[논문]고등학교 과학영재 학생들의 산-염기 모델의 인지 수준 분석

유은주; 백성혜

doi:10.5012/jkcs.2021.65.1.37

고등학교 과학영재 학생들의 산-염기 모델의 인지 수준 분석
Analysis of Cognition Levels related to Acid-Base Models in High School Science-Gifted Students 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.65 no.1, 2021년, pp.37 - 47

초록
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본 연구에서는 중등학교에서 가르치는 두 유형의 산-염기 모델에 대한 고등학교 과학영재 학생들의 모델 인지 수준을 분석하였다. 학생들의 모델 인지 수준을 알아보기 위하여 산-염기 반응과 산과 염기의 해리와 관련된 12개의 문항으로 구성된 설문지를 개발하였다. 연구 대상자는 2개의 과학영재학교에서 95명의 학생들이었다. 설문 분석 결과, 두 모델의 일치 상황, 불일치 상황, 설명할 수 없는 범위의 상황에서 모델 인지 수준은 6가지로 분석되었다. 산-염기 반응의 문항에서는 가장 많은 비율의 학생들이 두 모델을 모두 이해하는 수준이었고, 산과 염기의 해리 문항에서는 두 모델을 이해하고, 한 모델이 갖는 한계를 인식하는 '인지된 이그노런스'만 인식하는 수준이었다. 그러나 두 모델이 갖는 한계도 인식하고, 모델이 설명하지 못하는 범위인 '미인지된 이그노런스'까지 모두 인식한 학생은 단 1명 뿐이었다. 이를 통해 과학영재 학생들의 모델 인지 수준을 높이기 위한 교육적 노력이 필요함을 주장하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the model cognition level of high school science-gifted students about the two types of acid-base models taught in secondary schools was analyzed. In order to find out the model cognition level of students, 12 items were developed based on the acid-base reaction and the dissociation reaction of acids and bases. The subjects of the study were 95 students of two science-gifted schools. As a result of the questionnaire analysis, model cognition levels were analyzed 6 levels in the context of consistency, inconsistency, and unexplainable scope of the two models. In the acid-base reaction item, the largest percentage of students cognized only understanding of the two models. In the acid-base dissociation reaction item, they understood the two models and perceived the 'Known Ignorance' that cognizes the limitations of one model. However, there was only one student who perceived the limitations of both models and all of the 'Unknown Ignorance' that the model could not explain. Through this, we argued that there is a need for educational efforts to raise the model cognition level of science-gifted students.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Types of Ignorance.
그림 Figure 2. Model cognition level.
표 Table 1. Analysis criteria of acid-base reaction and dissociation phenomena questions
표 Table 2. Students' response examples of the model cognition II level
표 Table 3. Students' response examples of the model cognition III level
표 Table 4. Students' response examples of the model cognition IV level
표 Table 5. Students' response examples of the model cognition V level
표 Table 6. Students' response examples of the model cognition VI level

AI 본문요약
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문제 정의

여기서 이온화도는 용매인 물에서 비가역으로 해리하는 것을 전제하므로 Arrhenius 모델 관점이다.⁴¹⁻⁴⁴ 따라서 “강산과 강염기는 묽은 수용액에서 이온화도가 1임을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로 Arrhenius 모델의 일치 상황을 이해하는지 알아보았다. 또한 “강산과 강염기는 묽은 수용액에서 이온화도가 1보다 작은 것을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를인식하는지 알아보았다.
^36,44 또한 일반화학 교재^45,⁴⁶에서도 동일하게 제시하고 있다. 따라서 “약산과 약염기의 이온화 상수를 가역반응을 전제하는 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 일치 상황을 이해하는지 알아보았다. 또한 “강산과 강염기의 이온화 상수를 가역 반응을 전제하는 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
또한 모델에 대한 인식적 인지에 해당하는 과학 MMK 이해는 교과에 기반한 영역 특수적(domain-specific) 접근에서 가능하다. 따라서 이 연구에서는 화학 교과에서 산-염기 모델인 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델을 중심으로 연구하고자 한다.
⁴¹⁻⁴⁴ 따라서 “강산과 강염기는 묽은 수용액에서 이온화도가 1임을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로 Arrhenius 모델의 일치 상황을 이해하는지 알아보았다. 또한 “강산과 강염기는 묽은 수용액에서 이온화도가 1보다 작은 것을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를인식하는지 알아보았다. 마지막으로 “Brønsted-Lowry 모델과 비교하여, Arrhenius 모델로 가역 반응을 전제하는 이온화 상수를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델이 설명하지 못하는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
따라서 “약산과 약염기의 이온화 상수를 가역반응을 전제하는 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 일치 상황을 이해하는지 알아보았다. 또한 “강산과 강염기의 이온화 상수를 가역 반응을 전제하는 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다. 마지막으로 “Arrhenius 모델과 비교하여, Brønsted-Lowry 모델로 묽은 수용액 상태의 이온화도를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델이 설명할 수 없는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
따라서 “강산과 강염기의 반응에 중화 반응의 양적 관계(nMV = n′M′V′) 적용을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 일치 상황에 대한 이해를 분석하였다. 또한 “약산과 강염기의 반응에 중화 반응의 양적 관계(nMV = n′M′V′)적용을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 판단하고자 하였다. 마지막으로 “Brønsted-Lowry 모델과 비교하여, Arrhenius 모델로 용액의 pH를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델로 설명하지 못하는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
본 연구는 고등학교 과학영재 학생들이 산-염기 모델의 ‘이그노런스’를 인식하는 수준을 분석하고, 과학영재 교육에 주는 함의를 제안해 보고자 하였다. 먼저 모델의 ‘이그노런스’를 모델의 불일치 상황을 통해 드러나는 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)와 모델로 설명할 수 없는 범위의 상황을 통해 드러나는 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’로 정의하였다.
본 연구는 화학 I과 화학 II의 산·염기 모델을 모두 학습한 과학영재 학생들의 산-염기 모델 인지 수준을 분석하고자 하였다. 전국의 8개 과학영재학교 중 1개 학교와 20 개의 과학고등학교 중 1개 학교를 선정하였다.

가설 설정

• Arrhenius 모델로 양적 관계 적용을 설명하는 것을 모르겠다.
Arrhenius 모델로는 염 용액의 pH를 설명할 수 없다. 따라서 Arrhenius 모델로 산성과 염기성을 설명할 수 없다.
• Arrhenius 모델로는 짝산-짝염기 개념이 없기 때문에 이온화 상수를 설명할 수 없다.
• 강산의 이온화도가 1보다 작은 경우는 가역 반응을 고려해야 하므로 Arrhenius 모델로 설명할 수 없다.
• 약산이 완전히 이온화하지 않기 때문에 Arrhenius 모델로 설명할 수 없다.
• 용액의 pH는 가역 반응을 가정해야 하므로 Arrhenius 모델로 설명할 수 없다.
즉, 용액의 pH가 7보다 작으면 산성이고, 7보다 크면 염기성이다. 여기서 용액의 pH는 반응물과 생성물의 동적 평형을 가정하며, 화학 I 교과서에서도 동적 평형을 배운 후 pH 7을 기준으로 산성과 염기성을 판단한다. 따라서 83번 학생이 ‘Arrhenius 모델로는 염 용액의 pH를 설명할 수 없다’라고 응답하고, 그 이유로 ‘Arrhenius 모델로는 산성과 염기성을 설명할 수 없다’고 기술한 것을 다음과 같이 해석하였다.

제안 방법

설문지의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 2차에 걸쳐 설문지를 개발하였다. 1차로 화학 교육 전문가 2인과 화학 교육 박사 과정 1인이 선행 연구¹⁰를 통해 개발한 설문 문항을 학생을 대상으로 한 설문으로 수정한 후, 학생 5인을 대상으로 파일럿 테스트를 실시하였다. 그 결과를 통해 연구자의 해석과 실제 설문에 응답한 학생들의 생각이 일치하는지를 확인하고, 화학교육 전문가 1인, 화학 교육 박사 과정 1인이 검토하고 수정하여 최종 설문지를 완성하였다.
1차로 화학 교육 전문가 2인과 화학 교육 박사 과정 1인이 선행 연구¹⁰를 통해 개발한 설문 문항을 학생을 대상으로 한 설문으로 수정한 후, 학생 5인을 대상으로 파일럿 테스트를 실시하였다. 그 결과를 통해 연구자의 해석과 실제 설문에 응답한 학생들의 생각이 일치하는지를 확인하고, 화학교육 전문가 1인, 화학 교육 박사 과정 1인이 검토하고 수정하여 최종 설문지를 완성하였다. 문항의 내용 타당성을 높이기 위해 발문 구성과 의도의 명료한 전달에 초점을 맞추어 수정과 보완을 하였다.
인지(Cognition) 수준으로 보았다. 다음으로 한 모델의 불일치 상황에서 드러나는 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 인지(Epistemic cognition) 수준으로 구분하였다. 마지막으로 한 모델로 설명할 수 없는 범위를 다른 모델로 설명하는 상황에서 드러나는 한 모델의 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 메타인지(Epistemic metacognition) 수준으로 구분하였다.
두 모델의 이해가 모두 부족한 경우를 모델 인지 I 수준으로 분류하였다. 학생들의 응답 중에서 설문에 제시된 각 모델의 정의를 그대로 용어 반복하거나, 무응답한 경우에는 그 모델에 대한 이해가 부족한 것으로 판단하였다.
따라서 21번 학생은 Arrhenius 모델을 이해하지 못하지만, Brønsted–Lowry 모델을 이해하는 것으로 분석하였다. 이처럼 II 수준에서 Arrhenius 모델만 이해하는 학생들의 비율보다 Brønsted–Lowry 모델만 이해하는 학생들의 비율이 높은 이유는 과학영재 학생들의 특성으로 해석할 수 있다.
즉, 중화 반응의 양적 관계에 대한 설명은 Arrhenius 모델의 관점이다. 따라서 “강산과 강염기의 반응에 중화 반응의 양적 관계(nMV = n′M′V′) 적용을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 일치 상황에 대한 이해를 분석하였다. 또한 “약산과 강염기의 반응에 중화 반응의 양적 관계(nMV = n′M′V′)적용을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 판단하고자 하였다.
VI 수준은 두 모델의 ‘미인지된 이그노런스’까지 인식한 경우이다. 따라서 모델의 인지 수준을 근거로 Arrhenius 모델과 Brønsted-Lowry 모델에 대해 수준별 1문항씩 총 6개 문항을 개발하고, 산-염기 반응과 산과 염기의 해리 상황에서 알아보고자 최종 12문항으로 개발하였다. 이는 교사들을 대상으로 모델의 이그노런스 인식을 분석한 선행 연구¹⁰에서 4문항을 개발한 것보다 상세한 단계로 문항 개발이 이루어진 것이다.
따라서 “약산과 강염기의 반응 후 용액의 pH를 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 일치 상황에 대한 이해를 알아보았다. 또한 “강산과 강염기의 반응에서 생성된 용액의 pH를 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다. 마지막으로 “Arrhenius 모델과 비교하여, Brønsted- Lowry 모델로 중화 반응의 양적 관계(nMV=n’M’V’)적용을 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델이 설명하지 못하는 범위의 상황에서 ’미인지된 이그노런스‘를 인식하는지 알아보았다.
이는 모델의 개수와 상황의 개수가 조합된 결과이며, 분석에서 신뢰도를 높이기 위한 것이다. 또한 문항 개발의 의도를 현장 교사들에게 검토받는 과정을 거쳐 정교화하였다. Table 1에 문항별 분석 기준을 제시하였다.
또한 “강산과 강염기의 반응에서 생성된 용액의 pH를 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다. 마지막으로 “Arrhenius 모델과 비교하여, Brønsted- Lowry 모델로 중화 반응의 양적 관계(nMV=n’M’V’)적용을 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델이 설명하지 못하는 범위의 상황에서 ’미인지된 이그노런스‘를 인식하는지 알아보았다.
또한 “강산과 강염기의 이온화 상수를 가역 반응을 전제하는 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다. 마지막으로 “Arrhenius 모델과 비교하여, Brønsted-Lowry 모델로 묽은 수용액 상태의 이온화도를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델이 설명할 수 없는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다. 설문지의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 2차에 걸쳐 설문지를 개발하였다.
또한 “강산과 강염기는 묽은 수용액에서 이온화도가 1보다 작은 것을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를인식하는지 알아보았다. 마지막으로 “Brønsted-Lowry 모델과 비교하여, Arrhenius 모델로 가역 반응을 전제하는 이온화 상수를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델이 설명하지 못하는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
또한 “약산과 강염기의 반응에 중화 반응의 양적 관계(nMV = n′M′V′)적용을 Arrhenius 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 판단하고자 하였다. 마지막으로 “Brønsted-Lowry 모델과 비교하여, Arrhenius 모델로 용액의 pH를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Arrhenius 모델로 설명하지 못하는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
다음으로 한 모델의 불일치 상황에서 드러나는 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 인지(Epistemic cognition) 수준으로 구분하였다. 마지막으로 한 모델로 설명할 수 없는 범위를 다른 모델로 설명하는 상황에서 드러나는 한 모델의 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 메타인지(Epistemic metacognition) 수준으로 구분하였다.
주는 함의를 제안해 보고자 하였다. 먼저 모델의 ‘이그노런스’를 모델의 불일치 상황을 통해 드러나는 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)와 모델로 설명할 수 없는 범위의 상황을 통해 드러나는 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’로 정의하였다. 이러한 모델의 ‘이그노런스’의 인식에 따라 모델 인지 수준을 3 수준으로 분류하였다.
이러한 모델의 ‘이그노런스’의 인식에 따라 모델 인지 수준을 3 수준으로 분류하였다. 모델의 일치 상황에서는 모델을 이해하는 수준을 모델의 인지(Cognition) 수준, 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 인지(Epistemic cognition) 수준, 마지막으로 한 모델로 설명할 수 없는 범위를 다른 모델로 설명하는 상황에서 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 메타인지(Epistemic metacognition) 수준으로 보았다. 이를 근거로 고등학교 과학영재 학생들의 산-염기의 반응과 산과 염기의 해리에서 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델의 인지 수준을 분석하기 위해 설문 문항을 개발하여 조사하였다.
그 결과를 통해 연구자의 해석과 실제 설문에 응답한 학생들의 생각이 일치하는지를 확인하고, 화학교육 전문가 1인, 화학 교육 박사 과정 1인이 검토하고 수정하여 최종 설문지를 완성하였다. 문항의 내용 타당성을 높이기 위해 발문 구성과 의도의 명료한 전달에 초점을 맞추어 수정과 보완을 하였다. 설문은 학생들이 ‘설명할 수 있다.
마지막으로 “Arrhenius 모델과 비교하여, Brønsted-Lowry 모델로 묽은 수용액 상태의 이온화도를 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델이 설명할 수 없는 범위의 상황에서 ‘미인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다. 설문지의 타당도와 신뢰도를 높이기 위해 2차에 걸쳐 설문지를 개발하였다. 1차로 화학 교육 전문가 2인과 화학 교육 박사 과정 1인이 선행 연구¹⁰를 통해 개발한 설문 문항을 학생을 대상으로 한 설문으로 수정한 후, 학생 5인을 대상으로 파일럿 테스트를 실시하였다.
설문 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법⁴⁷에 따라 유목화를 하였다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 과학 철학 전문가 1인, 화학 교육 전문가 1인 및 화학 교육 박사 과정 1인이 교차검증을 하였으며, 유목화와 타당성을 검토하였다.
먼저 모델의 ‘이그노런스’를 모델의 불일치 상황을 통해 드러나는 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)와 모델로 설명할 수 없는 범위의 상황을 통해 드러나는 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’로 정의하였다. 이러한 모델의 ‘이그노런스’의 인식에 따라 모델 인지 수준을 3 수준으로 분류하였다. 모델의 일치 상황에서는 모델을 이해하는 수준을 모델의 인지(Cognition) 수준, 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 인지(Epistemic cognition) 수준, 마지막으로 한 모델로 설명할 수 없는 범위를 다른 모델로 설명하는 상황에서 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 메타인지(Epistemic metacognition) 수준으로 보았다.
모델의 일치 상황에서는 모델을 이해하는 수준을 모델의 인지(Cognition) 수준, 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 인지(Epistemic cognition) 수준, 마지막으로 한 모델로 설명할 수 없는 범위를 다른 모델로 설명하는 상황에서 ‘미인지된 이그노런스(Unknown Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 메타인지(Epistemic metacognition) 수준으로 보았다. 이를 근거로 고등학교 과학영재 학생들의 산-염기의 반응과 산과 염기의 해리에서 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델의 인지 수준을 분석하기 위해 설문 문항을 개발하여 조사하였다. 연구 결과 학생들의 모델인지 수준은 6 수준으로 분류되었다.
이를 근거로 모델을 이해하는 수준은 일반적 사고에 해당하는 인지(Cognition) 수준으로 보았다. 다음으로 한 모델의 불일치 상황에서 드러나는 ‘인지된 이그노런스(Known Ignorance)’를 인식하는 수준을 모델의 인식적 인지(Epistemic cognition) 수준으로 구분하였다.

대상 데이터

산-염기 반응에서 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델의 설명할 수 없는 범위의 상황에서 13번 학생의 응답 내용이다.
산-염기 반응에서 Arrhenius 모델의 불일치 상황과 Brønsted–Lowry 모델의 불일치 상황에서 43번 학생의 응답 내용이다.
선정된 학생들은 교육과정에 따라 화학I, II 및 심화 화학을 배운 후로, 현재 진로와 관련하여 AP과목으로 일반화학 I과 일반화학 II를 수강하고 있는 3학년 학생들이었다. 따라서 화학의 산-염기 모델에 대한 심화 학습이 이루어진 상태였다.
하였다. 전국의 8개 과학영재학교 중 1개 학교와 20 개의 과학고등학교 중 1개 학교를 선정하였다. 대상 학교의 선정은 연구자의 연구 목적과 취지를 이해하며 적극적인 도움을 줄 수 있는 학교로 편의표집(convenience sampling) 하였다.
최종 완성된 설문을 학생 95명에게 실시한 후 설문 결과를 분석하였다. 설문 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법⁴⁷에 따라 유목화를 하였다.

이론/모형

용액의 pH는 물과의 반응을 전제하므로 Brønsted-Lowry 모델 관점이다. 따라서 “약산과 강염기의 반응 후 용액의 pH를 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 일치 상황에 대한 이해를 알아보았다. 또한 “강산과 강염기의 반응에서 생성된 용액의 pH를 Brønsted-Lowry 모델로 설명할 수 있는가?”를 분석 기준으로, Brønsted-Lowry 모델의 불일치 상황에서 ‘인지된 이그노런스’를 인식하는지 알아보았다.
분석하였다. 설문 결과는 질적 자료의 일반적인 분석법⁴⁷에 따라 유목화를 하였다. 연구자가 설문 답변의 패턴을 탐색하여 1차로 유목화한 후에 과학 철학 전문가 1인, 화학 교육 전문가 1인 및 화학 교육 박사 과정 1인이 교차검증을 하였으며, 유목화와 타당성을 검토하였다.

성능/효과

2번 학생의 응답은 “Arrhenius 모델로 강산의 이온화도는 1이라는 것을 설명할 수 있다”라는 의미로 해석하여 Arrhenius 모델은 이해하지만, Brønsted–Lowry 모델은 이해하지 못한 것으로 분석하였다. 이와 반대로 21번 학생은 응답은 다음과 같다.
따라서 22번 학생은 Arrhenius 모델은 이해하지만, Brønsted–Lowry 모델은 이해하지 못한 것으로 분석하였다. 한편 같은 반응 상황에서 91번 학생은 다음과 같이 응답하였다.
따라서 9번 학생은 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델을 모두 이해한 것으로 분석되었다.
6%)이었다. 따라서 산-염기 반응보다 산과 염기의 해리에서 학생들의 모델 인지 V 수준의 비율이 더 높음을 알 수 있다. 이 수준에 해당하는 학생들의 응답 사례를 Table 5에 제시하였다.
8%)이었다. 따라서 산과 염기의 해리에서도 Brønsted–Lowry 모델만 이해하는 학생 비율이 더 높았다. 또한 산-염기 반응보다 산과 염기의 해리에서 학생들의 모델 인지 II 수준의 비율이 더 높음을 알 수 있다.
따라서 산-염기 반응에서 산과 염기의 해리에서 보다 학생들의 모델 인지 III 수준의 비율이 더 높음을 알 수 있다. 또한 산-염기 반응에서는 모델 인지 II 수준보다 학생 비율이 높고, 산과 염기의 해리에서는 이 수준에 해당하는 학생들의 비율이 낮았다. 이 수준의 응답 사례를 Table 3에 제시하였다.
이를 통해 85번 학생도 Arrhenius 모델과 Brønsted–Lowry 모델을 모두 이해한 것으로 분석되었다.
따라서 83번 학생이 ‘Arrhenius 모델로는 염 용액의 pH를 설명할 수 없다’라고 응답하고, 그 이유로 ‘Arrhenius 모델로는 산성과 염기성을 설명할 수 없다’고 기술한 것을 다음과 같이 해석하였다. 즉, 주어진 상황을 Brønsted–Lowry 모델 관점에서 용액의 pH를 근거로 용액의 산성, 염기성을 설명해야 하므로, 이러한 상황은 Arrhenius 모델 관점에서 설명할 수 없다는 것을 인지한 것으로 판단하였다. 즉 이 학생은 pH의 개념으로 산성과 염기성을 구분하는 것은 Arrhenius 모델의 ‘미인지된 이그노런스’임을 인식하고 있다고 판단하였다.

후속연구

또한 고등학교 과학영재 학생들을 대상으로 분석되었으며 이를 일반 학생들에게 확대하는 것에 한계를 가질 수 있다. 따라서 과학 교육에서 폭넓게 모델의 ‘이그노런스’의 교육적 가치를 담론화하기 위해서는 일반 학생들을 대상으로 하는 후속 연구가 필요할 것으로 보인다.
본 연구는 산-염기 모델을 중심으로 모델의 ‘이그노런스’를 분석한 것으로 과학 교과에서 다루는 다양한 모델에 대한 연구로 확장할 필요가 있으며, ‘이그노런스’를 활용할 교수 전략에 대한 후속 연구가 필요하다. 또한 고등학교 과학영재 학생들을 대상으로 분석되었으며 이를 일반 학생들에게 확대하는 것에 한계를 가질 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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