금속 결합을 표현한 전자 바다 모델의 이그노런스 분석 및 현직 화학 교사와 고등학생의 인식 조사
An Analysis of the Ignorance in the Electron Sea Model for Metallic Bonding and a Study on the Perceptions of In-service Chemistry Teachers and High School Students
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초록
이 연구는 금속 결합의 성질을 설명하기 위한 대표 모델인 전자 바다 모델의 지식과 이그노런스를 분석하고, 이에 대한현직 화학 교사와 고등학생의 인식 수준을 파악하고 비교하고자 하였다. 고등학교 화학Ⅰ 교과서에 제시된 전자 바다 모델을 분석한 결과, 전자의 입자성은 반영되어 있으나 파동성과 전하 간 상호작용 생략과 같은 모델의 이그노런스는 명시적으로 설명되어 있지 않았다. 이러한 분석을 바탕으로 현직 화학 교사 및 고등학생들을 대상으로 금속 결합의 성질을 설명하기 위한 모델을 표현하도록 하고, 그 모델과 설명 방식을 분석하였다. 분석 기준은 모델의 지식(입자성, 파동성)과 이그노런스(전하 간 상호작용)를인식했는지를 기준으로 5단계 수준으로 구분하였다. 연구 결과, 현직 화학 교사들은 다양한 인식 수준을 보였다. 8명 중 6명이 전자의 입자성만을 인식하는 2수준에 해당하였으며, 1명이 입자성과 파동성을 모두 인식하는 3수준, 1명이 모델의 지식과 이그노런스를 모두 인식하여 대안 모델까지 제시하는 5수준에 해당하였다. 고등학생들의 경우, 8명 중 7명이 2수준에 해당하였으며, 1 명이 3수준에 해당하였다. 대부분의 학생들은 전자의 파동성과 이그노런스를 인식하지 못하였으며, 이온 결합, 공유 결합, 보어의 원자 모델 등을 혼합한 모델을 표현하였다. 이러한 결과는 교사와 학생 모두에게서 전자 바다 모델에 대한 완전한 이해가 부족함을 시사한다. 특히 교사들조차 대부분 입자성 중심의 이해에 머물러 있다는 점은 주목할 만하다. 이는 교육과정 및 교과서에서 모델의 파동성과 이그노런스가 충분히 다뤄지지 않는 것과 관련이 있을 수 있다. 따라서 향후 연구에서는 전자의 파동성을 포함한 금속 결합 모델의 이그노런스를 교육과정과 교사 교육에 어떻게 효과적으로 반영할 수 있는지에 대한 체계적 탐색이 필요하다.
Abstract
This study aimed to analyze the knowledge and ignorance of the electron sea model, a representative model used to explain the properties of metallic bonding, and to investigate and compare the perception levels of in-service chemistry teachers and high school students regarding this model. An analysis of the electron sea model presented in high school Chemistry I textbooks revealed that while the particle nature of electrons is reflected, the model's ignorance, such as the wave nature of electrons and the omission of electrostatic interactions between charges, is not explicitly explained. Based on this analysis, in-service chemistry teachers and high school students were asked to express models to explain the properties of metallic bonding, and their models and explanations were analyzed. The analysis criteria were categorized into five levels based on whether participants recognized the model's knowledge (particle nature and wave nature) and ignorance (electrostatic interactions between charges). The research results showed that in-service chemistry teachers demonstrated varying levels of recognition. Among the 8 teachers, 6 corresponded to level 2, recognizing only the particle nature of electrons, 1 teacher corresponded to level 3, recognizing both particle and wave nature, and 1 teacher corresponded to level 5, recognizing both the model's knowledge and ignorance and even proposing alternative models. For high school students, 7 out of 8 students corresponded to level 2, and 1 student corresponded to level 3. Most students did not recognize the wave nature of electrons and ignorance, and expressed models that mixed ionic bonding, covalent bonding, and Bohr's atomic model. These results suggest that both teachers and students lack complete understanding of the electron sea model. It is particularly noteworthy that even most teachers remain at a particle-centered understanding. This may be related to the insufficient treatment of the model's wave nature and ignorance in curricula and textbooks. Therefore, future research requires systematic exploration of how to effectively incorporate the ignorance of metallic bonding models, including the wave nature of electrons, into curricula and teacher education.