SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Nowe zadania PPP
Materiał przygotowują pracownicy Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE oraz eksperci zewnętrzni
Poniższe zadania przygotowane są przez PPP IBE dla III i IV etapu edukacyjnego. Niektóre z nich skon-struowano na potrzeby badania Laboratorium Myślenia i odtajniono po II jego cyklu. Nigdy wcześniej nie były publikowane. Prezentowane zadania mają silny kon-tekst praktyczny i poruszają realne problemy, z którymi uczniowie mogą się zetknąć w życiu codziennym.
Więcej o badaniu Laboratorium Myślenia na stro-nie: eduentuzjasci.pl/pl/badania.html?id=409
Zadania powstały w ramach zrealizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji
oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego
ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego.
Biologia – zespół Lebera
Zadanie
Geny kodujące białka mitochondrialne znajdują się albo w jądrze komórkowym, albo w genomie mitochondrial-nym. Zespół Lebera jest chorobą mitochondrialną, której przyczyną jest defekt genetyczny mitochondrialnego DNA. Na poniższym schemacie przedstawiono schemat zapłodnienia z uwzględnieniem dziedziczenia mitochondriów.
Autorzy:
BIOLOGIA – zadanie: Michał Kowara, komentarz: Wojciech Grajkowski
CHEMIA – zadanie: Katarzyna Iwańska, komentarz: Małgorzata Musialik
FIZYKA – zadanie: Karolina Macielak, komentarz: Krzysztof Horodecki
GEOGRAFIA – zadanie: Katarzyna Mijakowska, komentarz: Maciej Lechowicz
zapłodnienie
Źródło: rysunek własny
Na podstawie schematu określ prawdziwość poniższych stwierdzeń dotyczących zespołu Lebera.
Stwierdzenia:
Prawda czy fałsz?
Zespół Lebera dziedziczy się zgodnie z prawami genetycznymi Mendla. Prawda / Fałsz Choroby mitochondrialne są dziedziczne tylko wtedy, gdy ich przyczyną są defekty jądrowego
DNA. Prawda / Fałsz
Zespół Lebera można odziedziczyć jedynie po matce. Prawda / Fałsz Skutki mutacji w genomie mitochondrialnym będą obserwowane jedynie u dziewcząt. Prawda / Fałsz
kariogamia i zanik męskich mitochondriów zygota tuż przed pierwszym podziałem
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Zadanie sprawdza umiejętność wyciągania wnio-sków na podstawie analizy krótkiego tekstu wpro-wadzającego i załączonego do niego schematu. Do poprawnego rozwiązania nie jest konieczna wiedza o opisywanej jednostce chorobowej. Potrzebna jest jedynie znajomość praw Mendla i ogólna orientacja w podstawowych pojęciach genetyki.
Jak napisano we wstępie do zadania, białka funkcjo-nujące w mitochondriach mogą być kodowane w geno-mie jądrowym albo w genow geno-mie mitochondrialnym. Tym samym choroby mitochondrialne mogą być warunko-wane przez mutacje w DNA jądrowym lub mitochon-drialnym i w zależności od umiejscowienia dziedziczyć się zgodnie z prawami Mendla albo w linii matczynej. Uczeń powinien znać prawa Mendla, natomiast infor-mację o dziedziczeniu mitochondriów w linii matczynej powinien odczytać z rysunku.
Zespół Lebera jest chorobą mitochondrialną, której przyczyną jest obecność wadliwych kopii genów zlo-kalizowanych w genomie mitochondrialnym. Sposób dziedziczenia DNA mitochondrialnego został przed-stawiony na schemacie. Mimo że mitochondria obecne są zarówno w komórce jajowej, jak i w plemniku, osta-tecznie zygota otrzymuje je jedynie od matki. Oznacza to, że rozwijający się z niej organizm będzie miał DNA mitochondrialne identyczne z matczynym. Taki sposób dziedziczenia DNA jest oczywiście niezgodny z prawa-mi Mendla. Stwierdzenie 1 jest zatem fałszywe.
Nieprawdziwe jest również stwierdzenie 2. Choroby mitochondrialne są dziedziczne zarówno wtedy, kiedy przyczyną choroby jest mutacja w DNA jądrowym, jak i w przypadku uszkodzenia DNA mitochondrialnego. Właśnie ten ostatni przypadek opisano w zadaniu.
Ze schematu wynika, że zespół Lebera można odzie-dziczyć wyłącznie po matce (prawdziwość stwierdzenia
pozostają w zygocie, a ich materiał genetyczny zostaje przekazany nowemu organizmowi. Jeśli otrzymane od matki geny mitochondrialne zawierają „defekt”, będą-cy przyczyną zespołu Lebera, to choroba rozwinie się u dziecka, bez względu na jego płeć. Zarówno chłopcy, jak i dziewczęta otrzymują bowiem całość DNA mito-chondrialnego wyłącznie od matki i nie posiadają żad-nych inżad-nych kopii uszkodzożad-nych genów, które mogłyby równoważyć efekt szkodliwych mutacji. Stwierdzenie 4 należy zatem uznać za fałszywe.
Zadanie odwołuje się do choroby genetycznej, o któ-rej większość uczniów prawdopodobnie nie słyszała, w odróżnieniu od omawianych już w gimnazjum dalto-nizmu czy mukowiscydozy. Dzięki temu w zadaniu nie jest sprawdzana wiedza ucznia o konkretnym przypad-ku choroby genetycznej, ale umiejętność analizy tekstu i wnioskowania w oparciu o ogólną wiedzę z zakresu genetyki.
Zadanie jest przeznaczone dla uczniów IV etapu edukacyjnego, realizujących zakres rozszerzony biolo-gii, jest zgodne z podstawą programową dla tego etapu:
Wymagania ogólne:
V. Rozumowanie i argumentacja. Uczeń objaś-nia i komentuje informacje, odnosi się krytycznie do przedstawionych informacji, oddziela fakty od opinii, wyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe, formu-łuje wnioski, formuformu-łuje i przedstawia opinie związane z omawianymi zagadnieniami biologicznymi, dobiera-jąc racjonalne argumenty. Dostrzega związki między biologią a innymi dziedzinami nauk przyrodniczych i społecznych. Rozumie znaczenie współczesnej biologii w życiu człowieka.
Wymagania szczegółowe:
VI.5.1. Uczeń wyjaśnia i stosuje podstawowe pojęcia genetyki klasycznej;
VI.5.2. Uczeń przedstawia i stosuje prawa Mendla;
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Chemia – izolacja rur miedzianych
Zadanie
Rury miedziane były wykorzystywane do transportu wody już w starożytności. Po raz pierwszy rury miedziane zasto-sowano do budowy systemów wodociągowych w świątyni w Abusir w Egipcie w roku 2750 p.n.e.
Obecnie miedź jest stosowana w instalacjach wody pitnej oraz w wodnych systemach grzewczych. W przypadku in-stalacji, w których występuje woda o wysokiej temperatu-rze, należy stosować rury w specjalnej izolacji.
Źródło: http://www.copperalliance.pl/docs/librariespro-vider3/10_istotnych_powodow_stosowania_miedzi-pdf.
Źródło rysunku: http://www.buderus.lublin.pl/-rury--miedziane-c12c2i152.htm
Które właściwości miedzi decydują o tym, że do instalacji z gorącą wodą należy stosować izolację?
Wybierz odpowiedź spośród podanych poniżej.
A. Miedź jest odporna na korozję. B. Miedź dobrze przewodzi ciepło. C. Miedź jest wytrzymała na rozciąganie. D. Miedź dobrze przewodzi elektryczność.
Komentarz
Umiejętnością mierzoną w tym zadaniu jest wnio-skowanie o zastosowaniu substancji na podstawie jej właściwości. Zadaniem ucznia jest wybranie cechy miedzi, która powoduje, że trzeba stosować specjalną izolację do wykonanych z niej instalacji z gorącą wodą. Aby poprawnie rozwiązać zadanie, uczeń powinien znać takie pojęcia jak: korozja, przewodnictwo ciep-lne, przewodnictwo elektryczne, rozciągliwość i izo-lacja. Analizując zadanie, uczeń powinien zauważyć, że izolacja stosowana do instalacji z gorącą wodą ma chronić otoczenie przed wysoką temperaturą, a więc poprawna odpowiedź powinna dotyczyć przewodzenia ciepła i właściwości termicznych miedzi. Wśród odpo-wiedzi zawartych w pytaniu, tylko odpowiedź B doty-czy dobrej przewodności cieplnej i jest to odpowiedź poprawna. Właściwość podana w odpowiedzi A, czyli odporność na korozję, istotnie jest cechą miedzi – jest to przyczyna, dla której miedziane rury w ogóle sto-suje się do transportu wody. Rury wykonane z metalu ulegającego korozji zostałyby szybko zniszczone przez rdzę, a więc nie mogłyby służyć ani do transportu wody zimnej, ani gorącej. Właściwość podana w dystraktorze C – wytrzymałość na rozciąganie – również jest cechą miedzi. Uczeń powinien umieć dostrzec, że dzięki wy-trzymałości na rozciąganie rury miedziane nie pęka-ją pod wpływem wysokich temperatur. Z kolei dobre przewodnictwo elektryczne miedzi jest ważne jedynie w przypadku wykorzystywania jej w instalacji elek-trycznej, a nie wodnej, a więc odpowiedź D również jest odpowiedzią błędną.
Zadanie zostało zbadane na grupie 118 absolwentów gimnazjum. W poniższej tabeli przedstawiono rozkład procentowy ich odpowiedzi (gwiazdką oznaczono od-powiedź poprawną).
Odpowiedź Procent odpowiedzi [%]
A 27,1
B* 47,5
C 4,2
D 15,3
Poprawnej odpowiedzi udzieliło 47,5% badanych uczniów, a zatem było ono dla nich raczej trudne. Naj-częściej wybieranym dystraktorem była odpowiedź A – ponad jedna czwarta uczniów nie zauważyła, że od-porność na korozję, choć jest cechą miedzi, to nie może być przyczyną zakładania izolacji. Ponad 15% uczniów wybrało też odpowiedź D, prawdopodobnie kojarząc „instalację” z instalacją elektryczną. Natomiast niewie-lu uczniów wybrało dystraktor C, myśląc że wytrzy-małość na rozciąganie może być przyczyną zakładania izolacji na rury z gorącą wodą.
Zadanie słabo różnicowało uczniów pod względem poziomu umiejętności, czyli ogólnego wyniku, jaki uzyskał uczeń w całym teście. Tylko uczniowie, któ-rzy osiągnęli najwyższe wyniki z testu poradzili sobie w miarę dobrze z tym zadaniem, co pokazuje, że na lek-cjach nie poświęca się wystarczająco dużo miejsca tłu-maczeniu związków między daną właściwością a kon-kretnym zastosowaniem.
Zadanie nadaje się zarówno na poziom gimnazjal-ny, jak i ponadgimnazjalgimnazjal-ny, gdyż dotyczy uniwersalnej w chemii umiejętności odnajdywania związku między konkretnymi właściwościami substancji, a jej zastoso-waniami, zwłaszcza w życiu codziennym.
Zadanie jest zgodne z wymaganiami zawartymi w podstawie programowej dla poziomu podstawowego IV etapu edukacyjnego:
Wymagania ogólne:
I. Wykorzystanie, przetwarzanie i tworzenie infor-macji.
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
pozyskuje, analizuje, ocenia i przetwarza informacje pochodzące z różnych źródeł, ze szczególnym uwzględ-nieniem mediów i Internetu.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów.
Uczeń zdobywa wiedzę chemiczną w sposób ba-dawczy – obserwuje, sprawdza, weryfikuje, wnioskuje i uogólnia; wykazuje związek składu chemicznego, bu-dowy i właściwości substancji z ich zastosowaniami; po-sługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codzien-nym w kontekście dbałości o własne zdrowie i ochrony środowiska naturalnego.
oraz z następującymi wymaganiami szczegółowy-mi zawartyszczegółowy-mi w podstawie programowej cheszczegółowy-mii dla III etapu edukacyjnego:
Wymagania szczegółowe:
1. Substancje i ich właściwości. Uczeń:
1) opisuje właściwości substancji będących główny-mi składnikagłówny-mi stosowanych na co dzień produktów np. soli kamiennej, cukru, mąki, wody, miedzi, żelaza; wykonuje doświadczenia, w których bada właściwości wybranych substancji;
5) (…) odróżnia metale od niemetali na podstawie ich właściwości;
4. Powietrze i inne gazy. Uczeń: 7) opisuje rdzewienie (…)
Fizyka – karuzela
Zadanie
Na placu zabaw karuzela kręciła się zgodnie z ru-chem wskazówek zegara. Janek wskakiwał na nią na dwa różne sposoby (rysunek, widok z góry). Po skoku karuzela nadal obracała się w tę samą stronę.
Rysunek własny, Autor: Karolina Macielak
Jak po skoku Janka zmieniła się prędkość kątowa karuzeli w opisanych sytuacjach?
A. W I zmalała, w II nie zmieniła się. B. W obu zmalała tak samo.
C. W obu zmalała, jednak w II bardziej niż w I. D. W obu zmalała, jednak w I bardziej niż w II.
Zadanie opisuje dość typowy problem z zakresu mechaniki ruchu obrotowego bryły sztywnej, jednak w nietypowej sytuacji. W zadaniu nie ma bowiem żad-nych „dażad-nych” ani „szukażad-nych” wielkości – uczeń ma dokonać jedynie analizy pozwalającej na uszeregowanie oczekiwanych wartości.
W sytuacji II prosta, na której leży wektor prędko-ści Janka, przechodzi przez oś obrotu karuzeli (lub też tuż obok niej), w efekcie prędkość Janka nie ma wpły-wu na moment pędu układu. Karuzela jednak zwolni, gdyż usadowienie się na niej Janka zwiększy całkowity moment bezwładności układu. Zgodnie z zasadą zacho-wania momentu pędu, prędkość karuzeli zmniejszy się. W sytuacji I nie tylko wzrośnie moment bezwład-ności układu, ale i dodatkowo początkowy pęd Janka w chwili wskakiwania na karuzelę zmniejszy całkowity moment pędu układu chłopiec–karuzela. Stąd prędkość kątowa karuzeli zmniejszy się bardziej niż w sytuacji II.
W przeprowadzonym wśród uczniów liceów ogól-nokształcących badaniu, poprawną odpowiedź wybra-ła niemal dokwybra-ładnie połowa uczniów, przy czym widać dość silną korelację między wynikami tego zadania a w wynikami całego wykorzystanego w badaniu testu. Stosunkowo duża grupa uczniów (niemal ¼ ) wybrała odpowiedź C. Oznacza to, że przytłaczająca większość uczniów odrzuciła odpowiedzi A i B. Wybranie odpo-wiedzi A świadczyłoby o pominięciu efektu zmiany momentu bezwładności układu, a odpowiedzi B – o po-minięciu wpływu niezerowego momentu pędu Janka w sytuacji I.
Zadanie nadaje się na pracę klasową lub sprawdzian jako dobrze weryfikujące rozumienie istoty zagadnień przy małej czasochłonności. W zadaniu warto dodać informację (celem rozwiania ewentualnych wątpliwo-ści), iż karuzela nie posiada żadnego własnego napędu.
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
Zadanie jest zgodne z podstawą programową fizyki dla IV etapu edukacyjnego, w zakresie rozszerzonym:
Wymagania ogólne:
I. Znajomość i umiejętność wykorzystania pojęć i praw fizyki do wyjaśniania procesów i zjawisk w przy-rodzie.
Wymagania szczegółowe:
2.6. Uczeń opisuje ruch obrotowy bryły sztywnej wokół osi przechodzącej przez środek masy (prędkość kątowa, przyspieszenie kątowe).
2.8. Uczeń stosuje zasadę zachowania momentu pędu do analizy ruchu.
Geografia – piramidy w cieniu
Zadanie
Bolesław Prus w powieści Faraon tak opisuje pewne zjawisko:
Słońce świeciło, na niebie nie było ani jednej chmurki, a mimo to jasność dzienna poczęła się zmniejszać i po-wiał chłód. [...] Na dworze, mimo południa wzrastał zmrok. W ogrodach świątyni Ptah zaczęły piać koguty.[...] Było już po pierwszej i istotnie słoneczne światło poczęło zmniej-szać się. Wtem na żółte wzgórza libijskie padł złowrogi cień i z błyskawiczną szybkością zakrył Memfis, Nil i pałacowe ogrody. Noc ogarnęła ziemię, a na niebie ukazała się czarna jak węgiel kula, otoczona wieńcem płomieni [...].
Wybierz prawidłowe uzupełnienie zdań.
(1) Opisane wyżej zaćmienie Słońca jest wynikiem tego, że
A. cień Księżyca pada na Słońce. B. cień Ziemi pada na Księżyc. C. cień Księżyca pada na Ziemię.
(2) Egipcjanie bardzo się przerazili obserwując to naturalne zjawisko, ponieważ:
A. nie znali go, bo w danym miejscu na Ziemi zdarza się bardzo rzadko.
B. z własnego doświadczenia wiedzieli, że zapo-wiada klęskę nieurodzaju.
C. przekazy ustne łączyły występowanie zaćmień z groźbą powodzi.
Komentarz
Zadanie sprawdza u uczniów umiejętność analizy tekstu źródłowego i skorelowania go z posiadaną wiedzą dotyczącą zjawisk astronomicznych oraz ich znaczenia dla życia człowieka. Zadanie odwołuje się do fragmen-tu lekfragmen-tury szkolnej autorstwa Bolesława Prusa, w której autor niesłychanie plastycznie przedstawił zjawisko za-mienia słońca w starożytnym Egipcie. Zadaniem ucznia jest wybór właściwego uzupełniania dwóch zdań odno-szących się do zaprezentowanego w tekście zdarzenia.
Uczeń nie musi rozpoznawać przedstawionego zja-wiska, ta informacja pojawia się w treści zadania.
W pierwszej części uczeń powinien wskazać przy-czynę obserwowanego przez Egipcjan zjawiska. Z teks-tu wynika, że tarcza słoneczna została czymś stopniowo przesłonięta i zapadła ciemność. To nasza planeta zna-lazła się w cieniu. Taki cień mógł rzucić jedynie Księżyc, satelita Ziemi, poruszający się po robicie okołoziem-skiej. Prawidłowa jest zatem odpowiedź C. W odpowie-dzi A to Ziemia musiała by świecić własnym światłem i to silniejszym od Słońca, aby Księżyc mógł rzucać cień na jego powierzchnię. W odpowiedzi B zostało zapre-zentowane inne zjawisko astronomiczne, a mianowicie zaćmienie Księżyca.
W drugiej części zadania uczeń ma wyjaśnić, dla-czego starożytni Egipcjanie tak bardzo przerazili się zaćmienia Słońca. Rzadkość tego zjawiska powoduje, że mało który człowiek (chyba że podróżuje po całym świecie, obserwując zaćmienia) ma okazję obserwować to zjawisko dwukrotnie w ciągu swojego życia. Zwy-czajni Egipcjanie nie znali takiego zjawiska i ciemność w środku dnia wywołała u nich przerażanie. Prawidło-wą jest zatem odpowiedź A. Obie pozostałe wypowie-dzi sugerują dobrą znajomość tego zjawiska u ludności Egiptu. Poza mało liczną klasą kapłanów, Egipcjanie
SZK
OŁA
NA
UK
A
KR
Ó
TK
O
nym, nie wywoływałoby paniki.
Warto podczas lekcji zwrócić uwagę uczniów na zjawiska często nagłaśnianie w mediach. Słuchając tych doniesień, można odnieść wrażenie, że zaćmienia Słońca występują dużo rzadziej niż zaćmienia Księży-ca. Często można usłyszeć zdanie, ze kolejne zaćmienie będzie za ponad 100 lat… Nie jest to do końca prawda. W ciągu roku zdarzają się dwa zaćmienia Słońca, a cza-sem nawet pięć. Z kolei zaćmienia Księżyca mogą wy-stąpić maksymalnie tylko trzy razy do roku, ale może być też tak, że w danym roku nie zdarzy się ani jedno. Powodem takich przekonań jest to, że zaćmienie całko-wite Słońca jest widoczne tylko w pasie węższym od 300 km, a zaćmienie Księżyca widać wszędzie, gdzie Księżyc pojawia się nad horyzontem.
Zadanie jest zgodne z podstawą programową geo-grafii dla IV etapu edukacyjnego w zakresie rozszerzo-nym:
Wymagania ogólne:
I. Dostrzeganie prawidłowości dotyczących środo-wiska przyrodniczego, życia i gospodarki człowieka oraz wzajemnych powiązań i zależności w systemie człowiek – przyroda – gospodarka. Uczeń wskazu-je i analizuwskazu-je prawidłowości i zależności wynikające z funkcjonowania sfer ziemskich oraz działalności czło-wieka w różnorodnych warunkach środowiska, wska-zując znaczenie rosnącej roli człowieka i jego działań w środowisku geograficznym w różnych skalach (lokal-nej, regionalnej i globalnej).
IV. Pozyskiwanie, przetwarzanie oraz prezentowa-nie informacji na podstawie różnych źródeł informacji geograficznej. Uczeń (…) potrafi selekcjonować i prze-twarzać informacje do prezentacji wybranych zagad-nień.
Wymagania szczegółowe:
2.7. Ziemia we Wszechświecie. Uczeń wyjaśnia
