2009 개정교육과정의 화학교과서에 제시된 Brønsted-Lowry 모델에 관한 설명과 예시의 문제점 분석 Analysis of Explanations and Examples of the Brønsted-Lowry Model Presented in Chemistry Textbooks Developed by 2009 Revised Curriculum원문보기
이 연구에서는 2009 개정교육과정에서 Brønsted-Lowry 모델을 다루는 화학 I과 화학 II 교과서를 대상으로 교과서의 설명과 예시를 분석하였다. 특히 Brønsted-Lowry 모델의 정의와 사례의 제시, 실험 내용 등에서 화학평형이라는 과정적 관점과 비순차적 과정을 제시하고 있는 지에 대해 분석하였다. 분석 대상 교과서는 현재 사용되고 있는 2009 개정교육과정의 화학 I 교과서 4종과 화학 II 교과서 4종이었다. 연구 결과, 화학 I 교과서에서는 Brønsted-Lowry 모델을 설명할 때 화학평형의 관점이 충분히 제시되지 않았으며, 이는 교육과정 개정이 되면서 2009 개정교육과정에서 발생한 문제로 나타났다. 화학 II 교과서에서는 약산과 강염기의 반응과 같은 사례에서 Brønsted-Lowry 모델을 적용하기 보다는 Arrhenius 모델의 순차적 관점으로 묘사하였다. 또한 화학 II 교과서의 Brønsted-Lowry 모델을 증명하기 위한 실험의 예시도 매우 부족하였다. 산-염기 정의에 관련된 실험 예시는 지시약의 색변화로 분류하는 수준이었으며, 산의 세기를 설명하기 위한 실험 예시는 전류의 세기 비교나 금속과의 반응에서 발생하는 수소기체의 발생 정도를 비교하는 것이었다. 또한 모든 교과서에서는 Brønsted-Lowry 모델을 설명할 때 수용액 상태를 제시하여 Arrhenius 모델과 차별화되지 못하는 문제가 있었다. 따라서 비수용액 상태의 산과염기를 제시함으로써 Brønsted-Lowry 모델에 대한 학생들의 이해를 돕기 위한 실험의 예시에 대한 개발이 필요하다.
이 연구에서는 2009 개정교육과정에서 Brønsted-Lowry 모델을 다루는 화학 I과 화학 II 교과서를 대상으로 교과서의 설명과 예시를 분석하였다. 특히 Brønsted-Lowry 모델의 정의와 사례의 제시, 실험 내용 등에서 화학평형이라는 과정적 관점과 비순차적 과정을 제시하고 있는 지에 대해 분석하였다. 분석 대상 교과서는 현재 사용되고 있는 2009 개정교육과정의 화학 I 교과서 4종과 화학 II 교과서 4종이었다. 연구 결과, 화학 I 교과서에서는 Brønsted-Lowry 모델을 설명할 때 화학평형의 관점이 충분히 제시되지 않았으며, 이는 교육과정 개정이 되면서 2009 개정교육과정에서 발생한 문제로 나타났다. 화학 II 교과서에서는 약산과 강염기의 반응과 같은 사례에서 Brønsted-Lowry 모델을 적용하기 보다는 Arrhenius 모델의 순차적 관점으로 묘사하였다. 또한 화학 II 교과서의 Brønsted-Lowry 모델을 증명하기 위한 실험의 예시도 매우 부족하였다. 산-염기 정의에 관련된 실험 예시는 지시약의 색변화로 분류하는 수준이었으며, 산의 세기를 설명하기 위한 실험 예시는 전류의 세기 비교나 금속과의 반응에서 발생하는 수소기체의 발생 정도를 비교하는 것이었다. 또한 모든 교과서에서는 Brønsted-Lowry 모델을 설명할 때 수용액 상태를 제시하여 Arrhenius 모델과 차별화되지 못하는 문제가 있었다. 따라서 비수용액 상태의 산과 염기를 제시함으로써 Brønsted-Lowry 모델에 대한 학생들의 이해를 돕기 위한 실험의 예시에 대한 개발이 필요하다.
In this study, we analyzed the explanations and examples of Brønsted-Lowry model in Chemistry I and Chemistry II textbooks of the 2009 revised curriculum. In particular, the definition of the Brønsted-Lowry model, the examples, and the content of experiments were analyzed by the process pe...
In this study, we analyzed the explanations and examples of Brønsted-Lowry model in Chemistry I and Chemistry II textbooks of the 2009 revised curriculum. In particular, the definition of the Brønsted-Lowry model, the examples, and the content of experiments were analyzed by the process perspective of chemical equilibrium, emergent process. The analyzed textbooks were 4 kinds of Chemistry I textbooks and 4 kinds of Chemistry II textbooks in 2009 revision curriculum. As a result, Chemical I textbooks did not adequately show the chemical equilibrium viewpoint when explaining the Brønsted-Lowry model. In the Chemistry II textbooks, the examples of Brønsted-Lowry model were not present emergent process viewpoint, and those were described as sequential viewpoint of Arrhenius model. In addition, examples of experiments to demonstrate the Brønsted-Lowry model of Chemistry II textbooks were insufficient. The experimental examples related to the definition of acid bases were at the level of classification by the color change of indicators. The experimental examples for explaining the strength of acid and base were to compare current intensity or amount of hydrogen gas generated from the reaction with metal. In addition, all textbooks presented the state of aqueous solution when describing the Brønsted-Lowry model, causing problems with differentiation from the Arrhenius model. Therefore, it is necessary to develop examples of experiments to help students understand Brønsted-Lowry model by presenting acid and base reaction in the non-aqueous solution state.
In this study, we analyzed the explanations and examples of Brønsted-Lowry model in Chemistry I and Chemistry II textbooks of the 2009 revised curriculum. In particular, the definition of the Brønsted-Lowry model, the examples, and the content of experiments were analyzed by the process perspective of chemical equilibrium, emergent process. The analyzed textbooks were 4 kinds of Chemistry I textbooks and 4 kinds of Chemistry II textbooks in 2009 revision curriculum. As a result, Chemical I textbooks did not adequately show the chemical equilibrium viewpoint when explaining the Brønsted-Lowry model. In the Chemistry II textbooks, the examples of Brønsted-Lowry model were not present emergent process viewpoint, and those were described as sequential viewpoint of Arrhenius model. In addition, examples of experiments to demonstrate the Brønsted-Lowry model of Chemistry II textbooks were insufficient. The experimental examples related to the definition of acid bases were at the level of classification by the color change of indicators. The experimental examples for explaining the strength of acid and base were to compare current intensity or amount of hydrogen gas generated from the reaction with metal. In addition, all textbooks presented the state of aqueous solution when describing the Brønsted-Lowry model, causing problems with differentiation from the Arrhenius model. Therefore, it is necessary to develop examples of experiments to help students understand Brønsted-Lowry model by presenting acid and base reaction in the non-aqueous solution state.
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문제 정의
이를 위해 본 연구는 Brønsted-Lowry 모델의 관점에 초점을 맞춰 화학 교과서를 분석하고, 현재의 Brønsted-Lowry 산-염기 모델의 설명 방식이 가지는 문제점을 파악하고자 하였다.
이 연구에서는 2009 개정교육과정의 화학 I 교과서 4종과 화학 II 교과서 4종을 대상으로 Brønsted-Lowry 모델을 제시하는 내용의 문제점을 분석하였다.
가설 설정
따라서 (a), (b) 두 화학반응식은 반응의 방향이 반대로 표시되었을 뿐이며 동일한 K에 의해 결정되는 반응이다. 즉, 아세트산(CH3COOH)과 수산화이온(OH−), 그리고 아세트산이온(CH3COO−)과 물(H2O)의 4종류 화학종의 농도는 화학반응식 (a)에 의해서나 (b)에 의해서나 동일할 것이다.
)을 왼쪽 항과 오른쪽 항에서 모두 지우면, 화학반응식(a)의 왼쪽 항은 화학반응식 (b)의 오른쪽 항과 같고 화학반응식(a)의 오른쪽 항은 화학반응식 (b)의 왼쪽 항과 같게 된다. 즉, 화학반응식 (a)와 (b)의 평형상수는 서로 역수가 된다. 따라서 (a), (b) 두 화학반응식은 반응의 방향이 반대로 표시되었을 뿐이며 동일한 K에 의해 결정되는 반응이다.
제안 방법
분석 대상인 교과서에서는 다루는 모델의 순서나 세부 내용에서 다소 차이가 있었으나, 모든 교과서에서 공통으로 다루고 있는 ‘산-염기의 정의’, ‘산의 세기’, ‘중화반응’의 내용을 선택하여 이와 관련된 화학식, 물질의 예시, 실험 내용 등을 분석하였다.
분석결과의 타당성을 확보하기 위해 과학교육 박사 1인과 현직교사 3인에 의해 교차검증을 하여 의견의 일치도를 높였다.
4종의 화학 II 교과서 중 유일하게 1종의 교과서33에서 산-염기 반응을 정의하기 위해 실험(Fig. 4)을 제시하였다.
마지막으로 이 연구에서는 화학 II 교과서 실험에서 Brønsted-Lowry 모델을 증명하기 위한 실험의 문제점을 지적하였다.
본 연구는 Chi 등26이 제안한 과학 개념의 존재론적 속성 범주를 분석틀로 활용하여 Brønsted-Lowry 모델에 대한 교과서 서술 방식을 분석하였다.
이러한 관점에 근거하여 Brønsted-Lowry 모델의 정의와 사례의 제시, 실험 내용 등이 화학평형이라는 과정적 관점을 물질적 관점과 대조하여 제시하고 있는지, 또한 비순차적 과정의 특성을 반영하고 있는지를 중심적으로 분석하였다.
이로 인해 산-염기반응은 단순히 물질의 성질 분류 수준을 넘어서서 산화-환원 반응과 마찬가지로 화학평형의 한 종류로 이해되면서 두 종류의 반응은 화학반응을 대표하는 반응으로 자리 잡았다.
대상 데이터
따라서 이 연구에서는 2009 개정교육과정에서 Brønsted-Lowry 모델을 다루는 화학 I과 화학 II 교과서를 대상으로 분석하였다.
현재 학교 현장에서 사용되고 있는 2009 개정 화학 I 교과서는 4종이며, 화학 II 교과서는 4종으로 총 8종의 교과서를 대상으로 하였다.
성능/효과
또한 이 연구에서는 약산과 강염기의 반응과 같은 산- 염기 반응에서 물과 염이 생성된다는 반응 단계와, 생성된 물과 염이 다시 반응한다는 가수 분해 반응 단계로 구분하여 설명하는 것은 순차적 관점이며, 이러한 관점은 Arrhenius 모델의 관점임을 주장하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Brønsted-Lowry모델이 중요한 이유는?
그 중에서도 중등학교에서 산-염기 개념을 다루는 가장 마지막 학년에 제시되는 산-염기 모델은 Brønsted-Lowry모델인데, 이 모델은 학생들이 학습에 가장 어려움을 겪는 모델임과 동시에, 학습 중요도가 매우 높은 모델이다. 왜냐하면 산-염기 반응을 화학평형 맥락에서 설명하기 때문이다.14 Arrhenius 모델이 산은 수용액에서 수소이온으로 해리하는 물질로 정의하고 염기는 수용액에서 수산화이온을 제공하는 물질로 정의하면서 산과 염기의 개념을 각각 분리하여 정의한다.
화학평형이란?
이로 인해 산-염기반응은 단순히 물질의 성질 분류 수준을 넘어서서 산화-환원 반응과 마찬가지로 화학평형의 한 종류로 이해되면서 두 종류의 반응은 화학반응을 대표하는 반응으로 자리 잡았다.15 화학평형은 어떤 물질이 왜 안정한지, 또는 왜 반응하는지를 설명하는 개념으로 화학교과 전체를 관통하는 핵심 개념이다. 따라서 Brønsted-Lowry 모델의 가장 큰 의의는 수용액에 제한하여 물질의 고유한 특성에 초점을 둔 Arrhenius 모델의 설명 범위를 확장하였을 뿐 아니라, 이전의 다른 모델들과 달리 산-염기 반응을 가역적 화학평형 메커니즘으로 정의하였다는 점에 있다.
Brønsted-Lowry 모델의 의의는?
15 화학평형은 어떤 물질이 왜 안정한지, 또는 왜 반응하는지를 설명하는 개념으로 화학교과 전체를 관통하는 핵심 개념이다. 따라서 Brønsted-Lowry 모델의 가장 큰 의의는 수용액에 제한하여 물질의 고유한 특성에 초점을 둔 Arrhenius 모델의 설명 범위를 확장하였을 뿐 아니라, 이전의 다른 모델들과 달리 산-염기 반응을 가역적 화학평형 메커니즘으로 정의하였다는 점에 있다.16
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