Masło i olej

Poprawna odpowiedź

TAK, NIE, TAK

Wymaganie ogólne

2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Wymaganie szczegółowe

3.3. Właściwości materii. Uczeń posługuje się pojęciem gęstości
8.12. Wymagania przekrojowe. Uczeń planuje doświadczenie lub pomiar, wybiera właściwe narzędzia pomiaru/ mierzy: czas, długość, masę, temperaturę, napięcie elektryczne, natężenie prądu

Komentarz

Zadanie obejmuje takie treści podstawy programowej, jak: gęstość substancji, wyznaczanie gęstości ciał, pływanie ciał. Zapewne podczas omawiania sposobów doświadczalnego wyznaczenia gęstości różnych ciał uczeń zetknął się na lekcji ze sposobami wskazanymi w treści zadania.

Aby rozwiązać zadanie, uczeń powinien prawidłowo zaplanować kolejne etapy dwóch doświadczeń, których celem jest wyznaczenie gęstości ciała stałego o nieregularnym kształcie i wyznaczenie gęstości cieczy, a następnie powinien wyciągnąć odpowiednie wnioski z przeprowadzonego doświadczenia.

Oczywiście przeciętny uczeń nie powinien mieć większych problemów z rozwiązaniem tego zadania, gdyż wyznaczanie gęstości różnych substancji jest zasadniczym elementem na lekcjach fizyki podczas omawiania zagadnień związanych z hydrostatyką.

Poniżej pokazano wyniki badania wykonanego na losowej próbie około 5000 uczniów klas I szkół ponadgimnazjalnych. Badaną populację podzielono według uzyskanych wyników na osiem równolicznych grup, nadając im numery od 1 do 8 (1 – uczniowie najsłabsi, 8 – najlepsi).

Liczby 1-8 na poziomej osi oznaczają numer grupy, a liczby na pionowej osi – procent uczniów z danej grupy, którzy wybrali daną odpowiedź

Wykres pierwszy pokazuje, jak uczniowie oceniali poprawność opisu pierwszego doświadczenia. Aby stwierdzić, czy opis jest poprawny uczeń powinien przypomnieć sobie, jaki jest związek gęstości z zachowaniem się ciała zanurzonego w cieczy – zatem odpowiedni wybór odpowiedzi tego zdania opiera się w zasadzie na wiadomościach ucznia. Jeśli zestalone masło wrzucamy do płynnego oleju, to:

• masło pływa na powierzchni oleju wtedy, gdy jego gęstość jest mniejsza od gęstości oleju,
• masło pływa całkowicie zanurzone w oleju wtedy, gdy jego gęstość jest taka sama jak gęstość oleju,
• masło tonie w oleju wtedy, gdy jego gęstość jest większa od gęstości oleju.

Zatem pierwszy opis doświadczenia pozwala stwierdzić, co ma większą gęstość.

Jak widać, większość uczniów wybrała prawidłową, twierdzącą odpowiedź na pierwszy opis doświadczenia (68,4% uczniów wybrało odpowiedź ,,Tak’’). Grupa najlepszych uczniów odpowiedziała prawidłowo na poziomie około 84%. Z powyższych wyników można wywnioskować, iż stan wiedzy uczniów na temat oceny gęstości ciał przy wykorzystaniu warunków pływania jest w miarę zadowalający.

Wykres drugi pokazuje procent prawidłowych i nieprawidłowych ocen poprawności przeprowadzenia drugiego doświadczenia.

Oczywiście opis drugi nie ma żadnego związku z wyznaczeniem gęstości. Opis ten pozwala jedynie ocenić, co ma większą masę lub ciężar. Gęstość wiąże się także z objętością substancji. W przypadku oleju można oczywiście wyznaczyć gęstość następującym sposobem - wlewamy konkretną objętość oleju do miski i stawiamy na wadze; mając masę oleju – po odjęciu masy miski – oraz jego objętość, możemy na podstawie wzoru obliczyć gęstość. W przypadku masła gęstości w ten sposób nie wyznaczymy, bo nie znamy jego objętości.

Zatem opis tego doświadczenia jest niepoprawny – nie możemy sposobem opisanym w zdaniu drugim stwierdzić, co ma większą gęstość.

Jak widać z powyższego wykresu, opis drugi przysporzył więcej problemów niż pierwszy.  62% uczniów oceniło, że opis tego doświadczenia jest nieprawidłowy. Niezadowalający jest wynik grupy najlepszych uczniów – około 80% prawidłowych odpowiedzi. Widać także, że różnice w odsetku prawidłowych odpowiedzi są niewielkie dla uczniów z szóstej, siódmej i ósmej grupy. Uczniowie najsłabsi prawidłowo odpowiedzieli na granicy 48%. Uczniowie wybierający prawidłowość tego opisu być może rozumowali w ten sposób, że ciało o większej masie ma w swoim składzie więcej cząsteczek gęsto ułożonych, a zatem ma większą gęstość. Dlatego stwierdzili, że za pomocą samej wagi można wyznaczyć gęstość zarówno w przypadku masła, jak i oleju.

Poniższy wykres przedstawia wybory oceny poprawności opisu trzeciego doświadczenia, które są zbliżone zarówno w grupie uczniów najsłabszych, jak i najlepszych. W tym przypadku uczniowie stwierdzając, że ten sposób wyznaczenia gęstości jest nieprawidłowy, mogli zasugerować się tym, iż nie da się przecież ani zważyć samego oleju, ani wyznaczyć objętości masła, bo masło mogło mieć nieregularny kształt i nie byłoby wtedy możliwe zmierzenie odpowiednich boków kawałka masła. W związku z tym, skoro nie ma podanej masy w przypadku oleju i objętości w przypadku masła, to ze wzoru na gęstość wynika, że tą metodą jej nie wyznaczymy.

Ostatni wykres przedstawia zbiorcze wyniki odpowiedzi na całe zadanie. Jak się okazuje, zadanie wypadło bardzo słabo w grupie najlepszych uczniów, a jeszcze słabiej w grupie uczniów słabszych.

Jak widać, wykres wskazuje na to, że brak jest zależności między wynikami a poszczególnymi grupami uczniów. Jednakże odsetek prawidłowych odpowiedzi uczniów z poszczególnych grup jest zbliżony. W głównej mierze na wynik całościowy zadania wpłynął trzeci opis doświadczenia, który miał bardzo małą moc różnicującą.

Należy stwierdzić, że zazwyczaj uczniowie mają trudności z rozumowaniem w zadaniach doświadczalnych. Może jest to skutek tego, że zbyt małą wagę przywiązuje się na lekcji do eksperymentów lub do doświadczalnego wyznaczania wartości różnych wielkości fizycznych.

Słowa kluczowe