Liofilizacja

Poprawna odpowiedź

1. Prawda
2. Fałsz
3. Prawda

Wymaganie ogólne

1.1 Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł z wykorzystaniem technologii informacyjno – komunikacyjnych.
2.1 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg prostych procesów chemicznych;

Wymaganie szczegółowe

1.3 Substancje i ich właściwości.Uczeń obserwuje mieszanie się substancji/ opisuje ziarnistą budowę materii/ tłumaczy, na czym polega zjawisko dyfuzji, rozpuszczania, mieszania, zmiany stanu skupienia/ planuje doświadczenia potwierdzające ziarnistość materii.
3.1 Reakcje chemiczne. Uczeń opisuje różnice w przebiegu zjawiska fizycznego i reakcji chemicznej / podaje przy kłady zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych zachodzących w otoczeniu człowieka/ planuje i wykonuje doświadczenia ilustrujące zjawisko fizyczne i reakcję chemiczną.

Komentarz

Celem suszenia owoców jest obniżenie zawartości wody do poziomu uniemożliwiającego rozwój bakterii i grzybów oraz zachodzenie procesów biochemicznych niekorzystnych z punktu widzenia trwałości produktu. Liofilizacja, czyli suszenie sublimacyjne zamrożonych substancji, jest ważną metodą usuwania wody z produktów mało odpornych na obróbkę cieplną (np. owoców, warzyw, szczepionek i leków). Produkty są najpierw zamrażane w temperaturze poniżej 0°C, a następnie podlegają sublimacji w próżni. Parowanie wody następuje bezpośrednio z kryształów lodu, przy znacznie obniżonym ciśnieniu (rzędu 10-70 Pa), niezbędnym do uzyskania odpowiedniej szybkości sublimacji rozpuszczalnika.* Owoce liofilizowane, ze względu na łatwość przechowywania i wysoką zawartość niezbędnych składników odżywczych, są cennym składnikiem produktów żywnościowych o długim terminie przydatności do spożycia. Tematyka zadania powinna zainteresować uczniów, ponieważ z jednej strony dotyczy produktów żywnościowych, z którymi uczniowie stykają się na co dzień, a z drugiej strony pokazuje, że zjawiska i procesy omawiane na lekcjach (w tym przypadku przemiany fazowe wody) znajdują praktyczne zastosowanie w życiu codziennym, np. do konserwacji żywności. Uczniów może też zainteresować aspekt zdrowotny żywności konserwowanej za pomocą liofilizacji.

 Aby prawidłowo odpowiedzieć na pytania postawione w tym zadaniu, uczeń powinien:

• rozumieć, że proces suszenia polega na usunięciu wody z substancji (wiersz 1);
• rozumieć, że woda ulega przemianom fazowym i że zamrożenie truskawek oznacza zmianę stanu skupienia wody z ciekłego w stały, a w wyniku sublimacji woda przejdzie ze stanu stałego w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego (wiersz 2);
• rozumieć, że usunięcie wody z produktu (truskawek) spowoduje zmniejszenie jego masy (wiersz 3).

W zadaniu tym badana jest umiejętność wnioskowania na podstawie posiadanych wiadomości i analizy tekstu.

* Żywność wygodna i żywność funkcjonalna, praca zbiorowa pod red. prof. dr hab. F. Świderskiego, 2003, Wydawnictwo WNT; http://www.zarzyccy.pl/liofilizacja.html#1/%20Liofilizacja.

Jak odpowiadali uczniowie?   

Standaryzację zadania przeprowadzono na grupie 97 uczniów z III klasy gimnazjum. W poniższej tabeli przedstawiono rozkład procentowy odpowiedzi uczniów na pytania postawione w poleceniu do zadania (właściwe odpowiedzi zaznaczono pogrubioną czcionką).

Odsetek uczniów, którzy odpowiedzieli poprawnie na pytanie 1 dotyczące istoty procesu liofilizacji, wyniósł 75,3%. Odpowiedź błędna mogła być wynikiem braku zrozumienia, na czym polega proces suszenia. Uczniowie mogli też kojarzyć suszenie jako proces odparowywania zachodzący w podwyższonej temperaturze, w strumieniu ciepłego powietrza, a nie z sublimacją lodu w obniżonej temperaturze. Ponadto, na błędną odpowiedź mógł wpłynąć brak znajomości przemian fazowych wody.

Z kolei 78,4% uczniów udzieliło prawidłowej odpowiedzi na pytanie w wierszu 2, poprawnie kojarząc proces mrożenia i sublimacji jako zmianę stanu skupienia wody. Uczniowie, którzy wybrali błędną odpowiedź, mogli nie rozumieć, że proces mrożenia i sublimacji dotyczył wody zawartej w owocach.     

Ponad 70% uczniów wyciągnęło logiczny wniosek, że skutkiem suszenia/ sublimacji wody z truskawek będzie zmniejszenie masy owoców. Na udzielenie błędnej odpowiedzi mogły wpłynąć takie czynniki, jak brak zrozumienia, że skutkiem liofilizacji truskawek jest usunięcie z nich wody.

Całe zadanie zostało prawidłowo rozwiązane przez 53,6% uczniów. Największą trudność sprawiło uczniom pytanie dotyczące wpływu suszenia na masę truskawek (wiersz 3), a najłatwiejsze okazało się pytanie dotyczące zmian stanu skupienia wody (wiersz 2). 

UWAGA DO ZADANIA: Zadanie można wykorzystać także przy realizacji następujących podpunktów z podstawy programowej dla przedmiotu fizyka – III etapu edukacyjnego:

2.9 Energia. Uczeń opisuje zjawiska topnienia, krzepnięcia, parowania, skraplania, sublimacji i resublimacji.