중학교 과학② 교과서의 끓는점 측정 방법 비교 및 측정 수행을 통한 개선 방안 모색

Abstract

This study is intended to come up with improvements through the measurement and comparison of boiling points in the middle school science ② textbooks under the 2009 revised curriculum. To achieve this, the measurement of boiling points was directly performed through a comparative analysis of them as offered in 9 middle school science ② textbooks. And the measurement of them was also performed depending on the change of controllable variables. The results of this study were as follows. In many textbooks on the measurement of boiling points, the classification of measurement was mentioned as an inquiry in front of the title of measurement(an example: inquiry experiment - measuring the boiling points of water and ethanol). In the measurement of boiling points as measurement conditions, ethanol and 10~20mL were the most popular liquid and amount, respectively. The test tube with side arm was the majority of liquid container, but its size was not specified. The majority of heating apparatus was the alcohol lamp and the water bath was used to heat the liquid. Only few textbooks mentioned about the amount of water in the water bath, the amount of water in a beaker of vapor liquefying apparatus, and the position of thermometer. The position of round region of thermometer was evenly distributed to three parts such as the inside of liquid, the top of liquid surface and the side arm of the test tube. The reason of using boiling chips was explained in 5 textbooks of 9 textbooks. In the measurement of boiling points, 2~4 measurements were performed by a group, and there was a stronger tendency to focus on embodying the results of one's own group than comparing all results of measurement. The fire(water boiling) and ventilation were the most common precautions given. The measurement of boiling points in the textbooks was successfully performed in most cases, but it was not successfully performed in several cases for the design of measurement. The following problems were the reasons of failure: The heating apparatus with a temperature sensor shuts up the power to cool down when it heats up over a certain temperature. The liquid boils over because the bubbles don't form smoothly when the surface area of liquid container is small. The improper selection of liquid with boiling points similar to the water used as heating bath. And the liquid is exhausted before observing the boiling point when it is small in amount. The thermal equilibrium between the vapor and the thermometer is difficult to obtain when the thermometer is located at the side arm of test tube. Although the boiling points were successfully measured, sometimes the graph of them had a steep jump at a certain temperature instead of a gradual increase as shown in the textbooks. Also sometimes the etmperature could not be read because the rubber stopper of a test tube hindered the gradations on a thermometer. In another case, the boiling points were measured a little high by the influence of the temperature of water bath. The position of thermometer, the heating apparatus and the number of boiling chips were selected as variables affecting the measurement of boiling points. And the boiling points were measured by the mediation of three variables. The low boiling points were measured between the position of thermometer away from a heating source and the high boiling points were measured along with the strong heating power of heating apparatus. The number of boiling chips had no direct effect on boiling points. As stated above, the results of this study could show the characteristics of boiling point measurement in the middle school science ② textbooks under the 2009 revised curriculum at a glance. They will be able to be used as reference data for designing the measurement of boiling points, as data to explain the reason when the measurement of boiling points didn't get good results, and as reference data to design the experiments with variable control.;본 연구에서는 2009개정 교육과정 중학교 과학② 교과서에 제시된 끓는점 측정의 내용을 비교 분석하고, 측정 수행을 통해 측정의 개선 방안을 마련하고자 하였다. 이를 위해 중학교 과학② 교과서 9종에 제시된 끓는점 측정에 대한 교과서 내용을 비교 분석하고, 교과서 내용대로 직접 측정을 수행하였다. 그리고 조정 가능한 변인에 대해 변인의 변화에 따른 끓는점 측정을 수행하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 끓는점 측정에 대한 교과서 내용 비교 결과 활동 제목은 주로 측정이라고 하고, 활동 제목 앞에 활동의 분류를 탐구라고 언급한 교과서가 많았다(예: 탐구실험 - 물과 에탄올 끓는점 측정). 측정 조건으로 끓는점 측정 액체와 그 양은 에탄올과 10, 20mL이 가장 많았다. 액체 용기는 가지 달린 시험관이 가장 많았는데, 그에 대한 규격은 없었다. 가열 장치는 알코올램프가, 가열 방법은 물중탕이 가장 많았다. 중탕 용액의 양과 증기 액화 장치의 비커에 든 물의 양, 그리고 온도계의 위치를 직접 언급한 교과서는 적었다. 온도계 구부의 위치는 액체 안, 액면 위, 가지 달린 시험관의 가지 부분, 세 가지가 고르게 분포하였다. 끓임쪽 사용과 설명은 9종의 교과서 중 5종의 교과서에서 언급하였다. 끓는점 측정은 2~4가지의 측정을 모둠별로 나눠서 하였는데, 모든 측정 결과를 정리하여 비교하는 것보다는 본인 모둠의 결과 정리에 치중하였다. 실험 시 주의사항은 불(물중탕)과 환기에 대한 내용이 제일 많았다. 교과서에 제시된 끓는점 측정 수행 결과는 대부분의 실험에서 끓는점을 측정하는데 성공하였으나 실험 설계 시의 문제점으로 끓는점 측정에 실패한 경우도 있었다. 가열 장치에 온도 센서가 있어서 일정 온도 이상 올라갔을 때 전원이 꺼져서 식는 현상, 액체 용기의 표면적이 적어 기포 발생이 원활하지 않아서 끓어 넘치는 현상, 중탕 액체와 비슷한 끓는점을 가진 측정 액체를 선정한 액체 선정의 문제 및 액체의 양이 적어서 액체의 고갈로 실험이 종료되는 문제가 있었다. 그리고 온도계가 가지달린 시험관의 가지 부분에 위치한 경우 증기와 온도계가 열적 평형에 도달하는데 어려움이 있었다. 끓는점 측정이 성공하였더라도 끓는점 그래프 모양이 교과서에 제시한대로 완만한 형태가 나오지 않고 어느 부분에서 급격한 기울기를 가지거나, 시험관을 막는 고무마개로 온도계의 눈금이 가려져서 온도 측정이 불가능한 부분이 나오는 경우도 있었다. 그리고 중탕 액체의 온도의 영향으로 끓는점이 다소 높게 측정된 경우도 있었다. 끓는점 측정에 영향을 줄 수 있다고 생각되는 변인으로 온도계의 위치, 가열 장치의 종류, 끓임쪽의 개수의 세 가지를 선정하여 변인 조정에 따른 끓는점 측정을 수행하였다. 온도계의 위치는 가열원에서 멀수록 낮게 측정되었고, 가열 장치의 화력이 높을수록 끓는점이 높게 측정되었다. 끓임쪽의 개수는 끓는점에 직접적인 영향을 미치지 않았다. 본 연구의 결과는 2009개정 교육과정 중학교 과학②의 끓는점 측정의 특징을 한 눈에 살펴볼 수 있으며, 끓는점 측정을 설계할 때 참고 자료로 사용할 수 있을 것이다. 그리고 끓는점 측정에서 결과가 잘 나오지 않았을 때 그 이유를 설명할 수 있는 자료가 될 수 있을 것이다. 또한 변인 변화에 따른 끓는점 측정 결과를 학습의 보조 자료로 사용함으로써 끓는점 측정 과정에서의 변인에 대해 생각해 보고 더 나아가 변인 통제 실험을 계획해 보는 참고 자료로 사용할 수 있을 것이다.