중학교 3학년 학생들의 중화반응 개념에 관한 연구

Abstract

The purpose of this study is to survey the third-year middle school students misconceptions about the neutralization reaction and to help teachers in service to develope the teaching strategy. In this study students conceptions of neutralization reaction has been investigated by 9 items of written tests on 88 third-year middle school students. The results of this study are as follows. 1. The remarkable misconceptions in the strong acid-base neutralization reactions are as follows. ·When HCl solution add to the NaOH solution, then the number of H^+ ion will increase because of the added HCl. ·When HCl solution add to the NaOH solution, then the number of H^+ ion will increase because that there are H in both HCl and NaOH. ·When HCl solution add to the NaOH solution, then the number of H^+ ion will increase because of the generated H_2O. 2. The remarkable misconceptions about chemical species existed in solution at acid-base equivalent point are as follows. In this case, the auto-ionization of water will be ignored. ·The chemical species in acid-base equivalent point are Na^+, OH^-, H^+ and Cl^- as whole ionic forms. ·The chemical species in acid-base equivalent point are NaCl, H_2O as the product molecular forms. ·The chemical species in acid-base equivalent point are NaOH, HCl as the reactant molecular forms. ·The chemical species in acid-base equivalent point are Na^+H^+, OH^-Cl^- as forms of same charge ion together. 3. The remarkable misconception about the neutral solution is that it has both acid and base properties simultaneously. 4. In STS contexts such as the neutralization of an acidic lake and the action of an antacid, most students answered that the number of OH^- ion increase. 5. The mean of each item is very low even though after class about the neutralization reaction. Therefore it is difficult for the third-year middle school students to form the concept of neutralization reaction in the contents of a textbook. ; 본 연구의 목적은 중학교 3학년 학생을 대상으로 중화반응에 대한 오개념을 조사하여 학교 현장에서 중화반응에 대한 수업 전략 개발에 도움을 주고자 한다. 연구 대상으로는 서울 소재 중학교 3학년 여학생 2개반인 88명을 선정하였다. 수업 전 학생들의 중화반응에 대한 선개념을 파악하기 위해 전해질 용액 및 산·염기의 성질과 세기에 대한 학습이 이루어진 직후이면서 중화 개념을 배우기 직전에 사전 개념 검사를 실시하였다. 그리고 중화반응에 대한 수업이 진행되고 1학기말 고사가 끝난 직후에 사전 개념 검사와 동일한 문항으로 사후 개념 검사를 실시하였다. 사전·사후 개념 검사 결과를 분석하여 얻은 결론은 다음과 같다. 1. 강염기에 강산을 첨가하는 중화반응에서의 두드러진 오개념 유형은 다음과 같다. NaOH 수용액에 HCl 수용액을 첨가하면 첨가한 HCl 때문에 H^+이온의 수가 증가한다. 이는 전해질 용액의 개념은 올바르게 이해하고 있으나 전해질 용액의 성질과 중화반응 개념은 미흡한 학생들의 생각이며 수업 후에도 크게 변화되지 않고 있었다. NaOH 수용액에 HCl 수용액을 첨가하면 기존의 NaOH와 첨가한 HCl에 모두 원소 H가 있으므로 H^+이온의 수가 증가한다. 이는 어떠한 화합물이든지 H를 포함하고 있으면 용액에서 H^+이온을 내놓는다는 잘못된 전해질 용액 개념을 갖고 있는 학생들의 오개념이며 수업 후에는 크게 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 오개념은 HCl 수용액에 NaOH 수용액을 첨가하는 반응에서도 두드러지게 나타나고 있었는데, 이 오개념 유형도 수업 후 상당히 감소하는 것으로 나타났다. NaOH 수용액에 HCl 수용액을 첨가하면 생성되는 H_2O 때문에 H+이온의 수가 증가한다. 이는 산·염기의 중화반응 개념은 있으나 전해질 용액과 비전해질 용액을 변별하지 못하는 학생들의 오개념으로 수업 후에는 감소하였다. 2. 중화점에서 존재하는 화학종에 대한 오개념 유형은 다음과 같다. 같은 양의 NaOH 수용액과 HCl 수용액을 혼합한 용액 안에는 Na^+, OH^-, H^+, Cl^-의 화학종이 존재한다. 본 연구에서는 물의 자동이온화를 고려하지 않았기 때문에 물은 비전해질로 간주된다. 따라서 이 응답은 전해질 용액 개념은 있으나 중화반응 개념은 미흡한 학생들의 오개념으로 볼 수 있으며 수업 후에도 크게 감소하지 않은 가장 두드러진 오개념 유형이다. 같은 양의 NaOH 수용액과 HCl 수용액을 혼합한 용액 안에는 분자 상태의 생성물인 NaCl, H_2O의 화학종이 존재한다. 이는 교과서에 제시되어 있는 화학 반응식을 단순하게 기억하거나, 또는 중화반응 실험에서 증발 후에 얻어지는 NaCl 검출 방법 때문에 생기기 쉬운 학생들의 오개념 유형으로 오히려 수업 후에 증가하는 현상이 두드러지게 나타났다. 같은 양의 NaOH 수용액과 HCl 수용액을 혼합한 용액 안에는 분자 상태의 반응물인 NaOH, HCl이 존재한다. 이는 화학식은 기억하고 있으나 전해질 용액에 대한 개념과 중화반응 개념이 미흡한 학생들의 오개념으로 수업 후에도 감소하지 않았다. 같은 양의 NaOH 수용액과 HCl 수용액을 혼합한 용액 안에는 양이온은 양이온끼리 음이온은 음이온끼리 존재한다. 이는 같은 이온끼리 존재해야 한다는 오개념으로 인력과 척력의 개념이 미흡한 학생들의 오개념이다. 3. 중성 용액의 액성 개념에 대한 두드러진 오개념 유형은 산성과 염기성을 모두 나타낸다는 것으로써 수업 후에도 여전히 변화하지 않고 있었다. 4. 산성인 호수에 석회수를 뿌린 경우나 위산과다시 겔포스를 먹는 경우 등의 실생활 소재의 문항에서도 많은 학생들이 H^+이온이 감소한다는 응답보다는 OH^-이온이 증가한다는 오개념 유형이 두드러지게 나타났다. 수업 전·후의 중화반응에 대한 개념 검사에서 수업 전과 수업 후의 각 문항의 평균 점수들은 매우 낮은 것으로 나타났다. 즉 각 문항당 만점이 2점인데 비해 수업 전의 각 문항 평균 점수는 0.29 ～ 0.85의 분포를 보였으며, 수업 후에는 평균이 0.60 ～ 1.22의 분포를 보였다. 이는 현행 중학교 3학년 과학 교과서 내용으로는 학생들의 중화반응 개념 형성에 많은 어려움이 있음을 보여주고 있다.