화학 반응 속도에 대한 고등 학생들의 개념 조사

Abstract

In this study high school students conceptions of the rate of reaction which was instructed Common Science has been investigated by written tests of 18 items in the 3 topics. The 3 topics include the Basic Conception of the rate of reaction, The Change of reaction rates and the product amount by the change of reaction conditions, The Comparison of thermochemistry and the rate of reaction. The results of this study are as follows. 1. Students believe that a large product amount implies a very fast reaction. 2. The misconception was that the rate of reaction increases as the reaction proceeds. 3. When the rate of reaction system was disturbed by the change of reaction conditions, it seemed to be difficult for students to predict the reaction rates and the product amount. 4. Students have a variety of misconceptions about thermochemistry and the rate of reaction after the instruction. 5. Students have a variety of misconceptions about activation energy and energy of reactants(or products) after the instruction. Key Words : the rate of reaction, Common Science, misconceptions ; 본 연구에서는 공통과학에서 반응 속도를 학습한 고등학생들의 반응 속도에 대한 개념 형성 정도를 알아보고자 하였다. 연구 대상으로 공통과학을 학습한 서울 지역 실업계 고등학교 2학년 여학생 50명과 경기도 지역 남·녀 공학 인문계 고등학교 자연계열 2학년 여학생 50명을 선정하였다. 개념 조사를 위한 문항은 예비조사를 기초로 하여 작성하였고, 반응 속도 정의의 형성 정도와 반응 조건 변화에 따른 반응 속도와 반응 종결 후 생성물의 양 변화 비교 및 반응 속도와 반응열의 변별에 관한 내용을 포함하였다. 개념 조사의 문항별 응답 내용을 분석한 결과 얻은 결론은 다음과 같다. 1. 반응 조건에 따른 반응 속도와 반응 종결 후 생성물의 양 변화 비교, 발열 반응과 흡열 반응의 반응 속도를 변별하는 능력이 부족한 점으로 미루어 학생들은 반응 속도 개념을 견고하게 확립하는 대신에 기계적으로 암기 학습함을 파악할 수 있었다. 2. 반응 조건에 따른 반응 속도와 반응 종결 후 생성물의 양 변화 비교에 관하여 학생들이 가지고 있는 오개념들은 다음과 같다. ·활성화 에너지와 반응물이나 생성물의 에너지를 혼동한다. ·반응 속도가 빠르면 반응 종결 후 생성물의 양이 많아진다. ·화학 반응은 반응이 진행됨에 따라 반응 속도가 빨라진다. ·반응물의 농도 변화는 반응 속도에만 영향을 준다. ·반응물 농도 변화는 반응 종결 후 생성물의 양에만 영향을 주고 반응 속도에는 영향을 주지 않는다. ·반응물 농도가 달라도 같은 양의 반응물이 반응하면 생성물의 양이 같다. ·반응 온도가 다를 때 반응물의 초기 농도가 같으면 반응 종결 전이라도 생성물의 양은 같다. 학생들은 반응 속도 개념의 부족으로 ‘반응 속도가 빠르다’와 ‘생성물의 양이 많다’를 혼동하며, 연소나 금속과 산의 반응에 대한 생활 경험으로써 반응 속도를 설명하고 있다. 또한 활성화 에너지와 반응물이나 생성물 자체가 가지고 있는 에너지를 변별하지 못하는 오개념 유형이 있다. 반응물의 농도 변화가 반응 속도에만 영향을 준다는 오개념은 공통과학 교과서의 탐구 활동 내용을 과도하게 일반화한 경우라 생각된다. 반응물의 초기 농도가 달라도 반응 종결 후 생성물의 양이 같다는 오개념은 농도에 대한 개념 부족 및 농도와 반응 속도를 연결시키지 못하는 것에 기인한다. 3. 발열 반응과 흡열 반응의 반응 속도를 비교하는 경우, 다양한 비과학자적 유형이 나온 것으로 미루어 선행 학습인 발열 반응이나 흡열 반응과 반응 속도 개념을 비교하는 능력과, 반응물 혹은 생성물의 양과 화학 반응시 출입하는 에너지를 변별하는 능력이 부족함을 파악할 수 있었다. 4. 인문계 학생들은 화학 동적 평형을 과도하게 일반화하여 흡열 반응시 불안정한 생성물이 만들어지면 다시 안정한 반응물이 만들어지는 역반응이 진행된다고 생각한다. 5. 공통과학에서 반응 속도 개념 조사를 실시한 실업계 학생들의 경우, 반응 속도에 대한 전반적인 이해 정도가 낮음을 고려한다면 실업계용의 교과서 개발이 필요하다고 생각한다. 주요어 : 반응 속도, 공통과학, 오개념.