[논문]인식론 및 존재론적 관점에서 두 유형의 산·염기 모델에 대한 화학 교사들의 인지 수준 분석

류은주; 백성혜

doi:10.5012/jkcs.2020.64.5.267

인식론 및 존재론적 관점에서 두 유형의 산·염기 모델에 대한 화학 교사들의 인지 수준 분석
Analysis of Chemistry Teachers' Cognitive level related to Two Types of Acid-Base Models based on Epistemological and Ontological viewpoint 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.64 no.5, 2020년, pp.267 - 276

초록
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본 연구에서는 중등학교에서 가르치는 두 유형의 산-염기 모델에 대한 화학 교사들의 인지 수준을 분석하였다. 이를 위하여 각 모델이 가지는 '이그노런스'를 분석한 선행 연구를 토대로, 교사들의 인지를 알아보는 설문을 개발하였다. 설문은 두 모델에 대한 불일치 상황을 제시한 산과 염기 반응에 관련된 문항과 산과 염기 해리와 관련된 문항 등 2문항이었다. 연구 대상자는 15명의 화학 교사들이었으며, 설문 분석 결과, 4가지 수준으로 교사의 인지가 분석되었다. 4가지 수준은, 모델을 모르는 경우, 한 모델만 이해하는 경우, 두 모델을 이해하고, 한 모델의 '이그노런스'를 지각하는 경우, 두 모델을 이해하고 두 모델의 '이그노런스'를 지각하는 경우였다. 가장 큰 비율의 교사들은 두 모델을 이해하고, 한 모델의 '이그노런스'를 인지하는 경우였다. 그러나 두 모델을 이해하고 두 모델의 '이그노런스'를 지각하는 경우의 비율은 매우 적었다. 이를 통해 모델과 '이그노런스'에 대한 화학교사들의 인지 수준을 높이기 위한 노력이 필요함을 주장하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed the level of chemistry teachers' cognition related to two types of acid-base models taught in secondary schools. For the purpose, a questionnaire was developed to identify teachers' cognitions based on previous studies that analyzed the 'Ignorance' of each model. The questionnaire consisted of two items, one related to acid and base reactions and one related to acid and base dissociation, which suggested inconsistencies between the two models. The subjects were 15 chemistry teachers, and as a result, teachers' cognitions were analyzed at four levels. The four levels are: if they don't know the two models, if they only understand one model, if they understand the two models, and perceived the 'Ignorance' of one model, and if they understand the two models and perceived the 'Ignorance' of the two models. The largest proportion of teachers understood the two models and perceived the 'Ignorance' of one model. However, the proportion of understanding the two models and perceiving the 'Ignorance' of the two models was very small. Through this, we argued that efforts to increase the level of chemistry teachers' cognition of the model and 'Ignorance' were necessary.

주제어

표/그림 (16)

표 Table 1. The relationship between the inconsistency of each model in the phenomenon and the 'Ignorance'
표 Table 2. Judgement criteria of Ignorance of the models for inconsistence contexts of acid-base reaction and dissociation phenomena
표 Table 3. Response example of Item 1
표 Table 4. Response example of Item 2
표 Table 5. Response example of level I in Item 1 of acid and base reaction
표 Table 6. Response example of level I in Item 2 of dissociation of acids and bases
표 Table 7. Response example of level II in Item 1 of acid and base reaction
표 Table 8. Response example of level II in Item 1 of acid and base reaction
표 Table 9. Response example of level II in Item 2 of dissociation of acids and bases
표 Table 10. Response example of level II in Item 2 of dissociation of acids and bases
표 Table 11. Response example of level III in Item 1 of acid and base reaction
표 Table 12. Response example of level III in Item 1 of acid and base reaction
표 Table 13. Response example of level III in Item 2 of dissociation of acids and bases
표 Table 14. Response example of level III in Item 2 of dissociation of acids and bases
표 Table 15. Response example of level IV in Item 1 of acid and base reaction
표 Table 16. The model's cognitive levels of teachers

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이 연구에서는 교사들이 대상의 인지 과정에서 오개념을 가지거나 모르는 경우와 같은 인식론적 관점에서의 이해 뿐 아니라, 산-염기 모델 자체가 가지는 ‘이그노런스’에 대한 존재론적 관점의 지각(perception)을 포함하여 산-염기 모델에 대한 교사들의 인지(cognition) 수준을 알아보고자 한다.
본 연구는 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델의 ‘이그노런스’를 알아보는 설문 문항을 개발하고, 교사들의 모델 인지 수준을 분석하였다.
이러한 문제 인식에서 출발하여 본 연구에서는 화학 교사들이 중등학교에서 다루는 두 유형의 산-염기 모델의 ‘이그노런스’를 지각하는 수준을 분석해 보고자 하였다.
주어진 산과 염기 반응과해리에 관련된 현상에서 Arrhenius 모델의 불일치 상황이 발생하면, 이는 주어진 현상에 대한 Arrhenius 모델의 한계를 보여주는 것이지만, 그럼에도 불구하고 이 현상은 Arrhenius 모델로만 제시한다는 것을 교사들에게 제시함으로써 다른 모델인 Brønsted–Lowry 모델의 ‘이그노런스’를 교사들이 지각할 수 있는지 알아본 것이다.

가설 설정

그리고 이러한 Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황은 Arrhenius 모델로 이온화 상수 개념을 설명할 수 없다는 ‘이그노런스’를 지각하는 기회를 제공해 준다고 가정하였다.
한 모델의 ‘이그노런스’를 지각한다는 것은 두 모델을 모두 이해한 다음에 가능하므로, 모델의 인지 III 수준부터는 두 모델에 대한 이해를 모두 가정하였다.

제안 방법

개발한 설문지의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 4차에 걸쳐 설문지를 개발하였다. 1차로 화학 교육으로 박사학 위를 받고 교수로 활동하는 1인과 박사 과정 1인이 교과서 분석 결과를 바탕으로 설문지 문항을 개발하였고, 2차로 화학 교육 전문가, 박사 과정, 화학 교육 전공자 3인이 검토하여 수정하였다. 3차로 화학 교육 전문가 및 과학교육 분야 전문가를 포함한 전문가 집단의 교차 검토를 진행하고 이를 반영하여 수정하였다.
1차로 화학 교육으로 박사학 위를 받고 교수로 활동하는 1인과 박사 과정 1인이 교과서 분석 결과를 바탕으로 설문지 문항을 개발하였고, 2차로 화학 교육 전문가, 박사 과정, 화학 교육 전공자 3인이 검토하여 수정하였다. 3차로 화학 교육 전문가 및 과학교육 분야 전문가를 포함한 전문가 집단의 교차 검토를 진행하고 이를 반영하여 수정하였다. 4차로 현직 화학 및 과학 교사 5인에게 사전 검사를 시행한 후, 연구자의 해석과 실제 설문에 응답한 화학 교사들의 생각이 일치하는지를 확인하는 최종 절차를 거쳐 설문지를 완성하였다.
3차로 화학 교육 전문가 및 과학교육 분야 전문가를 포함한 전문가 집단의 교차 검토를 진행하고 이를 반영하여 수정하였다. 4차로 현직 화학 및 과학 교사 5인에게 사전 검사를 시행한 후, 연구자의 해석과 실제 설문에 응답한 화학 교사들의 생각이 일치하는지를 확인하는 최종 절차를 거쳐 설문지를 완성하였다. 이처럼 설문을 4차에 걸쳐 수정하고 보완한 것은 교사들이 모델의 한계와 ‘이그노런스’까지 지각하는 모델의 메타적 인지의 경험이 많지 않아 문항의 의도를 명료하게 전달하기 위한 것이었다.
Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델로 설명되는 현상에서 교사들이 가지는 모델의 인지 수준을 분석하기 위하여 불일치 상황을 제시하였다.
개발한 설문지의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 4차에 걸쳐 설문지를 개발하였다. 1차로 화학 교육으로 박사학 위를 받고 교수로 활동하는 1인과 박사 과정 1인이 교과서 분석 결과를 바탕으로 설문지 문항을 개발하였고, 2차로 화학 교육 전문가, 박사 과정, 화학 교육 전공자 3인이 검토하여 수정하였다.
교사들의 모델에 대한 인지 수준을 알아보기 위해 산-염기 모델로 설명될 수 있는 화학 현상으로 산과 염기의 반응에서는 중화 반응의 양적 관계 적용과 혼합 용액의 pH,산과 염기의 해리에서는 이온화도와 이온화 상수와 관련된 불일치 상황을 선정하였다. 그리고 선택한 현상과 관련하여 각 모델이 가지는 한계에 대해 논의한 선행 연구들을 분석하였다.
그리고 Brønsted-Lowry 모델은 H+을 주는 물질을 산, H+을 받는 물질을 염기라는 정의를 소개하였다.
그리고 가역반응으로 설명할수 있다고 응답한 경우에는 Brønsted-Lowry 모델을 이해 하는 것으로 분석하였다.
교사들의 모델에 대한 인지 수준을 알아보기 위해 산-염기 모델로 설명될 수 있는 화학 현상으로 산과 염기의 반응에서는 중화 반응의 양적 관계 적용과 혼합 용액의 pH,산과 염기의 해리에서는 이온화도와 이온화 상수와 관련된 불일치 상황을 선정하였다. 그리고 선택한 현상과 관련하여 각 모델이 가지는 한계에 대해 논의한 선행 연구들을 분석하였다. 분석 결과로부터 개발한 문항별 분석 기준을 Table 2에 제시하였다.
두 모델 중에서 한 모델에 대해서만 이해하는 수준을 모 델의 인지 II 수준으로 분류하였다. 1번 문항에서 교사 12는 Arrhenius 모델은 이해하고 있지만, Brønsted–Lowry 모델은 이해하지 못하는 것으로 분석되었다.
두 모델에 대해 이해하고 있으며, 두 모델의 ‘이그노런스’를 모두 지각한 경우를 모델의 인지 IV 수준으로 분류하였다.
두 모델을 이해하고, 한 모델의 ‘이그노런스’를 지각한 경우를 모델의 인지 III 수준으로 분류하였다.
두 모델의 이해가 모두 없는 경우를 모델의 인지 I 수준으로 분석하였다. 1번 문항인 산과 염기의 반응과 관련된 현상에서는 약산과 강염기의 반응에 중화 반응의 양적 관계를 적용하는 상황과 강산과 강염기의 반응 후 염의 수용액이 중성이 되는 상황을 각 모델로 설명할 수 있는지 질지 I 수준에 해당하는 교사 15의 응답 사례를 Table 5에 제시하였다.
또한, 강산의 이온화 상수를 Brønsted–Lowry 모델로 설명할 수 없다고 응답하였기 때문에 Brønsted–Lowry 모델의 불일치 상황을 깨닫고, Arrhenius 모델의 ‘이그노런스’를 지각한 것으로 보았다.
또한, 설문 문항에서 제시한 상황이 해당 모델에 대한 불일치 상황임을 깨닫고 설명할 수없다고 답하였으면 ‘이그노런스’를 지각한 것으로 분석하 였다.
또한, 주어진 현상을 Brønsted–Lowry 모델로 설명할 때 불일치 상황이 발생하면, 이와 같은 논리로 Arrhenius 모델의 ‘이그노런스’를 드러내는 것으로 보았다.
문항은 현상마다 모델의 불일치 상황을 제시하여 그로 인해 모델의 한계와 다른 모델의 ‘이그노런스’를 지각할 수 있도록 구체적으로 제시하였다.
설문 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법²⁸에 따라 유목화를 하였다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 과학철학 전문가 1인, 과학교육 전문가 1인 및 화학 교육 박사 1인이 교차검증을 하였으며, 과학교육 전문가 2인, 화학 교육 박사 과정 1인과 함께 유목화와 타당성을 검토하였다.
최종 완성된 설문지를 현직 화학 교사 15명에게 투입한 후 설문 결과를 분석하였다. 응답자의 인지 수준을 심층적으로 파악하기 위하여, 설문 시행 후 15명의 교사들을 그룹으로 나누어 자신의 설문 응답 내용에 대하여 자유롭게 발표하도록 하고 녹음하여 전사하였다. 설문 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법²⁸에 따라 유목화를 하였다.

대상 데이터

연구 대상자는 현재 대학원 석사 과정에 다니는 화학 전공 교사 15명이었다. 이 중 중학교에 근무하는 교사는 5명, 고등학교에 근무하는 교사는 10명이었으며, 교육 경력은 1년에서 9년으로 다양하였다.
최종 완성된 설문지를 현직 화학 교사 15명에게 투입한 후 설문 결과를 분석하였다. 응답자의 인지 수준을 심층적으로 파악하기 위하여, 설문 시행 후 15명의 교사들을 그룹으로 나누어 자신의 설문 응답 내용에 대하여 자유롭게 발표하도록 하고 녹음하여 전사하였다.

이론/모형

응답자의 인지 수준을 심층적으로 파악하기 위하여, 설문 시행 후 15명의 교사들을 그룹으로 나누어 자신의 설문 응답 내용에 대하여 자유롭게 발표하도록 하고 녹음하여 전사하였다. 설문 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법²⁸에 따라 유목화를 하였다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 과학철학 전문가 1인, 과학교육 전문가 1인 및 화학 교육 박사 1인이 교차검증을 하였으며, 과학교육 전문가 2인, 화학 교육 박사 과정 1인과 함께 유목화와 타당성을 검토하였다.

성능/효과

교사들의 모델 인지 수준을 분석한 결과, 약 20~27% 정도의 교사들이 I 수준에 있는 것으로 파악되었으며, 약 27% 정도의 교사들이 II 수준에 있는 것으로 파악되었다. 가장 많은 교사가 한 모델의 ‘이그노런스’를 지각하는 III 수준에 있는 것으로 나타났다.
따라서 면담을 통해서 교사 9가 Brønsted–Lowry 모델의 관점을 이해하고 있음을 추가로 확인할 수 있었다.
또한, Arrhenius 모델은 이해하지 못하고, Brønsted–Lowry 모델만 이해하는 경우도 나타났다.
또한, 가장 큰 비율의 교사들이 두 모델을 모두 이해하고, 한 모델의 ‘이그노런스’를 지각 하는 수준에 머물러 있음을 확인할 수 있었다.
설문과 면담을 분석한 결과, 교사들의 모델 인지 수준은 산과 염기의 반응과 산과 염기의 해리와 관련된 문항에서 두 모델을 모두 이해하지 못하는 수준, 한 모델만 이해하는 수준, 두 모델을 모두 이해하고, 한 모델의 ‘이그노런스’를 지각하는 수준, 두 모델을 모두 이해하고, 두 모델의 ‘이그노런스’를 모두 지각하는 수준 등 4 수준으로 분류되었다.

후속연구

본 연구는 교육대학원에 재학하고 있는 화학 교사의 모델 인지에 대한 연구로 연구 결과가 일반적인 화학 교사들의 인지를 대표하는 것으로 확대하는 것에 한계를 가질 수 있다. 따라서 일반 화학 교사 및 화학 II를 배운 학생을 포함한 폭넓은 연구 대상자들에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 보인다.
본 연구는 교육대학원에 재학하고 있는 화학 교사의 모델 인지에 대한 연구로 연구 결과가 일반적인 화학 교사들의 인지를 대표하는 것으로 확대하는 것에 한계를 가질 수 있다. 따라서 일반 화학 교사 및 화학 II를 배운 학생을 포함한 폭넓은 연구 대상자들에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 보인다.
이 연구 결과를 통해, 산과 염기 해리에서 두 모델의 불일치 상황을 제시하고 이를 통해 모델의 ‘이그노런스’를 지각할 기회를 제시하는 것이 필요함을 알 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

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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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