화학평형 이동시 반응속도 변화에 대한 고등학생들의 이해 조사

Abstract

본 연구에서는 고등학교 3학년 학생 100명을 대상으로 구조화된 질문지를 사용하여 화학평형 이동시 반응속도 변화에 대한 학생들의 개념을 조사하고, 반응속도의 기초개념에 대한 질문이 화학평형 이동시의 반응속도 변화를 이해하는데 도움이 되는지를 조사하였다. 질문지는 A, B, A' 세 개의 세트로 구성하였으며, A, B, A' 순서대로 응답하도록 하였다. A세트는 화학평형 이동시의 반응속도 변화를 물어보는 문항으로 되어 있고, B세트는 반응속도에 대한 기초개념을 물어보는 문항으로 되어 있다. A'세트는 A세트와 동일한 문항으로 되어 있으며 각 문항마다 학생들의 인식을 조사하는 물음을 포함하고 있다. 조사 대상 개념은 외부 요인에 의해 화학평형이 이동할 때의 반응속도 변화에 대한 것으로 첫째는 반응 시작 후 정반응과 역반응의 속도 변화, 두번째는 평형상태에서 반응물의 농도변화에 따른 정반응과 역반응의 속도 변화 그리고, 세번째는 평형상태에서 반응계의 온도변화에 따른 정반응과 역반응의 속도변화이다. 학생들의 응답을 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 역반응 속도 변화보다 정반응 속도 변화에 대한 개념 형성률이 더 높았다. 2. 온도를 변화시킨 후 반응속도 변화보다 농도를 변화시킨 후 반응속도 변화에 대한 개념 형성률이 더 높았다. 3. 화학평형 이동시의 반응속도 변화에 대한 6문항 중 5문항은 A세트보다 A'세트에서 정답률이 높았다. t검정 결과, 6문항 전체점수에 대한 유의수준은 .031로 유의미한 차이가 있었고, 각 문항별로는 한 문항만이 .033으로 유의미한 차이가 있었다. 4. 반응속도의 기초개념에 대한 질문(B세트)이 화학평형 이동시의 속도변화에 대한 질문의 응답에 도움이 되었는지 학생들에게 물어 본 결과, 대안적 개념에서 과학자적 개념(M→S)으로 개념이 변화된 경우에 도움이 되었다는 응답률이 가장 높았다. 5. 화학평형 이동시 반응속도 변화에 대한 개념 형성률이 낮은 이유는 반응속도 기초 개념이 부족해서가 아니라, 평형이동을 반응속도의 변화와 잘 연계시키지 못하기 때문이다.

; The purpose of this study is to investigate the students' conceptions about the change of the reaction rates during the chemical equilibrium shifts and also whether the questions about basic concepts of the reaction rate are helpful for the students' understanding of reaction rate changes during the chemical equilibrium shifts. The questionnaire is composed of A, B, and A' set, which has to be answered sequentially and respectively. The A set consists of questions that asking the change of reaction rate when chemical equilibrium is shifted. And the B set is to testify the basic concepts of the rate of reaction. The last A' set is the same as the A set except it contains additional questions which asks whether the B set helps to solve A' set. The concepts to investigate are about the change of rate of reaction when chemical equilibrium is shifted by external influence. 1. After reaction has started, how the rate of forward and reverse reaction is changing. 2. If the reactant is added at the equilibrium state, how the rate of forward and reverse reaction is changing. 3. If the temperature is raised at the equilibrium state, how the rate of forward and reverse reaction is changing. The results found are following: 1. The students' understanding of reaction rate change is better for the forward reaction than for the reverse reaction. 2. The students' understanding of reaction rate change is better for the reactant concentration change than for the temperature change. 3. The average of total score of A' set was higher than A set and it was statistically significant. The average scores of five items out of six items in A' set were higher than in A set, but only one item showed statistical significance. 4. The portion of students responded that B set was helpful to solve A' set was highest in the group of students who gave wrong answer in A set and correct answer in A' set. 5. The students' poor understandings for the reaction rate changes during the equilibrium shifts are not seemed to be due to the lacks of basic knowledges of reaction rate. Instead, it is due to the failure of applying the basic knowledges of reaction rate to the changes of reaction conditions.