과학교육 연구대회 연구보고서

흥미유발을 위해 꽃잎 시험지를 활용한

산성과 염기성을 쉽게 분류하는 방법

2001. 8

서울동자초등학교

교 사  정 임 숙

차    례

Ⅰ. 연구의 필요성	1

Ⅱ. 연구의 목적	2

Ⅲ. 연구의 대상 및 관련 단원	2

Ｅ. 연구 대상	2

Ｆ. 관련 단원	2

Ⅳ. 연구의 기간 및 연구 절차	2

Ｅ. 연구의 기간	2

Ｆ. 연구의 절차	2

Ⅴ. 연구의 내용	3

Ｅ. 연구의 실제	3

Ｆ. 교수-학습의 실제	13

Ⅵ. 현장 적용 효과	14

Ⅶ. 결론 및 제언	14

※참고 문헌	15

Ⅰ. 연구의 필요성

미래 사회를 대비한 과학교육은 경험을 통한 학습 방법으로서 과학적 방법의 터득과 과학적 사고력 및 창의적 문제 해결력, 과학하는 바른 태도함양에 그 목적을 두어야 한다. 이에 따른 새로운 교육 개혁의 일환으로 이루어진 제 7차 초등학교 교육과정 과학과에서는 자연 현상과 사물에 대한 흥미와 호기심을 바탕으로 한 탐구 활동을 통하여  과학의 기본 개념을 유기적이고 통합적으로 이해하도록 하고, 특히 21세기 사회가 요구하는 창의성, 개방성, 객관성, 합리성 등을 기르는데 중점을 두는 것으로 되어 있다.

현행 6차 교육과정에서 산과 염기 단원은 제 7차 교육과정에서도 5학년에서 다루도록 되어있다. 우리 주위의 여러 가지 용액을 조사해 보고 지시약을 이용하여 산성과 염기성으로 구별하여 봄으로써 용액에 대한 흥미와 관심을 가지게 하고 있다. 리트머스종이를 사용하고 자주색 양배추로 지시약을 만들어 보는 과정 등은 학생들에게 흥미를 불러일으키기에 충분하다.

그러나 리트머스 시험지 사용시에는 산성이나 염기성중 어느 한쪽에서만 반응을 보여 푸른색, 붉은색 두 종류의 시험지를 번갈아가며 사용하는 도중에 학생들이 혼란을 일으켜 개념 정리가 잘 안 되는 경우가 많다. 페놀프탈레인 용액도 염기성에서만 반응을 하며 자주색 양배추로 지시약을 만드는 과정에서는  알코올 램프로 가열하고 식히는 과정이 번거로울 뿐만 아니라 위험이 따르기도 한다.  또한 양배추 용액을 오래 보관 할 수 없고 다른 꽃 즙을 사용하기도 하지만 역시 보관상의 문제나 다양한 활동을 기대하기는 어렵다.

본 연구자는 이런 점을 생각해 볼 때 좀더 간편한 방법으로 꽃잎이나 채소 등을 이용한 여러 가지 시험지를 만들어 리트머스 시험지 대신 한눈에 알아볼 수 있는 반응 실험을 할 수 있다면 산성과 염기의 성질에 대한 이해를 심화하고 확실한 개념을 형성하게 될 것이라고 생각되었다. 시험지는 우리 주변에서 볼 수 있는 계절에 맞는 꽃이나 채소의 열매, 뿌리 등 자연물을 이용할 수 있고,  여러 종류의 종이나 헝겊으로 크기도 다양하게 만들 수 있으므로 경제적이고 흥미로울 수 있다.  아울러 생활 주변에서 구할 수 있는 학습자료를 통해 자기주도적 학습방법을 배우고  탐구하는 과정을 통해 발견하는 기쁨을 누리고 과학하는 태도를 익힐 수 있으리라는 기대를 하여 본 연구에 착수하게 되었다.

Ⅱ. 연구의 목적

본 연구에서는 현행 5학년 2학기 1단원 □산성과  염기성의 성질□에 대한 이해와 흥미를 높이고자, 계절에 따라 쉽게 구할 수 있는 주변의 식물을 이용하여 다양한 시험지를 만들어 한 눈에 쉽게 그 반응을 보게 하여  □산성과  염기성의 성질□을 쉽게 분류하고 이해하게 하는데 그 목적이 있다.

그 구체적인 목표는 다음과 같다.

첫째, 산과 염기의 성질을 쉽게 이해시킬 수 있는 방법을 구안하고,

둘째, 계절에 따라 쉽게 구할 수 있는 식물을 선정하여 한눈에 쉽게 알아볼 수 있는 리트머스 대용 시험지를 만들어보게 하며,

셋째, 다양한 놀이와 체험학습을 통하여 즐거움을 느끼고, 생활주변에서 접하는 산과 염기에 대한 개념 형성의 효과를 높인다.

Ⅲ. 연구의 대상 및 관련 단원

Ｅ. 연구 대상

서울동자초등학교 제 5학년 6반 40명

Ｆ. 관련 단원

현행 제 6 차 교육과정	제 7 차 교육과정
가. 학년: 5학년 2학기 나. 단원: 1. 산과 염기	가. 학년: 5학년 2학기 나. 주제: 용액의 성질 알아보기

Ⅳ. 연구의 기간 및 연구 절차

Ｅ. 연구의 기간

2001년 4월∼2001년 8월

Ｆ. 연구의 절차

구분	절차	기간
계획	교과서 내용 중 문제 단원 추출	2001. 4. 1∼ 2001. 4. 10
	문헌 연구 및 분석	2001. 4. 10∼ 2001. 8. 18
연구추진	새로운 실험방법 및 자연물 선정 구상	2001. 4. 10∼ 2001. 5. 10
	실험 방법 개발 및 적용	2001. 5 10∼ 2001. 7. 20
정리	결과 분석	2001. 7. 20∼ 2001. 8. 10
	보고서 작성	2001. 8. 10∼ 2001. 8. 19

Ⅴ. 연구의 내용

Ｅ. 연구의 실제

산성용액과 염기성 용액을 구별할 수 있는 개념의 이해를 돕기 위하여 다음과 같은 관점에 의하여 자료를 개선한다.

1. 개념을 쉽고 재미있게 체득할 수 있도록 한다.

2. 간단하고 안전하게 사용할 수 있도록 한다.

3. 다양한 방법으로 창의적인 활동이 되도록 한다.

4. 보관이 영구적이 되도록 한다.

5. 필요에 따라 손쉽게 사용할 수 있어 아동의 의문과 흥미를 지속적으로 유발하도록 한다.

1.  꽃잎 시험지로 한눈에 쉽게 산성과 염기성을 분류할 수 있다.

현행 방법		개선 방안
<리트머스 종이 사용> □ 리트머스종이는 산□염기 중 한쪽에서만 반응을 보인다. □ 두 종류의 시험지를 번갈아 사용해야하므로 혼란을 일으켜 개념 정리가 잘 안된다. □ 리트머스시험지가 오래되거나 보관이 잘못되면 반응이 잘 안 나타나는 경우가 많다. □ 다양한 반응 결과를 기대하기가 어렵다.		<꽃잎 시험지 사용> □ 시험지 한 장에 여러 종류의 산□염기의 반응을 동시에 나타낼 수 있어 쉽게 분류할 수 있다. □ 한장의 시험지를 사용하므로 혼란스럽지 않아 개념 정리가 확실히 될 수 있다. □ 즉석에서 만들어 사용하므로 확실한 반응을 볼 수 있다. □ 여러 가지 재료를 쓸 수 있기 때문에 다양한 활동을 체험 할 수 있다.
효 과	□ 시험지 한 장으로 산성과 염기성의 반응을 한 눈에 쉽게 볼 수 있어 산성과 염기성에 대한 개념 이해가 쉽다. □ 획일적인 실험에서 탈피하여 스스로 산과 염기에 대한 심화 보충학습을 할 수 있다.

-리트머스 대체 꽃잎 시험지

<산성·염기성 용액 반응>         <한 장에 여러 가지 용액 반응을 볼 수 있다>

2.  쉽게 우리 주위에서 지시약의 원료를 얼마든지 얻을 수 있다.

현재			지시약으로 활용할 수 있는 식물 <실험을 통해 확인한 예: 55종>
① 리트머스종이 ② 페놀프탈레인용액 ③ 양배추용액 ④자연물에서 사용할 수 있는 예(어떻게 사용하 는지는 미제시됨)			꽃		장미, 부용, 베고니아, 팬지, 페튜니아, 할미꽃, 나팔꽃, 도라지꽃, 칡, 달개비, 풀초롱꽃, 수국, 진달래, 철쭉, 무궁화, 모란, 자목련, 등꽃, 동백꽃, 라일락, 분꽃, 백일홍, 봉숭아, 사루비아, 맨드라미, 칸나, 글라디올라스, 메꽃 (28종)
			채소		적색양배추, 붉은 상추, 적비름, 고구마줄기, 가지(5종)
			과일		포도, 앵두, 자두, 복숭아, 체리, (5종)
			곡식		검은콩, 흑미(2종)
			기타 (염기성에서만 반응하는 것)		겨자, 카레, 녹차, 양파, 노란색 꽃인 능소화, 원추리꽃 (7종)
개선점	1. 적,청 리트머스종이를 모두 사용해야 함으로 개념이 잘 형성되지 않는다. 2. 스스로 만들어 사용하는 체험이 부족하다.		효과	1. 산성과 염기성의 반응을 한 눈에 볼 수 있어 개념 형성이 쉽게 이루어진다. 2. 계절에 상관없이 사용할 수 있다. 3. 스스로 만들어 활용할 수 있어 자기주도적학습이 이루어진다. 4. 자연에 관심을 가지고 의욕적으로 관찰 탐구하는 태도를 기를 수 있다.

3. 지시약 용액을 아주 간단하고 안전하게 만들 수 있다.

1.용액 추출하는 방법

현재 사용하고 있는 방법			새로운 방법
1. 지시약으로 사용할 재료에 물을 넣고 알코올램프에 가열한다. 2. 가열한 재료가 어느 정도 식을 떄까지 기다린다. 3. 추출한 용액을 거른다.			재료에 따라 5분∼1시간정도 알코올에 담구어 간단하게 용액을 추출한다.
개선점	1. 실험장치 꾸미기가 번거롭다. 2. 가열하고 식히는 과정이 위험하다. 3. 시간이 많이 걸린다. 4. 반응결과가 선명하지 못하다.		효 과	1. 간단하게 용액을 추출할 수 있다. 2. 용액 추출의 시간이 짧다. 3. 가열하지 않아 안전하다. 4. 산성과 염기성을 쉽게 구별할 수 있다.

2. 용액 추출하는 과정

<준비물>□붉거나 보라색인 꽃, 열매, 과일 등 모두 가능,□비커, 알코올, 핀셋

		장미꽃잎을 잘게 썰어 비커에 담고 알코올을 잠길 정도로 부어 놓는다.

		1시간 정도 지난 후 탈색된 꽃잎을 건져내고 작은 조리나 거름종이를 이용하여 거른다.

지시약		추출된 지시약으로 산성과 염기성으로 분류한다.

4. 다양한 방법으로 창의적인 활동을 할 수 있다.

1. 종이를 이용한  시험지

1) 종이의 재질에 따른 시험지

만드는 방법	종이의 재질에 따른 시험지
	종류	시험지	효과
①용액을 추출한다. ②종이를 용액 속에 넣는다. ③유리판위에 놓고 건조시킨다.	거름종이		빨리 골고루 스며들고 사용과 보관이 용이함
	화선지		거름종이와 비슷하며 얇으나 두 겹 사용시 반응결과가 좋음
	갱지		골고루 잘 스며들고 모양변형이 자유로움
	캔트지 (종합장)		두껍고 보관하기 쉬우며 가장 손쉽게 활용 가능함
	커피필터		거름종이와 비슷하며 색 반응의 결과가 좋음
□생활 주변의 여러 가지 종이를 사용하여도 산성과 염기성을 구분할 수 있는 시험지로 활용할 수 있으며 특히 아동의 종합장 용지가 빠르고 확실하게 착색되어 아동 생활과 밀접하게 관련되어 매우 효과적이다.

2) 시험지의 활용 방법

(1) 산성용액과 염기성용액의 성질을 이용한 글, 그림 그리기

<산성용액은 붉은색 반응>   <염기성용액은 녹색, 청색으로 반응>

(2) 다양한 크기와 모양의 시험지로 활용하는 방법

<아동 스스로 창의적인 모양을 만들 수 있다.>

2. 헝겊을 이용한 활용 방법

1) 만드는 방법

□종이를 이용한 시험지 만드는 방법과 동일

2) 활용 방법

활용의 예	방법	활용의 효과
<인형 옷 만들기>	①자연물을 이용하여 용액을 추출한다. ②만들고 싶은 것을 정하여 헝겊에 본을 그린다. ③본의 모양대로 오려 추출한 용액에 넣고 10분정도 둔다. ④물이 든 헝겊을 건조시킨다. ⑤여러 가지 용액을 이용하여 붓이나 소독저로 원하는 색과 모양을 그린다.	①개념 체득 자신이 원하는 색을 얻기 위하여 헝겊 시험지와 여러 용액과의 반응을 사고하는 과정에서 개념이 형성되어 산성과 염기성용액을 구분할 수 있게 된다. ②활동중심의 학습 아동 스스로 만드는 기쁨을 가질 수 있다.
<손수건 만들기>
<손가방만들기>

3. 용액을 이용하여 음료수 만들기

1) 만드는 방법

⑴ 계절에 따라 과일, 곡식을 가열하여 용액을 만든다.

⑵ 투명한 컵에 추출한 용액을 넣고 색을 관찰한다.(원래의 색)

⑶ 원하는 색(푸른색, 붉은색)을 정한다,

⑷ 산성인 레몬가루와 염기성인 식소다를 선택하여 넣는다.

⑸ 색의 변화를 다르게 할 수 있는 방법을 생각하여 각자 자유롭게 색을  변화시켜 본다.

⑹ 색의 변화에 따른 용액의 성질을 알아본다.

⑺ 원하는 색이 되었을 때 마신다.

<포도즙>	<식소다 넣은것>	<레몬가루 넣은것>

5. 간편하게 보관할 수 있고, 언제든지 사용할 수 있다.

1. 장기 보관이 필요한 이유

용액의 성질을 학습하고 난 후에 여러 가지 물질에 대하여 흥미를 가지고 그 물질의 성질을 관찰하려는 의욕이 싹트나 리트머스 종이를 이용하거나 양배추 용액을 곧바로 구할 수 없기 때문에 탐구의욕이 저하되는 경향이 많다.  따라서 장기 보관이 가능하고 액체물질뿐만 아니라 고체, 더 나아가 기체의 성질까지 성분 분석을 할 수 있는 지시약이 필요하다.

2. 장기 보관이 가능한 이유

1) 알코올에 넣어 용액을 추출하여 변질되지가 않는다.

2) 종이, 헝겊 등을 이용한 시험지로 만들어 보관이 매우 간편하다.

3. 보관하는 방법

종류	보관방법		효과
종이 및 헝겊		①시험지를 적당한 크기, 모양으로 자른다. ②종이봉투에 넣어 보관한다 ③라벨지에 용액이름, 만든 날 등을 써서 붙인다.	항상 손쉽게 액체 물질의 성질을 구분할 수 있다.
추출 용액		①페트병에 추출 용액 을 넣는다. ②페트병의 뚜껑에 구 멍을 내어 고무관을 끼우고 핀치클램프로 고 정한다. ③못이나 스탠드에 걸 어두고 사용한다.	고체 물질 및 다양한 심화·보충활동을 스스로 전개하여 학습자 중심, 활동 중심의 학습이 가능하다.
		①종류별로 추출액을 담아 둔다. ②라벨지에 용액이름, 만든 날 등을 써서 붙인다.	눈금이 있어 정량적 측정이 가능할 수 있다.

6. 심화·보충 활동을 자기주도적으로 할 수 있다.

1. 심화활동 할 수 있는 예

1) 분필의 성분 알아보기

방법	① 페트리접시에 자연물에서 추출한 용액을 넣는다. ② 용액에 흰 분필을 세워 놓고 색의 변화를 관찰한다. ③ 흰 분필의 색 변화로 분필의 성질을 안다. ④ 녹색으로 변한 분필을 말려서 산성용액에 세워 놓고 색변화를 확인한다.
변화 모습
효과	아동 주변에서 흔히 볼 수 있는 고체 물질에 대한 분석적 관찰을 하는 탐구기능을 길러 준다.

2) 가루 물질의 성분 알아보기

방법	① 비커에 자연물에서 추출한 용액을 넣는다. ② 여러 가지 가루 물질을 넣어 색변화를 확인한다. ③ 산성, 염기성 용액으로 분류한다.
변화 모습	<원래색> <쥬스가루> <세제> <탄산수소나트륨> <설탕>
효과	고체 물질에 대한 분석적 관찰을 통한 분류기능을 길러준다.

3) 그 외의 활동

① 암모니아 기체를 이용한 분수 만들기

② 비누를 이용한 얼룩 빼기

2. 보충 활동의 예

1) 비밀편지 쓰기

방법	① 흰 종이에 붓, 유리막대, 소독저로 산성 용액과 염기성 용액을 찍어서 비밀 편지를 쓴 후 말린다. ② 상대방에게 비밀편지를 전한다. ③ 스프레이 속에 지시약을 넣어 비밀 편지에 뿌린다. ④ 편지 내용을 확인한다. ⑤ 나타난 글자의 색으로 산성용액과 염기성 용액으로 구분한다.
변화 모습
효과	① 편지를 써서 주고받으며 확인하는 가운데 자연스럽게 산성용액 과 염기성용액을 구분할 수 있게 되어, 개념을 이해하고 자신의 것으로 만들 수 있어 매우 효과적이다. ② 추출 용액에 산성용액과 염기성 용액을 스포이트로 소량을 넣어 사용함으로 실험실에서 버려지는 유해 약품의 사용량을 줄일 수 있어 환경오염을 방지할 수 있다.

2) 그 외의 활동

① 추출한 지시약의 용액을 시험관이나 페트리 접시에 넣고, 산성용액과       염기성용액을 떨어뜨려 색깔의 변화를 알아본다.

② 색깔의 변화로 산성과 염기성 용액으로 분류한다.

Ｆ.  교수-학습의 실제

1) 단원 : 1. 산과 염기 (5학년 2학기)

2) 단원의 안내

이 단원에서는 우리 주위의 여러 가지 용액을 조사하여 보고, 이 용액들을 지시약을 이용하여 산성과 염기성 용액으로 구별하여 봄으로써 용액에 대한 흥미와 관심을 가지게 한다. 또, 여러 가지 예를 통하여 산과 염기가 우리 생활에 널리 이용되고 있음을 학습한다.

먼저 □산성 용액과 염기성 용액□에서는 용액을 성질에 따라 분류하여 보고, 리트머스 종이와 페놀프탈레인 용액을 이용하여 산성 용액과 염기성 용액을 분류하는 활동을 한다.

□생활속의 산과 염기□에서는 우리 생활에서 흔히 사용되는 산과 염기에 대해 알아봄으로써 산과 염기는 우리 생활과 매우 밀접한 관계가 있음을 학습한다. (서울특별시과학교육원, 초등학교 자연과 실험지도 자료 5학년 2학기, 4쪽)

3) 단원의 목표

(1) 산성과 염기성 용액의 성질을 안다.

(2) 산성과 염기성 용액을 구별할 수 있다.

(3) 산성 용액과 염기성 용액을 적당히 섞으면 중성 용액이 됨을 안다.

(4) 산과 염기가 일상 생활에 이용되는 예를 들고, 그 까닭을 설명할 수 있다.

(5) 산과 금속이 반응할 때의 변화를 안다.

(6) 시약이나 실험기구를 안전하게 취급하려는 태도를 가진다.

4) 여러 가지 식물로 만든 지시약을 이용한 학습지도 내용

(1) 수준별 학습지도

기본과정	□ 꽃잎시험지를 만들어 산성용액과 염기성용 액을 쉽게 구별하기 ♤지시약을 만들기 ♤꽃잎시험지로 여러 가지 산성과 염기성으 로 분류해 보기	보충	□ 꽃잎 시험지를 이용하여 예쁜 그림 그려 보기 ♤산과 염기의 용액 성질 알기 ♤꽃잎 시험지로 카드 만들기 □헝겊을 이용한 시험지로 용액 성질 알기
		심화	□ 분필을 이용하여 중화과정 이해하기 ♤꽃즙에 분필을 담가 중화시키는 과정 을 시각적으로 확실히 관찰하기 □ 만들어 먹는 쥬스 ♤과일즙에 산·염기 가루 넣어 관찰하기

Ⅵ. 현장 적용 효과

여러 가지 식물을 이용한 지시약을 활용하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있었다.

1. 시험지 한 장으로 산□염기에 대한 반응을 한눈에 쉽게 알아볼 수 있기 때문에 산성과 염기성에 대한 개념 이해가 쉽다.

2. 지시약 용액을 추출하는 방법이 손쉽고 간편하며 안전하다.

3 주변에서 볼 수 있는 식물을 이용하기 때문에 언제 어디에서든지 쉽게얻을 수 있다.

4. 알코올을 이용하기 때문에 보관이 반영구적이다.

5. 항상 교실에 비치할 수 있어 액체뿐만 아니라 고체, 기체 등의 성질을 알아보려는 아동의 호기심과 관심을 충족시키고, 탐구능력을 길러줄 수 있다.

6. 획일적인 실험에서 탈피하여 스스로 산과 염기에 대한 체험을 통한 심화, 보충을 할 수 있고 자기 주도적 학습을 할 수 있다.

7. 추출용액을 이용하여 학습함으로 실험실에서 폐기되는 약품을 줄일 수 있어 환경오염을 방지할 수 있다.

Ⅶ. 결론 및 제언

우리 생활과 밀접한 관계가 있는 산성과 염기성의 성질을 쉽게 분류하는 방법을 개선하여 활용한 결과 다음과 같은 긍정적인 결과를 얻을 수 있었다.

1. 활동 중심의 학습이 이루어져 효과적인 학습지도가 될 수 있다.

2. 꽃잎 시험지 한 장으로 쉽게 산성과 염기성의 용액을 분류해 낼 수 있어 학생들의 산성과 염기의 성질에 대한  확실한  개념 형성에 도움이 되었다.

3. 형식적이고 이론적인 실험 방법에서 벗어나 다양한 방법으로 흥미로운 실험을 할 수 있고 자기주도적 학습이 될 수 있다.

4. 계절과 장소에 따라 꽃이나 열매 등을 미리 확보하여 두고 쓸 수 있으므로 경제적이다.

산과 염기를 쉽게 분류하는 방법뿐만이 아니라 산과 염기의 반응을 이용하는 방법도 다양하게 연구되어 우리 실생활에 도움을 줄 수 있도록 계속 노력해야 할 것이다.

※참고 문헌

1. 교육부 6차 초등학교 교육과정 해설, 교육부, 1992

2. 초등학교 교육과정 해설, 교육과학사, 1992

3. 교육부 7차 초등학교 교육과정, 대한교과서주식회사, 1997

4. 교육부, 초등학교 교육과정 해설(Ⅳ),대한교과서주식회사, 1998

5. 서울과학교육원, 자연과 실험 지도자료 5-2, 1997

6. 초등학교 교사용 지도서 5-2, 교육부, 1997

7. 최경희, 과학 아카데미,  도서출판 동녘, 2000

8. 청소년을 위한 실험실습프로그램 Ⅰ, 한국과학문화재단, 1998

9. 재미있는 과학탐구 화학, J.P.반 클리프,미래사, 1993

10. 실험관찰대사전 화학, 삼안출판사, 1997

11. 실험관찰대사전 물리, 삼안출판사, 1997

12. 실험관찰대사전 생물, 삼안출판사, 1997

13. 과학□환경교육, 서울시교육청, 2000