중학교 3학년 학생들의 산,염기와 산의 세기에 대한 개념 조사 및 순환 학습 수업 모형에 의한 개념변화

Abstract

The purpose of this study is to develop the class strategy to form student's scientific concepts of strong acid, weak acid, strong base and acid-strength. Also the effects of class strategy treatment between two groups have been analyzed by statistical analysis. For the conceptual change of acid-base concept on middle school students, the experimental class has been treated by learning cycle based class strategy, and the comparative class has been treated by textbook based class strategy. The results of learning cycle strategy based on student's misconception of acid and base, the effect of class strategy by statistical analysis between two groups, and the detailed discussion of acid and base concepts of students are shown by following; 1. Remarkable misconception about strong-acid, weak-acid, and strong-base in solution is that they are exist as molecular form in the solution in middle school students. 2. The class strategy between the experimental class and the comparative class has been analyzed by ANCOVA and the conceptual changes of strong acid, weak acid, strong base, and acid-strength were much significant differences(p=0.00l). It means that experimental class strategy is more effective than comparative class strategy for acid and base concept. 3. The correlation by Pearson method is showed significantly(p<0.00l) between achievement of acid and base concept and that of midterm science examination. 4. For a strong acid solution, a weak acid solution, and strong base solution, the remarkable misconceptions shown in pre and post test are followings; A molecular form of acid in solution must be acid character. Protons must be together in solution to have strong acid characters. 5. For acid strength in the solution, the remarkable misconception are followings. The acid strength of conc. acetic acid solution is stronger acid than that of dilute hydrochloric acid. If a concentration of any acid solution is increasing, it becomes strong acid.;본 연구의 목적은 중학교 3학년 학생들의 산과 염기에 대한 사전지식을 고려하여 산·염기, 산의 세기에 대한 수업 전략을 개발하고 그 효과를 알아보는 것이다. 연구대상은 서울 소재 중학교 3학년 여학생 2개 반인 88명을 대상으로 산·염기개념 문항지를 개발하여 학습 전 사전 개념 유형을 파악하였다. 이 중 1개 반은 실험반, 다른 1개 반은 비교반으로 나누어 실험반은 본 연구에서 개발된 산·염기 개념에 대한 순환학습 모형으로 6차시 수업을, 비교반은 교과서 중심의 전통적 수업전략을 사용하여 5차시 수업을 적용한 뒤 사후 검사를 실시하여 수업 전·후의 개념 변화를 비교하였다. 본 연구를 통하여 얻은 산·염기 개념의 오개념 유형, 수업 후의 두 집단의 수업 효과에 대한 통계적 분석, 개념에 대한 연구 결과들을 보면 다음과 같다. 1. 중학교 2, 3학년 학생들을 대상으로 수용액에서의 강산, 약산, 강염기 존재 형태에 대하여 가장 두드러진 오개념은 강산, 약산, 강염기의 경우 모두 분자형태로 존재한다는 것이었다. 2. 실험반과 비교반의 산·염기 개념 사전 점사 점수를 공변인으로 하여, 수업처치 후의 산·염기 개념 사후검사 점수에 대한 통계적 분석의 결과에 의하면 수업 전·후 두 반의 수업 처치 효과는 매우 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(p=0.00). 즉 비교반의 수업 전략보다 실험반의 수업전략이 수업 후 학생들의 강산, 약산, 강염기 그리고 산의 세기 개념 변화에 효과적이었음을 알 수 있었다. 3. 산·염기 개념 사전·사후 검사 문항 점수와 2학기 과학 학업 성취도는 두 집단 모두 통계적(p<0.001)으로 유의미한 상관관계를 나타내었다. 4. 수용액에서의 강산인 염산의 존재 형태에 대해서 수업 전에 학생들이 가지고 있는 오개념 중 두드러진 유형은 다음과 같다. 첫째, 염산이 산의 성질을 가지려면 분자형태 HCl이어야 한다. 둘째, 염산은 수용액에서 H^(+)는 H^(+)끼리 Cl^(-) 이온은 Cl^(-)이온끼리 모여 있어야 강한 산의 성질을 나타낸다. 수용액에서 강산은 모두 이온화된다는 과학자적 유형으로의 개념 변화는 실험반의 경우 비교반 보다 뚜렷하게 향상됨을 알 수 있었다. 5. 수용액의 약산인 아세트산의 존재 형태에 대해서 수업 전에 학생들이 가지고 있는 오개념 중 두드러진 유형은 다음과 같다. 첫째, 아세트산이 산의 성질을 가지려면 CH_(3)COOH 분자형태 이어야 한다. 둘째, 아세트산은 전해질이므로 H^(+)와 CH_(3)COO^(-)의 이온형태로 존재한다. 셋째, 수용액에서 H^(+)는 H^(+)끼리 CH_(3)COO^(-)이온은 CH_(3)COO^(-)이온끼리 모여 있어야 산의 성질을 나타낸다. 위와 같은 학생들의 사전 오개념들을 고려한 실험반의 수업 전략도 수업 후에 두드러진 개념 형성 또는 개념 변화를 보여 주지 못하고 있는데 그 이유는 강산과 약산이 변별이 되도록 제시한 실험반의 수업 전략 즉 아세트산의 이온화 정도(10^(5) : 1의 비율) 예시가 학생들로 하여금 수리적인 측면에서 이온화되는 형태를 무시하여 모두 다 분자 형태라고 잘못 받아들였음이 나타났다. 또한 비교반에서는 수업 후에 약산인 아세트산도 강산처럼 전해질이므로 모두 다 이온화형태로 학습되었음이 나타났다. 즉 수업 후에 나타난 학생들의 두드러진 오개념 유형은 다음과 같았다. 첫째, 실험반의 경우는 수업 후에 모두 분자형태CH_(3)COOH라는 또 다른 오개념이 증가되었다. 둘째, 비교반의 경우는 수업 후에 모두 이온형태 H^(+)와 CH_(3)COO^(-)이다 라는 또 다른 오개념이 증가되었다. 6. 수용액에서의 강염기인 수산화나트륨의 존재 형태에 대해서 수업 전 학생들의 두드러진 오개념 유형은 다음과 같다. 첫째, 수산화나트륨이 염기의 성질을 가지려면 NaOH 분자형태 이어야 한다. 둘째, Na^(+)는 Na^(+)끼리 OH^(-) 이온은 OH^(-)이온끼리 모여 있어야 염기의 성질을 띤다. 강염기는 모두 이온화된다는 과학자적 유형으로의 개념 변화는 실험반과 비교반 모두 향상되었다. 7. 산의 세기 개념에 대한 수업 전의 학생들에게 두드러지게 나타난 오개념 유형은 다음과 같다. 첫째, 진한 아세트산이 묽은 아세트산보다 산의 세기가 더 강하다. 둘째, 농도가 진하다는 것은 강산이다. 셋째, 묽은 염산은 약산이며, 농도가 진하면 강산이다. 넷째, 묽은 아세트산은 약산이며 농도가 진하면 강산이다. 이러한 학생들의 오개념들은 실험반의 수업 전략 처치 후에 비교반의 경우보다 개념 변화가 크게 되었음을 알 수 있었다.