Tro의 일반화학

책 소개

지은이 말 학생들에게 여러분이 이 과목을 시작하기 전에 이 과목에 등록하는 이유를 생각해보아야 한다. 일반화학을 수강하는 이유는 무엇인가? 더 나아가 대학 교육을 받는 이유는 무엇인가? 여러분이 일반화학을 수강하는 대부분의 다른 학생들과 같다면 여러분의 대답은 이 과목이 여러분의 전공에 필수과목이기 때문이고, 또 대학 교육을 받는 이유는 미래에 언젠가 좋은 직업을 갖기 위해서일 것이다. 물론 이것들도 좋은 이유지만 더 좋은 이유를 제안하고 싶다. 여러분이 교육을 받는 주요 이유는 여러분에게 좋은 삶을 준비시켜 주기 때문이다. 여러분은 화학이 여러분들에게 무엇을 얻게 해주는가가 아니라 무엇을 해줄 것인가에 대하여 이해해야 한다. 화학을 이해하는 것은 행복과 성취의 중요한 원천이 된다고 믿는다. 그 이유를 설명하겠다. 화학에 대한 이해는 두 가지 기본적인 근거로 여러분이 충만한 삶을 살도록 도와준다. 첫 번째 이유는 본질적인 것이다. 여러분은 화학의 이해를 통해 세상이 얼마나 풍부하고 특별한 것인지를 알게 된다. 두 번째 이유는 외부적인 것이다. 화학의 이해는 여러분을 더 견문이 넓은 시민으로 만들어줄 것이다. 화학의 이해는 여러분을 우리 시대의 많은 문제들로 끌어들일 것이다. 즉, 화학의 이해는 여러분을 더 깊고 풍부한 사람으로 만들어줄 것이며 세상을 살기 더 좋은 곳으로 만들어줄 것이다. 이러한 이유들이 문명이 처음 시작될 때부터 교육의 근간이 되어 왔다. 화학은 어떻게 여러분들이 풍부한 삶을 살고 양심적인 시민이 되도록 준비시켜 주는가? 두 가지 예로 설명해보자. 첫 번째 예는 이 책의 1장 첫 쪽에 나온다. 거기에서 다음과 같은 질문을 한다. 모든 과학 지식에서 가장 중요한 생각은 무엇인가? 이 질문에 대한 나의 답은 다음과 같다. 물질의 거동은 분자들과 원자들의 성질에 의해 결정된다. 이 간단한 말이 내가 화학을 좋아하는 이유이다. 우리 인간은 세상을 구성하는 물질들에 관하여 연구해 왔고 물질의 거동을 거의 상상하기 힘들 정도로 작은 입자를 참조하여 설명한다. 우리가 볼 수 있는 세계가 우리가 볼 수 없는 세계에 얼마나 민감한지를 이해하지 못했다면 여러분은 우주의 근본적인 진실을 이해하지 못한 것이다. 이 진실을 만나지 못했다는 것은 셰익스피어의 희곡을 읽어 보지 못했다거나 미켈란젤로의 조각을 보지 못한 것과 같다. 또는 지구가 둥글다는 것을 발견하지 못한 것과 같다. 이 진실을 만나지 못했다는 것은 여러분에게 놀랍고 잊지 못할 세상에 대한 경험과 세상을 이해하는 인간의 능력을 빼앗긴 것이다. 두 번째 예는 과학에 대한 교양이 더 훌륭한 시민이 되는 데 어떻게 도움이 되는지를 보여준다. 나는 환경운동에 크게 동감하지만 과학에 대한 교양이 부족한 환경운동과 그 결과 생기는 반환경운동은 진정한 발전을 방해하고 잘못된 정보에 근거한 정책을 가져온다. 예를 들어 나는 보수적인 전문가들이 화산이 석유 연소보다 온실효과를 일으키는 기체인 이산화탄소를 더 많이 배출한다고 말하는 것을 들었다. 나는 진보적인 환경론자가 오존 구멍이 지구 온난화를 일으키기 때문에 오존 구멍을 생기게 하는 헤어스프레이의 사용을 중단해야 한다는 말도 들었다. 화산이 석유 연소보다 더 많은 이산화탄소를 배출한다는 주장은 4장에서 배울 도구를 이용하여 반박할 수 있다. 우리는 이것을 통해 화산이 석유 연소가 배출하는 이산화탄소의 1/50만을 배출한다는 것을 쉽게 보일 수 있다. 또한 헤어스프레이가 오존층을 고갈시키기 때문에 지구 온난화를 일으킨다는 주장에 대하여는, 오존을 파괴하는 염화플루오르화탄소를 헤어스프레이에 사용하는 것은 1978년부터 금지되었기에 오존 고갈은 지구 온난화와는 전혀 관련이 없다. 특별한 목적이나 속셈이 있는 사람들은 잘못된 정보를 가지고 있는 대중 앞에서 편리하게 진실을 왜곡할 수 있다. 이것이 우리 모두가 지식이 필요한 이유이다. 따라서 이것이 이 과목을 수강해야 한다고 생각하는 이유이다. 여러분들의 전공에 필수과목이기 때문도 아니고 미래에 좋은 직업을 가져야 하기 때문도 아니라 여러분들이 더 충만한 삶을 살고 이 세상이 모든 사람에게 더 좋은 곳이 되게 하기 위해서 알아야 하기 때문이다. 분자 수준에서 여러분들이 세상을 이해하는 여행을 시작하는 데 행운이 있기를 바란다. 노력에 대한 보상은 가치가 있다. 교수님들에게 모든 학생들의 능력과 준비가 같다면 일반화학을 가르치는 것은 훨씬 더 쉬울 것이다. 그러나 아쉽게도 그렇지는 않다. 비록 내가 상대적으로 좋은 학교에서 가르치지만 내 강의에는 다양한 배경과 화학적 능력을 가진 학생들이 들어온다. 성공적인 강의에 대한 성패는 내 생각으로는 화학적인 배경과 능력이 약한 학생들도 잃지 않고 최고의 학생들을 어떻게 가르치는가를 알아내는 데에 달려 있다. 나의 전략은 기준을 상대적으로 높이 잡고 높은 기준에 도달하기 위한 동기와 지원을 제공하는 것이다. 이것이 이 책의 철학이다. 화학을 학생들에게 접근하기 쉽게 하기 위하여 엄격함을 버릴 필요는 없다. 이 책에서 나는 엄격하면서도 쉽게 접근할 수 있도록 많은 노력을 하였다. 즉, 책의 수준을 낮추지 않으면서도 어떤 학생이라도 필요한 노력을 기울이면 이해하고 사용 가능한 책을 만들려고 하였다. 첫째, 이 책은 학생을 위한 책이다. 나의 목표는 학생들에게 동기를 부여하고 가장 높은 수준에 도달하도록 하는 것이다. 우리 모두가 알듯이 많은 학생들이 일반화학을 필수과목이기 때문에 듣는다. 그래서 학생들은 화학과 그들의 삶 또는 그들의 계획한 직업과의 연계성을 보지 못한다. 화학은 이러한 연계성을 일관적이면서 효과적으로 하기 위한 분자적 접근법이다. 화학을 실험실이나 공장에서만 일어나는 것으로 가르치는 다른 책과는 달리 이 책은 화학을 관련이라는 맥락에서 가르친다. 이 책은 화학이 학생들과 학생들의 미래 직업 그리고 세상에서 중요한 이유를 보여준다. 둘째, 이 책은 교육적인 책이다. 문제를 푸는 능력을 기를 때 일관적인 접근(분류, 전략, 풀이, 검토)이 적용된다. 이 책에서는 2~3개의 세로줄 형식으로 보였다. 2개의 세로줄 형식에서는 왼쪽 줄은 문제를 어떻게 분석하고 풀이 전략을 어떻게 고안하는지를 보인다. 또한 이론적 근거와 함께 풀이 단계도 보인다. 오른쪽 세로줄은 각 단계를 어떻게 실행하는지를 보여준다. 3개의 세로줄 형식에서는 왼쪽 세로줄은 중요한 종류의 문제를 푸는 일반적인 절차를 보여주며 오른쪽 2개의 세로줄은 예제를 보여준다. 이 전략은 학생들에게 문제를 푸는 일반적인 양식과 다른 상황에서 문제를 푸는 절차가 어떻게 달라질 수 있는지를 모두 보여준다. 목표는 각 문제에 대한 개념도를 만들어 학생들에게 문제의 개념과 문제를 푸는 방법을 모두 이해하도록 돕는 것이다. 셋째, 이 책은 눈으로 보여주는 책이다. 그림은 항상 화학에 대한 학생들의 통찰력을 깊게 한다. 화학적 원리를 공부할 때 다양한 그림은 맨눈으로 볼 수 있는 일상의 과정과 원자들과 분자들이 실제로 하는 일의 연계성을 보여준다. 그림들은 세 부분으로 나누어진다. 즉 거시적 그림 , 분자 수준 그림, 기호이다. 이런 조합은 학생들이 종이에 적는 화학식(기호), 학생들이 보는 세계(거시적), 세상을 구성하는 원자들과 분자들(분자적) 사이의 관계를 보는 것을 돕는다. 대부분의 그림들은 그냥 보이기 위한 것이 아니라 가르치기 위한 것이다. 학생들이 그림에 있는 중요한 과정과 원리들을 이해하는 것을 돕기 위하여 그림에는 풍부한 주석과 설명들을 해놓았다. 그 결과 그림은 정보가 풍부하고 명백하며 쉽게 이해할 수 있다. 넷째, 이 책은 큰 그림책이다. 각 장이 시작할 때 제시되는 짧은 글은 학생들이 다른 주제들 사이의 중요한 관계를 이해하기 쉽게 한다. 초점이 있고 간결한 설명을 통해 기본 개념을 학생들에게 충실하게 설명하고자 노력하였다. 설명 중에라도 중요한 자리는 중간 요약을 제공하여 중요 요점을 이해하기 쉽게 하였다. 학생들이 나무만 보고 숲을 보지 못하는 우를 범하지 않도록 하였고 각 장에는 개념 연결 문제를 두어 수학적인 계산 없이 문제를 풀면서 개념을 생각하도록 하였다. 나는 학생들이 식에 숫자를 넣어 계산함으로 정답만 구하는 것이 아니라 개념을 배우기를 원한다. 마지막으로 이…

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