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문제 정의
- 9학년 과학교과서의 물질변화에서의 규칙성 단원은 화학의 기본개념인 화학양론을 미시적 입자개념으로 학습하여야 하고, 교과서에 제시되어 있는 탐구실험은 이러한 화학양론에 대한 개념을 습득하는데 도움을 주어야 할 것이다. 따라서 이 연구에서는 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 실험내용 요소별로 분류하고 분석하여 문제점을 파악하고자 하였다. 그리고 과학교사들에게 과학 교과서의 실험들을 수행하게 하여 문제점과 개선해야할 사항들을 추출한 뒤, SSC를 적용한 실험들을 개발하여 예비교사들에게 과학교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후, SSC를 적용한 실험의 장점과 단점을 조사하였다.
제안 방법
- 9종의 9학년 과학교과서 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 내용별과 종류별로 분류하고, 이를 토대로 각 실험에서 가장 많이 제시된 실험내용의 실험방법과 실험장치 및 실험기구를 과학교과서별로 분석하였다. 그리고 13명의 과학교사들에게 3~4인 모둠을 이루어 과학교과서에 가장 많이 제시되어 있는 실험내용 중에서 실험방법과 실험장치 및 실험기구가 가장 구체적으로 제시되어 있는 교과서의 실험을 교과서에 제시된 실험방법에 따라 3회 연속 실험을 수행하게 한 후, 실험결과를 분석하고 실험에 대한 개선점으로 SSC 실험을 적용하는 것이 효과적이고 적절한지에 대한 설문지를 투입하여 개선할 사항들을 추출하였다.
- 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 무기물질 촉매에 의한 과산화수소수 분해반응 실험으로 가장 많이 제시되어 있는 이산화망간을 촉매로 사용하는 과산화수소수 분해 실험을 과학교사들에게 과학교과서의 실험방법대로 실험을 수행하게 한 후 문제점들을 분석한 다음, SSC를 적용한 실험을 개발하였다.
- 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 물의 전기분해에 관한 실험방법으로 가장 많이 제시되어 있는 Hoffman식 물의 전기분해 실험을 과학교사들에게 과학 교과서의 실험방법대로 실험을 수행하게 한 후 문제점들을 분석한 다음, SSC를 적용한 실험을 개발하였다.
- 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 일정성분비의 법칙에 관한 실험으로 가장 많이 제시되어 있는 요오드화납 앙금생성 실험을 과학교사들에게 과학교과서의 실험방법대로 실험을 수행하게 한 후 문제점들을 분석한 다음, SSC를 적용한 실험을 개발하였다.
- Fig. 7에서와 같이 24-홈판 맨 위 줄의 맨 오른쪽 여섯 번째 홈에 30% 과산화수소수를 10방울을 떨어 뜨려 분해 반응을 관찰하고, 두 번째 줄과 네 번째 줄의 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째의 홈에는 차례로 각각 소량의 이산화망간, 인산, 감자즙을 넣어 둔다. 두 번째 줄의 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째의 세 개 홈에는 각각 3% 과산화수소수를 10방울씩 떨어뜨리고, 네 번째 줄의 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째의 세 개 홈에는 각각 증류수를 10방울씩 떨어뜨려, 과산화수소수와 증류수의 변화를 서로 비교하면서 관찰한다.
- Hoffman식 물의 전기분해 실험의 문제점 분석: 9학년 과학교과서에 제시되어 있는 Hoffman식 물의 전기분해 실험의 문제점을 구체적으로 알아보기 위해, 실험방법이 가장 구체적으로 제시되어 있는 F 과학교과서(Table 5)의 실험을 과학교사들에게 수행하게 하였다. F 과학교과서의 실험은 Hoffman식 전기분해 장치를 이용하여 물을 전기 분해하는 것으로 H 모양의 실린더 아래 부분에 탄소 전극을 잘 밀착하여 꽂고, 0.
- 과산화수소수의 분해 실험의 문제점 분석: 9학년 과학 교과서에 제시되어 있는 이산화망간을 촉매로 사용하는 과산화수소수 분해 실험의 문제점을 구체적으로 알아보기 위해, 실험방법이 가장 구체적으로 제시되어 있는 F 과학교과서(Table 7)의 실험을 과학교사들에게 수행하게 하였다. F 과학교과서의 실험은 삼각플라스크에 30% 과산화수소수 30 mL를 넣고 적당량의 이산화망간을 넣었을 때 다음 반응식과 같은 분해 반응이 일어난다.
- 9종의 9학년 과학교과서 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 내용별과 종류별로 분류하고, 이를 토대로 각 실험에서 가장 많이 제시된 실험내용의 실험방법과 실험장치 및 실험기구를 과학교과서별로 분석하였다. 그리고 13명의 과학교사들에게 3~4인 모둠을 이루어 과학교과서에 가장 많이 제시되어 있는 실험내용 중에서 실험방법과 실험장치 및 실험기구가 가장 구체적으로 제시되어 있는 교과서의 실험을 교과서에 제시된 실험방법에 따라 3회 연속 실험을 수행하게 한 후, 실험결과를 분석하고 실험에 대한 개선점으로 SSC 실험을 적용하는 것이 효과적이고 적절한지에 대한 설문지를 투입하여 개선할 사항들을 추출하였다. 이를 바탕으로 SSC를 적용한 실험들을 개발하여 19명의 예비교사들에게 3~4인 모둠을 이루어 과학교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후 SSC를 적용한 실험의 장점과 단점에 대하여 준비물, 실험방법, 결과해석, 기타 분야로 서술하도록 설문조사를 하였다.
- 따라서 이 연구에서는 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 실험내용 요소별로 분류하고 분석하여 문제점을 파악하고자 하였다. 그리고 과학교사들에게 과학 교과서의 실험들을 수행하게 하여 문제점과 개선해야할 사항들을 추출한 뒤, SSC를 적용한 실험들을 개발하여 예비교사들에게 과학교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후, SSC를 적용한 실험의 장점과 단점을 조사하였다.
- 따라서 이 연구에서는 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 실험내용 요소별로 분류하고 분석하여 문제점을 파악하고자 하였다. 그리고 과학교사들에게 과학 교과서의 실험들을 수행하게 하여 문제점과 개선해야할 사항들을 추출한 뒤, SSC를 적용한 실험들을 개발하여 예비교사들에게 과학교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후, SSC를 적용한 실험의 장점과 단점을 조사하였다.
- 이로 인하여 원통관 위 부분에 생성된 앙금이 아래쪽으로 내려가 차곡차곡 가라앉아서 생성된 앙금의 표면이 일정하게 되고, 또한 원통관에 눈금이 있어서 앙금의 높이를 쉽게 측정할 수 있었다. 두 가지 수용액을 혼합한 뒤 20분이 지난 후 각 원통관에 생성된 앙금의 높이를 측정하였다.
- 7에서와 같이 24-홈판 맨 위 줄의 맨 오른쪽 여섯 번째 홈에 30% 과산화수소수를 10방울을 떨어 뜨려 분해 반응을 관찰하고, 두 번째 줄과 네 번째 줄의 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째의 홈에는 차례로 각각 소량의 이산화망간, 인산, 감자즙을 넣어 둔다. 두 번째 줄의 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째의 세 개 홈에는 각각 3% 과산화수소수를 10방울씩 떨어뜨리고, 네 번째 줄의 첫 번째, 세 번째, 다섯 번째의 세 개 홈에는 각각 증류수를 10방울씩 떨어뜨려, 과산화수소수와 증류수의 변화를 서로 비교하면서 관찰한다.
- SSC를 적용한 요오드화납 앙금생성 실험의 개발: 요오드화납 앙금생성 실험에서 시약의 사용량을 줄이고 실험 시간을 단축하기 위해서 실험기구로 직경이 작은 시험관을 사용해야 하며, 9학년 수준에서 수용액의 부피를 정확하게 측정할 수 있는 측정 기구를 사용해야 한다. 따라서 Fig. 2와 같은 SSC 실험기구인 96-홈판, 플라스틱 제품의 눈금 달린 투명 원통관, 실리콘 마개, 마이크로 피펫 등을 사용하여 SSC를 적용한 요오드화납 앙금생성 실험을 개발하였다.
- SSC를 적용한 물의 전기분해 실험의 개발: Hoffman식물의 전기분해 실험에서 시약의 사용량을 줄이고 전기분해 반응 시간을 단축시키기 위해서 실험장치의 규모를 작게 해야 하며, 9학년 수준에서 쉽게 다룰 수 있는 전기분해 실험 장치를 사용해야 한다. 따라서 Fig. 5와 같은 SSC 실험기구인 24-홈판, 눈금 달린 투명 원통관, 실리콘 마개, PE병, 9 V 건전지, 스테인리스 스틸의 시침핀 등을 사용하여 SSC를 적용한 물의 전기분해 실험을 개발하였다.
- 따라서 생성된 요오드화납이 가라앉도록 시험관을 시험관대에 세워놓고 10분 후에 자를 이용하여 각 시험관에 가라앉는 요오드화납 앙금의 높이를 측정하였다. 실험을 3회 연속 수행하여 1번부터 6번까지의 6개 시험관에 가라앉는 요오드화납 앙금의 높이를 나타내 주는 예를 Fig.
- (-)극에서 모아지는 기체는 수소이고 (+)극에서 모아지는 기체는 산소인데, 각각은 2:1의 부피 비로 발생하므로, (+)극에 모아지는 산소의 부피에 대한 (-)극에 모아 지는 수소의 부피 비를 전기분해 시간에 따라 측정한다. 실험을 3회 연속 수행하여 (+)극에 모아지는 산소 기체의 부피(VO2)와 (-)극에 모아지는 수소 기체(VH2)의 부피를 측정하여 시간에 따른 VH2/VO2비의 변화를 Fig. 4에 나타내었다.
- 예비 교사들에게 요오드화납 앙금생성 실험과 Hoffman식 물의 전기분해 실험, 그리고 이산화망간을 촉매로 사용하는 과산화수소수의 분해 실험을 과학교과서의 실험과 SSC를 적용한 개발 실험을 모두 수행하게 한 후 SSC를 적용한 개발 실험의 장점과 단점을 조사하였다.
- 요오드화납 앙금생성 실험의 문제점 분석: 9학년 과학 교과서에 제시되어 있는 요오드화납 앙금생성 실험의 문제점을 구체적으로 알아보기 위해, 실험방법이 가장 구체적으로 제시되어 있는 D 과학교과서(Table 3)의 실험을 과학교사들에게 수행하게 하였다. 요오드화납 앙금생성 높이에 의해 일정성분비의 법칙을 알아내는 D 과학교과서의 실험방법대로 1번부터 6번까지의 6개 시험관에 10% 요오드화칼륨 수용액을 6 mL씩 넣고, 질산납 수용액을 시험관 번호순에 따라 각각 1번 시험관에 0 mL, 2번 시험관에 2 mL, 3번 시험관에 4 mL, 4번 시험관에 6 mL, 5번 시험관에 8 mL, 6번 시험관에 10 mL씩을 넣으면 다음과 같은 반응이 진행되어 노란색의 요오드화납(PbI2)이 생성 되어 앙금으로 가라앉는다. 28 이것은 25에서 요오드화납의 용해도곱 상수(Ksp)는 [Pb2+][I-]2 = 9.
- 요오드화납 앙금생성 실험의 문제점 분석: 9학년 과학 교과서에 제시되어 있는 요오드화납 앙금생성 실험의 문제점을 구체적으로 알아보기 위해, 실험방법이 가장 구체적으로 제시되어 있는 D 과학교과서(Table 3)의 실험을 과학교사들에게 수행하게 하였다. 요오드화납 앙금생성 높이에 의해 일정성분비의 법칙을 알아내는 D 과학교과서의 실험방법대로 1번부터 6번까지의 6개 시험관에 10% 요오드화칼륨 수용액을 6 mL씩 넣고, 질산납 수용액을 시험관 번호순에 따라 각각 1번 시험관에 0 mL, 2번 시험관에 2 mL, 3번 시험관에 4 mL, 4번 시험관에 6 mL, 5번 시험관에 8 mL, 6번 시험관에 10 mL씩을 넣으면 다음과 같은 반응이 진행되어 노란색의 요오드화납(PbI2)이 생성 되어 앙금으로 가라앉는다.
- 이 연구에서는 제7차 교육과정에 의해 9학년 9종 과학교과서의 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 분류하고 실험방법을 분석하였다. 이를 토대로 과학교과서의 실험으로 가장 많이 제시된 실험내용의 실험방법과 실험장치 및 실험기구를 과학교과서별로 분석하였다.
- 그리고 13명의 과학교사들에게 3~4인 모둠을 이루어 과학교과서에 가장 많이 제시되어 있는 실험내용 중에서 실험방법과 실험장치 및 실험기구가 가장 구체적으로 제시되어 있는 교과서의 실험을 교과서에 제시된 실험방법에 따라 3회 연속 실험을 수행하게 한 후, 실험결과를 분석하고 실험에 대한 개선점으로 SSC 실험을 적용하는 것이 효과적이고 적절한지에 대한 설문지를 투입하여 개선할 사항들을 추출하였다. 이를 바탕으로 SSC를 적용한 실험들을 개발하여 19명의 예비교사들에게 3~4인 모둠을 이루어 과학교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후 SSC를 적용한 실험의 장점과 단점에 대하여 준비물, 실험방법, 결과해석, 기타 분야로 서술하도록 설문조사를 하였다.
- SSC를 적용한 과산화수소수 분해 실험의 개발: 9학년 과학교과서에 제시되어 있는 이산화망간을 촉매로 사용하는 과산화수소수 분해 실험의 문제점을 해결하기 위해서 과산화수소수의 사용량을 적게 하고 산소의 갑작스러운 과다 발생으로 인한 안전사고 위험을 없애야 하며, 다양한 물질로 촉매의 역할을 올바르게 이해할 수 있도록 해야 한다. 이를 위하여 실험기구로는 24-홈판, 정촉매인이산화망간, 부촉매인 인산, 생체 효소 촉매인 감자즙, 유리병, 유리병 마개 등을 이용하여 SSC를 적용한 과산화수소수의 분해 실험(Fig. 7)을 개발하였다.
- 이 연구에서는 제7차 교육과정에 의해 9학년 9종 과학교과서의 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 분류하고 실험방법을 분석하였다. 이를 토대로 과학교과서의 실험으로 가장 많이 제시된 실험내용의 실험방법과 실험장치 및 실험기구를 과학교과서별로 분석하였다. 그리고 과학교사들에게 과학교과서의 실험들을 수행하게 하여 문제점과 개선해야할 사항들을 추출한 뒤, SSC를 적용한 실험들을 개발하여 예비교사들에게 과학 교과서의 실험과 함께 수행하게 한 후, SSC를 적용한 실험의 장점과 단점을 조사하였다.
- 한편, 과산화수소수가 정촉매인 이산화망간에 의해 빨리 분해되어 물과 산소기체를 발생하는 것을 좀 더 구체적으로 확인하기 위해서는 용량이 2 mL인 유리병에 20방울의 과산화수소수와 소량의 이산화망간을 넣고 구멍이 뚫린 병마개로 막아준 후, 구멍위에 꺼져가는 성냥불을 가까이 대어보고, 분해반응열에 의해 생성된 수증기가 생겨 유리병 벽면에 응결된 액체에 염화코발트 종이를 대어 변화를 관찰한다.
대상 데이터
- 5 V 건전지 4개를 연결하거나 랜턴용 건전지로부터 얻을 수 있다. 이렇게 1.5 V 건전지 4개를 연결하여 사용하는 것은 간편하다고 할 수가 없으며, 또한 6 V 랜턴용 건전지는 부피가 너무 크므로 이보다 크기가 매우 작은 9 V 건전지를 사용하였다.
- 제7차 교육과정에 의해 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에 제시되어 있는 실험들을 분석하기 위하여 9종의 9학년 과학교과서를 분석하였는데, 과학교과서18-26의 종류와 출판사의 가나다 순서에 의하여 정한 기호는 Table 1과 같다.
성능/효과
- 8 SSC 실험은 전통적인 큰 규모의 실험과 비교하였을 때 경제성, 안전성, 환경적인 측면에서 많은 장점을 가지고 있으면서 실험 기구들은 값이 싸고 쉽게 구입할 수 있기 때문에 기존의 많은 정성적인 실험을 대체할 수 있는 방안으로 주목받았다.
- SSC를 적용하여 개발한 과산화수소수 분해 실험에서는 적은 양의 과산화수소수를 사용하여 안전사고의 위험 없이 과산화수소수가 분해하여 물과 산소 기체를 생성한다는 것을 보여 주었다. 그리고 이산화망간외의 물질들을 사용하여 과산화수소수의 분해 정도를 비교할 수 있어서 이산화망간이 촉매라는 사실과 과산화수소가 물과 산소로 분해되는 화학변화의 화학양론적 규칙성을 확인할 수 있다.
- SSC를 적용하여 개발한 물의 전기분해 실험에서는 전기분해 실험장치를 간편하게 조작할 수 있었고, 실험 후 폐액의 처리도 간편하였다. 그리고 전극과 전극사이의 간격이 많이 좁아져서 재현성 있는 실험결과를 얻을 수 있었고, 눈금 달린 플라스틱 원통관을 사용함으로써 (-)극과 (+)극에서 발생하는 기체가 수소와 산소라는 것과 수소와 산소의 부피 비의 값이 2:1이라는 것을 가시적으로 확인할 수 있었다.
- SSC를 적용하여 개발한 요오드화납 앙금생성 반응 실험에서는 플라스틱 제품의 눈금 달린 투명 원통관을 반응용기로 사용하여 앙금이 가라앉는 시간이 20분 이상 확보되어야 함을 알 수 있었고, 반응용액을 손으로 여러번 두드려줌으로써 앙금이 원통관 아래로 차곡차곡 밀도 있게 쌓이도록 할 수 있어 앙금의 높이 측정 시 실험오차를 줄일 수 있었다. 그리고 원통관에 눈금이 있어서 앙금의 높이를 쉽게 측정할 수 있고 재현성 있는 실험결과들을 얻을 수 있어 화학양론적으로 요오드화납 화합물이 일정 성분비로 되어있다는 과학적인 개념을 가시적으로 확인할 수 있었다.
- SSC를 적용한 과산화수소수의 분해 실험에서 30% 과산화수소수 10방울만 들어있는 홈에서 기포가 발생함을 볼 수 있어 상온에서 과산화수소수가 서서히 물과 산소로 분해됨을 관찰할 수 있었다. 두 번째 줄 첫 번째 홈에서는 정촉매인 이산화망간에 의해 과산화수소수가 급격하게 분해되어 산q소기체를 발생하는 반응이 일어나나, 세 번째 홈에서는 인산이 부촉매이므로 분해 반응이 일어나지 않음을 볼 수가 있다.
- SSC를 적용한 요오드화납 앙금생성 실험에서는 과학교과서 실험에 비해서 요오드화칼륨 수용액과 질산납 수용액의 사용량이 8배 정도 적어 생성된 앙금이 차곡차곡 쌓이는데 어느 정도 기여하여 가라앉는 시간과 앙금 높이 측정 시의 실험오차를 줄일 수 있었다.28 수용액에서 생성된 앙금이 가라앉는 속도는 앙금 주변에서 발생하는 역방향의 유체 흐름에 영향을 받는데,34 지름이 큰 시험관의 경우 지름이 작은 원통관의 경우보다 앙금의 크기가 커서 앙금 주변에서 발생하는 역방향 유체 흐름의 영향도 커진다.
- 과산화수소 분해반응은 ∆H가 -98.0 kJ/mol인 발열반응이므로 과도한 열이 발생할 위험성이 있는데, 38 SSC를 적용한 과산화수소수 분해 실험에서는 1회 실험 수행 시에 1 mL미만의 아주 적은 양의 과산화수소수를 사용하여, 안전사고의 위험 없이 과산화수소수가 이산화망간 촉매로 빠르게 분해되어 물과 산소기체를 생성하는 것을 확인할 수 있다.
- F 과학교과서의 실험은 삼각플라스크에 30% 과산화수소수 30 mL를 넣고 적당량의 이산화망간을 넣었을 때 다음 반응식과 같은 분해 반응이 일어난다. 과산화수소수의 분해 반응을 관찰하고 염화코발트 종이를 이용하여 물이 과산화수소수에서 분해하여 나왔다는 것을 확인하며, 꺼져가는 불씨를 이용하여 산소 기체가 발생한다는 것을 알아내는 실험이다.
- SSC를 적용하여 개발한 요오드화납 앙금생성 반응 실험에서는 플라스틱 제품의 눈금 달린 투명 원통관을 반응용기로 사용하여 앙금이 가라앉는 시간이 20분 이상 확보되어야 함을 알 수 있었고, 반응용액을 손으로 여러번 두드려줌으로써 앙금이 원통관 아래로 차곡차곡 밀도 있게 쌓이도록 할 수 있어 앙금의 높이 측정 시 실험오차를 줄일 수 있었다. 그리고 원통관에 눈금이 있어서 앙금의 높이를 쉽게 측정할 수 있고 재현성 있는 실험결과들을 얻을 수 있어 화학양론적으로 요오드화납 화합물이 일정 성분비로 되어있다는 과학적인 개념을 가시적으로 확인할 수 있었다. 또한 실험기구가 세트화 되어있어 어디에서나 실험이 가능하여 이론적인 수업을 병행할 수 있다.
- SSC를 적용하여 개발한 과산화수소수 분해 실험에서는 적은 양의 과산화수소수를 사용하여 안전사고의 위험 없이 과산화수소수가 분해하여 물과 산소 기체를 생성한다는 것을 보여 주었다. 그리고 이산화망간외의 물질들을 사용하여 과산화수소수의 분해 정도를 비교할 수 있어서 이산화망간이 촉매라는 사실과 과산화수소가 물과 산소로 분해되는 화학변화의 화학양론적 규칙성을 확인할 수 있다.
- SSC를 적용하여 개발한 물의 전기분해 실험에서는 전기분해 실험장치를 간편하게 조작할 수 있었고, 실험 후 폐액의 처리도 간편하였다. 그리고 전극과 전극사이의 간격이 많이 좁아져서 재현성 있는 실험결과를 얻을 수 있었고, 눈금 달린 플라스틱 원통관을 사용함으로써 (-)극과 (+)극에서 발생하는 기체가 수소와 산소라는 것과 수소와 산소의 부피 비의 값이 2:1이라는 것을 가시적으로 확인할 수 있었다. 그러므로 물이라는 화합물이 화학양론적으로 수소 2몰과 산소 1몰로 구성되어 있음을 확인하는 데도움을 줄 수 있다.
- 1보다 오차 범위가 더 작은 이론값에 가까운 실험결과를 얻을 수 있었다. 따라서 물을 전기분해 하면 발생하는 수소 기체와 산소 기체의 부피 비가 2:1이라는 것을 가시적으로 확인할 수 있으므로, 물이라는 화합물이 화학양론적으로 수소 2몰과 산소 1몰로 구성되어 있음을 확인하는 데 도움을 줄 수 있다. SSC를 적용한 물의 전기분해 실험 장치에서는 1회 실험 수행 시에 수산화나트륨 수용액을 5 mL만 사용하므로, Hoffman 식 물의 전기분해 실험에서의 1회 실험 수행 시의 사용량인 108 mL에 비해서 22배 정도로 적게 사용한다.
- 따라서 생성된 요오드화납 앙금의 높이에 대한 선형 추세선 관계식 y = 1.8333x + 32.889에서 기울기는 0에 가까워야 하는데, 기울기가 1.8333으로 앙금의 높이가 반응용액의 부피 증가에 따라 선형적으로 증가한 것을 나타내 주는 것이다. 30 즉, 생성되는 요오드화납 앙금의 높이가 일정하게 되는 것이 아니라 반응용액의 전체 부피가 증가할수록 증가하는 것이므로 측정값과 이론값 사이의 오차가 증가하는 것을 나타내 주는 것이다.
- 그리고 유리제품의 실험기구에 비해 잘 깨지지 않는 플라스틱 실험기구 사용에 따른 실험과정에서의 안정성과 간편성으로 실험을 손쉽게 누구나 할 수 있다는 점을 장점이라고 하였다. 또한 시약의 사용량이 적고 실험기구가 작은 규모이어서 실험의 준비와 정리가 간편하며, 과학교과서 실험의 앙금생성 시간인 10분 보다 더 많은 20분을 사용하고도 수업시간을 효과적으로 활용할 수 있어, 실험 후 남는 시간을 실험에 대한 토의시간으로 활용할 수 있다는 점도 장점이라고 하였다.
- 또한, 과학교과서의 실험방법대로 실험하는 경우보다 SSC를 적용한 개발 실험을 하는 경우 사용하는 플라스틱 원통관에 눈금이 표시되어 있어 측정관찰과 실험결과 정리가 용이하며, 재현성이 있는 실험결과들이 나와서 실험 결과를 더 신뢰할 수 있고, 실험 과정이 간편하여 실험을 잘못하였을 경우에도 신속하게 다시 수행할 수 있어 여러 번의 반복 실험도 가능하다는 것을 장점이라고 하였다.
- 이와 같이 SSC를 적용하여 개발한 실험들은 시약을 적게 사용하고 폐액의 처리가 용이하여 경제적이며, 환경오염을 줄일 수 있는 것이다. 또한, 실험 수행 시에 안전성을 주고, 실험시간의 단축뿐만 아니라, 재현성이 있는 실험결과들을 얻을 수 있다는 장점들이 있었다. 반면에 적은 양의 시약 사용으로 실험관찰에서 다소간의 어려움과 성취감의 감소, 작은 규모의 실험기구 사용의 미숙함 등이 단점들이었다.
- 물의 전기분해에 대한 개발 실험의 장점과 단점: SSC를 적용한 물의 전기분해 실험에서 가장 큰 장점으로는 실험결과가 과학교과서 실험의 실험결과보다 더 신뢰 할 수 있는 것으로 나왔다는 것이었다. 또한, 적은 양의 시약과 작은 규모의 실험장치 사용으로 실험시간의 단축과 실험의 안정성, 실험준비와 정리의 편리성, 폐액 처리의 용이성 등은 SSC를 적용한 요오드화납 앙금생성 실험에 대한 장점과 같은 맥락이었다.
- 9 V 건전지를 연결하여 2분마다 (+)극과 (-)극에 모아지는 기체의 부피를 기록한다. 발생된 기체의 부피를 5회 측정한 후 (-)극의 실리콘 마개를 열고 꺼져가는 성냥불을 대어보면 일시적인 수소 기체의 발화를 볼 수 있고, 또한 (+)극의 실리콘 마개를 열고 꺼져가는 성냥불을 대어보면 불꽃이 살아남을 확인할 수 있다. SSC를 적용한 물의 전기분해 실험을 3회 연속 수행하여 전기분해 반응 시간에 따른 (-)극과 (+)극에서 발생하는 수소/산소의 부피 비 변화를 나타내 주는 예를 Fig.
- 한편, 단점으로는 처음으로 사용해 보는 마이크로 피펫의 사용 미숙과 실험을 모두 작은 규모로 수행하다보니 작은 실수라도 큰 오차가 생길 수 있다는 점, 그리고 요오드화납 앙금의 색깔이 노란색이어서 실리콘 마개를 씻을 경우 노란색이 쉽게 세척이 되지 않는다 등이 있었다.
후속연구
- 과산화수소수의 분해에 대한 개발 실험의 장점과 단점: SSC를 적용한 과산화수소수의 분해 실험에서 가장 큰 장점은 적은 시약이 소모되며, 과학교과서의 분해 실험에 비하여 하나의 홈판에서 여러 가지 실험을 한꺼번에 할 수 있어 여러 물질을 촉매로 사용하는 비교실험들을 동시에 수행할 수 있다는 것이다. 그리고 실험결과의 신뢰성, 실험 준비와 정리의 편리성, 실험 수행의 안정성, 반복 실험의 용이성 등은 SSC를 적용한 요오드화납 앙금생성 실험과 물의 전기분해 실험들에서의 장점과 같은 맥락이었다.
- 그러나 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에서 요오드화납 앙금 생성 실험, 물의 전기분해 실험, 과산화수소수의 분해 실험에 SSC를 적용하여 개발한 실험들을 과학 실험으로 활용한다면, 실험시간을 예측하게 하여 실험 후 실험결과들을 해석하고 토의할 수 있는 시간을 확보할 수 있고, 시약의 사용량을 적게 하면서도 재현성이 있는 실험결과들을 얻을 수가 있다. 그리고 SSC를 적용한 실험을 학교 현장에 도입하기 위해서는 과학교과서에 제시되어 있는 실험들에 대하여 SSC를 적용한 실험의 지속적인 개발과 더불어 직접 학생들에게 적용되는 후속연구가 계속되어야 하며, 이에 대한 과학교사들의 연수도 필요하다고 생각된다.
- 그리고 단순히 과산화수소수에 이산화망간을 넣어 봄으로써 이산화망간과 과산화수소수가 화학반응을 해서 물과 산소기체가 생기는 것인지, 또는 이산화망간이 과산화수소수의 분해 반응에 촉매로 작용하여 반응이 활발하게 일어나는지를 구별하기가 어려운 실험이었다. 그러므로 이산화망간 이외의 다른 물질을 촉매로 사용하는 비교실험을 수행하여 과산화수소수 분해 반응에서 촉매의 역할에 대하여 더 잘 이해할 수 있도록 해야 할 필요가 있 었다.
- 그러나 9학년 과학 물질변화에서의 규칙성 단원에서 요오드화납 앙금 생성 실험, 물의 전기분해 실험, 과산화수소수의 분해 실험에 SSC를 적용하여 개발한 실험들을 과학 실험으로 활용한다면, 실험시간을 예측하게 하여 실험 후 실험결과들을 해석하고 토의할 수 있는 시간을 확보할 수 있고, 시약의 사용량을 적게 하면서도 재현성이 있는 실험결과들을 얻을 수가 있다. 그리고 SSC를 적용한 실험을 학교 현장에 도입하기 위해서는 과학교과서에 제시되어 있는 실험들에 대하여 SSC를 적용한 실험의 지속적인 개발과 더불어 직접 학생들에게 적용되는 후속연구가 계속되어야 하며, 이에 대한 과학교사들의 연수도 필요하다고 생각된다.
- 그리고 시약의 사용량이 적기 때문에 물이 전기분해하여 산소와 수소 기체를 확인 하는데 어려움이 있고, 실험기구 사용이 익숙하지 않다는 점을 단점이라고 하였다. 이러한 단점들은 SSC 실험이 가지는 한계점으로 SSC 실험기구 사용에 대한 적절한 안내, 모둠원의 개인차를 고려한 지도, 기존의 전통적인 실험을 병행하는 방법 등으로 보완될 필요가 있다고 생각된다.
- 반면에 적은 양의 시약 사용으로 실험관찰에서 다소간의 어려움과 성취감의 감소, 작은 규모의 실험기구 사용의 미숙함 등이 단점들이었다. 이러한 단점들은 SSC 적용에 대한 적절한 안내와 개인차를 고려하여 기존의 전통적인 실험을 병행함으로써 보완되어야 할 것으로 생각되며, 더불어 SSC 실험 기구에 대한 환경적인 면의 보완도 필요하다고 생각된다.
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