[논문]가열과 비가열 상황에서 증발과 끓음 개념에 대한 초등교사들의 분류 기준에 대한 생각

백성혜; 김양아

doi:10.5012/jkcs.2015.59.4.289

가열과 비가열 상황에서 증발과 끓음 개념에 대한 초등교사들의 분류 기준에 대한 생각
The Elementary School Teachers' Thoughts of the Classification Criteria for Evaporation and Boiling Concept in the Heating and Non- Heating Conditions 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.59 no.4, 2015년, pp.289 - 295

백성혜 (한국교원대학교 화학교육과) , 김양아 (한국교원대학교 화학교육과)

초록
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이 연구의 목적은 가열과 비가열 상황에서 증발과 끓음 개념을 분류하는 기준에 대한 초등학교 교사들의 생각을 알아보는 것이다. 이를 위하여 초등학교 교사 37명을 대상으로 설문 및 면담을 실시하였다. 가열 상황을 제시하였을 때, 많은 교사들은 증발 현상을 끓음으로 생각하였으며, 그 반대 상황에서는 끓음 현상을 증발로 생각하였다. 이것은 교사들이 가열 상황과 끓음을 연결하고 사고하고, 비가열상황도 증발현상을 연결하여 사고함을 의미한다. 또한 가열과 비가열 상황에 따라 교사들이 증발과 끓음을 구분하는 분류 기준이 달랐다. 이 연구에서는 증발과 끓음 개념에 대한 생각의 혼란을 방지하기 위하여 전형적인 사례를 벗어난 다양한 사례를 교과서과 교수방식에 제시할 필요성을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to survey the elementary school teachers' thoughts of the classification criteria for evaporation and boiling concept in the heating and non-heating conditions. For this purpose, we conducted a survey and interviews with 37 elementary school teachers. When the heating conditions were presented, many teachers thought evaporation phenomena as boiling. In opposite condition, many teachers thought boiling phenomena as evaporation. This means that teachers‘ thought of boiling phenomena was connected with heating conditions and evaporation phenomena with non-heating conditions. In addition, the classification criteria to distinguish evaporation and boiling phenomena depending on the heating and non-heating conditions were not coherent. In this study, we suggested that a various cases beyond the typical case must be presented in the textbooks and teaching in order to avoid confusion of thoughts related to evaporation and boiling concepts.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

3). 물이 든 용기를 가열하지 않은 상황에서 이러한 끓음 현상을 교사들이 분류하는 기준에 대해 알아보았다(Tbb/e 3).
연구의 시점은 2007 개정 교육과정이었고, 증발과 끓음은 초등학교 4학년에 제시 되어 있다. 이 연구에서는 선행연구에서의 지적을 근거로 하여 가열 여부가 초등학교 교사들의 증발과 끓음 개념에 대한 생각에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 교사의 생각의 특성은 학생들을 지도할 때 큰 영향을 미칠 가능 성이 있기 때문이다.
특히 끓음을 제시할 때 교과서 및 일상 사례에서 가장 전형적인 가열 상황을 제시하고, 이 상황에 따라 증발과 끓음을 구분하는 기준이 달라지는지 확인하 고자 하였다. 이를 통해 상황에 따른 개념 구분의 어려움이 발생하는지 알아보고, 일관성 있는 구분 기준을 가지고 증발과 끓음 개념을 지도할 필요성을 제안하고자 하였다.
교사의 생각의 특성은 학생들을 지도할 때 큰 영향을 미칠 가능 성이 있기 때문이다. 특히 끓음을 제시할 때 교과서 및 일상 사례에서 가장 전형적인 가열 상황을 제시하고, 이 상황에 따라 증발과 끓음을 구분하는 기준이 달라지는지 확인하 고자 하였다. 이를 통해 상황에 따른 개념 구분의 어려움이 발생하는지 알아보고, 일관성 있는 구분 기준을 가지고 증발과 끓음 개념을 지도할 필요성을 제안하고자 하였다.

제안 방법

가열 상황에서 끓음에 대한 객관식 응답이 정확한 이해를 통한 응답인지 확인하기 위해 응답의 이유 설명을 분석 해 보았다. 이는 표 IV-3에 나타내었다.
즉, 가열하지 않 고 있으며 표면에서만 물의 증발이 일어나는 상황, 가열 하고 있지만 표면에서만 물의 증발이 일어나고 물속에서 기포가 나오지 않는 상황, 가열하지 않고 있지만 물속에서 기포가 나오는 상황, 가열하고 있으며 물속에서 기포가 나오는 상황을 제시하였다. 그리고 각각의 상황을 증발과 끓음으로 구분하도록 요구하였으며, 그렇게 분류한 기준을 적도록 하였다. 설문지는 과학교육전문가 1인과 과학교 육 전공 석사학위를 가진 초등학교 과학교사 5인의 검토를 거쳤다.
가열을 하였기 때문에 증발이라고 답하거나 이유를 설명하지 못하는 교사는 증발에 대한 개념이 정립되어 있지 않은 것으로 보인다. 그리고 끓는점 도달여부를 알 수 없다고 응답한 교사는 제시한 상황에 대한 판단을 유 보한 것으로 이 역시 증발에 대한 개념 정립이 부족한 것 으로 분석하였다.
이는 전형적인 사례에서 기 압은 1기압으로 가정하고 온도만 제시한 경우가 많기 때 문이라고 판단된다. 따라서 끓음이 온도 뿐 아니라 기압의 조건에 영향을 받는다는 점을 생각하는■지 알아보기 위하여 적당량의 물이 들어 있는 통이 0.3기압 70oC 상태일 때 물 내부의 기포가 발생되는 모습과 물 표면의 분자들이 기화 되는 모습을 제시하였다(Fg. 3). 물이 든 용기를 가열하지 않은 상황에서 이러한 끓음 현상을 교사들이 분류하는 기준에 대해 알아보았다(Tbb/e 3).
0%)이 더 많았다(Tbb/e 4). 분류 기준에 대해 알아본 결과, 끓음이라고 답한 교사들은 기화 위치, 기포발생 여부, 끓는점 도달여부, 가열 여부의 순으로 분류 기준을 제시하였다.
빈 통에 적당량 넣은 물을 알코올램프로 가열하는 상황 에서 물 표면에서 증발만 일어나고 있는 모습을 Fig. 2와 같이 제시하고, 이를 증발과 끓음 중에서 구분하도록 연 구대상자들에게 요청하고 그 이유에 대한 진술을 수집하 였다. 이때 열린계에서의 상황이고 비가열 상황보다는 온 도가 높아지는 것을 감안하여 증발하는 경향이 응축되는 경향보다 더 많다는 것을 나타내도록 위방향의 화살표 개수를 더 많이 표시하였다.
대학원 석사과정에 재학하는 초 등교사들의 근무지는 전국적으로 분포하고 있다. 설문 결 과는 각 문항에 대한 응답과 그 이유 진술을 범주화하여 유형을 분류하고, 그 빈도를 산출하였다.
알코올 램프가 주어지지 않은 상황에서 빈 통에 적당량의 물을 넣고 오랜 시간동안 가만히 두었을 때의 물 분자의 위치와 이동하는 방향을 나타낸 모습을 Fig. 1과 같이 제 시하고 이를 증발과 끓음 중에서 구분하도록 연구대상자 들에게 요청하고 그 이유에 대한 진술을 수집하였다.
중부지역의 대학원 석사과정에 재학 중인 10명의 초등 교사들을 대상으로 면담을 통해 증발과 끓음을 구분하는 분류 기준을 조사한 결과, 가열 상황 여부가 표면에서의 상태변화나 액체 속에서의 상태 변화보다 더 중요한 요 인으로 작용한다는 점을 파악하고, 이를 근거로 4가지 유 형의 상황을 제시한 설문을 구성하였다. 즉, 가열하지 않 고 있으며 표면에서만 물의 증발이 일어나는 상황, 가열 하고 있지만 표면에서만 물의 증발이 일어나고 물속에서 기포가 나오지 않는 상황, 가열하지 않고 있지만 물속에서 기포가 나오는 상황, 가열하고 있으며 물속에서 기포가 나오는 상황을 제시하였다.
중부지역의 대학원 석사과정에 재학 중인 10명의 초등 교사들을 대상으로 면담을 통해 증발과 끓음을 구분하는 분류 기준을 조사한 결과, 가열 상황 여부가 표면에서의 상태변화나 액체 속에서의 상태 변화보다 더 중요한 요 인으로 작용한다는 점을 파악하고, 이를 근거로 4가지 유 형의 상황을 제시한 설문을 구성하였다. 즉, 가열하지 않 고 있으며 표면에서만 물의 증발이 일어나는 상황, 가열 하고 있지만 표면에서만 물의 증발이 일어나고 물속에서 기포가 나오지 않는 상황, 가열하지 않고 있지만 물속에서 기포가 나오는 상황, 가열하고 있으며 물속에서 기포가 나오는 상황을 제시하였다. 그리고 각각의 상황을 증발과 끓음으로 구분하도록 요구하였으며, 그렇게 분류한 기준을 적도록 하였다.

대상 데이터

더구나 기포가 발생하고 있음에도 불구하고 100 oC 보다 낮은 온도를 기준으로 끓음 여부를 분류함을 확인할 수 있었다. 또한 가열을 하지 않았기 때문에 증발이라고 답 한 교사는 8명, 물분자가 서서히 움직이기 때문, 기화 현상이 활발하기 때문 등 기타 이유로 증발이라고 답한 교사가 8 명이었다.
그리고 각각의 상황을 증발과 끓음으로 구분하도록 요구하였으며, 그렇게 분류한 기준을 적도록 하였다. 설문지는 과학교육전문가 1인과 과학교 육 전공 석사학위를 가진 초등학교 과학교사 5인의 검토를 거쳤다.
이렇게 증발과 끓음에 관련된 과학 개념 형성에 학생들이 어려움을 겪는다면, 이를 지도하는 교사들의 생각은 어떠 한지 알아보는 것도 필요하다. 연구의 시점은 2007 개정 교육과정이었고, 증발과 끓음은 초등학교 4학년에 제시 되어 있다. 이 연구에서는 선행연구에서의 지적을 근거로 하여 가열 여부가 초등학교 교사들의 증발과 끓음 개념에 대한 생각에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
중부 지역 대학원 석사과정에 재학하는 초등교사 37명과 제주 지역의 초등교사 43명을 대상으로 개발한 설문지를 통해 생각을 조사하였다. 대학원 석사과정에 재학하는 초 등교사들의 근무지는 전국적으로 분포하고 있다.

성능/효과

특히 학생들은 증발이나 끓음이라는 용어를 사용하지만 개념적 이해가 과학자의 것과 다르며, 기본적 인 과학개념들을 통합시켜 이해하는 데 실패하는 것으로 나타났다.2 심지어 대학생인 예비교사들도 증발과 끓음을 구분하는 데에 어려움을 겪는 것으로 나타났다.16 다른 연 구17에서도 초등학교 과학을 담당할 예비교사들이 증발에 대한 오개념을 가지고 있음을 밝혔다.
1기압 보다 낮은 기압을 제시하였음에도 불구하고, 기압과 끓는 점의 관계를 생각하지 못하여서 발생하는 문제라고 볼 수 있다. 더구나 기포가 발생하고 있음에도 불구하고 100 oC 보다 낮은 온도를 기준으로 끓음 여부를 분류함을 확인할 수 있었다. 또한 가열을 하지 않았기 때문에 증발이라고 답 한 교사는 8명, 물분자가 서서히 움직이기 때문, 기화 현상이 활발하기 때문 등 기타 이유로 증발이라고 답한 교사가 8 명이었다.
기포가 발생하지 않았다는 이유로 제시한 현상을 증발 이라고 분류한 교사는 6명이었으며, 이는 두 번째로 높은 분류 기준이었다. 비가열 상황에서는 ‘기포 발생 여부’로 증발과 끓음을 구분한 교사가 없었으나, 가열 상황에서는 기포 발생 여부를 분류 기준으로 증발과 끓음을 구분함을 확인할 수 있었다. 이 역시 끓음과 가열 상황을 밀접하게 생각하는 교사의 분류 기준의 특성을 보여주는 것이라고 할 수 있다.
‘기화위치’가 아닌 다른 기준으로 바뀐 18명 중 17명은 모두 ‘외부의 열 공급’, ‘가열흥해 주었으므로’ 등 ‘가열’에 관련된 이유를 제시하였으며, 1명은 ‘기타(수증기가 많으 므로)’를 이유로 제시하면서 이 현상을 끓음으로 생각하 였다. 이 결과를 통해 많은 초등학교 교사들이 물을 가열 하는 상황 자체만으로도 이를 끓음으로 생각하는 경우가 많다는 것을 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 초등학교 교사들이 증발과 끓음 개념을 구분할 때 가열 상황과 비가열 상황에 의존적이며, 구분의 기준에 일관성이 없음을 밝혔다. 이는 끓음 개념을 지 도할 때 전형적인 사례가 가열 상황을 포함하고 있으며, 증발 개념을 지도할 때에는 비가열 상황을 포함하고 있 기 때문일 가능성이 높다.
알코올램프로 가열하는 상황과 그렇지 않은 상황에서 동일한 증발 현상이지만 교사들은 그렇게 분류하지 않았다. 즉 가열 여부가 증발과 끓음의 개념을 분류하는 데 영향을 미침을 확인할 수 있었다.
다른 연구15에서도 11학년부터 13학년의 독일 학생들이 끓음에 대해 다양한 오개념을 가지고 있 음을 밝혔다. 특히 학생들은 증발이나 끓음이라는 용어를 사용하지만 개념적 이해가 과학자의 것과 다르며, 기본적 인 과학개념들을 통합시켜 이해하는 데 실패하는 것으로 나타났다.2 심지어 대학생인 예비교사들도 증발과 끓음을 구분하는 데에 어려움을 겪는 것으로 나타났다.

후속연구

비록 기체 개념을 포함하지만, 증발이나 끓음의 개념은 초등학교 학생들이 제시된 현상으로부터 구분하고 이해할 수 있어야 한다. 이를 위하여 가열 상황이나 햇빛, 공기 중의 방치 등과 같 은 현상적 조건을 포함한 사례보다는, 물속 기포의 생성 여부, 물 표면에서 공기 중으로 날아감 등의 비교를 통해 증발과 끓음의 개념을 강화하고 명료화하는 기능을 가진 사례를 제시함으로써 쉽게 올바른 과학개념의 습득이 가능할 것이다.

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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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