중학교

2006, Vol. 50, No. 5

Printed in the Republic of Korea

중학교 3학년 요오드화납 생성반응 실험의 수업 방식 차이와 학생들의 이해에 관한 연구

정선자^†·백성혜*

†원일중학교 한국교원대학교화학교육과

(2006. 3. 14 접수)

A research of the Difference in Teaching Styles and Understanding of 9

Grade Students About Lead-iodide Precipitation Reaction Experiment

Sun-Ja Jeong^† and Seong-Hey Paik*

†Won-Il Middle School, Ansan city, Kyung-gi Do, 425-140, Korea

Department of Chemistry Education, Korea National University of Education, Chung-Buk, 363-791, Korea (Received March 14, 2006)

요 약. 이연구에서는일정성분비의법칙을확인하기위하여도입한요오드화납생성반응실험을과학교 사들이어떻게다른방식으로가르치고있는지알아보았다. ^{또한교사의수업전개방식에따라중학교} 3^학년

학생들의이해수준에차이가생기는지알아보았다. 3^{명의교사들이진행하는수업을관찰한결과}, A ^교사는

과학교과서대로수업을진행하면서실험을통해학생들이스스로사고하고결론을내리도록하는방식의수 업을진행하였다. B^와 C ^{교사는교과서의실험내용을해석하는데필요한설명을학생들에게많이제시하였}

다. A ^{교사반의학생들은실험보고서에서} B^나 C ^{교사반의학생들보다무응답비율이높았다}. ^그러나 B^나 C

교사반의학생들은교사의설명으로인해사고가제한되어버리는경향도보였다. ^{이러한차이에도불구하고}

실험을통해개념을제대로이해한학생들이매우적다는공통점을나타냈다. ^{또한많은학생들이앙금생성}

반응에큰호기심을느끼지만, ^{이를통해일정성분비의법칙을이해하는데는어려움을겪는것으로나타났다}.

주제어: 일정성분비의법칙, ^{요오드화납생성반응}, ^중학교 3^학년학생, ^{학생들의이해}, ^과학교사, ^{수업전개방식},

과학교과서, ^실험

ABSTRACT. In this study, the teaching methods of three science teachers for lead-iodide precipitation reaction exper- iment were compared. The difference of 9th grade students’ understanding was searched according to the science teach- ers’ teaching styles, also. Among the three teachers, Teacher A taught students based on the science textbook and allowed students to think themselves and to get out conclusion by the experiment. Teacher B and Teacher C gave students a lot of explanations related to interpretation of the experiment. The percentage of no response on the experiment report of Teacher A was higher than those of Teacher B and Teacher C. But the students of Teacher B and Teacher C tended to have limited thoughts because of the teachers’ explanations. In spite of the difference, it was common phenomenon that few students understood concepts through the experiment. A lot of students were interested in the experiment, but it was hard to understand ‘Law of definite proportions’ according to the experiment.

Keywords: Law of definite proportions, Lead-Iodide precipitation reaction, 9th grade students, Understanding of stu- dents, Science teacher, Teaching style, Science textbook, Experiment

서 론

오늘날 과학교육에서드러나는문제점중의 하나 로과학과교육과정에포함된교과내용이요구하는 사고력수준과실제학습자의이해수준이일치하지 않아서교육과정에서의도한학습이효율적으로 이

루어지지못하고있다는점¹을들수있다. Abraham

등²은교과서가상당히정확하게개념을소개하고있 고, 이들개념자체가불명확하지않음에도불구하고,

주요화학개념에대한교과서적설명이대부분의학 생들을이해시키지못하는이유로, 교사들이실험활 동이나토론과정 없이가르치는점과 교재의내용 이학생의인지수준과맞지않는점을지적하였다.

현재까지의 연구 경향^3-11은과학학습의 어려움을 학습자변인(인지수준, 흥미등)으로탐색하여왔으 나, 최근연구는교과내용의수준과학습자수준이 일치하는가를검토하는경향이있다.

예를 들어, 중학교 3학년에서 다루어지는돌턴의 원자설과아보가드로의 가설, 분자 등의 교과 내용 의수준은 과학사적으로보았을 때, 당시의과학자 들과같이학문적수준이높은사람들사이에서도많 은논쟁을불러일으켰던가설연역적사고들이다. 따 라서학생들이이러한높은수준의사고방식을요구 하는이러한교과내용을배우는과정에서어려움을 느낄것이라는점은충분히예상해볼수있다. ^이와

관련하여원자나분자에관련된개념학습의어려움

을지적한연구들^12-16이수행되어왔다. ^{이러한개념}

을학습자가학습하는데어려움을겪는원인으로, ^김

장환¹²과윤광현¹³은중, ^{고등학교과학교과서와대학}

교일반화학교재에서술되어있는물질과입자에관 련된설명 방식의문제점을 지적하였다. ^{류오현14은}

중등학교과학 교과서의내용을서술하는과정에서 학습자의수준을고려하지않고진술하거나, ^과학사

적으로볼때과거의 혼란을그대로내포한서술을 학습자에게제시함으로써발생하는학습 과정의어 려움을지적하였다. ^{그리고이러한문제를해결하기}

위하여교과서저자들이과학사적인관점의변화를 충분히이해하고, ^{학습자의입장에서볼때교과서내}

용서술에의해발생할수있는혼란을줄이기위해 노력해야한다고주장하였다. ^{윤완석15은중학교} 3^학

년화학 관련단원에서다루는 돌턴의원자설과아 보가드로의가설, ^{그리고아보가드로의법칙을중심}

으로학생들이가설과법칙을어떻게인식하고있는 지를조사하였으며, 가설이도출되고증명되는과정 에서법칙으로정리되어가는과정에 대한학습자의 이해가 매우 부족하며, 이는 가르치는 교사와교과 서의서술방식과관련이있음을지적하였다.

현재 7차교육과정에서제시하는중학교 3학년교 과내용인돌턴의원자설은실험을통해 밝혀진일 정성분비의 법칙등을효과적으로 설명하는과정을 통해 널리 받아들여지게 된것으로 전개되어있다.

그러나요오드화납생성반응등의실험사례를통해 제시되는일정성분비의법칙에대한 학습자의이해 가얼마나적절한지등에대한 연구는아직 이루어 지지않았다. 일정성분비의법칙에대한학습자의이 해는돌턴의 원자설을받아들이는 과정에서중요한 역할을하므로선행연구에서지적한원자의개념등 에대한학습자의어려움을이해하고지도방식의문 제점을고찰하는데중요한단서를제공해줄것이라 고생각한다.

7차교육과정에서 9 종류의교과서중 4 종류가일 정성분비법칙을설명하기위해구리, 탄소, 산소의 화합물대신요오드화납생성반응을제시하고있다.

다른교과서에서는 요오드화납생성반응대신에탄 산칼슘생성반응을제시하였는데, 이는다른물질만 사용하였을뿐실험과정과여기서요구하는사고방 식은거의유사하다고할수있다. ^{그런데요오드화}

납생성반응실험에서는생성된앙금의높이를재는 활동을하기때문에생성물의앙금높이를통해, ^일

정성분비의 법칙인반응물들간의 질량비규칙성을 탐색하는것이학생들수준에적절한지알아볼필요 가있다. ^{송영보16는연구를통해요오드화납침전생}

성반응실험은앙금의높이가대부분규칙적이지못 하며생성물의규칙성을파악하는데에도문제가있 다고 지적하였다. ^{따라서 이러한 실험 결과에영향}

을미치는실험 과정의문제는학습자가실험의결 과를통해 일정성분비의법칙을이해하는데 어려움 을겪는원인이될가능성이높다.

또한교과서의내용구성이동일하더라도이를가 르치는교사가학습자의이해를도모하기위하여교 과서의내용전개방식및교육과정에서요구하는수 준과다르게수업내용및교수법을재구성할수있 을것이다. ^{백성혜와박미현17은고등학교} 1^학년수

업에서과학 교사들의수업을 관찰하고, ^자신감, ^학

생질문에대한대처능력, 중요한내용과그렇지않 은부분에대한판단능력, 수업에서다루는내용의 깊이, 수업내용의재구성방식등이크게다름을밝

혔다. Veal의연구¹⁸에서도 12명의생물교사와지질

학교사의수업을관찰하고수업에서강조하는내용 과그수준이매우다르다는점을지적하였다. 따라 서교사에따라동일한학습내용에대한교수방식 에는 어떤 차이가있으며, 이러한 차이가 학습자의 이해에어떤영향을미치는지에대한연구도필요하다.

연구문제를보다구체적으로진술하면, 다음과같다.

가. 요오드화납생성반응실험을제시하는교사의 수업방식에는어떤차이가있는가?

나. 교사들의교수방식의차이에따라요오드화납 앙금생성반응실험 후학생들의이해 수준은어떻 게달라지는가?

연구 방법 및 절차

연구 대상

경기도에소재한한중학교에서 3학년학생들로남 자 117^명, ^여자 123^{명으로 총} 240^{명을 선정하였다}.

또한같은학년을담당하고교과서도동일하게사용 하는세명의과학교사들의수업을관찰하였다. 이 들에대한자세한정보는 Table 1^과같다.

연구 절차

세명의 과학 교사가담당하는학급 중에서남학 생한반, ^{여학생한반씩을선정하여}, ^{한차시동안}

에이루어지는일정성분비관련실험수업과정을녹 화하였다. ^{녹화한수업의특징을수업진행방식}, ^실

험진행방식, ^{실험을시작하기전에교사가제시하}

는설명유형, ^{실험결과중에서특별히교사가강조}

하는부분, ^{수업의도입에소요되는시간}, ^전개에소

요되는시간, ^{정리에소요되는시간}, ^{교과서외에교}

사가특별히설명하는내용 등을중심으로비교 분

석하였다. 실험 보고서에는실험의목표와예상, 결 과기록표와 그래프작성 부분이수록되어있었으 며, 결과를해석하는단계에서 ‘앙금의양이점점증 가하는시험관에서앙금외에용액속에있는물질’,

‘앙금이더이상생기지않는시험관에서앙금외에 용액속에있는물질’, ‘두반응물의양을반대로했

을때일어나는변화 예측’, ‘실험을하면서 궁금한

점’ 등에대한학생들의생각을조사하였다. 이러한 자료는응답 빈도수나백분율로처리하여교사별로 결과를비교하였다.

교과서실험과정

학생들이수행하는실험은질산납용액 6 ml를넣

은시험관에요오드화칼륨용액을 0, 2, 4, 6, 8, 10 ml

씩넣으면서생성되는요오드화납생성물의앙금높 이를 측정하는것이다. 이 실험은요오드화칼륨 용 액의양이증가하면초기에는생성물의높이가증가 하다가나중에는아무리양이증가하여도일정한높 이를 유지하는것을 관찰하고, 이를 통해 학생들이 반응물의 질량비가 항상 일정하다는 일정성분비의 법칙을알아내는 것을기대한다. ^{송영보16의연구에}

서지적한바와같이이실험에서앙금높이의규칙 성이제대로관찰되지는않았다. 그러나대략적으로 첫시험관과마지막시험관사이에앙금의높이가증 가되는 경향은찾아볼 수있었으므로, ^{앙금의양이}

증가한다는사실을실험을통해알아내는과정은학 생들사이에큰혼란없이이루어졌다.

이실험에서나타난문제는학생들이 그전에 이 온결합화합물에대해배우지않았기때문에요오드 화이온과납이온이만나면요오드화납이생성된다 는사실을알지못한다는점이다. ^{특히학생들은돌}

턴의원자와 아보가드로의분자에대해서만배우기 때문에 이온의개념을 가지기 어렵고, ^{이온결합물}

질인염이물속에서해리되는것에대해서도알지못 한다. ^{또한물속에이온의상태로녹아있던요오드}

Table 1. Characteristics of the three teachers

Teacher A B C

Major Chemistry Physics Biology

Career period 18 3 4

Sex Female Female Female

Degree Master Master Bachelor

와납이만나면이전의이온화합물과다른형태로치 환된요오드화납이라는새로운염을형성하고, 이염 은요오드화칼륨이나질산납과달리물에 녹아있지 않고앙금으로침전된다는염의용해성에대한인식 이있어야이 실험 결과를해석할 수있다. 그러나 요오드화납생성실험에필요한이러한사전지식이 교과서에서는제시되어있지않다.

연구 결과 및 논의

교사들의 수업 방식의 차이점 비교

세명의교사들이진행한수업의공통점과차이점 에대한대략적인내용은 Table 2에제시하였다.

세명의 교사들은공통적으로 실험전에 미리 실 험과정등에대해설명하고, 조별로실험을실시하 였다. 그리고 실험내용을재구성하지 않고, 교과서 에제시된순서대로실험을하도록안내하였다.

그러나수업중차이점도관찰되었다. B와 C 교사 는실험을 진행하기전에미리 필요한사전지식인 염의해리, 치환된새로운염의형성, 염의용해성등 에대해 설명하였다. ^그러나 A ^{교사는이러한설명}

없이교과서에제시된대로실험수업을진행하였다.

A 교사는교과서내용그대로실험해석에필요한

염의해리, ^치환, ^{염의용해성등에 관련된주요 개}

념이나일정성분비의법칙에대한설명없이실험수 업을진행하였다. B 교사는교과서에는없지만실험 결과의해석에필요한주요 개념과실험을통해 알

아내야할일정성분비의법칙에대한내용을미리실 험전에설명하였다. C 교사는실험의해석에필요 한주요 개념은 설명하였으나, 실험 결과로부터 해 석되어야할일정성분비의법칙에대한언급은하지 않았다.

A 교사와 B 교사는실험하는동안학생들이주의

해서관찰해야할내용으로생성물의양적변화를강 조하였으나, C 교사는이러한 강조를하지 않고실 험을 진행하였다. 따라서 실험 해석에 필요한주요 개념과일정성분비의법칙에대한내용을도입부분 에서설명한 B 교사의도입시간이 8분으로가장길 었다. 반면, 교과서에없는주요개념이나선수학습 을제시하지않은 A 교사의도입시간이 3분으로가 장짧았다. 그러나실험을수행하는전개부분에가 장많은 시간을 할애하고, 마지막으로 실험 결과를 정리하는단계를포함시키는수업의 전체적인내용 구성은 A 교사와 B 교사의경우에유사하였다.

A ^{교사는대부분의실험과정에서학생들의질문}

에바로답을주지않고학생들스스로생각해보도 록요구하였다. 요오드화납생성실험을진행하면서 나누는 학생들의대화를 통해 앙금의의미, ^앙금이

생기는이유, ^{앙금을재는방법등에대한많은상호}

작용을관찰할수있었다. 즉교과서의전개순서대 로수업을 진행하였을 때, ^{학생들의수준에서는 앙}

금형성에대한 개념이없기때문에 실험을진행하 는데에있어서어려움을겪을수있다는사실을알 수있었다. ^{정리단계에서} A ^{교사는요오드화칼륨용}

Table 2. The characteristics of the three science teachers’ teaching styles

Teacher A Teacher B Teacher C

Common feature

Experimental procedure Teachers’ representation Teachers’ representation Teachers’ representation

Experiment style Group Group Group

Experiment contents Based on the science

textbooks Based on the science

textbooks Based on the science textbooks

Different points

Introduction 3 minutes 8 minutes 4 minutes

Representation 37 minutes 30 minutes 38 minutes

Completion 5 minutes 7 minutes 3 minutes

Teaching contents

No explanation of law of defi-

nite proportions Explanation of law of

definite proportions No explanation of law of definite proportions No explanation related to

interpretation of the experiment results

Explanation of dissociation, substitution, dissolution

of salts, etc.

Explanation of dissociation, substitution, dissolution of salts, etc.

Emphasis of experiment

results The change of

precipitation amount The change of

precipitation amount No emphasis

액의양이 증가함에따라앙금의양도 계속늘어나 는지, 어느 구간부터일정해지는지 등에 대한 관찰 결과를보고서에정리하도록설명하였으며, 실험결 과가제대로안나온조들을위해실험결과가잘나 온조의결과물을시범으로전체학생들에게제시하 였다. 그러나보고서의질문에대한답은학생들스 스로생각하여작성하도록하였다. B 교사는도입부 분에서,

“일정성분비법칙이뭐지요? 어떤거하고어떤거 가결합할때, 즉두물질이 결합할 때아무렇게나 결합하는것이아니라그성분 사이에는일정한질 량비가존재한다. 일정한질량비가성립한다. 그겁니 다.”

라고설명하였다. 또한실험결과의해석에필요한 개념을다음과같이설명하였다.

“요오드화칼륨하고질산납이있는데요오드화칼륨 은요오드랑 칼륨이라는 원소가 결합된 것이고질산 납은질산과납이 결합된것인데이 물질들이 물속 에 들어가면 결합된 것들이 떨어지고새로 요오드랑 납이 만나서요오드화납이되는데 이것이노란색깔 의앙금이되고질산이랑칼륨이랑은물속에그대로 남죠? 질산이랑 칼륨은 반응하지 않고 물에 그냥 녹 아 있는 상태가됩니다. 즉기존에있던분자들이쪼 개져서새롭게 분자를 만드는 과정입니다.”

학생들은물질을구성하는기본단위로돌턴의원 자와아보가드로의분자 개념까지만학습한상태이 기때문에아직이온의개념을가지고있지않다. ^따

라서 B ^{교사는이온결합화합물인반응물들을분자}

로표현하고, ^{이들이물속에용해되면서이온으로해}

리되었다가다시새로결합하는과정을분자의쪼개 짐과새로운분자생성과정으로표현하였다. ^이러한

물질의구성단위에대한잘못된표현은앞으로지속 될물질의구성단위에대한학생들의사고에영향을 미칠가능성이높다.

B ^{교사는요오드나납과같은원소들은서로반응}

하여새로운분자가되고, ^{질산이나칼륨과같은원}

소들은반응하지않고물에그냥녹아있는상태가되 는것, ^{즉염의용해성에대한설명도제시하였다}. ^그

러나학생들이이반응에서가장중요한양이온과음 이온의결합과해리에 대한개념을가지고 있지않 기때문에왜어떤이온(학생들수준에서는원소)들 은서로만나서 새로운분자를형성하고어떤물질 들은반응하지않는지를정확하게이해하지못할가 능성이높다. 즉, 이온사이의끌림(혹은정전기적인 력)의개념으로반응을 이해하지못하기 때문에이 러한교사의 설명이실험결과에 대한학생들의이 해에큰도움이되지못할가능성이높다.

B 교사는실험과정에서용액의양이달라질때용

액속에있는 원소의개수가달라진다는 것을설명 하고, 이를통해요오드화칼륨수용액을 0 ml, 2 ml,

4 ml, 6 ml, 8 ml, 10 ml씩넣으면 같은 양의 질산납

수용액에서 만들어지는앙금의양이 달라지는이유 를학생들에게생각해보도록하였다.

“표를보세요. A-F까지의시험관에서질산납은같

은양이고요오드화칼륨은양이다른데, 이두용액 을섞으면즉요오드랑납이랑만나서요오드화납이 되는데납의 개수는 같고 요오드 개수가 달라질 때 이때만들어지는물질의숫자가달라지겠는가? ^아니

면어떻게되겠는가? 하나의양은일정하고다른양 은달라지는데어떻게되겠느냐? 이런내용입니다.”

정리단계에서 B ^{교사는실험보고서에적어야할}

항목들에대해하나하나설명해주었다.

“^{첫번째 항에서는요오드랑칼륨이 들어 있겠지}

요. 두번째질문에서는질산이랑납이들어있겠지요.”

이때 B ^{교사는질산이원소가아니라원자단이라}

는사실을학생들에게명확하게설명하기어려웠기 때문에“질산이라는입자속에는질소와산소가들 어있기는해요.^{”라고부연설명하였다}. ^{이때에도질}

산을입자라는모호한단위개념으로표현하고있음 을알수있다.

수업과정에서이온에대한학생들의개념부족으 로인해 B ^{교사가실험과정과결과를설명하는데겪}

는어려움을관찰할수있었다. ^{이온을원소로표현}

하였을때, ^{원자단이아닌이온의경우에는큰오류}

가없다고 할수있으나, ^{질산과 같이 질소 원소와}

산소원소가결합한이온의경우에는이를원소라고

표현하는것이 문제가 된다. 그러나 교사의입장에 서는학생들의사전 개념을고려할때이러한표현 이외에는달리물질의구성단위에대해설명할방법 이없다는점이 문제라고 할수있다. 이는 돌턴의 원자설을 지지하는 일정성분비의 법칙을 확인하기 위하여요오드화납생성반응을 선택하였을때발생 하는근본적인문제라고할수있다. 돌턴이주장한 원자개념에서이온의개념을도출할수없는데, 도 입한실험은이온결합화합물들의반응이기때문이다.

보고서의각항목들에대해설명하면서 B 교사는 반응후수용액에남은물질을 해리된이온들로표 현하지않고반응물인이온결합물질로표현하기도 하였다.

“7번을 보면 요오드화칼륨의양을 증가시켜도 앙 금의높이가변하지않는구간이있는데, 이렇게앙 금의높이가변하지 않을땐뭔가가지금 반응하지 않고남아있다는거지요. 모두가다반응한다면앙 금의높이가계속올라가야하는데누가반응하지않 고남아있다는겁니다. 결국누가남을까요?”

“요오드화칼륨이 많이 남아 있을까 질산납이 많이 남아 있을까?누가 더많이 들어있는지 그걸적으 면됩니다. 앙금의높이가계속증가하지않는이유, 즉 그사실을적어봅니다.”

B 교사는학생들이수용액속에서이온결합물질

의해리개념을명확하게가지고있지않기때문에,

반응물의해리를고려하지않고응답할수있는 항 목에서는 단순히 반응물질로만 표현하여 학생들의 사고를단순화하고자하였다. ^{그러나이러한시도는}

염의용해성이나해리의개념을필요로하는항목의 응답과상충하는문제가발생한다. ^{기본적으로이실}

험의해석에필수적인이러한개념들이교육과정상 에서는필수학습개념이아니기때문에, ^이를강조

하게되면 학습량의부담이크게증가하고이를 강 조하지않으면실험결과해석에어려움이따르게되 는문제가있음을수업과정에서관찰할수있었다.

C ^교사는 B^{교사와달리원소의개념이아닌이온}

의개념을바로도입하여설명하였다.

“^{요오드화칼륨 용액 속에 들어 있는것은 요오드}

이온과칼륨이온이 들어 있는데, ^{그냥 요오드와 칼}

륨이라고해.”

그러자학생들은웅성거리면서,

“예? 뭐라고요?”

“이온이뭐야?”

등과같은반응을하였다. 교사는이를자세히설 명하는것이 중학교 3학년 교육과정에적절하지않 다고판단하고,

“그냥요오드라고해.”

라고이온의개념을뺀채다시정리하여, 이온결 합물질이나이온으로해리된물질의단위에대한명 칭을 제시하지않았다. 그러나 이온들이서로 끌려 서결합하는관계를남녀의관계에비유하여이온결 합의기본적인개념을설명하고자하였다.

“요오드화칼륨은요오드와칼륨으로나누어지고질 산납은질산과납으로 나누어진다음두용액을섞 으면 짝을 바꾸는데요오드는 여자, 납은 남자라고 비유해보면, 둘이 결합해 물에 가라 앉아 앙금이 되 고 나머지질산과칼륨이만나는데이둘은 물속에 서결합을해요, 못해요? 못합니다. 그래서떨어져 있 으면서 물속에 녹는다, 그말입니다. 두용액을섞으 면물속에누가들어있겠어요? ^{질산과칼륨이있습}

니다.”

그러나이온결합물질이 물에 녹는과정을 “^질산

과칼륨이떨어져있기 때문에녹을수있는거야.”

라고설명을하니학생들은 “무슨말이야?” 라고웅 성거리면서이해하지 못한다는반응을 나타내었다.

그리고 이온결합물질의 해리와 새로운결합, ^앙금

으로의침전등의관계에대해이해하지못하고, “^앙

금이어디야?”^{와같은질문을서로에게하는것이관}

찰되었다.

학생들이물속에서이온결합물질의해리와새로 운결합을제대로이해하지못하는 상황에서, C ^교

사는물속의남은물질을설명함에있어서이온들간 의명확한관계에대한설명은하지않은채단순히 앙금이생성되고남은짝이온들인질산과칼륨만이

수용액에존재하는것으로설명하였다. 따라서학생 들은질산납이과량으로들어간상태에서는앙금생 성후에납이온도수용액안에존재할수있다는점 을인식하기어려울가능성이있다.

C 교사는 A 교사와유사하게학생들이실험보고

서의각항목에답하는것을 도와주지않고자율적 으로응답하도록하였다.

실험 보고서 분석을 통한 학생들의 이해 수준 분석 앙금의양이증가하는시험관의용액속물질이해 앙금의양이점점증가하는시험관에서앙금외에 용액속에들어있는물질이무엇인지알아본문항에 서학생들의응답을교사별로구분하여Table 3에제 시하였다.

앙금이점점증가하는반응에서양을변화시킨요 오드화칼륨수용액의요오드화이온은모두납이온 과반응하여요오드화납을형성한다. 따라서수용액 속에남아있는물질은요오드화칼륨용액의칼륨이 온과질산납용액의질산이온과납이온이다. 즉유 형 1과같이응답하는것이정답이라고할수있다.

학생들은이온의 개념이나해리의개념을명확하 게가지고있지못하므로원소, ^원자, ^이온, ^입자등

다양한단위개념을사용하거나 질산칼륨과질산납 과같이 해리된상태가아닌 이온결합화합물의형 태로물질이름을언급한경우에도칼륨, ^질산, ^납의

세가지 물질이름이 언급된경우에는유형 1^로분

류하였다.

A ^{교사는앙금이생성될때시험관에남아있는물}

질에대한사고를교과서에서요구하지않았으므로,

이를수업 중에언급하지않고 학생들스스로보고 서의 답을 찾아보도록 하였다. ^{따라서보고서를 작}

성하는과정에서학생들의상호작용이 다른교사들 의수업에비해 매우 활발하였고, ^유형 1^의응답을

한비율도 16.3%^{로다른교사들이지도한반의응답}

비율보다상대적으로높았다.

B 교사는실험에서과량으로넣은 물질이남는다

는점을강조하여설명하였고, C 교사는실험안내도 중에학생들이작성할보고서를염두에두고 ‘두용액 을섞으면물속에질산과칼륨이있다.’라고설명하였 다. 즉교사들은앙금을형성하고남은이온들의존재 를강조함으로써앙금을형성하는이온이지만짝이되 는이온의부족으로수용액속에남게되는물질, 이 경우에는납의존재를설명에서배제하였다. 이러한 교사들의설명이학생들의사고에직접적인영향을미 친다는점은 Table 3을통해확인할수있었다.

B 교사와 C 교사의학생들 중 90% 이상이모두

교사의 설명과관련하여 질산칼륨, 혹은 질산과 칼 륨이 용액 안에 남아있다고 응답하였으며, 납이 수 용액에남아있을것이라는사고를하는학생들은거 의없는것으로나타났다. 따라서실험과정과결과 해석에대한교사의지나친설명은오히려자유롭게 학생들이자유롭게사고하면서실험을통해 스스로 개념을획득하는과정을방해할수도있음을확인할 수있었다.

그러나 A 교사의경우에는 51.3%나되는 학생들

이질문에답을하지못하였다. ^{따라서교사가교과}

서이외에실험에필요한지식을재구성하여설명하 지않고단순히 교과서에제시된 대로만수업을진 행한다면, ^{요오드화납생성실험을통해학생들이스}

스로반응물의반응과생성물사이의관계를제대로 파악하고이를통해 일정성분비의법칙을확인하기 에는실험과정이쉽지 않다는것을 알수있다. ^지

나친설명과 지나친자율활동 사이에서가장적절 하게학생들의이해를 도울수있는 교사의개입이 어느정도이루어져야하는지에대한논의는앞으로 계속이루어질필요가있다고생각한다.

앙금의양이증가하지않는시험관의용액속물질이해 요오드화칼륨 용액의양을 증가시켜도 생성되는 Table 3. The students’ responses according to the teachers Number of response (%)

Response type Teacher A Teacher B Teacher C Total

Type 1^* Nitrate, Potassium, Lead 13(16.3) 12(12.5) 10(10.0) 115(16.3)

Type 2 Potassium Nitrate 21(26.3) 74(92.5) 77(96.3) 172(71.6)

Type 3 Remained atoms 15(16.3) 11(11.3) 10(10.0) 116(12.5)

Type 4 No response or the others 41(51.2) 13(13.7) 13(13.7) 47(19.6)

*Correct answer

앙금의양이더이상증가하지않는시험관용액속 에들어 있는물질에 대한학생들의생각을알아본 결과를Table 4에제시하였다.

질산납 용액의양이 일정한상황에서요오드화칼 륨용액의 양을증가시켜도 더이상앙금이생성되 지않는다면, 이는요오드화이온, 칼륨이온이과량 으로들어간상황이고납이온은요오드화이온과모 두반응하였기때문에수용액중에는질산이온, 요 오드화이온, 칼륨 이온이존재하는 것이라고생각 하여야한다. 학생들은물질의 구성단위에 대한 개 념이명확하지않기 때문에이세물질을 요오드화 칼륨, 질산칼륨등화합물의형태나원소, 원자, 이온,

분자등어떠한형태로라도언급한경우를유형 1로 구분하였다.

Table 4의경우에도Table 3과유사한결과가나타 났다. 학생스스로답을모색하도록한 A 교사의학 급에서는 70%의학생들이이항목에응답하지못하

였다. 그러나유형 1의응답을한비율도 B, C 교사

의학급보다높았다. B, C 교사의학생들은앙금을

형성하고남은물질들만을고려하고, ^{앙금을만드는}

물질이지만과량으로들어가반응하지않은요오드

화이온을고려하지못하는 비율이 55-86%로매우

높았다.

두 반응물의 양을 반대로 했을 때 나타나는 변화 예측 교과서에제시된과정과달리질산납수용액의양 을변화시키고, ^{요오드화칼륨 수용액의 부피를일}

정하게하여실험하면어떤결과를얻을수있을지 에대한학생들의생각을조사하여 Table 5에제시 하였다.

이실험에서양을변화시키는반응물과양을고정 시키는반응물은임의적으로결정한것이다. 따라서 반응물양의관계를바꾸어도유사한결과를얻게된 다는 사실을 학생들이이해하고 있어야한다. 만약 양의관계를바꿈으로써결과가달라질것이라고예 상한다면, 이는 이실험 과정에서의도하는 변인들 간의관계를제대로파악하고있지못한것이라고할 수있다. 학생들스스로반응물들간의일정한반응 관계를알아보기위한실험을설계하기는 어렵다고 하더라도, 주어진실험 과정에서 어떤 의도로변인 들을설정하고결과를관찰하고자하는것인지에대 해이해하고실험을해야제대로 실험결과를해석 할수있을것이다.

그러나실험과정을제대로이해하고, 양을변화시 키는반응물이바뀌어도유사한결과를얻을것이라

고예측한 학생들은 40% 정도였다. 그리고 나머지

60% ^{정도의학생들은다른결과가나타날것이라고}

예측하거나이에대한생각을표현하지못하였다. 이 러한특징은교사에따라다르지않았으며, 모든반 에서 유사한 결과가나타났다. ^{따라서 교사의수업}

전개방식과 상관없이학생들은요오드화납 생성반 응을통해반응물사이의관계를파악하는데어려움 이있음을확인할수있었다.

Table 4. Students’ responses about the materials of solution in the test tube Number of response(%)

Response type Teacher A Teacher B Teacher C Total

Type 1^* Iodide, Nitrate, Potassium 17(21.3) 14(17.5) 8(10.0) 139(16.3)

Type 2 Potassium Nitrate 17(18.8) 44(55.0) 69(86.3) 120(50.0)

Type 3 No response or the others 56(70.0) 22(27.5) 13(13.8) 181(33.8)

*Correct answer

Table 5. Students’ anticipation about the result of reactants exchange Number of responses(%)

Response Teacher A Teacher B Teacher C Total

Type 1^* Similar result 27(33.7) 34(42.5) 35(43.7) 96(40.0)

Type 2 The amount of participation is different. 23(28.8) 29(36.2) 40(50.0) 92(38.3) Type 3 The amounts of participation of the all test tube are same.

Or all of the amount are different. 17(18.8) 16(17.5) 11(11.3) 14(15.8)

Type 4 There is no participation. 15(16.3) 15(16.3) 10(10.0) 10(14.2)

Type 5 No response or the others 18(22.4) 16(17.5) 14(15.0) 29(11.7)

*Correct answer

실험 후 학생들의 궁금증

실험을 수행한후실험에대해 궁금한것이나 더 알고싶은것을적도록요구하였을 때, 다음과같은 결과를얻을수있었다(Table 6). 보고서에아무것도 적지않은 학생들과여러질문을동시에 적은학생 들이있었기때문에 응답한학생수는 백분율로표 현하지않고질문의빈도수로제시하였다.

학생들의 질문은 크게 생성물인 앙금에대한 것,

실험과정에대한것, 그리고화합물과결합, 해리에 대한 것등세유형으로 구분할수있었다. 그러나 특별히교사에따른차이는발견되지않았다.

학생들의질문중에서앙금에대한궁금증의빈도 수가 232번으로가장많았다. 학생들은투명한용액 을섞을때노란색앙금이생성되는과정을매우신 기하게생각하여, 앙금이왜노란색을나타내는지에 대해 집중적으로 질문하였다. 그외에도 앙금이 반 짝거리는특성을가진다는것을관찰하고이를궁금 해하는학생들과, 다른앙금을만드는방법, 앙금의 상태, 앙금의이용등을궁금해하는학생들도있었 다. 따라서노란색요오드화납생성반응은학생들의 호기심을자극하기에충분히효과적임을알수있었다.

그러나 ‘앙금은왜생길까?’, ‘앙금이더이상생기

지않고 왜일정해질까?’와같은 질문을 살펴보면,

학생들이앙금이형성되는기본적인원리를이해하 지못하여일정성분비의법칙이나타나는원리를제 대로파악하지못하고있음을알수있다. 질문의빈 도수는상대적으로작았으나, 화합물과결합, 해리에 대한질문도 같은맥락으로해석할수있다. ‘왜화 합물과화합물이만나면어느한원소끼리만결합하

여화합물을만들까?’, ‘왜칼륨과질산은앙금이되

지않을까?’ 등의질문도역시앙금생성에대한기 본원리를학생들이이해하지못하고있음을나타내 는것이다.

실험과정에대한질문중에서 ‘두용액의양을반 대로하면어떻게될까?’와같은질문은보고서에기 록해야하는문항에대해학생들이제대로응답하지 못하여다시교사에게질문한경우에해당한다. ‘앙 금의높이는뭘의미하는가?’, ‘섞인용액의양을재

야지, 왜가라앉은양을재나?’, ‘색깔변화는같은데,

왜요오드화칼륨용액을 점점더 많이넣나?’ 등과 같은질문을통해서도학생들이교과서에제시된실 험과정을제대로이해하지못하고있음을알수있 Table 6. Students’ questions after the experiment Number of response

Type Content Teacher

A Teacher

B Teacher

C Total

Participation (232)

Why is the participation yellow? 24 20 30 74

How make the other color participation? 8 13 32 53

Why the amount of participation is not change any more? 20 20 13 53

Why the participation form? 14 8 2 24

Why the participation glitter? 7 5 6 18

Why the participation sink? The state of the participation is solid? 1 5 1 7

Where the participation is used? 1 1 1 3

Procedure of experiment

(54)

What happen if I exchange the process of the two solutions ? 4 4 14 22

What is the method participation sink fast? 0 4 15 19

Is there a relation between amount of participation and temperature? 0 1 5 6

Can I see the bonding process of Iodide and Lead directly? 0 2 2 4

What is the meaning of the height of participation? 2 0 0 2

Why the amount of Potassium Iodide solution increase in the experiment? 1 0 0 1 Compound,

bond, or dissociation

(29)

Other solutions also react according to the raw of definite property? 7 0 13 20 Why specific elements make bond when some compound mix with

other compound? 2 1 1 4

Why Potassium and Nitrate make participation? 1 1 1 3

Lead Iodide compound has the properties of Lead and Iodide? 1 0 0 1

What kind of reaction occurs when two materials don’t melt in water? 0 1 0 1

다. 실험의과정을제대로이해하지못한다면, 그결 과를해석하는것은더욱어려울것이다.

일정성분비의 법칙은반응물들이 일정한양씩 결 합하는규칙성을의미하는것이다. 그런데요오드화 납생성반응의 경우에는용액의양에 따라그안에 존재하는입자들의개수가달라진다는 것을추론하 는과정(1)과, 생성된 앙금의높이를잼으로써반응

에참여한물질의양을추론하는과정(2), 그리고반

응물중하나의양이계속증가하는데도불구하고생 성되는양이변화하지않는다는사실로부터반응물 입자들끼리결합하는관계를추론하는과정(3) 등이 포함되어있다. 따라서요오드화납생성반응은직접 반응물들이반응에참여하는양을재는실험과는달 리학생들에게많은추론능력을요구하는실험이라 고할수있다. 이러한복잡한사고과정은요오드화 납생성반응실험결과를학생들이제대로해석하는 데어려움을겪는원인중하나로볼수있을것이다.

결론 및 제언

이연구를통해일정성분비의법칙을확인하기위 하여도입한요오드화납 생성반응을교사들이어떻 게다른 방식으로가르치고 있는지알아보았다. 또 한교사의수업전개방식에따라학생들의이해수 준에차이가생기는지도알아보았다.

3명의 교사들이 진행하는 수업은 각기 달랐으며,

이에따라 학생들이실험결과를통해 보고서의문 항을 작성하는경향에 있어서도차이를 보였다. ^그

러나공통적으로학생들은실험결과를해석하고이 해하는데큰어려움을겪는것으로나타났다. ^이연

구에서관찰한세명의교사가 전개한수업을분석 한결과, ^{이러한학습자이해수준의문제점을인식}

하고있는교사들도교과서의실험내용을재구성하 지는 못하였으며, ^{단지 실험을 교과서에제시된 순}

서대로수행하면서이에필요한주요개념만을부가 하여설명하는방식으로변형하거나, ^{혹은부가된개}

념설명조차제시하지않고교과서대로만수업을하 는것으로나타났다.

이렇게중학교 3^{학년에제시된학습내용을학생들}

이제대로이해하지못하는원인과, ^{교사의다양한노}

력에도불구하고그노력이교육적효과를나타내지 못하는원인을다양한측면에서살펴볼필요가있다.

요오드화납생성 실험은일정성분비의 법칙을학 생들에게확인시키기위하여도입하는실험이며, 궁 극적으로는 돌턴의 원자설로 일정성분비의 법칙이 잘설명되는과정을통해돌턴의원자설이도입되는 과정을학생들에게이해시키려는데그목적이있다.

그러나요오드화납 생성반응의경우에는우선요오 드화칼륨용액의양을변화시키면서이러한양의변 화가 그안에 존재하는요오드입자의수를 변화시 키는것과동일한과정이라는점을학생들이인식하 여야요오드화칼륨용액의양을변화시키는실험과 정을이해할수있다. 따라서돌턴의원자나혹은입 자의개념이먼저도입되고이를통해요오드화칼륨 용액 안에들어 있는요오드입자의 수를추론하는 것이필요하다. 이렇게탐구가이루어진다면, 일정성 분비의법칙은돌턴의원자설을증명한실험이아니 라, 거꾸로돌턴의원자설을이미가정하고, 이를요 오드화납생성실험을통해확인하는검증실험의형 태를띠게된다. ^{더구나이실험에서기본이되는단}

위는이온이기때문에돌턴의원자설로반응물들의 결합과새로운생성물의형성을설명하는과정은매 우부자연스럽다. ^{이 때문에교사들이 교수법에있}

어서다양한노력을기울였음에도불구하고, ^돌턴의

원자와요오드화납 생성반응실험에서요구하는이 온들끼리의결합사이에간극을줄여서학생들이이 실험결과를제대로이해하게하는데실패하였을가 능성이높다.

과학사적으로살펴볼때에도일정성분비의규칙성 을발견한프루스트보다시대적으로 나중에돌턴이 원자설로이법칙이관찰되는이유를 설명하였으므 로, ^{사고의전개 순서로 본다면 요오드화납 생성반}

응을통해반응물의질량비에대한규칙성을먼저확 인하고, ^{이러한규칙성이나타나는이유를원자설이}

라는가설로설명하는과정을거치는것이자연스러 운탐구과정일것이다.

교과서에제시된실험들의궁극적인목적은, ^학습

자의 탐구능력을신장시키고 실험결과를 통해획 득하고자하는주요한과학개념을스스로도출해보 도록하는데있다고할수있다. ^{그러나요오드화납}

생성반응을 통해 살펴본 바와 같이, ^{실험의 내용이}

학습자의이해수준에적합하지않을경우에는이러 한실험의도입은오히려교육적측면에서볼때긍 정적인면보다는부정적인효과가더클것이다. ^따

라서반응물의결합질량비의규칙성을찾아낸일정 성분비의법칙을학생들이실험을통해스스로획득 하기위해서는보다근본적인실험내용의재구성이 필요하다고본다.

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