2009개정 교육과정 교과서의 이온 화합물의 설명 개념과 모형 분석 및 학생 설문 분석

Abstract

이 연구에서는 중학교 2학년 과학에서 처음으로 학습하게 되어 인지 수준에 부합되지 않으며 오개념이 생기기 쉬운 이온에 관한 내용 중 7차와 2007개정 교육과정에 비해 2009개정 교육과정에서 학습 내용이 크게 줄어든 이온 화합물에 대해 분석하고자 한다. 즉, 2009개정 교육과정 과학 교과서(중학교 과학2, 고등학교 화학 I, II)에서 출판사별 교과서종이 제시하고 있는 이온 화합물 내용을 이온 결합 형성, 이온 결합 형성과 에너지, 이온 결합 물질의 구조, 이온 결합 물질의 성질의 4가지로 분류하고 세부 분류 기준을 정하여 설명 개념과 모형의 2가지 측면에서 분석하였고, 이를 바탕으로 설문 검사지를 제작하여 실제 학생들이 어떻게 설명하고 표현하는지 분석하였다. 설문 조사는 중학교 2학년 44명, 고등학교 1~3학년 각각 50명씩 194명을 대상으로 실시하였고, 응답 유형을 기초로 개발한 채점 기준표에 따라 채점하고 분석하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 교과서 내용 분석 결과 중학교 과학2, 고등학교 화학I, 화학II 교과서에서 이온 화합물 관련 내용을 설명할 때 사용한 개념은 교과서종마다 모두 차이가 있었고, 몇 가지 개념들을 선택적으로 제시하였다. 즉, 이온 화합물에서는 정전기적 인력, 강한 결합, 규칙적 배열, 결합비/개수비의 개념 중, 이온 화합물의 성질에서는 녹는점, 부서짐, 용해/수화, 전기 전도성 중 몇 가지를 선택적으로 제시하였다. 또한 이온 화합물을 설명할 때 제시하는 모형도 모두 차이가 있었고, 설명 개념을 함께 제시한 경우도 있었지만, 설명 없이 모형만 제시하거나 설명만 하고 모형은 제시하지 않은 경우도 있었다. 이 차이는 중학교 과학2에서와 같이 이온 화합물에 대한 별도 성취기준이 없는 경우 더 컸고, 결합비/개수비, 용해/수화와 같이 학년별로 동일한 개념을 다룰 때 더 컸다. 둘째, 이온 화합물에 대한 학생 설문 분석 결과 이온의 형성과 에너지 문항(Q1, Q1R)에서 과학적 개념을 잘 적용하지 못하였고, 염화 칼슘의 결합비 문항(Q7, Q7R)과 같이 그림으로 직접 표현하는 것을 어려워하였다. 이온 결합의 형성에 관한 문항(Q2, Q2R, Q6)에서는 이온 결합을 공유 결합으로 잘못 이해하는 경우가 많았다. 염화 나트륨의 용해 과정과 모형 문항(Q3, Q4)은 다른 문항들에 비해 비교적 정답률이 높았다. 문항 전체에서 학년이 증가할수록 정답률이 높아지는 편이었으나 고등학교 1학년의 경우는 중학교 2학년의 경우보다 정답률과 평균이 낮았고, 고등학교 3학년에서는 정답률이 높았다. 이온 화합물을 학습한 직후인 중학교 2학년보다 고등학교 1학년에서 이해 수준이 상당히 낮은 것은 고등학교 1학년은 2009개정 교육과정상 고등학교 과학에서 이온 화합물 관련 내용을 학습하지 않았기 때문이다. 따라서 이온 화합물의 과학적 개념의 명확한 이해를 위해서는 첫째, 과학2 교과서에서 처음 이온 화합물을 다룰 때 교과서종 전체에서 과학적 개념인 정전기적 인력, 강한 결합, 규칙적 배열, 결합비/개수비의 개념을 제시해야 하고, 화학I, II에서도 이온 결합의 형성과 에너지에서 정전기적 인력과 안정화 에너지, 이온 결합 물질의 성질과 구조에서 녹는점, 부서짐, 용해/수화, 전기 전도성, 단위격자 구조의 과학적 개념을 설명해야 한다. 둘째, 학년별 교과서에서 추상적인 텍스트와 염화 나트륨의 모형만을 선택적으로 제시하기보다는 염화 나트륨과 염화 칼슘 등 다양한 이온 결정의 모형을 설명과 함께 제시해야 한다. 셋째, 이온 화합물과 같은 추상적 개념을 다룰 때 학생들이 직접 그려보거나 설명할 수 있도록 하는 다양한 학습 방법을 제시해야 한다.;In this study, among the contents relevant to ion that does not comply with cognitive level and may create wrong concept as its learning was started in middle school 2nd grade for the first time, ionic compound of which learning contents were significantly reduced in the 2009 revised curriculum compared with 7th curriculum and 2007 Revised curriculum was intended to be analyzed. In other words, contents presented in textbook type by each publisher in curriculum science textbooks for the 2009 revised curriculum(science2 of middle school, chemistry I, II of high school) were classified into 4 categories including ionic bond formation, ionic bond formation and energy, structure of ionic bond substance, its property and analyzed in two ways including explanatory concept and model by establishing detailed classification criteria and by preparing questionnaires based on this result, how the students explain and express was analyzed. Enquete was performed by targeting total 194 students including 44 middle school 2nd graders and each 50 high school 1st-3rd graders and scoring was performed based on scoring table being developed depending on response type and it was analyzed. The result of this research is as follows. First, as a result of analysis of textbook contents, a concept being used at the time of explaining ionic compound-related contents in textbook of middle school science 2 and high school chemistry I & II showed difference depending on each textbook type and a few concepts were suggested selectively. In other words, a few concepts among electrostatic attraction, strong bond, regular array, a fixed ratio in ionic compound, among melting point, shattering, dissolution/hydration, electric conductivity in ionic compound property were suggested selectively. In addition, all the models being presented at the time of explaining ionic compound showed difference and explanatory concept was presented together but sometimes only model was presented without explanation or only explanation was provided without presenting a model. This difference grew bigger in case that any separate achievement standard for ionic compound(in the 2009 revised curriculum) was not provided like middle school science 2 and it grew bigger when handling same concept by each grade like a fixed ratio, dissolution/hydration. Second, as a result of analyzing questionnaire of the students for ionic compound, in question of ion formation and energy(Q1, Q1R), scientific concept was not properly applied and students felt difficulty in directly expressing in figure like question of a fixed ratio of calcium chloride(Q7, Q7R). In question item of ionic bond formation(Q2, Q2R, Q6), in many cases, students misunderstood ionic bond as covalent bond. Dissolution process of sodium chloride and model question(Q3, Q4) showed relatively high correct answer rate compared with other question. In overall question, the more grade was increased, correct answer rate was increased but in case of high school 1st grade, correct answer rate and average score were lower than that of middle school 2nd grade and in high school 3rd grade. The reason why understanding level of high school 1st grade is considerably lower than that of middle school 2nd grade right after learning ionic compound is that high school 1st grade did not learn ionic compound-related contents in science class under the 2009 revised curriculum. Therefore, in order to clearly understand scientific concept of ionic compound, first, when handling ionic compound in middle school science2 textbook for the first time, a concept of electrostatic attraction, strong bond, regular array, a fixed ratio that are accurate scientific concept in overall textbook types should be presented. when handling ionic compound in high school chemistry I, II textbook, a concept of electrostatic attraction, stabilization energy in ionic bond formation and energy, a concept of melting point, shattering, dissolution/hydration, electric conductivity, unit cell in ionic bond substance property and structure should be explained in overall textbook types. Second, rather than abstract text and a few number of crystal model(only sodium chloride) selectively in textbook by each grade, diversified models(sodium chloride, calcium chloride, etc.) shall be presented together with explanation. Third, when handling abstract concept as ionic compound, Diversified learning methods of having students directly draw and explain shall be presented.