과학과 교과서에 나타난 열과 열에너지 정의 및 용어 사용 의미 분석

Abstract

과학 개념의 이해는 과학 용어의 파악으로부터 비롯되며, 과학 용어는 정확한 과학적 지식을 전달하기 위한 중요한 요소이다. 그러므로 과학 개념을 정확하게 이해하기 위해서는 과학 용어의 정의가 명확해야 한다. 그러나 열과 열에너지가 서로 다른 용어임에도 불구하고 구분해서 사용하지 않는 경우가 많음에 따라 혼용을 초래하므로 2009 개정 과학과 교과서에서 이를 어떻게 정의하고, 또 사용하고 있는지 알아볼 필요가 있다.본 연구는 초·중·고등학교 과학과 교과서에서 열과 열에너지를 어떻게 정의하고 사용하였는지 분석하였다. 분석 대상 교과서는 총 52종으로, 분석 범위는 초·중·고등학교 과학 교과서는 열과 열에너지와 관련된 단원을 선정하여 해당 단원을 분석하였고, 고등학교 물리, 화학, 생명과학, 지구과학의 Ⅰ,Ⅱ교과서는 교과목 간 비교를 위하여 교과서 내용 전체를 분석하였다. 먼저 열과 열에너지를 정의하고 있는지 확인하고, 그 정의 유형은 어떤지 분석하였다. 그리고 열과 열에너지를 교과서 본문에서 사용할 때 용어 사용 의미가 어떤 유형에 해당하는지 분석한 후 물리, 화학, 생명과학, 지구과학의 Ⅰ,Ⅱ 교과서에서 용어 사용 의미에 차이가 있는지 비교하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 열의 명확한 정의는 온도 차이에 의한 에너지의 이동’(TypeⅡ)이며, 열에너지의 명확한 정의는 ‘분자 운동 에너지’(TypeⅢ)이다. 열의 정의는 1종을 제외한 나머지 교과서에서 ‘온도 차이에 의해 이동하는 에너지’(TypeⅠ)로 정의하였으며, 나머지 1종은 TypeⅡ로 정의하였다. 열에너지의 정의 유형은 TypeⅠ, TypeⅢ, ‘물체의 온도를 변화시키거나 상태를 변화시키는 에너지’(TypeⅣ)로 나타났다. 둘째, 교과서의 설명에서 열과 열에너지를 사용할 때 열은 12종 중 7종이, 열에너지는 13종 중 9종이 교과서에서 정의한 것과 다르게 사용하고 있었다. 열은 TypeⅠ으로 정의하고 용어를 사용할 때는 열에너지와 동일한 의미로 사용하고 있었으며, 열에너지는 TypeⅠ, TypeⅢ, TypeⅣ로 정의하고 사용할 때에는 TypeⅢ의 의미로 사용하고 있었다. 셋째, 물리, 화학, 생명과학, 지구과학 교과서에 따라 열과 열에너지의 용어 사용 의미를 분석한 결과 물리와 화학이 비슷하게 나타났으며, 생명과학과 지구과학이 비슷하게 나타남을 알 수 있었다. 물리, 화학 교과서는 TypeⅠ, TypeⅢ의 의미로 열과 열에너지를 사용하였으며, 생명과학, 지구과학 교과서는 TypeⅢ의 의미로 사용하였다. TypeⅢ의 의미로 열과 열에너지를 사용하였을 때 물리와 생명과학은 ‘더 이상 사용할 수 없는 에너지’의 세분화된 의미를 가지고 사용하는 경우가 많았으며, 지구과학은 ‘온도로 측정되어지는, 물체가 가지고 있는 에너지’의 의미를 가지고 사용하는 경우가 많음을 확인하였다. 그러므로 학생들의 오개념 유발을 줄이기 위해 열과 열에너지의 정의를 좀 더 명확하게 해야 한다. 만약 앞서 나온 용어의 정의가 명확하지 않았을 경우에는 고등학교 교과에서 용어를 명확하게 정의한 후 본문에서 정의한 의미로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 열과 열에너지는 엄연히 다른 개념이기 때문에 이 두 가지 용어를 확실히 구분하여 사용할 필요가 있다. 마지막으로 4개의 교과목에서 열과 열에너지를 서로 다른 의미로 사용한다면 학생들은 그 용어의 정의에 대해 혼란을 느낄 수 있다. 따라서 학생들의 올바른 개념 형성을 위해서 열과 열에너지를 사용함에 있어서 그 의미를 통일할 필요성이 있다.;The understanding of scientific concepts comes from the identification of scientific terms, which are critical to communicate a correct scientific knowledge. The clear definition of scientific terms is needed to understand the correct scientific concepts. Though heat and thermal energy are different terms, they aren't often used as separate terms, using heat mixed with thermal energy. There will need to see how these terms are defined and used in the 2009 revised textbooks. This study is intended to look into how heat and thermal energy are defined as used in the elementary, middle and high school science textbooks. To achieve this, an analysis was carried out to total 52 elementary, middle and high school science textbooks, especially, all high school physics Ⅰ and Ⅱ, chemistry Ⅰ and Ⅱ, life science Ⅰ and Ⅱ, and earth scienceⅠ and Ⅱ textbooks for comparison between subjects consisting of units related to heat and thermal energy. It identified whether heat and thermal energy are defined or not, and what the types of the definition are. It inquired into what type of the meaning is when heat and thermal energy are used in the text of the textbooks, and compared whether there is a difference in the meaning of these terms between physics Ⅰ and Ⅱ, chemistry Ⅰ and Ⅱ, life science Ⅰ and Ⅱ, and earth science Ⅰ and Ⅱ textbooks. The results of this study are summarized as follows. First, the heat was clearly defined as ‘transfer of energy by temperature difference’(TypeⅡ). The thermal energy was clearly defined as ‘molecular kinetic energy by heat’(TypeⅢ). The heat was defined as ‘energy in transit by temperature difference’(TypeⅠ) in all textbooks except one textbook. And it was defined as TypeⅡ in one textbook. The thermal energy was defined as TypeⅠ, TypeⅢ and ‘energy changing the temperature or state of objects’(Type Ⅳ). Second, the description of heat and thermal energy in the textbooks showed that 7 types of heats among 12 types of heats and 9 types of thermal energies among 12 types of thermal energies were respectively used, unlike the definition in the textbooks. The heat was defined as TypeⅠ, but used as the same meaning with the thermal energy for the usage of a term. The thermal energy was defined as TypeⅠ, TypeⅢ and TypeⅣ, but used as the meaning of TypeⅢ for the usage of a term. Third, the meaning for the usage of heat and thermal energy in physics, chemistry, life science and earth science textbooks showed that heat and thermal energy were used as the similar meaning in physics and chemistry textbooks, and life science and earth science textbooks. The heat and thermal energy were used as the meaning of TypeⅠ and TypeⅢ in the physics and chemistry textbooks, and as the meaning of TypeⅢ in the life science and earth science textbooks. For the usage of heat and thermal energy as the meaning of TypeⅢ, the heat and thermal energy were often used with the segmented meaning of ‘degraded energy’ in the physics and life science textbooks, and with the meaning of ‘energy contained in a body and measured by temperature’ in the earth science textbook. So the heat and thermal energy should be more clearly defined to reduce the induction of students' misconception. If the definitions of terms referred to above has not been clear, it is desirable to be used as the meaning defined in the text after the clear definition of a term in the high school subjects. The terms of heat and thermal energy should be used by the clear classification because they are clearly different concepts. Finally, if the heat and thermal energy are used as different meanings in 4 subjects, students may fell the confusion about the definition of the terms. Consequently, the meanings need to be unified in using the heat and thermal energy for the formation of students' correct concepts.