끓음에 대한 교과서 설명과 실험 관찰 간 불일치 상황의 실증적 고찰
Empirical Investigation on Discrepancy of Textbook Explanations and Experimental Observations on Boiling
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초록
끓는점 측정 실험은 우리나라 7차 교육과정부터 현재까지 빠짐없이 포함된 탐구 활동으로서 그 중요성이 인정되지만, 실제 실험 관찰에서는 교과서의 설명과 다른 여러 불일치 상황이 발생한다. 이에 본 연구에서는 ‘끓음’과 관련된 ‘기포’와 ‘가열 곡선’에 대한 교과서 설명을 분석하고, 실제 탐구에서 나타나는 관찰과의 불일치 상황을 확인하였다. 이를 실증적, 이론적으로 고찰하기 위하여 선행 연구를 통해 도출한 실험 방법으로 ‘끓음’ 탐구를 진행하였으며, 문헌 연구와 연구자 간 논의를 거쳐 불일치 상황이 발생하는 원인을 논의하고자 하였다. 연구 결과, 끓는점보다 훨씬 낮은 온도에서 기포가 발생하는 불일치 상황을 확인하고, 이를 물의 온도가 높아지면서 물에 녹아있던 공기의 용해도가 감소하기 때문에 발생하는 기포로 해석할 수 있었다. 또 가열 곡선에서 온도가 일정하게 유지되는 구간의 전과 후에 완만하고 연속적으로 기울기가 변하는 불일치 상황을 확인하였다. 이는 끓는점에 도달하기 전에 끓음 현상이 일어나 가해준 열이 물의 온도 변화와 상태 변화에 동시에 쓰였기 때문으로 해석하고, 이와 관련하여 끓는점에 도달하기 이전의 기포 관찰, 가열 곡선의 미분값 감소, 끓는점 구간 이후 기울기의 완만한 증가의 3가지 측면에서 논의하였다. 본 연구는 지도서나 참고 자료에 활용되어 이러한 불일치 상황에 대한 설명이 부족하여 겪었던 교사들의 실험 수업 지도 시 어려움을 해소하고 탐구지도 역량을 키워줄 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
The boiling point measurement experiment is a vital inquiry activity consistently included in South Korea's 7th educational curriculum, but various discrepancies arise in experimental observations compared to textbook explanations. Therefore, in this study, we analyzed textbook explanations related to 'boiling,' specifically focusing on 'bubbles' and 'heating curves,' and identified discrepancies with experimental observations. To empirically and theoretically investigate this, we conducted a 'boiling' inquiry using experimental methods derived from previous research. Through literature review and discussions among researchers, we aimed to discuss the causes of these discrepancies. The research results confirmed a situation where bubbles occurred at a much lower temperature than the boiling point. This phenomenon was interpreted as the formation of bubbles due to decrease solubility of air in water as the temperature increased. Additionally, we observed a discrepancy in the heating curve where the slope changed gradually and continuously before and after a certain temperature range with a constant temperature. This was explained by the occurrence of boiling before reaching the boiling point, where the applied heat was used for both raising temperature and changing the water’s state. In relation to this, we discussed three aspects: observations of bubbles before reaching the boiling point, the decrease in the derivative values of the heating curve, and the gradual increase in slope after the boiling point range. This study is expected to be utilized in textbooks or reference materials to resolve difficulties for teachers who have faced challenges due to insufficient explanations of these discrepancies. It also has the potential for enhancing instructional competence in guiding inquiries.
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