단원을 다루고 있다(교육인적자원부, 2007).

참고문헌 (31)

경상대학교 물리학과 등 공역(2006). 일반물리학 (개정7판). 범한 서적.[원전: Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2005). Fundamentals of physics (7th ed.). Hoboken, NJ: Wiley.]
교육인적자원부(2007). 고등학교 교육과정(I) 제2007-79호 [별책4]. 대한교과서 주식회사.
교육인적자원부(2007). 초？중등학교 교육과정 제 2007-29호 [별책1]. 대한교과서 주식회사.
김영민(1993). 전류 측정 실험을 통한 전류 개념 변화. 한국물리학회지 물리교육, 11(2), 113-120.
김영민, 권성기(1992). 전류 개념 변화를 위한 순화 학습의 효과. 한국과학교육학회지, 12(3), 61-76.

원문보기 상세보기
김영민, 박윤희, 박승재(1990). 중학생의 전류에 대한 학습 전 개념과 관계 현상 관찰 후의 설명. 한국과학교육학회지, 10(1), 47-56.

원문보기 상세보기
대학화학교재편찬회 역(2006). 화학의 원리(3판). 탐구당.[원전: Atkins, P. & Jones, L. (2006). Chemical principle(4th ed.). New York: W.H Freeman and company.]
모혜정, 우정원, 이완호, 이종록, 정재국, 최인환 (1998). 일반물리학 . 교문사
문충식(1991). 전류에 관한 학생들의 오인 유형변화의 종단적 연구. 한국교원대학교 석사학위논문.
박진희, 김동욱, 백성혜(2004a). 다니엘 전지를 구성하는 염다리의 역할에 대한 고등학생, 화학교사, 그리고 예비 과학 교사들의 개념 유형 분석. 한국과학교육학회지, 24(3), 544-555.

원문보기 상세보기
박진희, 김동욱, 백성혜(2006). 전극 전위에 대한 고등학교 화학교사와 학생들의 인식 조사. 한국과학교육학회지, 26(2), 279-290.
박진희, 백성혜(2004b). 전기분해 생성물을 예상하는 과정을 통해 화학교사들과 예비교사들이 가지는 개념의 문제점에 대한 분석. 대한화학회지, 48(5), 519-526.

원문보기 상세보기
박진희, 백성혜, 김동욱(2003). 전기분해 관련 개념에 대한 고등학생, 예비교사, 화학교사들의 어려움에 대한 분석. 한국과학교육학회지, 23(6), 660-670.

원문보기 상세보기
신동혁, 이상권, 최병순(2002). 중？고등학교 과학 교과서에 제시된 볼타전지에 대한 문제점 분석. 대한화학회지, 46(4), 363-376.

원문보기 상세보기
원동만(2000). 논리제시에 의한 초등학생의 인지 갈등 측정 도구 개발과 적용. 한국교원대학교 석사학위논문.
이순희(2002). 다니엘 전지에 대한 오개념 원인 분석 및 실험을 통한 개념 변화 연구. 한국교원대학교 석사학위논문.
일반화학교재연구회 역(2002). 현대일반화학(4 판). 자유아카데미.[원 전 : Oxtoby, D.W., Gillis, H.P. & Nachtrieb, N.H. (1999). Principles of modern chemistry(4th ed.). Singapore : Thomson learning, Inc.]
일반화학교재편찬위원회 역(1998). 일반화학(2 판). 청문각.[원전: Oxtoby, D.W., Nachtrieb, N.H., & Freeman, W.A (1997). Chemistry science of change. Philadelphia: Saunders college Pub.]
화학교재편찬연구회 역(2005). 일반화학(4판). 녹문당[원전: McMurry, J & Fay, R.C. (2005). General chemistry(4th ed.). Toronto: Pearson education prentice hall.]
Allsops, R. T. & George, N. H.(1982). Redox in nuffield advanced chemistry: Education of chemistry, 19, 57-81.
Barral, F. L., Fernandez, G. & Gallastegui Otero, J. R. (1992). Secondary students interpretations of the process occurring in an electrochemical cell: Journal of chemical education, 69, 655-657.

상세보기
Garnett, P. J. & Treagust, D. F.(1992a). Conceptual difficulties experienced by senior high school students of electrochemistry: Electric circuits and oxidations-reduction equations: Journal of research in science teaching, 29, 121-142.

상세보기
Garnett, P. J. & Treagust, D. F.(1992b). Conceptual difficulties experienced by senior high school students of electrochemistry: Electrochemical(galvanic) and electrolytic cells: Journal of research in science teaching, 29, 1079-1099.

상세보기
Huddle, P. A., White, M. D., & Rogers, F.(2000). Using a teaching model to correct known misconceptions in electrochemistry: Journal of chemical education, 77, 104-110.

상세보기
Morikawa, T.,& Williamson, B. E.(2001). Model for teaching about electrical neutrality in electrolyte solutions: Journal of chemical education, 78(7), 934-936.

상세보기
Ogude, N. A,. & Bradly, J. D.(1994). Ionic conduction and electrical neutrality in operating electrochemical cells: Journal of chemical education, 71(1), 29-34.

상세보기
Ogude, N. A,. & Bradly, J. D.(1996). Electrode processes and aspects relating to cell emf, current, and cell components in operating elecrtochemical cells: Journal of chemical education, 73(12), 1145-1149.

상세보기
Ozkaya, A. R. (2002). Conceptual difficulties experineced by prospective teachers in electrochemisrty : Half-cell potential, cell potential. and chemical and electrochemical equilbrium in galvanic cells: Journal of chemical education, 7, 735-738.
Sanger, M. J. & Greenbowe, T. J.(1997a). Common student misconceptions in electrochemistry : Galvanic, electrolytic, and concentrations cells: Journal of research in sience teaching, 34, 377-398.

상세보기
Sanger, M. J. & Greenbowe, T. J.(1997b). Students misconceptions in electrochmistry : Current flow in electrolyte solutions and the salt bridge: Journal of chemical education, 74, 819-823.

상세보기
Sanger, M. J. & Greenbowe, T. J.(1999). An analysis of college chemistry textbooks as sources of misconceptions and errors in electrochemistry : Journal of chemical education, 76, 853-860.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증