[논문]교과서의 화학 실험 분석을 통해 본 실험과 도구의 의미 재고

최취임; 이선경

doi:10.5012/jkcs.2016.60.4.267

교과서의 화학 실험 분석을 통해 본 실험과 도구의 의미 재고
Reconsidering the Meanings of Experiments and Instruments Based on the Analysis of Chemistry Experiments in Textbooks 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.60 no.4, 2016년, pp.267 - 275

초록
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일반적으로 실험은 과학의 꽃으로 인식되고 있고 학교 과학에서도 중요한 위치를 차지한다. 과학자들은 확증이든, 입증이든, 사고실험이든, 어떤 형태든 실험이라는 형태를 거친다. 과학교육의 주요 목표 중 하나는 탐구능력을 향상키는 것이다. 이에 학생들에게도 실험을 하도록 하는 것은 당연한 것으로 여겨진다. 그러나 학교 실험이 과학을 이해하고 학습하는데 있어서 과연 무엇이며 어떤 역할을 하는지에 대한 의견과 논의는 항상 긍정적이지만은 않다. 또한, 학교 과학 실험의 이론적 당위성이 자리 잡고 있다고 하더라도 실제 과학자들이 수행하는 실험과는 간극이 존재한다. 이 연구에서는 학교 과학 실험과 도구의 의미를 탐색하였다. 또한 하나의 사례로 중학교 과학 교과서와 고등학교 화학 교과서에 수록되어 있는 화학관련 탐구 실험의 유형 및 도구 사용 수준을 분석하여, 학교 과학 탐구에서 실험과 도구의 의미를 재조명하고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Experiment is recognized as an important part in science and science education. Scientists do experiments for verifying or refuting theory and they take many forms to do experiments. One of the central goals of science education is to improve inquiry ability. So we have taken for granted that students engage in authentic inquiry and experiment which scientists carry out to research. But it is not always positive about discussions and opinions what school experiment and its role is in learning science and understanding about science. There is certainly a gap between experiments which scientists and students do even though there is a theoretical basis of school science experiment. In this study, we discussed how scientific inquiry and school inquiry are different, and what it means to use instrument in school science experiment. And as a case, we analyzed chemistry experiments in science textbook and manipulation level of instruments which were handled in chemistry experiments, we shed light on the meanings of experiments and instruments in school science inquiry based on the result of experiments and instruments analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구는 학교 과학 탐구의 본질이 과학적 탐구와 어떠한 차이가 있는지를 검토하고, 학교 과학 탐구에서 실험의 위치를 탐색하고자 한다. 또한 학교 과학의 주요 실천 자료로써 화학 교과서의 분석 사례를 통해, 실험의 유형과 도구의 조작수준을 살펴보고자 한다. 이를 토대로 학교 과학 실험과 도구의 의미를 재조명하는 것이 본 연구의 목적이다.
이 실험에서 학생들은 이론을 찾는 것이 아니라 온도에 따라 반응속도의 변화의 규칙성을 찾아내게 된다. 이러한 유형들의 실험들은 이론을 구성하는 실험이기 보다는 이론을 확인하는 목적으로 수행된다. 과학수업에서 이루어지는 실험들은 교육적 기능 즉 특정 이론적 관점을 실증하기 위해 사용되고 있다.
또한 실험을 이해하기 위해서는 도구에 대한 이해가 필요하다. 이런 관점에서 도구가 실험에서 어떤 역할을 하고 있고, 도구가 어떤 수준에서 사용하고 있는지를 확인하고자 과학교과서를 분석하였다. 분석 기준으로는 실험에 사용된 도구를 다루는 수준에 따라 2단계로 나누었다.
또한 학교 과학의 주요 실천 자료로써 화학 교과서의 분석 사례를 통해, 실험의 유형과 도구의 조작수준을 살펴보고자 한다. 이를 토대로 학교 과학 실험과 도구의 의미를 재조명하는 것이 본 연구의 목적이다.
이에 본 연구는 학교 과학 탐구의 본질이 과학적 탐구와 어떠한 차이가 있는지를 검토하고, 학교 과학 탐구에서 실험의 위치를 탐색하고자 한다. 또한 학교 과학의 주요 실천 자료로써 화학 교과서의 분석 사례를 통해, 실험의 유형과 도구의 조작수준을 살펴보고자 한다.

제안 방법

교과서에 제시된 실험은 실험 유형 및 도구 사용 수준으로 나누어 분석되었다. 첫째, 실험 유형의 분석을 위해 기본적으로 Chin과 Malhotra이15 제안한 단순실험, 단순 관찰, 단순 예증의 세 가지 유형 분류틀이 사용되 었다.
이런 관점에서 도구가 실험에서 어떤 역할을 하고 있고, 도구가 어떤 수준에서 사용하고 있는지를 확인하고자 과학교과서를 분석하였다. 분석 기준으로는 실험에 사용된 도구를 다루는 수준에 따라 2단계로 나누었다. 도구 즉 실험기구의 사용법에 따라 도구를 사용하고 있으면 수준 1로 보았다.
이 과정에서 학생들은 단순한 연역 추론을 사용하게 된다. 세 가지 유형의 범주 외어】, 관찰과 예증 등의 혼합적인 실험 사례가 발견되어, 혼합(Mixed) 범주를 넣어 분석하였다.
교과서 분석에는 연구자 2인이 분석을 하였고 분석결과에 대해 일치를 보았다. 연구자들은 교과서에 제시된 실험이 각 실험 유형 및 도구 수준에 해당하는 수를 검토하고 실험 사례를 해석하는 과정을 수행하였다.
마지막으로 주사기에 공기를 반쯤 넣고 주사기 끝을 고무마개로 막은 뒤 피스톤을 눌러본다. 이 실험에서 학생들은 단순한 지시에 따라 고체, 액체의 모양을 관찰하고 학생들은 간단한 귀납 추론을 사용한다.
따라서 실험이 학교 과학에서 어떤 의미를 지니고 있는지는 교과서에 제시되고 있는 실험들이 어떠한 목적으로 수행되고 있는지를 아는 것을 통해 파악할 수 있을 것이다. 이에 과학교과서에 제시된 실험의 유형과 도구 사용 수준에 대해 분석하였다.
교과서에 제시된 실험은 실험 유형 및 도구 사용 수준으로 나누어 분석되었다. 첫째, 실험 유형의 분석을 위해 기본적으로 Chin과 Malhotra이15 제안한 단순실험, 단순 관찰, 단순 예증의 세 가지 유형 분류틀이 사용되 었다. 단순실험은 하나 혹은 두 개의 제공된 변인들을 조사하는 실험 유형이다.

대상 데이터

일선 학교에서 사용 중인 2009년 개정교육과정 중학교 과학 1, 과학 2, 과학 3 의 화학 영 역과 고등학교 화학 I 및 화학 II 교과서를 임의로 1권씩 선택하여 분석 사례로 정 하였다.

성능/효과

이 연구를 통해 과학 교과서에 제시된 화학 실험을 분석한 결과는 단순 관찰, 단순 실험, 단순 예증의 유형이 대부분으로, 과학자들의 실험이 갖는 복잡성을 반영하지 않는 것으로 나타났다. 이는 학교과학에서 실험의 의미와 목적이 과학자의 실험과 다르다는 것을 명시적으로 보여준다.

후속연구

본 연구에서 논한 학교 과학 실험의 특징과 유형, 그리고 도구 사용에 관한 내용은 교육적 차원에서 실험의 전부를 다룬다고 볼 수는 없다. 그러나 본 연구에서 다룬 실험에 관한 일부 관점 즉, 실험 유형과 도구에 대한 재고가 과학교육에서 목표에 적합한 실험을 구상하는 데또 하나의 이론적 토대와 방향이 될 수 있기를 바란다.
즉 학생들은 단열재를 제작하면서 단열재를 더 잘 작동 하게 하는 이론을 받아들이고, 도구의 신뢰성을 인정할 기회를 얻을 수 있기 때문이다. 이를 통해 앞으로 단열재를 이용한 실험을 수행할 때 그들은 도구의 작동을 더 잘 이해하고, 더 정확하고 정밀한 실험결과를 얻을 수 있을 것이다.

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