Nowe zadania PPP | Marcin Chrzanowski, Wojciech Grajkowski, Krzysztof Horodecki, Małgorzata Musialik, Maciej Wiśniewski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 2/2013
69
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | ebis@ibe.edu.pl | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013
Nowe zadania PPP
Materiał przygotowują pracownicy Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE oraz eksperci zewnętrzni
Prezentowane tu zadania pochodzą z testów wy-korzystywanych w badaniu Laboratorium Myślenia. Diagnoza nauczania przedmiotów przyrodniczych w Polsce, realizowanym przez Pracownię Przedmiotów Przyrodniczych IBE. Po każdym cyklu badania (odbyły się już dwa takie cykle – w roku 2011 i 2012) część zadań jest odtajniana i są one publikowane na stronie Bazy Narzędzi Dydaktycznych IBE – bnd.ibe.edu.pl. Intencją takiego działania jest prezentacja środowisku nauczy-cielskiemu, uczniom, ich rodzicom, a wreszcie twórcom narzędzi diagnostycznych zadań, które mierzą umie-jętności ujęte w podstawie programowej przedmiotów przyrodniczych, w tym umiejętność rozumowania naukowego, posługiwania się metodą naukową w co-dziennym życiu, analizy danych, wnioskowania czy identyfikacji związków przyczynowo-skutkowych.
Więcej o badaniu Laboratorium Myślenia na stro-nie: http://eduentuzjasci.pl/pl/badania.html?id=409
Zadania powstały w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji
oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego
ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego.
Biologia – które ciastko
jest smaczniejsze?
Zadanie
Pewien cukiernik postanowił sprawdzić, które z jego ciastek jest smaczniejsze: kremówka za 6 zł czy napoleonka za 8 zł. Do badania zaprosił zaprzyjaźnio-ną wielopokoleniową rodzinę. Każda z uczestniczących w badaniu osób zjadła najpierw napoleonkę, a potem kremówkę, po czym oceniała ich smak w skali od 1 do 10. Czy wszystkie elementy tego doświadczenia zostały poprawnie zaplanowane?
Sposób przeprowadzenia
do-świadczenia Czy jest to poprawne?
1. Badani byli w różnym wieku. Tak / Nie 2. Badani byli ze sobą
spokrew-nieni. Tak / Nie
3. Wszyscy otrzymywali
napoleon-kę jako pierwszą. Tak / Nie 4. Badani nie znali cen ciastek i nie
musieli za nie płacić. Tak / Nie
Komentarz
Projektowanie eksperymentów jest umiejętnością ponadprzedmiotową, a zagadnienia dotyczące formu-łowania pytania badawczego, ustalania warunków do-świadczenia czy doboru odpowiedniej próby kontrol-nej są uniwersalne i mają zastosowanie we wszystkich naukach eksperymentalnych. Opisane doświadczenie nie jest związane z konkretnymi treściami nauczania i trudno je nawet jednoznacznie przypisać do określo-nego przedmiotu. Realny, „życiowy” kontekst zadania pozwala natomiast pokazać, że zasady projektowania
eksperymentów są takie same dla badań naukowych i dla sytuacji z życia codziennego.
Pierwszym zagadnieniem poruszanym w zadaniu jest dobór właściwej próby. Ze wstępu uczeń dowiaduje się, że próbę tę stanowi „zaprzyjaźniona wielopokole-niowa rodzina”, a zasadność takiego doboru badanych ocenia, udzielając odpowiedzi w dwóch pierwszych wierszach tabeli. Pierwszy „element doświadczenia” – różny wiek badanych – jest pożądany dla rzetelności badania. Gust dzieci często bardzo wyraźnie różni się od gustu osób dorosłych, dlatego jeśli cukiernik chciał uzyskać możliwie pełną odpowiedź na pytanie, które ciastko jego potencjalni klienci uważają za smaczniej-sze, powinien przetestować osoby w różnym wieku. W punkcie pierwszym właściwa jest zatem odpowiedź „Tak” i zdecydowana większość (87,1%) absolwentów gimnazjum, którzy rozwiązywali to zadanie, tak właś-nie odpowiedziała.
W punkcie drugim należało odnieść się do infor-macji mówiącej, że wszyscy badani byli ze sobą spo-krewnieni. Jest to okoliczność obniżająca wiarygodność badania, należało zatem zaznaczyć odpowiedź „Nie”. Członkowie jednej rodziny mogą bowiem teoretycz-nie wynosić z domu, czy wręcz dziedziczyć, określone preferencje żywieniowe. Grupa bliskich krewnych jest zresztą złą reprezentacją populacji w niemal każdym badaniu. Łatwo możemy na przykład wyobrazić sobie polską rodzinę, której niemal wszyscy członkowie są wysocy, utalentowani muzycznie i mają predyspozycje genetyczne do rozwoju choroby nowotworowej. Ogra-niczając badania do tej jednej rodziny, wyciągnęlibyśmy nieprawdziwe wnioski na temat Polaków w ogóle. Za-gadnienie reprezentatywności próby było najwyraźniej obce znacznej części badanych uczniów – właściwej od-powiedzi udzieliło zaledwie 49,9% z nich. Dokładniej-sza analiza wyników pokazuje jednak, że o ile ucznio-wie słabsi (tzn. uzyskujący niższy wynik w całym teście) Autorzy:
BIOLOGIA – komentarz i pomysl na zadanie: Wojciech Grajkowski CHEMIA – komentarz: Małgorzata Musialik, pomysł na zadanie: Marcin Chrzanowski
FIZYKA – komentarz: Maciej Wiśniewski, Krzysztof Horodecki, pomysl na zadanie: Maciej Wiśniewski
Marcin Chrzanowski, Wojciech Grajkowski, Krzysztof Horodecki, Małgorzata Musialik, Maciej Wiśniewski
Nowe zadania PPP | Marcin Chrzanowski, Wojciech Grajkowski, Krzysztof Horodecki, Małgorzata Musialik, Maciej Wiśniewski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 2/2013
70
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | ebis@ibe.edu.pl | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 wyraźnie częściej zaznaczali odpowiedź błędną, o tyle
w grupie uczniów najlepszych odsetek prawidłowych odpowiedzi wynosił aż 84,4%.
W podpunkcie trzecim pytano uczniów o to, czy po-dawanie każdemu badanemu napoleonki jako pierwszej jest poprawne z metodologicznego punktu widzenia. Większość (64,8%) uczniów odpowiedziała „Tak”. Być może uznali oni, że zachowanie stałej kolejności ozna-cza lepszą kontrolę warunków eksperymentu. Prawid-łową odpowiedzią jest jednak „Nie”, ponieważ zjedzenie pierwszego ciastka może bardzo istotnie wpływać na ocenę smaku drugiego – po zjedzeniu napoleonki część uczestników mogła być już najedzona lub nawet mogło ich zemdlić. W dobrze zaplanowanym doświadczeniu połowa badanych powinna otrzymać jako pierwszą na-poleonkę, a druga połowa – kremówkę, aby oba ciastka miały „równe szanse”.
Czwarty podpunkt zadania odnosi się do zagadnie-nia charakterystycznego wyłącznie dla eksperymen-tów z udziałem ludzi, czyli do nastawienia badanego. Testując wpływ różnych czynników na kiełkowanie nasion czy rdzewienie żelaza, nie musimy przejmować się nastawieniem badanych obiektów. Ludzie jednak często ulegają sugestii, co może mieć istotny wpływ na uzyskane wyniki – dlatego chociażby w badaniach medycznych nie informuje się pacjentów, czy przyjmują prawdziwy lek, czy placebo. Siła sugestii jest szczególnie istotna w sytuacji, gdy nie mierzymy pewnych obiek-tywnie istniejących zmiennych, takich jak masa, pręd-kość czy liczba kiełkujących nasion, ale prosimy bada-nych o opisanie ich subiektywbada-nych odczuć, dotyczących na przykład smaku ciastka. W opisanym doświadcze-niu świadomość, że napoleonka kosztuje więcej niż kre-mówka mogła sprawić, że jedno ciastko podświadomie było odbierane jako bardziej „wartościowe”, a zatem smaczniejsze. Właściwa odpowiedź dla tego podpunktu brzmi zatem „Tak”. Prawidłowo odpowiedziało 72,2%
uczniów, przy czym prawdopodobieństwo udzielenia właściwej odpowiedzi silnie korelowało z wynikiem ucznia w całym teście (od 53,2% wśród uczniów z grupy najsłabszej, aż po 95,2% w grupie najlepszej).
Całe zadanie prawidłowo rozwiązało zaledwie 21,1% uczniów, co pokazuje, jak skomplikowanym zagadnie-niem jest projektowanie doświadczeń z udziałem ludzi. Warto jednak zwrócić uwagę, że wyniki takich właś-nie badań są najwyraźwłaś-niej obecne w mediach. Niemal codziennie spotykamy się z informacjami o „naukowo potwierdzonej” skuteczności jakiegoś leku, kosmetyku czy diety. Dobrze, aby uczeń umiał wówczas podejść do takich informacji krytycznie i miał świadomość, jak niewłaściwy dobór próby czy sposób przeprowadzenia badania może wpływać na jego wyniki.
Chemia – naturalny plastik
Zadanie
Aby wytworzyć „naturalny plastik” domowym sposobem, można użyć mleka i octu. Należy w tym celu do litra wrzą-cego mleka dodać 40 ml octu. Tę mieszaninę dalej ogrze-wa się, mieszając aż do momentu, kiedy pojawią się w niej białożółte bryłki, a sama zrobi się przejrzysta. Wtedy należy wyłączyć palnik, a po ostygnięciu przepłukać grudki pod bieżącą wodą. Otrzymaną masę można łatwo formować, a następnie należy odstawić na kilka dni, aż stwardnieje.
Tekst na podstawie: Skamieniałość z chomika. Zrób to sam!, Mick O’Hare, Insignis Media, Kraków 2011, s. 60–62
(1) Jaki proces spowodował pojawienie się białożół-tych grudek?
A. Denaturacja. B. Zobojętnienie.
(2) Opisany wyżej proces wywołały dwa czynniki. Jednym z nich była zmiana pH, a drugim zmiana:
A. temperatury. B. ciśnienia.
Komentarz
Denaturacja białka jest to nieodwracalny proces po-legający na zniszczeniu przestrzennej struktury białka pod wpływem czynników fizycznych bądź chemicz-nych. Czynniki te powodują rozerwanie wiązań che-micznych i oddziaływań międzycząsteczkowych stabi-lizujących strukturę łańcuchów polipeptydowych. Na skutek denaturacji, białka tracą swoje właściwości bio-logiczne, fizyczne i chemiczne. Zmiana właściwości fi-zykochemicznych jest przyczyną agregacji i wytrącania białek z roztworów. Do najważniejszych czynników
fi-Nowe zadania PPP | Marcin Chrzanowski, Wojciech Grajkowski, Krzysztof Horodecki, Małgorzata Musialik, Maciej Wiśniewski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 2/2013
71
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | ebis@ibe.edu.pl | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 zycznych prowadzących do denaturacji można zaliczyć:
ogrzewanie, silne mieszanie, naświetlanie promienio-waniem ultrafioletowym, rentgenowskim i jonizującym lub działanie ultradźwiękami. Denaturację mogą wy-wołać także czynniki chemiczne, m.in. kwasy, zasady, sole metali ciężkich, enzymy, alkohol i mocznik.
Zadanie to sprawdza umiejętność prostą – uczeń wnioskuje na podstawie własnych wiadomości i analizy tekstu jakie zjawisko zostało wykorzystane do wytwo-rzenia naturalnego plastiku. Aby rozwiązać prawidło-wo to zadanie uczeń powinien wiedzieć, że w mleku znajduje się białko, dokładnie przeanalizować tekst wstępny oraz rozumieć jak przebiega proces denaturacji i jakie czynniki go wywołują. Uczeń powinien się też orientować, że podczas denaturacji można zaobserwo-wać procesy agregacji i wytrącania, związane ze zmianą właściwości chemicznych białek, a więc niejako „zmia-nę stanu skupienia” białek.
Zadanie zbadano na grupie około1900 uczniów w trakcie badania „Laboratorium myślenia” prowad-zonego przez Pracownię Przedmiotów Przyrodniczych. Z grupą 15 wybranych uczniów przeprowadzono także wywiady (cognitive laby), w trakcie których poproszono o ocenę tego zadania.
Pierwsze pytanie okazało się dla uczniów bardzo trudne – 53% z nich udzieliło poprawnej odpowiedzi (prawdopodobieństwo przypadkowego udzielenia pra-widłowej odpowiedzi wynosiło 50%). Większość ucz-niów udzielała odpowiedzi w sposób przypadkowy, a tylko wśród uczniów o najwyższych umiejętnościach odsetek odpowiedzi poprawnych był wyższy. Wyniki wskazują, że badana grupa uczniów nie znała bądź nie pamiętała terminu „denaturacja”. Co więcej, uczniowie, którzy wybrali prawidłową odpowiedź, często wybierali ją drogą eliminacji, wiedząc że opisany w zadaniu pro-ces nie był reakcją zobojętniania.
Dużo lepiej wypadły wyniki dla pytania drugiego – poradziło sobie z nim 84% uczniów. Uczniowie, któ-rzy wybrali błędną odpowiedź, nie przeczytali uważnie treści zadania (mowa jest w nim wyłącznie o wysokich temperaturach) bądź nie zauważyli, że w opisanym do-świadczeniu ciśnienie nie ulega zmianie. W sumie całe zadanie prawidłowo rozwiązało 42% badanych uczniów. Wyniki, które osiągnęli uczniowie w prezentowa-nym zadaniu, skłaniają do refleksji nad posługiwaniem się terminologią chemiczną w zadaniach. Analiza sta-tystyczna wyników wykazała bowiem, że dla uczniów biorących udział w badaniu podstawowym problemem w zadaniu wcale nie było wskazanie przyczyn zacho-dzącego procesu, lecz jego nazwanie. Płynie z tego wniosek, że uczniowie mogą mieć problemy z podsta-wową terminologią chemiczną, która jest rozbudowana, a słowa są często nieznane z życia codziennego, niezro-zumiałe i podobnie brzmiące (np. dysocjacja, dekan-tacja, destylacja, denaturacja, itd.). Nawet jeśli ucznio-wie prawidłowo rozumują i potrafią rozpoznać proces, np. denaturacji, to często zwyczajnie nie pamiętają ter-minu chemicznego, który go opisuje. Należy więc mieć zawsze świadomość tego, co się w danym zadaniu chce zmierzyć – znajomość definicji czy umiejętność wnio-skowania. Warto też zwrócić uwagę na fakt, że problemy uczniów z opanowaniem specjalistycznej terminologii mogą pojawiać się na każdym etapie kształcenia (także w szkole ponadgimnazjalnej) i dotyczyć nie tylko che-mii, ale także innych przedmiotów szkolnych.
Z wywiadów przeprowadzonych z uczniami wyni-ka, że pomimo stosunkowo długiego wstępu uczniowie czytali go wnikliwie, a większości z nich zarówno sam kontekst zadania, jak i tekst wstępny bardzo się podoba-ły. Uczniowie deklarowali, że chcieliby przeprowadzić takie doświadczenie samodzielnie w domu (starali się więc jak najdokładniej zapamiętać przepis na plastik), uważali także, że zadanie uczy czegoś ciekawego.
Zada-nie to pokazuje, że o białkach naprawdę można uczyć w sposób nieszablonowy i interesujący dla uczniów.
Zadanie jest zgodne z następującymi wymaganiami zawartymi w podstawie programowej dla III etapu edu-kacyjnego:
Cele kształcenia – wymagania ogólne:
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie infor-macji.
1.1. Uczeń pozyskuje i przetwarza informacje z róż-norodnych źródeł z wykorzystaniem technologii informacyjno-komunikacyjnych.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów.
2.1. Uczeń opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg prostych procesów chemicznych. Treści nauczania – wymagania szczegółowe:
9.5. Uczeń (...) opisuje właściwości kwasu octowego (...).
9.13. Uczeń bada zachowanie się białka pod wpły-wem ogrzewania, (...) kwasów (...); opisuje róż-nice w przebiegu denaturacji i koagulacji białek; wylicza czynniki, które wywołują te procesy; wykrywa obecność białka w różnych produk-tach spożywczych.
Zadanie to można wykorzystać także przy realizacji treści nauczania obecnych na dalszym etapie kształce-nia, gdyż jest ono zgodne z następującymi podpunkta-mi z podstawy programowej dla przedpodpunkta-miotu chepodpunkta-mia na IV etapie edukacyjnym (poziom podstawowy):
3.3. Uczeń wyszukuje informacje na temat skład-ników napojów dnia codziennego (mleko) w aspekcie ich działania na organizm ludzki (…).
Nowe zadania PPP | Marcin Chrzanowski, Wojciech Grajkowski, Krzysztof Horodecki, Małgorzata Musialik, Maciej Wiśniewski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 2/2013
72
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | ebis@ibe.edu.pl | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 dla uczniów zupełną zagadkę, a udzielana odpowiedź
była praktycznie przypadkowa.
Wykres nr 1
Wykres nr 2
Wydawałoby się, że skoro uczeń ma świadomość, że większa moc czajnika oznacza szybsze gotowanie, to ma również przynajmniej intuicyjnie poprawne wyczucie pojęcia mocy.
Przedłużając rozumowanie z pierwszego wiersza uczeń powinien bez wysiłku stwierdzić, że czajnik o mniejszej mocy będzie musiał dłużej pracować, aby zagotować litr wody. W tym kontekście uznanie za po-prawną odpowiedź, że koszt takiego dłuższego gotowa-nia może być mniejszy jest zaskakujące.
Niezależnie od mocy czajnika energia potrzebna do zagotowania litra wody jest taka sama. Nawet jeśli uwzględnić straty energii, to niewątpliwie będą one większe przy powolnym grzaniu niż przy szybkim, co tym bardziej powinno prowadzić do odrzucenia hipo-tezy o zmniejszeniu kosztów poprzez gotowanie wody w czajniku o mniejszej mocy.
Jak widać stereotyp prostego kojarzenia: mała moc – małe zużycie energii jest silniejszy niż podstawy szkol-nej wiedzy uzyskaszkol-nej na lekcjach fizyki.
Zadanie diagnozuje poziom umiejętności opisanych wymaganiami ogólnymi i szczegółowymi podstawy programowej fizyki dla III etapu edukacyjnego:
Cele kształcenia:
III. Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.
Treści nauczania:
4.10. Uczeń posługuje się pojęciem pracy i mocy prą-du elektrycznego.
8.2. Uczeń wyodrębnia zjawisko z kontekstu, wska-zuje czynniki istotne i nieistotne dla wyniku do-świadczenia.
Fizyka – jaki kupić czajnik?
W badaniu Laboratorium Myślenia, realizowanym przez PPP IBE staramy się wykorzystywać możliwie szeroko zadania, dotyczące zjawisk zachodzących w bli-skim dla ucznia świecie. Jedno z takich, odtajnionych i przeznaczonych do publikacji zadań prezentujemy niżej. Dotyczy ono istotnych z punktu widzenia użyt-kownika rozmaitych urządzeń, m.in. AGD, a także fun-damentalnych w fizyce pojęć mocy i energii.
Udzielone przez badanych uczniów odpowiedzi wskazują, że edukacja szkolna w pewnych aspektach nadal jednak przegrywa ze stereotypami lub błędną in-tuicją.
Zadanie
Marek wybrał się z rodzicami do sklepu, by kupić czajnik elektryczny. Spodobały im się dwa czajniki o tej samej pojemności, ale różnej mocy: 1500 W i 2300 W.
W dyskusji na temat wyboru czajnika padały różne argumenty.
Rozstrzygnij, które z nich są słuszne z punktu wi-dzenia fizyki.
Stwierdzenie Czy jest słuszne?
1. „Czajnik o większej mocy szybciej zagotuje tę samą ilość wody.” Tak / Nie 2. „W czajniku o mniejszej mocy zagoto-wanie litra wody będzie tańsze.” Tak / Nie
Komentarz
Pierwszy wiersz okazał się banalnie łatwy. Nawet w najsłabszej grupie uczniów poprawna odpowiedź zde-cydowanie dominowała. Widać to na wykresie nr 1. wy-kres nr 2 pokazuje natomiast, iż drugi wiersz stanowił
