대안 고등학교 1학년 학생들의 산, 염기 개념 변화에 대한 연구

Abstract

본 연구는 대안 고등학교 1학년 학생들이 산과 염기에 대하여 수업 전에 가지고 있던 오개념을 수업 전략을 통해 과학자적 개념으로 교정하는 데 목적을 두었다. 대안 고등학교 1학년 학생들의 인지 수준 검사(GALT 축소본) 결과에 따라 인지 수준에 합당하게 기존의 오개념 문항을 이용하여 수정하였으며, 오개념 문항지는 수업 전·후 학생들의 개념 조사에 동일하게 사용되었다. 개념 검사 도구는 지필 검사 형태의 객관식 질문과 이유를 서술하는 주관식 질문으로 구성되었는데 수업 전 정답자 수를 문항별 비교한 결과 강산· 강염기에 비해 약산· 약염기의 정답자 수가 낮은 것으로 보아 오개념 정도가 큰 것으로 보이며, 산· 염기의 가수에 따른 부피 비에 대한 개념은 다수의 학생들이 수업 전 과학자적 개념이 거의 형성되지 않아 생긴 오개념이 많은 것으로 분석된다. 모든 문항에서 수업 전보다 후에 정답자 수가 증가하였고, 개념 변화가 효과적으로 이루어졌음을 알 수 있다. 개념 검사를 통하여 나타난 대안 고등학교 1학년 학생들의 산·염기에 관한 오개념 유형은 다음과 같다. 첫째, 수용액 상태에서 강산 HCl의 형태에 관한 오개념 유형으로 HCl은 공유결합으로 이루어져 있어, 분자 형태가 안정해서 이온보다 분자 형태로 더 많이 존재한다는 오개념이 있었다. 둘째, 수용액 상태에서 약산 CH3COOH 과 약염기 NH4OH 의 형태에 관한 오개념 유형으로 모두 분자 형태이거나, 모두 이온 형태로 존재한다는 두 종류의 오개념 유형이 있었다. 셋째, 농도와 산의 세기에 관한 오개념 유형으로 ‘농도가 진하면 강산이다.’라고 대답하였으며, 산의 농도를 산의 세기 척도로 잘못 생각하였다. 넷째, 중화 반응에 대한 오개념 유형은 다음과 같다. 중화점에서 존재하는 화학종에 대한 오개념 유형은 NaOH 수용액과 HCl 수용액을 혼합할 때 물과 염이 모두 NaCl, H2O 과 같은 분자 상태로 존재한다는 것이다. 다른 오개념으로는 Na+, Cl-, H+, OH- 모두 이온 상태로 존재한다는 것이다. 중화 반응 시 산과 염기의 부피 비에 대한 오개념 유형에는 ‘산과 염기의 중화 반응은 농도와 상관없이 같은 부피 비로 일어난다.’, ‘산성 용액의 양이 많으면 온도가 높아질 것이다.’, 농도와 부피사이의 관계식을 잘못 성립하여 생긴 오개념 등 다양한 반응이 나타났다. 중화 반응 시 산과 염기의 가수에 따른 부피 비에 대한 오개념 유형에는 ‘산과 염기의 농도가 같으므로 같은 부피비로 반응한다.’, ‘황산은 매우 강한 산성이므로 양이 많을수록 열이 많이 방출할 것이다.’, ‘농도에 상관없이 부피가 같을 때 중화반응이 일어난다.’와 같이 다양한 반응이 나타났다. 개념 변화 수업 전략 실시 후에 주관식 답안을 분석한 결과 수업 전 가지고 있던 오개념이 수업 후 과학자적 개념으로 변하였으며, 낮은 수준의 과학자적 개념을 가지고 있던 학생들이 높은 수준의 과학자적 개념으로 변하였다. 학생들의 오개념을 과학자적 개념으로 변화시키기 위해서는 학생들의 선행 개념 정도를 파악하는 것이 중요하다. 학생들의 오개념 유형을 고려하여 교수 내용을 선정하고, 다양한 수업 전략을 세워 진행한다면, 효과적인 개념 변화 수업이 이루어질 것으로 본다.;This study is intended to change misconceptions about acid and base that first-grade students in alternative high school had before class, into scientific concepts through teaching strategies. In consideration of the results of cognitive level Test(short-version GALT) of first graders in alternative high schools, misconception questions were modified to be appropriate for their cognitive levels, and they were used equally for a survey on students' concepts before and after class. When using the misconception test tool consisting of objective questions for a paper-pencil test and subjective questions to describe reasons, comparing the number of students who gave correct answered to each question, before class, there was a smaller number of students to correctly answer weak acid and weak base-related questions than those that correctly answered strong acid and strong base-related questions. It therefore appears that students had a high level of misconception. It is also analyzed that why there were a lot of misconceptions on the volume ratio depending on degree of acidity and basicity, was that a majority students hardly had scientific concepts before class. The number of students who gave correct answers to all the questions, increased more after class, and their conceptions were effectively changed. The types of acid·base misconceptions of first-grade students in alternative high schools are as follows. First, as a type of misconception on the form of strong acid HCl in aqueous solution, there was a misconception that because HCl is a covalent bond and has a stable molecular conformation, it exists in a molecular form more than in an ionic form. Second, as a type of misconception on the forms of weak acid CH3COOH and weak base NH4OH in aqueous solution, there were two kinds of misconception that they both exist in a molecular form or in an ionic form. Third, as a type of misconception about concentration and acidic strength, students replied that "The higher the concentration gets, the stronger the acid becomes.", and wrongly thought acidic concentration as a scale of acidic strength. Fourth, the followings are the types of misconceptions on neutralization reaction. As a type of misconception concerning chemical species in the neutral point, students answered that water and salt are both molecular like NaCl, H2O , when NaOH aqueous solution and HCl aqueous solution are mixed with one another. The different misconception is that all of Na+, Cl-, H+, OH- are ionic, in this case. As a type of misconception on the volume ratio of acid and base during neutralization reaction, there were a variety of misconceptions coming from wrong relational formula between concentration and volume like 'Neutralization reaction between acid and base occurs in the same volume ratio, regardless of concentration.', and 'Temperature will rise, if there is a large amount of acidic solution.' As a type of misconception on the volume according to degree of acidity and basicity during neutralization reaction, students showed varied reactions such as 'Acid and base react in the same volume ratio, as their concentration is the same.', or 'Since sulfuric acid is a very strong acid, it would generate heat more, as the amount of it increases.', or 'Neutralization reaction occurs, when the volume between them is the same, regardless of concentration.' When analyzing subjective answers of students after using teaching strategies for changing concepts, misconceptions that they had before class, changed into scientific concepts and a low level of scientific concepts of them changed into a high level of scientific concepts after class. In conclusion, it is important to understand students' preconceptions in order to change their misconceptions into scientific conceptions. Selecting teaching contents and building various teaching strategies in consideration of the types of misconceptions of students will lead to a class for effective conceptual changes.