1. ‘어는점 내림’ 및 관련된 현상에 대한 설문 분석 결과 1) 설문지 1번 문항, 염화칼슘을 얼음위에 뿌렸을 때 나타나는 현상에 대한 응답 분류 일반적으로 얼음의 상태 변화는 주변온도에 의해 결정된다. 즉, 주위의 온도가 어는점 이상으로 올라가면 주위의 열에너지를 흡수하여 표면부터 액화되면서 물이 된다. 염화칼슘을 빙판에 뿌리면 빙판은 영하의 날씨임에도 녹게 되는데, 이때 녹는 현상을 주도하는 것은 주변의 온도가 아니라 염화 칼슘 자체이다. 염화칼슘은 주위의 수분을 흡수하여 스스로를 녹이면서 묽은 용액이 되려는 성질인 조해성을 가지고 있다. 따라서 염화칼슘을 얼음에 뿌리면 얼음이 녹게 되고, 이 과정에서 열에너지가 주위로부터 흡수된다. 이와 같은 과정에 대해서 고등학교 화학 Ⅱ를 이수한 초등예비교사들이 어떠한 생각을 가지고 있는지 알아보고자 설문지 1번 문항의 응답을 분류해 보았다. 먼저 1번 문항에 대해 염화칼슘이 얼음을 녹인 것과 주위 환경과 열에너지의 흐름을 제대로 기술한 경우를 ‘과학적 개념’으로 분류하려 하였다. 그리고 열에너지의 흐름을 잘못 이해하고 있거나, 진술을 이해하기 힘든 경우는 ‘오개념’으로 분류하였다. 한편, 적절한 과학적 용어를 사용하나 설명이 모호한 경우, 혹은 과학적으로 받아들일 수 있으나 용어의 쓰임과 진술에 다소 모호한 점이 있는 경우는 ‘준 과학적 개념’으로 분류하였다. 다음에 보여주는 표 3은 1번 문항에 대한 응답의 유형별 분류, 응답자 수, 비율 및 응답의 예를 나타내고 있다. 표 3에서 알 수 있듯이 1번 문항에 대해 분명하게 응답을 한 예비교사는 전체 대상 18명중 14명(77.8%)으로 나타났으며, ‘무이해’로 분류된 예비교사는 4명(22.2%)이었다. 1번 문항에 대해 분류 기준에 부합하는 ‘과학적 개념’을 가진 예비교사는 없는 것으로 나타났다. ‘준 과학적 개념``을 가지고 있는 예비교사는 6명(33.3%)으로 파악되었는데, 이들은 나타나는 현상을 순차적으로 잘 기술하였으나, 에너지의 흐름에 대해서 언급하지 않았거나, 에너지의 흐름에 대해 언급하였으나 나타나는 현상을 원인과 결과 순으로 기술하지 못하였고, 다소 모호한 진술을 한 경우이다. 오개념을 가진 예비교사는 8명(44.4%)으로 나타났는데, 이들은 과학적으로 받아들일 수 없는 진술을 하였다. 흥미로운 점은 오개념을 가진 예비교사 8명중 무려 6명이 열에너지의 흐름에 대해서 잘 못 파악하고 있다는 것인데, 이들은 어떤 과정을 거치든지 주위의 온도가 얼음의 녹는점(0℃) 이상으로 올라가서 얼음을 녹인다고 생각하였다. 이러한 결과는 예비교사들이 얼음에 염화칼슘이 뿌려졌을 때 나타나는 상황 및 주위 환경과의 에너지 흐름 그리고 상태 변화 시에 나타나는 에너지 변화 등에 대한 이해가 상당히 부족함을 보여주고 있다. 2) 설문지 2번 문항, 소금과 얼음을 이용한 『아이스크림 만들기』에 대한 응답의 분류한 여름에도 얼음과 소금만 있으면 어는점이 얼음보다 더 낮은 아이스크림 원액을 얼려 아이스크림을 만드는 것이 가능하다. 이 과정에서 단열은 아주 중요한 역할을 한다. 얼음에 소금을 뿌리면, 얼음이 소금의 영향으로 녹게 되면서 주위의 열에너지를 흡수한다. 이때 만약 단열이 이루어지지 않는다면 주위에서 열에너지를 빠르게 흡수하면서 얼음만 녹이고 말 것이다. 그러나 단열된 상태에서는 내부의 에너지만을 쓸 수 있기 때문에 내부의 온도가 급격하게 내려가는 것이다. 참고로 초등학교 4학년 2학기 교과서 ‘내가 만든 보온병’ 단원(p.102)에서 단열에 대해 설명하고 있다. ‘문항 2’는 예비교사들이 얼음과 소금으로 더 낮은 온도를 만들 수 있다는 사실과 열에너지의 흐름을 제대로 파악하고 있는지 조사하기 위한 문항이다. 따라서 얼음과 소금을 이용하면 0℃보다 더 낮은 온도를 만들 수 있다는 사실에 대해 알고 있고, 에너지의 흐름에 대해 제대로 파악한 경우에는 ‘과학적 개념’으로 분류하였고, 과학적으로 받아들일 수 없는 설명을 하고 있을 때는 ‘오개념’으로, 에너지에 대한 언급 없이 단순 사실만을 기술하였을 때는 ‘준 과학적 개념’으로 분류하였다. 표 4에서 알 수 있듯이 2번 문항에 대해 분명하게 응답을 한 예비교사는 13명으로 나타났으며, ‘무이해’로 분류된 예비교사는 5명(27.8%)이었다. 3명 (16.7%)의 예비교사가 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 나타났는데, 이들은 온도를 내리는 방법과 단열이라는 표현(그림 포함) 등을 써서 에너지의 흐름에 대하여 제대로 기술하였다. 8명(44.4%)의 예비교사는 ‘준 과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 파악되었는데, 이들은 대부분 얼음과 소금을 이용하면 0℃보다 낮은 온도를 만들 수 있다는 사실을 인지하고 있었으나, 에너지의 흐름 등에 대해서는 언급하지 않았고, 또는 다소 모호한 진술을 한 경우도 있었다. ``오개념’을 가진 2명(11.1%)의 예비 교사는 이해하기 힘든 진술을 하였다. 3) 설문지 3번 문항, 『얼음의 순도』에 대한 응답의 분류 소금물이 얼어 얼음이 생성될 때, 이 얼음은 소금 성분을 포함하고 있지 않다. ``어는점 내림’을 제대로 이해하기 위해서는 이러한 사실에 대해 인지 해야만 한다. 따라서 3번 문항은 ``어는점 내림’을 이해하기 위해 선행되어서 알아야 할 조건을 묻는 문제라 할 수 있다. 질문은 소금물을 얼렸을 때 생성되는 얼음이 소금을 포함하고 있는지/또는 없는지 직접적으로 묻고 있으며, 4개의 답안을 제시하여 예비교사들이 고르게 하고, 고른 이유를 설명하도록 하였다(부록 1 참조). 응답지 분류 과정을 보면, 처음 설문지를 구성하면서 네 개의 선택항목 중 d)항목을 정답으로 하였으나, 설문지 응답을 분석하면서, b) 및 b)와 d)를 선택한 예비교사들이 있다는 것을 알게 되었고, 정답 b)와 d)는 유사성이 있으므로, 타당한 설명을 한 경우에는 이들을 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 간주하였다. 또한 설명이 부적절한 경우는 ‘오개념’, 다소 설명이 모호한 경우는 ‘준 과학적 개념’으로 분류하였다. 다음 보여주는 표 5는 설문지 3번 문항에 대한 선택 응답 및 선택에 대한 설명의 유형별 분류, 응답자 수, 비율 및 설명의 예를 나타내고 있다. 표 5와 같이, 전체 예비교사 18명이 모두 3번 문항에 응답하였으며, 이중 10명(55.6%)은 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 것으로, 3명(16.7%)은 ‘준 과학적 개념’을, 그리고 5명(27.8%)은 ‘오개념’을 가지고 있는 것으로 나타났다. ‘과학적 개념’을 가진 예비교사들은 ‘소금물은 소금과 물이 분리되어 얼기 시작한다’., ‘얼음은 얼 때 NaCl을 포함하지 않는다’. 그리고 ‘6각형의 물 분자 구조엔 소금 입자가 끼어들 틈이 없다’.는 등의 진술을 통해 소금물로부터 얻어진 얼음에는 소금이 포함되어 있지 않음을 밝혔다. ‘준 과학적 개념’으로 분류된 예비교사들은 사실을 추측하거나, 단순 예만 들거나 설명이 다소 모호한 경우였다. ‘오개념’을 가진 예비교사들은 ‘얼음이 되면 부피가 늘어나서’라는 등의 응답을 하였다. 흥미로운 점은 응답 ‘c)’를 선택한 예비교사는 한 명도 없었으며, ‘a)’를 선택한 예비교사는 한 명이었는데, ‘소금과 물 분자들이 같이 규칙적으로 배열되기 어려워서… 소금과 물의 비율과 같게 얼게 되므로 염도는 같다’.고 진술하여 ‘오개념’으로 분류되었다. 결과적으로 고등학교에서 화학 Ⅱ를 이수한 예비교사들의 상당수(10명, 55.6%)가 소금물에서 얻어지는 얼음에는 소금성분이 적거나 거의 없다고 제대로 진술하고 있음을 알 수 있다. 4) 설문지 4번 문항, 『어는점 내림』에 대한 그림 설명의 범주화 및 응답 분류 설문지 4번 문항의 질문을 간단히 요약하면, “어는점 내림에 대해 그림 등을 이용하여 어떻게 잘 설명할 수 있겠는가?”이다. 앞에서 밝혔듯이 좋은 그림 및 설명 도구는 때로 과학의 원리를 잘 설명 할 수 있을 뿐더러 초등학생과 같은 어린이에게도 쉽게 접근이 가능한 면이 있다. 문항 4의 경우, 그림을 포함하여 제대로 설명하고 있는 경우는 ‘과학적 개념’으로, 그림이나 설명 등이 과학적으로 받아 들여질 수 없는 경우는 ‘오개념’으로 분류하였고, 그림이나 설명이 다소 모호한 경우에 ‘준 과학적 개념’으로 분류하였다. 그림을 그리지 않은 경우도 있었는데, 설명을 통해 그림 등을 묘사한 경우에는 위 기준에 근거하여 분류하였다. 표 6과 같이, ‘문항 4’에 대해 분명하게 응답을 한 예비교사는 전체 18명 중 12명(66.7%)이었으며, ‘무이해’로 분류된 예비교사는 6명(33.3%)이었다. 12명의 예비교사 중 ‘그림을 포함하여 설명’한 예비교사는 10명이었으며, 그림 없이 ‘단순 설명’한예비교사는 2명이었다. 3명(16.7%)의 예비교사가 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 분류되었으며, 이들은 그림과 함께, ‘6각형 구조의 결합’, ‘물 분자가 서로 끌어 다니려는 인력을 방해’, ‘이온 입자들이 액체간의 결합을 방해’, ‘용질입자를 빼고 뭉쳐야 하므로’ 등의 진술을 하였다. 다음 그림 1은 예비교사들이 응답지에 작성한 그림 모형의 예로, 이 2명의 예비교사는 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 분류되었으며, 설명과 함께 비교적 뚜렷하게 그림으로 나타내었다. 5명(27.8%)의 예비교사가 오개념을 가지고 있는 것으로 나타났는데, 이들은 ‘생성하는 수소결합수로 맞추려면 더 낮은 온도가 되어야’, ‘불규칙한 용액을 규칙적으로 얼리기 어려움’, ‘H2O와 NaCl이 결합하는 경우 Na+와 Cl-가 사이에 끼어 있어 더 낮은 온도에서’ 등의 이해하기 어려운 진술을 하였으며, 또한 그려 넣은 그림과 설명이 부합되지 않는 경우가 많았다. 4명(22.2%)의 예비교사는 ‘준 과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 분류되었는데, 그림 및 설명이 다소 모호한 점을 담고 있었다. 문항 4에서 나타난 결과로 볼 때, 고등학교에서 화학 Ⅱ를 이수한 예비교사들이 ‘어는점 내림’ 현상에 대하여 적절한 설명 모형을 도입하고, 그것을 통해 다른 이들을 이해시키기가 쉽지 않음을 보여 주고 있다. 5) 설문지 전체 문항에 대한 응답 분포 마지막으로 이 연구에 참가한 예비교사 18명의 설문지 총 4개 문항에 대한 전체적인 응답 분포 분석 결과는 표 7과 같다. 이러한 응답 분포 조사는 각 예비교사가 설문지 전체 문항에 대해 어떻게 응답했는지 쉽게 알려주며, 다른 결과에서는 보지 못했던 새로운 사실의 도출 가능성에 근거한 것이다. 표 7에 나타나 있듯이, 3개 이상의 문항에 대해 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 예비교사는 한 명도 없었다. 3명(10, 13, 15번)의 예비교사(16.7%)는 4개 문항 중 각각 2개의 문항에 대해 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 것으로 나타났으며, 이는 다른 예비교사들에 비해 상대적으로 ‘어는점 내림’에 대한 이해가 뛰어나다고 볼 수 있다. 1명의 예비교사(7번, 5.6%)는 ‘문항 3’에 대해서는 ‘오개념’을 가진 것으로 분류되었고, 다른 3개 문항에 대해서 ‘무이해’로 분류되었으므로, 화학 Ⅱ를 이수하였음에도 전반적으로 ‘어는점 내림’에 대한 이해가 매우 부족하다고 볼 수 있다. 그 외 14명 예비교사(77.8%)의 응답은 앞에서 밝힌 두 가지 유형 사이에서 전반적으로 혼재된 응답 형태를 보이고 있다. 설문지의 각 문항은 각각 상황은 다르지만 모두 ‘어는점 내림’ 현상과 관련이 있다. 예비교사들의 응답이 전체적으로 일관적이지 않고 혼재된 모습을 보이고 있다는 것은 현실 생활에서 나타나는 ‘어는점 내림’ 현상이 다양하고, 어는점 내림에 대한 이해가 전반적으로 부족한 것과 그 맥을 같이 하고 있다. 따라서 결론적으로 ‘어는점 내림’에 대예비교사들의 이해도는 상당히 부족해 보이며, 어는점 내림을 이해하기 위해 인지해야 할 기초지식인 단열 및 열에너지의 흐름 등에 대해서도 이해도가 부족함을 보여주고 있다. 는 본 연구의 전체 대상 예비교사가 이과이며, 고등학교 화학 Ⅱ를 이수하였고, 교육대학교 학생들의 높은 학업 능력을 감안할 때, 문과출신 예비 교사나 화학 교과목을 이수하지 않은 예비교사의 경우 ‘어는점 내림’에 대한 이해가 훨씬 더 부족할 수 있다는 예상을 가능하게 한다. 2. 초등예비교사의 인식을 고려한 ‘어는점 내림’ 설명 모형 제안 앞서 논의한 예비교사들의 인식에서 나타나는 어려움을 극복하기 위한 한 방안으로 예비교사들의 이해를 도울 수 있을 것으로 기대되는 시각적 설명 모형을 제안하고자 한다. 설명모형은 설문지 각 문항에 대한 예비교사들의 응답 결과에 대한 고려와 적절한 과학적인 설명을 찾는 과정에서 고안 되었으며, 세 개의 기본 모형과 두 개의 응용 모형을 포함하는 총 다섯 개의 설명 모형이 고안되었다. 본 연구에서 제안하는 설명 모형은 다음의 몇 가지 원칙에 따라 고안되었다. 첫째, 어는점 내림을 더 잘 이해시키기 위해서 제시한 설명 모형에 ‘엔트로피`` 과학 개념을 도입할 필요가 있다. Lambert (2002)는 엔트로피라는 개념을 정성적으로 간단하게 제시하면서 자연 현상을 설명하는 것이 필요하다고 주장하였으며, 하성자 등(2005)은 ‘어는점 내림을 제대로 설명하기 위해서는 엔트로피 개념을 일찍 도입하는 것’이 필요하다고 주장하고 있다. 또한 초등학생 때부터 엔트로피 개념을 획득할 수 있는 능력을 가지고 있음을 밝히고 있다. ‘엔트로피’ 개념 도입은 이러한 주장과 그 맥을 같이 하고 있다. 둘째, ‘어는점 내림’ 현상은 실생활과 관련되어 다양한 형태로 나타나므로, 단 하나의 모형으로 모든 것을 설명하고자 하기 보다는 상황에 적절하게 몇 개의 모형을 조합하는 형식이 필요하다. 추운 겨울날 염화칼슘을 도로에 뿌리는 것, 한 여름에 소금과 얼음을 이용하여 아이스크림을 만들 수 있는 것, 영하의 날씨에도 얼지 않는 바닷물 등은 모두 어는점 내림 현상과 관련이 있다. 형태가 다양함에 따라 완벽한 하나의 설명 모형으로 모든 ‘어는점 내림’ 현상을 설명하는 것은 노력에도 불구하고 현재로서는 쉽지 않아 보인다. 따라서 필요한 경우에 상황에 따라 제시한 설명 모형 중 몇 개의 조합 등을 통하여 설명을 용이하게 할 수 있도록 하였다. 이러한 노력은 고등학교 화학 Ⅱ 교과서(서정쌍 등, 2008)에 제시된 그래프(부록 1 참조)가 어는점 내림에 대한 보다 본질적인 내용을 담고 있을 수 있으나, 예비교사들이 어는점 내림을 이해하는 데에는 별 도움을 못 주고 있다는 면에서 그 의미를 찾을 수 있다. 셋째, 설명 모형은 ‘어는점 내림’ 현상과 관련 있는 과학적 요소들이 어떻게 맞물려 있는지를 잘 나타낼 필요가 있다. ‘어는점 내림 현상’은 엔트로피, 용질 입자의 역할, 열에너지의 흐름, 단열 등의 요소들이 관여하고 있으므로 이를 설명 모형에 시각적으로 나타내려 하였다. 위에서 설명한 ‘어는점 내림’을 이해하기 쉽도록 고안된 5개의 그림모형은 다음과 같다. 우선 설문지의 응답에서는 ‘엔트로피’라는 용어 및 관련 내용이 언급되지 않았으며, 이것은 예비교사들이 어는점 내림 현상을 엔트로피와 관련짓지 못하고 있음을 보여준다. 따라서 어는점 내림을 포괄적으로 이해하기 위해 꼭 필요한 엔트로피 개념을 도입할 필요가 있다고 판단하였다. 그림 2는 어는점 내림을 이해하는 근본적인 과학 개념으로서 ‘엔트로피’(Craig, 1988; Friedman, 2001)와 관련이 있다. 수조에 있는 물에 모두 녹을 만한 크기의 작은 소금 덩어리는 물 안에 넣으면 왼쪽 용기에 담겨 있는 것처럼 잠시 동안 가라앉아 있을 것이다. 이 덩어리는 휘저어 주지 않아도 시간이 지나면 오른쪽 용기에 나타난 것처럼 녹아서 소금 입자가 용기 전체에 퍼져 용액이 될 것이다. 그러나 반대의 경우 즉, 오른쪽에 있는 소금 입자들이 뭉쳐서 왼쪽으로 가는 일은 자연계에서는 절대로 저절로 일어나지 않는다. 이것은 수조에 수성물감을 한 방울 떨어뜨려도 마찬가지이다. 삼투압이 생기는 것이나, 배추에 소금을 뿌리면 절여지는 것은 다 같은 원리이다(조정일과 이현욱, 1994). 비슷한 일들은 우리 주위에서 항상 일어나고 있다. 이러한 현상과 관련하여, 그림 2에서 나타내려 하는 바는 소금(또는 염화칼슘)은 가만히 두어도 부분적인 진한 농도(왼쪽)에서 전체적인 묽은 농도(오른쪽) 상태로 저절로 되려 한다는 점이다. 따라서 소금은 주위에 수분만 있다면 스스로를 녹여서 묽은 용액이 되려 할 것이다. 설문지 3번 문항에 대한 응답에서 10명의 학생은 ‘소금물에서 얼음이 얼 때 얼음이 소금을 포함하지 않는다’.고 분명히 진술하였으나, 8명의 학생은 이 사실을 단순 추측하거나 확실하지 않은 지식을 가지고 있음을 보여준다. 따라서 이러한 과학지식을 모형을 통해 분명히 알려줄 필요가 있다고 판단하였다. 아래 기본모형 2는 위 엔트로피 개념과 연관되어 있으면서 이러한 사실이 어떻게 소금물의 농도에 영향을 주고 있는지 알려주고 있다. ‘소금물의 온도를 영하로 내려 얻은 얼음에는 소금이 포함되어 있지 않다’.는 사실은 어는점 내림을 이해하는데 중요한 역할을 한다. 그림 2에서 소금은 저절로 더 묽은 용액이 되려는 경향이 있다고 설명을 하였다. 그림 3은 그림 2와 밀접한 관련이 있으며, 소금물이 어는 특수한 상황을 보여주고 있다. 일반적으로 물은 0℃부터 얼기 시작한다. 그림 3에서 소금물의 경우 온도를 낮추어 얼음이 얼면 얼수록 소금물은 묽은 농도에서 진한 농도로 갈 것이다. 왜냐하면 만들어지는 얼음에는 소금이 없고, 소금이 녹아있는 물의 양은 얼음이 얼수록 줄기 때문이다. 이는 그림 2의 저절로 일어나는 현상과는 정반대의 경우이다. 따라서 0℃보다 더 낮은 온도로 낮추어 주어야 소금 입자를 밀쳐내며 겨우 어는 것이다. 설문지 응답에서 많은 예비교사들이 ‘소금 입자가 얼음이 어는 것을 방해해서’라는 표현을 썼는데, 이것은 그림 3과 직접적으로 관련이 있다. 어는점 내림과 그리고 그와 관련된 여러 현상을 이해하는데 있어서 단열 및 에너지의 흐름을 이해하는 것은 매우 중요하다. 그러나 설문지 2번 문항에서 단열을 언급한 학생은 3명뿐이었으며, 1번 문항에 대해서 에너지의 흐름을 잘 못 파악한 학생은 8명이나 되었다. 따라서 이것을 적절히 풀어줄 모형이 필요하였다. 그림 4는 단열 및 열에너지의 흐름에 대한 중요성을 나타내고 있다. 같은 ‘어는점 내림’ 현상이 일어나더라도 열에너지의 흐름을 차단하는 단열벽이 ‘있고/없고’에 따라 관찰 결과에 크게 영향을 주기 때문이다. 그림 4. 가)에서 단열벽으로 되어 있는, 약간의 물을 담고 있는 수조에 크기가 충분한 얼음을 넣으면 적당히 녹으면서 물의 온도가 0℃인 평형상태에 도달할 것이다. 이 상태에서 물에 약간의 소금을 첨가하면 일시적으로 그림 4. 나)상태로 될 것이다. 그리고 소금이나 소금물은 저절로 더 묽은 용액으로 가려는 성질이 있기 때문에 얼음을 녹여 그림 4. 다)상태로 될 것이다. 이때 얼음이 녹으면서 열에너지를 흡수하는데 단열벽이 있으므로 수조 내부의 열에너지가 쓰이고, 이에 따라 수조의 온도는 더 내려갈 것이다. 이것이 어는점 내림 온도이며, 어는점 내림 온도는 이때 측정된다. 그리고 온도가 얼마나 내려가는지는 넣어준 소금의 양에 비례하게 된다. 지금까지 제시한 3개의 모형은 어는점 내림을 이해하는 데에 꼭 필요한 기초 설명 모형이며, 이세 개의 모형을 함께 이용하면 어는점 내림의 ‘정의’에 대해 잘 설명할 수 있을 것이다. 설문지 문항 2에 대해서 10명의 학생이 에너지의 흐름 등에 대해서 언급하지 않거나, 전반적인 이해가 부족하였다. 이러한 사실은 이 부분을 좀 더 상세히 알려줄 모형을 필요로 하였다. 따라서 아래 응용모형이 고안되었으며, 과학적 이해를 도울 수 있는 부분을 담고 있다. 한여름에도 소금과 얼음만을 이용하여 아주 낮은 영하(20∼30℃)의 온도를 만들 수 있으며, 이를 이용하여 아이스크림 등을 만들 수 있다. 그림 5는 단열벽이 있는 박스(보온병이나 스티로폼)에 아이스크림 원액을 넣고 얼음과 소금을 잘 섞어서 넣으면 아이스크림 원액이 어는 것을 보여준다. 위 그림 4에서 밝혔듯이 얼음과 소금의 조합은, 소금이 저절로 묽은 용액으로 가려는 성질이 있기 때문에 낮은 온도를 만들게 된다. 그리고 단열벽이 있으므로 내부의 온도는 급격히 낮아질 것이다. 흥미로운 점은 실험을 통해 박스 내부를 살펴 보면 상당히 긴시간동안 물은 거의 없고 소금과 얼음만이 섞여 있는 낮은 저온상태를 관찰할 수 있을 것이다. 위에서 제시한 3개의 기본 설명 모형을 조합하여 단순히 생각하면, 순차적으로 1) 얼음과 소금의 만남, 2) 물의 생성, 3) 주위의 온도 내려감으로 귀결된다. 즉, 얼음에 소금을 많이 가하면 반드시 물이 관찰되어야 한다고 생각할 수 있다. 그러나 아이스크림 만들기 설명 모형에서는 단열벽이 있고, 얼음 표면에 붙은 소금이 얼음을 녹여 약간의 물을 만들고, 내부 열에너지를 흡수하고, 온도가 내려가고, 낮아진 온도에 의해 물이 다시 얼고, 소금이 물을 만들고…와 같은 녹음과 얼음의 과정이 반복되기 때문에, 이 경우에는 내부의 온도는 급격히 내려가지만 초기에 물은 관찰하기 어려운 것이다. 간단한 차이이지만 학생들이나 예비교사, 현장 교사들의 이해에 어려움을 야기할 수 있는 부분이다. 즉, 아이스크림 만들기를 잘 설명하려면 기초 설명 모형을 이해시킨 후에 학생들이 관찰을 통해 발견 할 수 있는 특별한 사항을 더 알려줌으로서 그 이해를 견고히 할 수 있을 것이다. 설문지 1번 문항에 대해 ‘과학적 개념’을 가지고 있는 예비교사는 없는 것으로 나타났는데, 그 이유는 열린계에서 대상으로 하는 계가 주위 환경과 어떻게 상호작용하며, 이때 어떻게 에너지 흐름이 나타나는지 제대로 파악하지 못했기 때문이다. 따라서 이러한 사실에 대해 알려주는 간단한 모형 제시를 통해 이해의 폭을 높이고자 하였다. 빙판길에 염화칼슘이나 소금을 뿌렸을 때 나타 나는 현상은 그림 5의 경우와 비교할 만하다. 그림 6은 빙판길에 염화칼슘을 뿌려 도로 위의 얼음이 녹는 것을 나타내고 있다. 이 경우는 그림 5와 상황은 비슷하나, 도로에는 단열벽이 없는 것이 특징이다. 나타나는 현상을 보자면, 염화칼슘 입자는 빙판을 녹이면서 주위의 열을 흡수한다. 이때 열에너지는 주위의 대기나 도로의 노면에서 올 것이다. 따라서 빙판에 접한 노면이나 대기층은 일시적으로 온도가 낮아지나, 대류에 의해서 계속해서 열에너지를 공급할 수 있기 때문에 (극지방의 날씨와 같은 아주 낮은 온도만 아니라면) 빙판길은 공급되는 염화칼슘의 양에 비례해서 계속해서 녹게 되는 것이다. 아마도 초등학생들의 경우에 그림 5와 그림 6에 나타난 결과만을 본다면 서로의 차이를 인지하기가 쉽지 않아 보인다. 따라서 순차적으로 세 개의 기초 설명 모형을 이해시키고, 그림 5와 그림 6의 차이를 비교 설명한다면 ‘어는점 내림’에 대한 이해 및 관련된 자연현상에 대한 이해를 모두 크게 증진시킬 수 있을 거라 기대한다. 이상의 다섯 가지 설명 모형은 서로 밀접하게 연관되어 있으며, ‘어는점 내림’에 대한 본질적인 이해와 관련된 다양한 형태의 자연현상에 대한 전반적인 이해를 돕기 위해 고안된 도구이다. 제안된 설명 모형의 구체적인 효과는 추후 연구를 통해 검증의 절차를 거쳐야 하겠지만, 예비교사의 이해를 돕고, 나아가 초·중등 학생들 지도 시에도 활용될 수 있을 것이라 기대한다.

The purpose of this study is to investigate the elementary pre-service teachers` conceptions on ``the freezing point depression`` focusing on the survey from a National University of Education. Eighteen pre-service teachers who had completed high school Chemistry Ⅱ coursework were selected to participate in the study. Participants answered a four question survey to measure their scientific knowledge and conceptions of this phenomenon. Each answer was qualitatively analyzed to determine whether they have ‘scientific conceptions`` or ``quasi-scientific conceptions`` or ``misconceptions``. The results from the study are as follows: First, it was showed that none of the eighteen participants had ``scientific conceptions``, six had ``quasi-scientific conceptions`` and eight had ``misconceptions`` about the caused effect when CaCl2 is scattered on the ice. Second, it was found that three participants had ``scientific conceptions``, eight had ``quasi-scientific conceptions`` and two had ``misconceptions`` for the second survey question. Third, ten out of eighteen participants demonstrated ``scientific conceptions`` about the phenomenon of salt water freezing. Fourth, only three of eighteen participants illustrated appropriate ``scientific conceptions`` for the fourth survey question. Fifth, of all participants, none answered more than three questions correctly, and only three participants answered any combination of two questions correctly. Based on the findings of this study, five explanatory models were developed. And the models were proposed for preservice teachers to enhance their understanding of the freezing point depression phenomenon.