화학은 다른 과학 영역에 비해서 과학 개념의 위계성이 높아 이전의 개념을 이해하지 않고서는 새로운 개념을 학습하는 데 어려움이 따르는 학문이다. 특히, 눈으로 볼 수도 없는 원자, 이온 등의 과학 개념은 매우 추상적이고 형식적 개념임에도 불구하고 교육과정 구성상 부득이하게 중학교 2학년에 도입하고 있다. 중학교 2학년 학생이 배우는 과학 교과서에서 도입된 추상적 개념인 '이온'에 대한 탐구 활동들이 어떠한 인지 수준을 요구하도록 제시되었는지를 분석할 필요가 있다고 본다. 이 연구는 2015 개정 교육과정의 중학교 2학년 과학 교과서에 제시된 이온 확인 실험을 Piaget의 인지발달 이론에 근거하여 분석하고, 제시된 실험 조건으로 실험을 수행하여 발생할 수 있는 문제점 및 개선 사항을 추출하여 중학교 2학년 학생 수준에 맞게 탐구 방법 및 과정을 새롭게 고안하여 개선하고자 하는 것이다.
연구를 위하여 중학교 2학년 5종 과학 교과서에 제시된 이온이 전하를 띠고 있음을 확인하는 실험을 분석하고, 직접 실험 활동을 수행하여 문제점 및 개선할 사항을 추출하였다. 개선할 사항을 바탕으로 새로운 탐구 활동을 만들고, 이를 직접 수행하여 탐구 결과를 얻은 후 개선된 점을 확인하였다.
연구 결과, 중학교 2학년 5종 과학 교과서에 제시된 이온이 전하를 띠고 있음을 확인하는 실험은 색깔 이동법, 앙금 생성을 활용한 방법, 전기 전도법이 제시되어 있으며, 색깔 이동법이 가장 많이 제시되어 있었다. 과학 교과서에 제시된 이온의 이동 실험에서 개선해야 할 사항으로는 긴 실험 시간, 낮은 재현성, 안전성 등이 있었다. 개선할 사항을 바탕으로 새롭게 개발된 탐구 활동에서는 이온의 이동을 확인하기까지 5~6분 정도면 충분했으며, 한천과 탄소봉 전극을 사용하여 재현성을 높였다. 또한 12V의 직류 전원 장치 대신 9V 건전지를 사용하여 학생들의 안전을 확보할 수 있었다.
새롭게 개발된 기본 탐구 활동은 구체적 조작 단계 및 과도기에 있는 학생들에게 적합하게 구성되었으며, 기본 탐구 활동을 한 후 도약 탐구 과정이라는 고차원적 사고 활동을 제시하여 학생들이 탐구 과정을 처음부터 스스로 설계해 볼 수 있도록 하였다. 이를 통해서 구체적 조작기 및 형식적 조작기 학생 모두에게 학습 의욕을 충족시켜 줄 수 있을 것이다.
이러한 연구 결과로 볼 때, 새롭게 고안된 탐구 활동을 중학교 과학 실험에서 적용 및 응용한다면 짧은 시간에 재현성 있는 탐구 결과를 얻을 수 있을 것이다. 이를 통해 학생들은 탐구 결과와 이론을 함께 학습할 수 있어 학습의 효율을 높일 수 있을 것이며 실험 결과에 대한 신뢰성은 학생들로 하여금 과학을 긍정적으로 생각하는 정의적 태도를 형성하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 한 걸음 더 나아간다면 2015 개정 교육과정에서 목표로 하는 '꿈꾸는 학습의 즐거움'을 일깨워 주는 교육, 자기 성장·자기 발전의 경험에 기초한 행복감을 증진하는 교육을 실현하는 데 도움을 줄 것으로 믿는다.