Printed in the Republic of Korea
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Small Scale Chemistry에 대한 과학 교사들의 인식
김현경*·최병순†
한성과학고등학교
†한국교원대학교화학교육과
(2004. 4. 17 접수)
Science Teachers’ Perceptions on the Small Scale Chemistry
Hyun-Kyung Kim
*and Byung-Soon Choi
†Hansung Science High School, Seoul 120-080, Korea
†Department of Chemistry Education, Korea National University of Education, Chungbuk 363-791, Korea (Received April 17, 2004)
요 약. 이연구에서는 Small Scale Chemistry(SSC)를이용한화학학습프로그램을과학교사들에게연수 한후, 그에관한교사들의인식을조사하였다. 대부분의과학교사들은 SSC 실험을연수과정에서처음접
했으며, SSC 실험연수가매우유익하고, 유용하다고생각하였다. 그들은 SSC가플라스틱소재로된간편한
기구를이용하기때문에개인소지가가능하여실험과이론을병행하는수업이가능한장점이있으며, 무엇보 다도학생들의흥미를유발하는데효과적이라고생각하였다. 또한 SSC 실험을이용하면학생들이개별적으로 다양한실험을할수있으며학생들의창의력, 탐구력, 문제해결력, 직관력등을향상시킬수있다고생각하
였다. 대부분의교사들은 SSC 실험을현장에곧장투입하는것이가능하다고응답했으나, 참고자료나실험
키트의구입, 교사의경험부족과인식부족등을문제점으로지적하여 SSC의현장적용을위해서는자료개발 및실험기구의제작, 보급과함께교사연수가확대되어야함을제기하였다.
주제어: 스몰스케일화학, 과학교사들의인식, 교사연수
ABSTRACT. In this study, the Korean science teachers’ perceptions on teaching-learning materials using the Small Scale Chemistry (SSC) were identified through a questionnaire. Majority of science teachers come in contact with SSC from inservice training for the first time, they thought that the SSC inservice training is very profitable and useful. By using convenient equipment made of plastic, students can carry personally which makes teaching and doing experiment at the same time possible, and science teachers thought that most of all is effective to induce the interests of students than traditional methods. Also they thought students can take a various and individual experiment accurately, improving their creativity, spirit of inquiry, ability to solve problems, inducing the curiosity and intuitive knowledge. Majority of teachers respond that it’s possible to carry out the SSC experiment in class, promptly. But they raised several points that the lack of experience and perception of teachers on SSC experiment, preparing and purchasing SSC experiment facilities and materials. So they suggested that the alternative SSC experiment program has to be developed and they have to take more programs which trains the SSC program.
Keywords: Small Scale Chemistry, Science Teachers’ Perceptions, Inservice Training
서 론
과학은탐구를통하여자연현상의원리를이해하 고자하는활동이다. 따라서과학교육에서는실제적 인경험과조작이교육활동에있어서매우중요한영 역을차지한다. 과학교육에있어서경험을축적하고 현상을이해하기위해직접손으로다루어보는것은 매우중요하며, 특히화학 수업은이론과실험을통 합적으로가르치는 것이 효과적임에도불구하고 현 실적으로이론수업과실험수업을다른교실에서분 리해서수업하는 경우가더 많으며, 실제로실험위 주의수업보다는이론위주로수업하는경우가많다.
화학수업에서실험이이론수업과분리되어이루어 지는한 가지이유는기존의화학실험이규모가커 서많은공간을차지한다는것을들수있다. 또한, 위 험한시약과큰규모의실험으로인하여상해의위험 과기구 파손의문제가항상 따르고있다.1,2 이러한 제한된실험환경은 입시위주의교육과 함께화학 수업에서실험을등한시하는요인이되고있으며, 이 는결과적으로 학생들에게새로운 개념을효과적으 로이해시키거나 능동적으로문제를발견하고 해결 하는능력을길러주는데장애요인으로작용하고있다.
UNESCO와 IUPAC에서는이러한기존화학교육의
문제점을해결하기 위한하나의방안으로 1997년부
터 'Microchemistry program'을 추진하여 Small Scale
Chemistry (SSC)의국제적인보급에노력하고있다.1,3,4
SSC의아이디어는미국콜로라도주립대학화학과에
재직하고있는 Thompson 교수에의해 1972년에시작
되었으며, 약 30년동안연구와검증이이루어진결 과이다.5,6지난 15년동안에는콜로라도주립대학, 펜 실바니아주립대학, 오레곤주립대학등에서매년약
3,000명의학생이 1학년화학프로그램으로 SSC를이
수하여왔다.7 SSC는아주적은양의화학물질, 적은
양을용이하게취급할수있는기구와기기, 특히임 상화학이나생화학및유전공학등의분야에서사 용하기위해개발된플라스틱소재로된기구를활용 하는것에기초를둔다.5 SSC는전통적인실험방법 에비하여 경제성, 안전성, 환경적인 측면에서 많은 장점을가지고있으면서장비들은값이싸고쉽게구 입할수있기때문에, 기존의실험을대체할수있는
방안으로주목을받고있다.8 특히 1997년 UNESCO
와 IUPAC에서는저가의실험장비를사용하는 SSC
키트의개발및보급에노력한결과 2002년약 40여
개국에서 이를적극적으로 받아들여 화학교육의활
성화를도모하고있다.4,9,10
SSC는기기나기구자체뿐만아니라실험과정자
체가수업참여자에게큰친밀감을주도록설계되어
있다. 그리고이런과정에서 SSC 시스템은학생들에
게 단순한실험 접근방법보다는창의력, 문제 해결 력을크게신장시킬수있는교육환경을제공한다.8
또한실험을하면서나타나는흥미로운부가실험은 자연스럽게학생들의학습동기를자극하여심화탐 구학습으로유도하기때문에자기주도적학습을통 한자연스러운탐구력신장과영재성개발효과를기
대할수도있다. SSC의이러한장점을활용하여가능
한범위내에서중등학교에서의화학실험을 SSC로 대체하고자하는시도는매우의미있는일이다. 따라 서 이 연구에서는그 가능성을 타진하기 위한 사전
작업으로 SSC 교수-학습프로그램11을과학실험연
수과정에있는교사들에게적용하여 SSC에대한과 학교사들의인식을조사하고, 이에바탕을두고화학 교육현장에서 SSC의활용가능성을탐색해보았다.
연구 방법
연구대상. SSC 실험연수에참여한교사들은서울
특별시중부교육청에서주관한 2003년도영재교육직 무연수의중등과학교사 20명, 서울특별시교육과학 연구원에서주관한 2003년도실험연수를수행한중 등과학교사 20명, 서울특별시남부교육청에서주관
한 2004년도영재교육직무연수를수행한중등과학
교사 20명, 인천광역시교육청에서주관한 2003년도 영재교육연수의중등과학교사 20명이었다. 이들 80
명의교사중설문에응답한교사가남자교사는 20명,
여교사는 47명으로, 총 67명의응답결과로부터 SSC
실험에대한과학교사들의인식을분석하였다. Table 1
에응답자의배경을나타내었다.
연수실험내용의구성. 연수주제로선정된 3가지 실험의내용은다음과같이구성되어있다.
용액속의반응들
‘용액 속의반응들’ 실험에서는시험관대신 새로
운형태의반응판(reaction sheet)과마이크로뷰렛을이
용하여실험하였다. 14종의시약을마이크로뷰렛5,8에 담고반응판 위의흰색과 검은색사이에한 방울씩
떨어뜨려가로에적힌시료와세로에적힌시료를반 응시킨다. 91가지의화학반응을반응판위에서한눈 에관찰할수있으며, 그결과를분석하고비교할수
있다(Fig. 1). 이때용액한방울은표면장력에의하
여반구형으로되므로마치렌즈와같은효과를나타 내어반응결과를자세히관찰할수있다.5,11또한오 랜시간동안관찰해야하는실험, 한예로결정을석 출시키는 실험도반응용액이소량이므로 관찰 시간 이절약될수있으며, 매우적은양의용액을사용하 여실험폐수가최소화되므로환경오염을최소화할
수 있다(Fig. 1). 이러한화학반응을통하여앙금생
성반응, 간단한산염기반응, 산화환원반응, 착물
화학반응등의 4가지범주를한꺼번에경험할수있 는장점이있다. 또한미지시료를알아맞히는게임을 통해서학생들의다양한능력을발견할수있으며, 함
양시킬수있다. 기존실험의경우 SSC 실험에서처럼
다양한시료를이용하여앙금생성반응을조사할수 없어서극히제한된시약으로실험함으로써, 학생들 이앙금의종류가다양하다는것을인식하는데한계 가 있다. 또한기존 실험은앙금이생성되는지여부 를 확인하는 정도로만그치는 경우가 많았다. 특히
SSC 실험을이용하여앙금생성 반응을학생들스스
로경험하고정리할수있게하여, 이를통해미지시 료를찾게하는실험은다양한가능성을제시해주고 수행하게할수있어교육적효과가매우크다.
산과염기의반응
SSC 실험에서산염기반응은 96-홈 판이나 12 웰
스트립(well strip)5,8등을이용하여 pH 1부터 14까지 의용액을만들수있다. 이들용액에다양한지시약 을한 방울씩가하면서색이변하는것을관찰할수 있다. 기존실험의경우, 많은기구가필요하고오차 가 있어서간단한 시범실험 정도로그치는경우가 많다. 특히정량분석을할때는시간이많이걸려서
제대로실험하고있지않은실정이다. 그러나 SSC 실
험에서는 pH 1부터 14 까지연속적으로희석할때에
많은기구와시간이필요치않으며, pH 에따라다양
한지시약색깔을비교하는비색법을사용하여미지 시료의 pH를결정할수있다. 또한마이크로뷰렛에 시료를담은후하이-테크닉을구사한후 일정한한 방울씩정밀한저울로질량을측정하면농도도정량
적으로비교확인할수있다(Fig. 2).
산성비
페트리디쉬안에 NOx와 SOx가 생성되도록한 후 한방울의산화제, 환원제가서로만나서즉각적인반
응이 일어나는 것을 Starch/KI 지시약으로 관찰하였
Fig. 1. Chemical reactions on the plastic reaction sheet.
Table 1. Major and teaching experience of science teachers participated in the survey Major0
Teaching experience (years) Physics Chemistry Biology Earth Science Others* Total less than 5
Over 5-less than 10 Over 10-less than 20 more than 20 Total
3 4 2 2 1 12
2 0 8 1 0 11
9 2 13 4 1 29
2 3 6 2 2 15
16 9 29 9 4 67
*commom science
다.5,11 NOx가생성되게하기위해, 페트리접시에물
과지시약을떨어뜨린후 접시중앙에 0.5 M KNO2
한방울을떨어뜨리고 2 M H2SO4 두방울을가하여
NOx를생성시킨다.12이와같이생성된 NOx의영향으 로주변의지시약색깔이변화하는것을관찰함으로 써오염정도를알아낼수있으며, 배기가스에서 발 생하는 NOx를 실제로페트리디쉬안에서생성시켜 이러한오염원이영향을미치는것을확인할수있다.
또한 0.5 M Na2SO3 한방울을떨어뜨리고 2 M H2SO4
두방울을가해서 SO2 (g)를발생시켜같은방법으로 실험할수있다.12이처럼산성비의오염원을직접합 성해보고 이로인한 산을중화시키기 위해서시약 한방울로 Fig. 3의 (b)에서보여주는 small scale 기 구를이용하여기체확산이일어나는원리와이유도
연구할수있다(Fig. 3).5,11,12이러한산성비실험은기
존실험방법이나교과서에서는단순히빗물시료의
pH를측정하는것만교과서지문안에다루어졌다.13
이때생성된 NOx와 SOx가비록한방울의시약이라
도 산은부식성이며 아황산염은 알레르기성반응을 초래할수있으므로 다룰때주의해야 한다. 그러나
SSC 실험에서는이들이소량발생되므로이들의독
성이별 문제가되지 않기때문에 large scale에서는
불가능한실험이가능한큰장점이있는것이다.14
설문지개발.이연구에서는 SSC에대한과학교사 들의인식을조사하기위하여질문지를개발하였다.
이질문지는총 12개문항으로다지선택, 자유응답 의형태로구성되었다.11이질문지는 SSC 실험연수 에대한과학교사들의인식, SSC 실험에대한과학교
사들의인식, 그리고 SSC 실험의적용 방안에대한
인식을묻는항목을포함하고 있다. 특히 SSC 실험
연수에대한 과학교사들의인식을조사하는 문항에 서는다지선택으로질문지를구성하였으며, SSC 실 험에대한과학교사들의인식과 SSC 실험의적용방 안에대한인식을묻는항목은긍정적인측면과부정 적인측면에서의자유응답의형태로질문지를구성 하였다. 질문지의타당도를높이기위하여동료교사
3인의검토를거쳤으며, 검토 의견에따라 질문지를
수정보완한후사용하였다.
결과 및 논의
SSC실험연수에대한과학교사들의인식. SSC 실
험 연수에대한 과학교사들의인식을조사한결과, SSC 실험연수를이전에접해본적이있다고응답한
교사가 10.4%인반면에접해본적이전혀없이처음
이라는응답자가 86.6 % 이었고나머지 3%는무응답
자 였다. 또한응답하지않은 한명의교사를제외하
고모든교사들이이번 SSC 실험연수가유익했다고
Fig. 2. pH measurement with indicator color probes in 96- well plate (a), and calibration of microburet (b).
Fig. 3. Acid rain experiment (a) and experiment equipment for gas diffusion (b).
응답하여 SSC에대하여매우긍정적인반응을보였
다. 네시간에걸쳐서받은 SSC 연수에대해시간이
적당하다는응답이 49.2%, 부족하다는응답은 40.3%
였다. SSC 연수의수준은보통이다가 52.2% 이었고
높다가 38.8%였다. 이번에받은 SSC 실험연수에대
한유용성을묻는설문에는매우유익하거나유용하
다가 98.6%로 교사들이 SSC 연수를 매우유용하게
인식하고있음을알수있었다(Table 2).
SSC실험에대한과학교사들의인식. SSC 실험에
대한교사들의의견을묻는설문조사결과는Table 3
에정리하였다.
SSC 실험이기존의실험형태보다학생들탐구력신 장에더기여할수있을것이라고생각하는응답자가
91.0% 이었는데그이유는흥미유발, 개별실험이가
능하여능동적으로실험에참여하고정확한실험결 과를얻을수있기때문이라고응답하였다. 또한 3%
의부정적인응답과 6%의기타의견으로제시된내 용은실험이간편하여 결과 해석에더 많은 시간을 투자할수 있으며, 다양한새로운상황에적용할수 있고, 생각할수있는기회가있다는점이었다. 일부
교사들은 SSC 실험이시범수업이나, 과학완구를이
용한수업처럼느껴진다는응답을하였고, 실험실이 아닌어느공간에서나하기쉽다는장점을언급하였다.
또한연수받은 SSC를이용하면이론과실험을병 행해서수업을진행할수있다고생각하는가에대한 질문에대해서긍정적으로응답한교사가 86.6%이었 는데, 그이유는무엇보다도 SSC가비교적시간이적 게걸리므로가르치고자하는개념을실험결과와관 련지어같은시간에통합적으로가르칠수있기때문 이라고응답하였다. 그 외 7.4%의 다른의견으로는 실험기구의휴대가간편하여교실수업이가능한것 도 이유로 응답하였다. 그러나 부정적으로 응답한
6.0%의 교사는그 이유로시간부족, 학생마다 실험
수행능력및이해정도가달라적용이어려울것이란 점을지적하였다. 그러나이러한응답은 SSC 문제라 기보다는수준별수업과관련된문제라고여겨진다.
특히이번연수중에서 SSC를이용한앙금생성반 응실험에서미지시료알아맞히는문제를수행평가 에 활용해도 된다고생각하느냐는질문에는 선행학 습이도움이되지않는평가문제로매우좋은평가
가될수있다고응답했다. SSC 실험을이용한앙금
생성반응실험에서미지시료알아맞히는문제는학 생들의분석력, 추리력, 관찰력, 사고력, 집중력을향 상시킬수있다고응답하였다. 그러나과학실력이우 수한학생에게도움이될수 있는영재교육프로그 램으로는적합하나보통학생들에게는어려울수있 다는응답도있었다. 무엇보다도기존의교과서실험 을통해학생들이갖기쉬운선입관, 즉앙금이 10 여 가지라는생각의틀을깰 수있으며, 학생들이 이온 의반응으로인한다양한화학반응을경험하여호기 심을유발할수 있으며, 미지시료를찾는방법이다 양하기때문에창의력향상을기대할수있겠다고응 답하였다.
Table 2. Distribution of science teachers responded in INSET* on SSC Numbers (%) Label of response000
Questionaire Highly agree Agree Neutral Disagree No response
1. This is the first time to join in INSET on SSC. 53(79.1) 5(7.5) 0(0) 7(10.4) 2(3.0)
2. INSET on SSC was profitable. 46(68.7) 20(29.8) 0(0) 0(0) 1(1.5)
3. Time allocated to INSET on SSC was enough. 1(1.5) 5(7.5) 33(49.2) 27(40.3) 1(1.5)
4. Level of INSET on SSC was high. 4(6.0) 26(38.8) 35(52.2) 1(1.5) 1(1.5)
5. INSET on SSC was useful. 33(49.3) 33(49.3) 0(0) 0(0) 1(1.5)
*Inservice Training
Table 3. Science teachers’ perception on SSC Numbers (%) Label of response
Questionaire Agree Disagree Others
1. SSC can contribute more to the improvement of students' inquiry ability than traditional experiment can.
61(91.0) 2(3.0) 4(6.0) 2. SSC makes it possible for the
students to learn concepts based on the results of experi- ment.
58(86.6) 4(6.0) 5(7.4) 3. Accomplishment in the identi-
fication of the unknown in ionic reactions can be used in performance assessment.
61(91.0) 3(4.5) 3(4.5)
SSC 실험의적용방안에대한인식.과학교사들이
SSC 실험을좋거나유용하다고생각하는것이현장 화학교육에적용하겠다는것을 보장해주지는않는
다. 따라서 SSC 실험이현장화학교육에서적용가
능한가에대한교사들의생각은중요하다. 이를Table
4에정리하였다.
SSC 실험을학교화학수업에적용하는방안과관
련한설문에서, 74.6%의교사들은 SSC 실험연수내
용을현장에곧장 투입할수있다고생각하였다. 그
이유는 SSC 실험이눈으로직접확인하기에용이하
고, 실험결과가명확하며, 실험기재가키트로만들어 져있어서학교에서바로구입할수있으므로재정적 인문제만 해결된다면현장에 곧장투입할수 있을 것이라고생각했다. 그러나부정적인응답을한교사
들(19.4%)은그이유로많은선생님들이 SSC에대한
이해가부족하며, 키트구입이용이하지않을것이란 점을언급하였다. 또한중학교과정에서는학생들의 능력에비해어려울것같다는지적이있었다. 그외
에도(6%) 과학교사의인식부족및현재와같은 large
scale의실험이필요하다는점등을지적하였다.
한편, 교과서의실험을 SSC로전환시킬수있는환 경이조성된다면 실험을바꾸어서 하겠다고 응답한
경우가 89.6% 이었는데, 그 이유로교사들은 SSC가
개별학생수준에맞는교수가가능하여, 학생들이과 학을좋아할수있는좋은자료인것같고, 모든학생 이참여할수있기때문이라고응답했다. 또한, 환경 오염의최소화, 실험시간단축, 비용절감효과가있
다고응답했다. 부정적인 응답은 3.0%로, 그 이유가
학교실험실부족이라고답하였는데이는 SSC 실험
이 교실에서도가능하다는 장점이제대로인식되지
못한데서나온것이라고생각된다. 그외 7.4%는응
답하지않은것으로보아좀더생각해볼필요가있 는것으로보기때문인것같다.
앞으로개정될교육과정에따른교과서에서는실험 이가능하다면 SSC 실험으로대체되는것이좋다고 생각하는가에대해서는 85.1%가긍정적으로응답하 였는데그이유로는환경교육과탐구식실험교육이
중요하기때문이다. 부정적인응답은 10.5%로그이
유로소량의실험으로인해농도가미세하게변해도
large scale에있어서보이지않는극미한변화를초래
할 수 있으므로문제가될 것 같고 large scale이 더
효과적인 경우도있을 것이라고 했다. 또한 기타의
4.4%는일반실험기구의다양한사용도필요하고실
험에따라적절히병행하여사용해야하며기존실험 과 SSC를병행하여실험을할 수있도록자료개발 이필요하다고응답했다.
SSC 실험연수를더확장해서실시할필요가있다
고생각하는가에대해서는 91.0%가긍정적으로답했 는데그이유로는다양한실험방법을습득해야하고 홍보가필요하다는것이었다. 학습자의탐구능력향 상에도움을주기때문에, 우리나라에 SSC가아직소 개가 덜되어 많이 소개할필요가있기 때문이라는
응답도있었다. SSC 실험은학생들에게다양한방법
의새로운실험수행능력을배양시키는데적절하다 고생각되지만, 이에대한교사들의이해가충분치못 한것이현실이므로앞으로 SSC 실험에대한체계적
인 연수를통해서 SSC 내용뿐만아니라, 그 정신과
철학도좀더심도있게다루는연수가필요하다고사 료된다.
결론 및 제언
SSC는학생들이친밀감을가지고접근할수있는
혁신적이고새로운교육방법이면서경제적이나환경 적으로도 그 효과가분명한점 등에서많은 장점을 가지고있다. 그런점에서 SSC를학교화학수업에활 용했을때의장단점을예상해보고, 그 적용가능성 을 탐색해보는 것은의미있는일이다. 이 연구에서 는중등학교과학교사들을 대상으로 SSC에관한연 수를실시하면서 SSC에대한인식을조사하였다.
대부분의과학교사들은 SSC 실험을연수과정에
Table 4. Science teachers’ recognition on the implementation of SSC in chemistry Numbers (%) Content Positive Negative Others 1. I can use SSC in chemistry
teaching right away. 50(74.6) 13(19.4) 4(6) 2. I'd like to transform the tra-
ditional experiment in text- book into SSC experiment if it is possible.
60(89.6) 2(3.0) 5(7.4) 3. SSC experiment should be
included in hewly revised
chemistry textbook 57(85.1) 7(10.5) 3(4.4) 4. INSET on SSC should be
expanded. 61(91.0) 2(3.0) 4(6.0)
서처음접했으며, SSC 실험연수가매우유익하고,
유용하다고생각하였다. 반이상의교사들은연수시
간이 SSC 실험을이해하기에적절하다고응답한반
면에나머지교사들은적다고응답하여 SSC 실험에
대한교사들의관심을알수있었다. 또한반정도의 교사들은연수 수준이적당하다고 생각하였으나나 머지교사들은 어려웠다고응답하여 교사들의 요구 에맞춰 연수의수준을 조정할필요성이 있음을알 수있었다.
SSC 실험에대한교사들의인식을보면 SSC가기
존의실험형태보다학생들의탐구력신장에더기여 할수있다고생각하며, 학생들의분석력, 논리력, 추 리력및직관력을키우기에적절한활동이라고생각 하였다. 또한 SSC를이용하면이론과실험을병행해 서수업을진행할수있어과학에대한학생들의흥
미를높일수 있으며, 학생들로 하여금 SSC 실험을
자주적이고창의적으로전개하도록조장함으로써잠 재되어있는그들의창의력및문제해결력을신장시 킬수있다고교사들은인식하고있었다.
SSC 실험의적용방안과관련하여그들은 SSC 실
험을현장에곧장투입할수있겠지만좀더자세하고 많은자료들이개발되어야한다고생각했다. 대부분 의과학교사들은교과서의실험을 SSC로전환시킬 수있는환경이조성된다면실험을바꾸어서하겠다 고응답했으며, 이때가장어려운점은개발된참고 자료가없는점과실험기구를수입물품에의존해야 하는문제를지적했다. 따라서 SSC를현장에적용하
기위해서는자료개발및실험기구의제작, 보급과 함께교사연수가확대될필요가있다하겠다.
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