대학생들의 분자모델 사용에 따른 제거(E2) 반응의 문제 해결 연구

Abstract

본 연구에서는 유기화학의 알킬 할라이드 반응 중에서 제거(E2)반응의 반응성에 대한 대학생들의 문제해결시의 사고과정 및 특성을 알아보고 문제해결 과정과 신념체계와의 관계를 규명하고자 하였다. 뿐만 아니라 이와 같은 문제를 해결하는 과정에서 형식적 조작기에 속하는 대학생들에게 분자모델 및 단계별 도움말을 제공할 경우 문제해결력에 미치는 영향과 유의미학습의 유발 가능성을 진단하고자 하였다. 이상의 목적에 따라 3학기에 걸쳐 유기화학 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ을 이수한 대학교 3학년 화학 전공자 중에서 유기화학 세과목의 학점을 합산하여 정한 성적순위에 의해 나눈 상·중·하의 세집단에서 지원자에 한하여 각각 2명씩을 연구대상으로 선정하였다. 그리고 본검사 문항은 총 8문항으로 형식적 사고를 요구하는 유기화학 문제들로 구성되었다. 본 연구는 사례연구(case study)이므로 질적분석(qualitative analysis)방법 중에서 발성사고법(think aloud method) 및 회상적 면접법(retrospective interview)을 병행하여 자료를 수집하였는데, 문제해결자의 신념체계는 각 문항마다 5점 리커트 척도 (Likert scale)로 응답하게 한 총 30문항의 지필검사지를 개발하여 조사하였다. 그 결과를 분석하여 얻은 결론은 다음과 같다. 1. 신념체계 검사결과 문제해결자가 가지고 있는 화학 및 화학 문제해결에 대한 자신감, 화학학습 방법 및 태도, 교과서에 대한 생각 등이 성취도에 영향을 주었다. 2. 모든 피험자는 성취도와 관계없이 각 문항마다 이해단계, 계획단계, 수행단계, 검증단계의 순서로 이 중 몇 단계들을 반복하여 거치면서 문제해결을 시도하였다. 3. 상위권 및 성취도가 높은 중위권 학생은 주로 전진전략을 사용한 반면 하위권 및 성취도가 낮은 중위권 학생은 상대적으로 임의전략을 많이 사용하였다. 또한 성적순위와 상관없이 전진전략이나 역진전략을 사용한 경우는 임의전략을 사용한 경우보다 문제해결에서의 성공률이 높았다. 4. 상위권은 분자모델 사용시 결합을 변형시키거나 조작하는 등 능동적인 학습 형태(active learning pattern)를 보이는 반면 하위권은 분자모델을 거의 요구하지 않았으며 분자구조를 그림으로 그려 메카니즘을 보이거나 메카니즘 설명이 불충분한 상태에서 최종결과를 예측하기도 하였다. 5. 대부분의 피험자들이 구조가 복잡하면 입체장애(steric hindrance)로만 설명하려는 경향이 강하였으나 분자모델을 사용한 이후에는 anti-β-H제거로 초점이 이동되는 뚜렷한 현상을 보였으며, 자신감과 성취도 모두 향상되었다. 6. 관련된 선행 지식이 부족하여도 단계에 맞는 도움말을 제공하면 성공적인 수행을 유도해낼 수 있다. 또한 도움말 사용은 학생들이 문제를 풀면서 새로운 정보와 사실을 알게 된다는 이점이 따른다. 마지막으로 이상의 결론을 종합하여 몇 가지 제언을 하고자 한다. 1. 형식적 사고가 가능한 대학생들에게는 분자모델이 학습과제에 포함된 개념들과 인지구조를 구성하는 개념들 간의 변별도를 증가시키는 포섭자(Subsumer) 역할을 하기 때문에 분자모델을 사용하면 유의미학습으로 이끌 수 있다. 따라서 유기화학 수업시 개별적으로 분자모델을 사용하도록 의문화하여야 한다. 2. 대학에서 평가도중 계산기 사용이 가능한 것처럼 분자모델 사용을 허용한다면 지필 평가를 하면서 학습자들의 문제해결력을 증진시킬 수 있으리라 생각한다. 3. 대체로 단계별 도움말을 이용하면 문제해결을 성공적으로 수행하는데 효과가 있었다. 따라서 체계적이고 적절한 단계별 도움말의 개발에 관하여도 연구가 이루어져야 할 것이다.;The purpose of this study has been examined the process of thinking patterns and the characteristics of problem-solving about elimination (E2) reaction of alkyl halides in undergraduate organic chemistry. The relation between problem-solving and beliefs scale of chemistry has been studied. The effects of the problem-solving ability by using molecular model has been studied during solving problems in E2 reaction. The effects of additional aids during solving a set of problems have been also examined. The experimental groups consisted of three levels according to the previous organic chemistry evaluation scores an undergraduate organic chemistry. The eight questions about E2 reactions and 30 questions about belifs scale of chemistry were made for this study. The think-aloud method, retrospective interview, and paper-pencil test were used to do this research. The results of this study were shown as follows : 1. The higher evaluation scores of this problem-solving, the higher score of belief scores in self-confidence, attitude in chemistry, learning method of chemistry. 2. All the problem solvers showed generally in the sequence for the solving problems as follows : understanding, planning, carrying out, and examination. 3. The Knowledge-Development strategy was often used by the students on higher problem-solving scores by comparing the students on lower evaluation scores. The solvers of lower problem-solving score often used Random strategy. 4. A molecular model was used actively by the higher score solvers during problem-solving procedures, But the lower score solvers were not interested in using molecular model for the solving problems. 5. The most of students would like to explain first steric hindrance effect in any bulky structure in organic compounds. But they had shifted gradually from steric hindrance effects to other effects about P-H anti elimination after operating molecular model for the problem-solving. 6. During the problem-solving procedures, the selected aids about the problem were helpful to be aware that something was wrong and assisted the solvers to obtain new informations of related concepts.