증기 압력 내림에 대한 화학 II 교과서 내용 분석 및 화학 교사들의 이해 조사

Abstract

The purpose of this study is to analyze ‘Vapor Pressure Lowring(VPL) in four kinds of the 2009 revised curriculum Chemistry II textbooks and to investigate the chemistry teachers' understanding of VPL. As the result of analyzing the cause of 'VPL' in textbook contents, it was found that the cause of 'VPL' as 'obstruction of the solute molecules to evaporating the solvent molecules', 'reducing the surface area' and 'intermolecular attraction'. 'Obstruction' was one of the inappropriate terms that lead the teachers to have misconceptions. There's no textbook describing the real cause as 'entropy'. The results of comparing the text descriptions and the illustrations showed that there were some discrepancies between them because the illustrations represented 'reducing the surface area' only. The 'Dynamic equilibrium', which is the essential concept to understand the ’vapor pressure‘, was not included in the texts and the illustrations of all textbooks. The results of surveying chemistry teachers' understanding of VPL are as follow: First, the types of teachers' conceptions were categorized into five groups, 'restate the phenomenon', 'reducing the surface area,' 'intermolecular attraction', 'reducing the surface area and the intermolecular attraction,' 'entropy'. Only one out of ten teachers explained using entropy and the rest of them could not explain the cause of 'VPL'. Second, the preferences of the teachers about the textbook illustrations were found to be different for the well explained without fault(reasonable) illustrations and the good for teaching(easy to understand) illustrations. Teachers evaluated illustrations expressing only phenomenon with a lot of information as well explained without fault(reasonable) illustrations. On the other hand, they chose illustrations expressing both phenomenon and cause as good for teaching(easy to understand) illustrations, proposed representing order of illustrations and suggested better ways of expression. Third, when teachers were asked by cognitive conflicting items in inexplicable VPL situations through ‘reducing the surface area’ or ‘intermolecular attraction’, just one teacher has experienced the conceptual changes by just being asked the questions. The rest of the teachers have experienced the conceptual changes after taking additional example questions and more discussions during interview. Effective and meaningful examples for correcting misconceptions were obtained in this procedure. Fourth, teachers did not have difficulty in explaining the fundamental causes of 'VPL' using 'entropy', rather getting an effective way to guide the conceptual changes based on the results of the interview. Fifth, there were six types of opinions about the teaching-learning of VPL at current school situation. Among them, three types of opinions with teaching 'entropy' as cause of VPL were dominant. The more experienced teachers suggested teaching according to the current sequence of textbook and adding extra explanations with entropy later. The less experienced teachers mentioned that it was better to change the sequence of teaching through the course reconstruction.;‘증기 압력 내림 현상’은 고등학교 화학 II에서 다루는 묽은 용액의 총괄성 중에서 가장 처음으로 제시되는 현상으로서 ‘끓는점 오름’, ‘어는점 내림’, ‘삼투압’을 이해하는데 중요한 역할을 하며, 주변에서 흔히 접할 수 있는 현상이다. 2009 개정 교육과정 이전에는 엔트로피가 도입되지 않아 교과서에 실제 원인인 ‘엔트로피’가 아닌 ‘표면적 줄임’과 ‘분자간 인력’으로 원인을 서술하는 문제가 있었다. 2009 개정 교육과정에는 이러한 의견을 반영하여 ‘엔트로피’가 도입되었으나 교과서 서술에 반영되지는 않았다. 본 연구에서는 ‘증기 압력 내림 현상’ 원인에 대한 교과서 서술에서 잘못된 부분과 교사의 오개념을 도출하여, 오개념을 수정하고 근본적인 원인인 엔트로피로 설명할 수 있는 방안을 모색하였다. 이를 위하여 2009 개정 교육과정 화학 II 교과서 4종 교과서 분석과 교사 대상 이해 조사를 하였다. ‘증기 압력 내림 현상’ 원인에 대한 화학 II 교과서 내용 분석 결과, 본문 서술에서는 ‘용질 분자가 용매 분자의 증발 방해’, ‘표면적 줄임’, ‘분자간 인력’으로 설명하고 있었다. ‘방해’라는 모호한 표현은 교사들의 오개념을 만드는 원인 중 하나였으며, 실제 원인인 ‘엔트로피’로 설명한 교과서는 없었다. 본문 서술과 삽화와의 일관성 분석 결과, 교과서 4종 모두 ‘표면적 줄임’만을 표현하여 일관성이 없는 문제점이 있었다. ‘증기 압력’에서 중요한 개념인 ‘동적 평형’은 본문과 삽화 모두에 표현되지 않았다. 화학 교사들의 이해 조사에서는 첫째, ‘증기 압력 내림 현상’ 원인에 대한 교사개념 유형은 ‘현상 재서술’, ‘표면적 줄임’, ‘분자간 인력’, ‘표면적 줄임과 분자간 인력’, ‘엔트로피’의 5가지로 나타났다. 10명의 교사 중 단 1명만이 엔트로피로 응답하여 대부분의 교사는 ‘증기 압력 내림 현상’의 원인을 모르고 있었다. 둘째, 교과서 삽화에 대한 인식 조사 결과, 오류 없이 잘 설명하는(합당한) 삽화로는 현상 만을 표현하고, 최대한 많은 정보가 포함되어 있는 삽화를 선호하였다. 반면 잘 가르칠 수 있는(이해가 쉬운) 삽화로는 현상 표현과 이유 설명이 모두 되어 있는 삽화를 선호하였고, 제시 순서와 보완점 등을 제안하였다. 셋째, ‘표면적 줄임’이나 ‘분자간 인력’으로 ‘증기 압력 내림 현상’을 설명할 수 없는 상황들을 활용한 인지갈등 문항을 제시하였을 때, 문항만으로 개념 변화를 일으킨 교사는 1명, 처음부터 엔트로피로 바르게 설명한 교사는 1명이었다. 나머지 교사는 면담 중 추가 질문과 예시를 통해 개념 변화가 이뤄졌다. 결과를 통해 각 설문 문항별 오개념 수정에 효과적인 예시를 도출하였다. 넷째, 교사들은 ‘증기 압력 내림 현상’의 근본적인 원인인 ‘엔트로피’로 설명하는 것에 큰 어려움을 겪지는 않았으며, 면담 결과를 바탕으로 개념 변화에 효과적인 설명방안을 도출하였다. 다섯째, 현 상황에서 ‘증기 압력 내림 현상’ 원인을 교수-학습할 수 있는 방안으로는 여섯 가지 유형의 의견이 있었는데 궁극적으로 ‘엔트로피’를 이용하여 가르치자는 세 가지 유형의 의견이 압도적으로 많았다. 경력교사일수록 현재의 단원 순서 그대로 가르치고 해당 단원 이후에 원인을 다시 설명해준다는 의견을 가지고 있었으며, 저경력 교사일수록 교육과정 재구성을 통해 단원 순서를 바꾸어 가르치는 것이 좋을 것이라는 의견을 가지고 있었다.