[논문]강산의 이온화도와 이온화 상수에 대한 화학 교과서 내용 및 교사들의 인식 분석

백성혜; 고형석; 전민철

doi:10.5012/jkcs.2013.57.2.279

강산의 이온화도와 이온화 상수에 대한 화학 교과서 내용 및 교사들의 인식 분석
Analysis of Chemistry Textbook Content and Teachers' Recognitions about Ionization and Ionization constant of Strong Acid 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.57 no.2, 2013년, pp.279 - 288

백성혜 (한국교원대학교 화학교육과) , 고형석 (한국교원대학교 화학교육과) , 전민철 (한국교원대학교 화학교육과)

초록
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이 연구에서는 1945년 교수요목기부터 2009 개정 교육과정까지 개발된 화학 교과서에서 강산의 이온화도와 이온화 상수 값이 어떻게 제시되었는지 분석하였다. 또한 설문지를 통해 화학 교사들에게 수용액에서 강산의 세기를 비교하도록 하였다. 그리고 이온화도와 이온화상수 값이 호환되지 않는 이유에 대한 교사들의 인식을 알아보았다. 연구 대상은 화학 교사 46명이었다. 연구 결과, 교사들은 교과서에 제시된 이온화 상수 값과 이온화도를 근거로 수용액에서 강산의 세기를 구분하였으며, 교과서에 제시된 이온화 상수 값이 이온화도와 서로 호환되지 않는 문제를 생각하지 못하거나, 문제로 인식하는 경우에도 그에 대한 해결을 하지 못하고 실험 오차나 측정 오차로 생각하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed the values of ionization and ionization constants in the chemistry textbooks developed during 1945-2009 year. The chemistry teachers compared strength of strong acids in aqueous solution by questionnaire. In the questionnaire, we searched chemistry teachers' cognitions about the discordance reason of ionization constant formulation and the values in the textbooks. The subjects were 46 chemistry teachers. As results, the teachers compared the strength of strong acids in aqueous solution based on the ionization and ionization constant values in the textbooks. They didn't notice the problem of discordance of ionization constant formulation and the values in the textbooks. Even though they recognized the problem, they could not find the solution, and thought the problem arrived by experiment error or measurement error.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 면담자가 오차로 보기에는 값의 차이가 너무 크다는 점을 지적하자, 교과서에 제시된 표현에 의해 개념의 혼란이 만들어졌을 가능성에 대해 인식하기 시작하였다. 그리고 이 숫자가 가지는 의미에 대하여 의문을 가지고 나서 이러한 숫자를 교과서에서 제시하는 이유에 대해 반문하였다. 면담에서 언급한 것과 같이 학생들을 지도할 때 편하기 때문이라는 이유를 면담자가 제시하였을 때 교사 C는 그 이유에 대해 쉽게 수긍하였다.
이 연구에서는 교수요목기부터 2009 개정교육과정까지 중등 교과서에서 다루는 강산의 이온화도와 이온화상수의 값을 비교 분석하고, 이를 근거로 한 강산의 세기에 대한 교사들의 생각을 알아보고자 하였다.

가설 설정

교사B: 예. 과학고에 근무하기 전 12년 정도 인문계 고등학교에 근무하면서 화학Ⅱ를 가르쳤습니다.

제안 방법

예비 연구에서는 개발한 설문지를 화학 교사 5인에게 투입하였다. 그 결과, 교사들의 응답 형태에 근거하여 문항을 수정하였으며, 이를 화학교육전문가 2인과 화학교육 전공 박사 과정 대학원생 2인, 화학교육 전공 석사 과정 대학원생 5인의 검토를 통해 최종적으로 수정하여 설문지를 완성하였다. 이 과정에서 응답 유형의 분류 체계를 확립하였으며, 설문 내용도 응답자가 이해하기 쉽도록 수정하였다.
면담 대상자는 설문지를 분석하여 개념 유형별로 유목화한 후, 유형별 대표적인 응답자를 선정하였다. 면담 내용은 응답한 설문 자료를 토대로 하였으며, 비교적 자유롭게 대화하는 비구조화 면담을 실시하였다. 면담에서 활용된 질문의 형태는 질문의 절차와 반응의 형식을 강요하거나 제한하지 않는 개방적 질문으로 하였다.
또한 연구 대상자들의 사고를 심층적으로 알아보기 위하여 응답 유형별로 6명의 면담 대상자를 선정하였다. 면담 대상자는 설문지를 분석하여 개념 유형별로 유목화한 후, 유형별 대표적인 응답자를 선정하였다. 면담 내용은 응답한 설문 자료를 토대로 하였으며, 비교적 자유롭게 대화하는 비구조화 면담을 실시하였다.
본 연구에서는 응답한 46명 교사의 설문 응답을 분류하여 분류 틀을 구성하였으며, 분류 틀에 근거한 응답 자료의 분석 결과는 설문지 개발에 참여한 화학교육전문가 2인과 화학교육 전공 박사 과정 대학원생 2인, 화학교육 전공 석사 과정 대학원생 5인의 검토를 받았다. 분류틀과 분석 결과가 일치하지 않는 경우에는 논의를 통하여 분석 기준을 명료화함으로써 일치하도록 수정하였다.
)에 대한 설명을 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 강산의 세기 비교에 대한 교사들의 인식과 이온화도 및 이온화 상수 값의 차이에 대한 문제 인식을 알아보기 위한 설문을 개발하였다. 설문은 선다형 또는 단답형과 선택 이유를 묻는 서술형 문항 등 총 4문항으로 구성되었다.
분석한 결과를 토대로 강산의 세기 비교에 대한 교사들의 인식과 이온화도 및 이온화 상수 값의 차이에 대한 문제 인식을 알아보기 위한 설문을 개발하였다. 설문은 선다형 또는 단답형과 선택 이유를 묻는 서술형 문항 등 총 4문항으로 구성되었다.
이 연구에서는 교수요목기부터 2009 개정 교육과정 화학II 교과서까지 76 종의 교과서에 제시된 이온화도와 이온화 상수(K_a)에 대한 설명을 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 강산의 세기 비교에 대한 교사들의 인식과 이온화도 및 이온화 상수 값의 차이에 대한 문제 인식을 알아보기 위한 설문을 개발하였다.
한편 8명의 화학교사들은 2가 산인 황산의 세기가 가장세다고 답하였는데, 이는 제시한 이온화도나 이온화 상수값과는 다른 응답이었으므로, 이러한 응답을 한 이유를 알아보기 위하여 면담을 하였다.

대상 데이터

최종 설문지를 전국에 분포하는 화학 전공 중등 교사 180명에게 전자 우편을 통해 보냈다. 그리고 그 중 50명의 응답 자료를 얻었다. 이 중에서 46명은 최근 5년 이내에 화학 II 교과를 지도한 경험을 가지고 있었다.
비록 180명 중 50명의 응답으로 회수율은 낮았지만, 응답 대상 교사들 중에 화학 II를 지도한 경험을 가진 교사들은 대부분 응답하였으며, 응답한 교사들 중에서 화학 II를 가르친 경험이 없는 교사는 4명(8%)에 불과하였다. 따라서 이 4명을 제외한 46명의 설문 응답을 분석하였다.
또한 연구 대상자들의 사고를 심층적으로 알아보기 위하여 응답 유형별로 6명의 면담 대상자를 선정하였다. 면담 대상자는 설문지를 분석하여 개념 유형별로 유목화한 후, 유형별 대표적인 응답자를 선정하였다.
본 연구에서는 응답한 46명 교사의 설문 응답을 분류하여 분류 틀을 구성하였으며, 분류 틀에 근거한 응답 자료의 분석 결과는 설문지 개발에 참여한 화학교육전문가 2인과 화학교육 전공 박사 과정 대학원생 2인, 화학교육 전공 석사 과정 대학원생 5인의 검토를 받았다. 분류틀과 분석 결과가 일치하지 않는 경우에는 논의를 통하여 분석 기준을 명료화함으로써 일치하도록 수정하였다.
설문 응답자 중에 중학교에 근무하는 교사는 5명이었 으며, 고등학교에 근무한 교사는 41명이었다. 그리고 경력이 5년 미만인 교사는 4명, 5−10년은 11명, 10-15년은 17명, 15−20년은 17명, 20년 초과는 1명이었다.
최종 설문지를 전국에 분포하는 화학 전공 중등 교사 180명에게 전자 우편을 통해 보냈다. 그리고 그 중 50명의 응답 자료를 얻었다.

성능/효과

62의 이온화도를 단순한 비례관계로 생각하고 수소이온의 농도를 계산하는 오류를 범하고 있다. 0.1 M의 124%(황산의 이온화도 62%의 2배)의 가장 높은 수소이온 농도가 나타나므로 pH가 가장 낮아지는 황산의 세기가 가장 크다는 교사 A의 결론은 다양성자성 산, 이온화도, 화학평형, pH에 개념의 전체적인 이해에 혼란을 가지고 있음을 의미한다.
그리고 수용액 속에서의 산의 세기 비교에 혼란을 주는 강산의 이온화 상수 값을 약산의 이온화 상수 값과 함께 표로 제시할 때, 같은 ‘용매’에서 측정한 것이 아니라는 전제 조건을 강조하여야 수용액 속에서 평준화 효과를 통해 강산의 세기가 같아짐을 인식할 수 있다고 본다.
두 번째 유형은 ‘Ka와 α의 관계식은 약산에만 적용 가능하므로 적용하는 공식이 잘못되었다.
세 번째 유형은 ‘실험 오차 또는 측정 오차 때문’이라고 응답한 경우로, [문항 3]의 모든 답지에 해당되었다.
교사 B과의 면담 내용으로부터, 고등학교 화학 교과서의 내용에 대한 교사의 불신이 있음을 알 수 있다. 이 면담으로부터 정확한 값을 제시하여 모든 산의 세기를 비교할 수 있게 하려는 교과서 저자의 시도가 오히려 강산에 대한 잘못된 이해를 유도하는 상황을 초래될 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 면담 교사는 과학고에 근무하면서 일반화학 수준에서 강산의 세기를 이해하고 교과서의 오류를 지적하였으나, 일반화학은 예비교사 교육과정에서 다루는 것이므로 면담에 응한 모든 화학 교사들이 올바른 인식을 형성하였어야 한다.
이 연구를 통해 고등학교 및 대학 화학에서 가장 기본적인 개념 중 하나라고 할 수 있는 강산에 대한 화학교사들의 인식이 매우 부족한 것을 확인할 수 있었다. 특히 고등학교 화학의 경우에는 많은 교사들이 이온화도나 이온화상수 값과 같은 수치를 통해 개념을 이해시키는 방법에 익숙하지만, 이러한 방법을 통해 학생들에게 강산의 개념을 제대로 형성시키기는 어렵다.
첫째 유형은 ‘강산은 H3O+의 세기에 의해 평준화되므로 α와 Ka 이 모두 잘못되었다.
교육과정이 변천하면서 강산의 개념에 대한 설명은 일관성을 가지게 되었지만 이러한 변화가 학생들의 강산에 대한 개념 이해에 도움을 주는 방향으로 발전했다고는 볼 수 없다. 특히 7차 교육과정부터 성취기준이 제시되면서 이온화도와 이온화 상수 값에 근거하여 산과 염기의 상대적 세기를 비교하도록 하였기 때문에 교과서에 제시된 한 종류의 이온화도 값이나 강산의 이온화 상수 값은 교사들에게도 혼란을 야기하는 것으로 나타났다.

후속연구

교사의 혼란은 학생들에게도 전달될 가능성이 높기 때문에 이러한 교사의 사고는 부적절한 것일 수 있다. 따라서 교사의 개념 이해 뿐 아니라, 이를 통해 학생들의 개념 이해를 높이는데 더 도움이 되는 자료 제시의 형태에 대한 연구가 이루어질 필요가 있다고 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강산과 강염기이란 무엇인가?	강산과 강염기는 수용액에서 완전히 이온화하는 강전해질이다.40 따라서 물 속에서 거의 100% 이온화된다.
	묽힘 법칙이 강전해질에는 맞지 않는데, 이를 오스트발트는 어떻게 지적하였는가?	유기산들의 전도도를 광범위하게 조사하여서 오스트 발트는 묽힘 법칙의 정당성을 보여주었지만, 강전해질 (강산)에는 이 묽힘 법칙이 잘 들어맞지 않았다. 그 당시 오스트발트는 이것을 하나의 이상성(unusual property)이 라고만 지적하였다. 이것은 이후에 연구된 강전해질에 관련된 이론을 통해 해결되었다.
	오스트발트가 질량작용 법칙을 전해질과 이온들 사이에 적용하여 만든 법칙은 무엇인가?	1888년에 오스트발트(Wilhelm Ostwald, 1853−1932)48−51는 질량작용 법칙을 전해질과 그 이온들 사이에 적용하여 ‘묽힘 법칙(Law of Dilution)’을 유도하였다. 전해질의 몰농도(C), 이온화도(α), 이온화 상수(K)의 관계식을 유도한 다음에 몰 농도를 n몰의 용질이 V L 중에 함유된 식으로 변형했다.

참고문헌 (54)

Kang, S. H; Lee, S. J. Journal of Research in Curriculum Instruction 2005, 9(2), 151-167.
Kang, S. H.; Cho, S. A. J. Korean Chem. Soc. 1999, 43(6), 707-719.
Go, H. S.; Kim, K. E.; Paik, S. H. J. Korean Chem. Soc. 2012, 56(5), 628-637.

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Kim, J. G. The Content Analysis on Acid and Base in High School Chemical Textbooks. M.D. Thesis, Ulsan University, 2009.
Kim, H. L. Analysis on the Concepts in the Chapters of the Seventh National Education Program High-School Chemistry Textbooks. M.D. Thesis, Kookmin University, 2007.
Song, Y. J. A Study of Students' Misconceptions of Acid.Base Reactions by the Different Types Question. M.D. Thesis. Chosun University, 2003.
Sin, E. J. Effects of the Understanding of Nature of Science on Pre-service Chemistry Teachers' Acid Base Conceptual Learning: Focused on the Prerequisites. M.D. Thesis, Korea National University of Education, 2012.
Lee, Y. J. Study of Third-year Middle School Students' Understanding of Concepts of the Acid Ionization and the Strength Using Generative Learning Model. M.D. Thesis, Chosun University, 2002.
Lee, J. H. Students' Misconceptions of Acid-base and Neutralization Reaction. M.D. Thesis, Kyungki University, 2007.
Won, J. A.; Gwak, J. R.; Park, Y. N.; Paik, S. H. Korean Journal of Teacher Education 2010, 26(2), 65-87.
Jung, D. W. Analysis of the Students' Conception on Reaction of Acid and Base. M.D. Thesis, Korea National University of Education, 1998.
Hong, S. M. Study of First-year University Students' Understandings of Acid-base Equilibrium and Equivalence Point. M.D. Thesis, Ewha University, 1998.
Carlos, F. M.; Calatayud, M. L.; Guisasola, J.; Furio-Gomez, C. International Journal of Science Education 2005, 27(11), 1337-1358.

상세보기
Boz, Y. School Science and Mathematics 2009, 109(4), 212-222.

상세보기
de Vos, W.; Pilot, A. Journal of Chemical Education 2001, 78(4), 494.

상세보기
Erduran, S. The Annual Meeting of the American Educational Research Association 1996, April 8-12, 84.
Kolb, D. Journal of Chemistry Education 1978, 55(7), 459.

상세보기
Ross, B.; Munby, H. International Journal of Science Education 1991, 13(1), 11-24.

상세보기
Schmidt, H. International Journal of Science Education 1991, 13(4), 459-472.

상세보기
Lee, J. M. The Annual Meeting of Korean Psychological Association 1989, 83-88.
Kang, D. H. Conceptual Difficulties Experienced by Chemistry Teachers in Electrochemistry and an Analysis of Sources. M.D. Thesis, Korea National University of Education, 2004.
Kang, D. H.; Park, K. T.; Paik, S. H. J. Korean Chem. Soc. 2001, 45, 83.
Kang, D. H. Conceptual Difficulties Experienced by Chemistry Teachers in Electrochemistry and an Analysis of Sources. M.D. Thesis, Korea National University of Education, 2004.
Park, J. H.; Kim, D. U.; Paik. S. H. Korean Association of Research in Science Teaching 2004, 24(3), 544-555.
Park, J. H.; Kim, D. U.; Paik. S. H. Korean Association of Research in Science Teaching 2006, 26(2), 279-290.
Park, J. H.; Paik, S. H.; Kim, D. U. Korean Association of Research in Science Teaching 2003, 23(6), 660-670.
Paik, S. H. Chemical Education 2000, 27(1), pp. 78-80.
Paik, S. H.; Jung, A. K.; Ko, Y. H. Journal of the Korean Association for Research in Science Education 2004, 24, 429.

원문보기 상세보기
Paik, S. H.; Cho, M. J. Journal of the Korean Association for Research in Science Education 2005, 25, 773.

원문보기 상세보기
Sin, H. J. A Study of Science Teacher's Understanding About Electrolysis. M. D. Thesi, Seoul National University, 1998.
Lee, E. S. Survey of Teachers and Pre-teachers' Understanding of Colligative Properties in High School Chemistry II Chanter. M.D. Thesis, Korea National University of Education, 2007.
Cho, B. K.; Go, Y. M.; Kim, H. N.; Paik, S. H.; Park, J. W.; Park, J. O.; Lim, M. H. Journal of the Korean Association for Research in Science Education 2002, 22(2), 286-298.

원문보기 상세보기
De Jong, O.; Acampo, J.; Verdonk, A. Journal of Research in Science Teaching 1995, 32(11), 1097-1110.

상세보기
Sanger,M. J.; Greenbowe, T. J. Journal of Chemical Education 1999, 76(6), 853-860.

상세보기
Stylianidou, F.; Ormerod, F.; Ogborn, J. International Journal of Science Education 2002, 24(3), 257-283.

상세보기
Park, J. H. A Survey Study of High School Students' Conceptions Related to Acid and Base Reaction. M. D. Thesis, Korea University, 2005.
Kim, C. J. Analysis of Misconceptions in High School Chemistry Textbook of 7th Curriculum. M.D. Thesis, Yeonsei University, 2004.
Lee, J. Y. Analysis of Chemistry Part Misconceptions of College Freshmen. M.D. Thesis, Sukmyung Women University, 2002.
Chang, R. Chemistry, 10th ed.; McGraw-Hill: New York, 2010.
Brubaker Jr. C. Journal of Chemical Education 1957, 34(7), 325.

상세보기
Harris, D. C. Quantitative Chemical Analysis, 7th ed.; W. H. Freeman & Company; New York, 2007.
Solomons, T. W. G.; Fryhle, C. B. Organic Chemistry, 8th ed.; John Wiley & Sons.: Kentucky, U.S.A., 2005.
Zumdahl, S. S.; Zumdahl, S. A. Chemistry (8th); Cengage Learning: Singapore, 2010.
Lloyd, E. West; Arnold Gahler Journal of Chemical Education 1942, 19(8), 366-368.

상세보기
Oxtoby, D. W.; Freeman, W. A.; Block, T. F. Chemistry: Science of Change, 4th ed.; Cengage Learning: Singapore, 2008.
http://www.chembuddy.com/?leftBATE&rightdissociation_constants. September 24/2012.
John, H.; Go, M. J. The History of Chemistry; Book's hil: Seoul, 2005.
Lee, K. S. History of chemisty thought; Yonsei University Press: Seoul, 1981.
Dakeuchi, Y.; Bak, T. G. Basic Six Law of Chemisty; Jeonpagwahak: Seoul, 1987.
Kang, G. I. Story of Chemistry and Chemist for Student; Cham gwahak: Seoul, 2002.
Noh, T. H.; Choi, S. S.; Kang, S. J.; Lee, S. Y.; Bae, B. I.; Go, S. Y.; Ju, Y.; Choi, S. Y. Chemistry II; Chunjae Education Press: Seoul, 2011.
Park, J. S.; Youn, Y.; Jung, J. O.; Cho, E. M.; Ryu, S. K. Chemistry II; Kyohaksa Press: Seoul, 2011.
Kim, H. J.; Kim H. S.; Lee, B. K.; Lee, S. M.; Lee, Y. S.; Lee, J. H.; Lee, J. S.; Lee, H. N.; Cho, H. S. Chemistry II; Sangsang Academy Press: Seoul, 2011.
Ryu, H. I.; Kim, C. S.; Lee, K. P.; Lee, J. B.; Bak, S. B.; Kang, S. G.; Kim, Y. Y.; Lee, H. K. Chemistry II; Visang Press: Seoul, 2011.

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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].

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