Nitro, czyli gaz do dechy

Poprawna odpowiedź

A

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

3.2 Reakcje chemiczne. Uczeń opisuje, na czym polega reakcja syntezy, analizy i wymiany/ podaje przykłady różnych typów reakcji i zapisuje odpowiednie równania/ wskazuje substraty i produkty/ dobiera współczynniki w równaniach reakcji chemicznych/ obserwuje doświadczenia ilustrujące typy reakcji i formułuje wnioski.

Komentarz

Prezentowana wiązka zadań została stworzona na potrzeby III etapu edukacyjnego, ale może też być wykorzystana na lekcji, w dziale Paliwa – obecnie i w przyszłości, na poziomie podstawowym w szkołach ponadgimnazjalnych, ponieważ opisuje uzyskiwanie energii w procesie spalania paliwa. Autorem koncepcji zadań był stażysta w Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych Instytutu Badań Edukacyjnych.     

Umiejętnością badaną w zadaniu 1. jest wnioskowanie na podstawie analizy tekstu. W gąszczu informacji, z jakimi stykamy się na co dzień, zdolność analizy tekstu i wnioskowania na podstawie informacji w nim zawartych jest umiejętnością kluczową, bez której nie można się obyć w dzisiejszym świecie. W związku z tym ważne jest, aby uczniowie opanowali tę umiejętność. W zadaniu sprawdzana jest także umiejętność tłumaczenia informacji z języka opisu na język równań i symboli chemicznych. Treści zawarte we wstępie do zadania mogą wydawać się nieco zawiłe – opisane jest w nim zastosowanie tlenku azotu(I) (tzw. Nitro) jako dopalacza w silniku benzynowym. Jednak aby prawidłowo rozwiązać to zadanie, wystarczy, że uczniowie przeczytają uważnie wstęp i znajdą fragment, w którym opisana jest reakcja rozkładu (analizy) Nitro do azotu i tlenu: „W wysokiej temperaturze, która panuje w komorze spalania, tlenek azotu(I) rozpada się na tlen i azot (…)”, a następnie wybiorą odpowiedź, która przedstawia taką reakcję. Odpowiedź A jest jedyną, w której podano reakcję rozkładu związku chemicznego, wszystkie pozostałe to reakcje syntezy. Oczywiście uczniowie powinni także znać symbole chemiczne tlenu i azotu.    

Jak odpowiadali uczniowie

Standaryzację zadania przeprowadzono na grupie 97 uczniów z 3. klasy gimnazjum, a z wybranymi 9 uczniami przeprowadzono także wywiady (cognitive laboratory), w trakcie których starano się dowiedzieć, w jaki sposób uczeń dochodził do odpowiedzi.

Tabela. Rozkład procentowy odpowiedzi uczniów na pytanie postawione w poleceniu.

Wyniki standaryzacji i cognitive laboratory wskazują, że część uczniów nie analizowała wstępu do zadania w poszukiwaniu treści mogących im pomóc w udzieleniu prawidłowej odpowiedzi lub że zrobiła to niedokładnie. Odsetek odpowiedzi poprawnych wyniósł 22%, co jest bardzo niskim wynikiem w przypadku zadania, w którym szansa losowego oddania poprawnej odpowiedzi wynosi 25%. Dystraktory użyte w zadaniu okazały się dużo bardziej atrakcyjne niż odpowiedź poprawna – odpowiedzi B i C zaznaczyło odpowiednio 28% i 39% uczniów. Najrzadziej wybieraną odpowiedzią był dystraktor D – wybrało go zaledwie 9% badanych. Z wywiadów z uczniami wynika, że osoby, które wybrały odpowiedzi B lub C, mogły je wybrać, ponieważ zasugerowały się zgodnością liczby atomów po lewej i prawej stronie równania. Nie można też całkowicie wykluczyć, że wybór nieodpowiedniej reakcji był podyktowany trudnością w określeniu, co było substratem, a co produktem reakcji, bądź pomyleniem reakcji analizy z reakcją syntezy (odpowiedź B). Uczniowie, którzy wybrali odpowiedź D, najprawdopodobniej nie przeanalizowali wstępu do zadania, ponieważ w tekście nie ma mowy ani o tlenku azotu(IV) ani o tlenku azotu(V). Nie można też wykluczyć, że niektórzy uczniowie nie rozpoznali tych związków po wzorach lub nie widzieli różnicy między wzorami tlenków azotu.

Poprawna odpowiedź

1. Prawda

2. Prawda

3. Prawda

Wymaganie ogólne

1.1 Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł z wykorzystaniem technologii informacyjno – komunikacyjnych.
2.2 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zna związek właściwości różnorodnych substancji z ich zastosowaniami i ich wpływ na środowisko naturalne;

Wymaganie szczegółowe

3.2 Reakcje chemiczne. Uczeń opisuje, na czym polega reakcja syntezy, analizy i wymiany/ podaje przykłady różnych typów reakcji i zapisuje odpowiednie równania/ wskazuje substraty i produkty/ dobiera współczynniki w równaniach reakcji chemicznych/ obserwuje doświadczenia ilustrujące typy reakcji i formułuje wnioski.

Komentarz

Podobnie jak dla zadania 1. z tej wiązki, standaryzację przeprowadzono na grupie 97 uczniów z 3 klasy gimnazjum, a cognitive laboratory z wybranymi 9 uczniami. Wyniki standaryzacji wykazały, że zadanie 2. wymaga poprawek. Zadanie pokazujemy w obu wersjach (standaryzowanej i poprawionej), ponieważ uważamy, że problemy, z jakimi borykali się uczniowie rozwiązujący to zadanie, są warte omówienia. 

Zadanie 2. poddano standaryzacji w następującej postaci:

Zaznacz, które informacje z tabeli są prawdziwe, a które fałszywe.

W poniższej tabeli przedstawiono rozkład procentowy odpowiedzi uczniów (odpowiedzi poprawne zaznaczono pogrubioną czcionką).

Tabela. Rozkład procentowy odpowiedzi uczniów na pytanie postawione w poleceniu.

Prawdopodobieństwo losowego udzielenia poprawnej odpowiedzi dla poszczególnych wierszy wynosi 50%, a dla całego zadania 12,5%. Całe zadanie poprawnie rozwiązało 38% badanych uczniów. Odsetek uczniów, którzy nie udzielili żadnej odpowiedzi, był równy 3%.

Umiejętnością badaną w Zadaniu 2. jest wnioskowanie na podstawie analizy tekstu i wiedzy własnej. Aby wybrać poprawną odpowiedź w wierszu 1, uczeń powinien znaleźć w tekście fragment mówiący, że dzięki Nitro zawartość tlenu (w komorze) zwiększa się do 33%, a moc silnika (przy jednoczesnym wtrysku dodatkowej ilości paliwa) rośnie o około 30%, a następnie wyciągnąć wniosek, że na skutek rozpadu Nitro w komorze spalania jest więcej tlenu, który może przereagować z większą ilością paliwa, a więc paliwo zostanie szybciej zużyte (stwierdzenie 1 jest fałszywe). Pytanie to okazało się najtrudniejsze w całym zadaniu 2. – prawidłowo odpowiedziało na nie 55% uczniów. Uczniowie, którzy nie przeczytali uważnie polecenia w podpunkcie pierwszym, mogli nie zauważyć, że pytanie dotyczy zaprzeczenia (Nitro „nie powoduje”). Wywiady przeprowadzane z uczniami pokazują, że nawet podkreślenie takiego wyrażenia nie zawsze skutkuje poprawnym zrozumieniem pytania. Pytanie zawarte w wierszu 2 jest złożone: uczeń powinien wywnioskować z tekstu, że spalanie paliwa powoduje znaczny wzrost temperatury w silniku i że tak wysoka temperatura umożliwia rozpad tlenku azotu(I) na azot i tlen. Uczniowie nie mieli większych problemów z tą częścią zadania – 71% rozwiązało ją poprawnie. Błędna odpowiedź mogła wynikać z braku znajomości terminu chemicznego (reakcji rozkładu), niezbyt uważnego przeczytania wstępu lub z nieprzeczytania go w ogóle. Z kolei do odpowiedzi w wierszu 3 uczeń tak naprawdę nie potrzebował informacji zawartych we wstępie – wystarczyło, że wiedział, na czym polega reakcja spalania i jak ona przebiega w zależności od dostępności tlenu w środowisku reakcji. Nie jest jednak sprawą oczywistą, co uczniowie rozumieli przez „przebieg reakcji”, ponieważ można to odnosić zarówno do szybkości reakcji, jak i zróżnicowania produktów spalania. Odsetek odpowiedzi poprawnych w tym wierszu wyniósł 69%.

Warto podkreślić, że większość uczniów biorących udział w cognitive laboratory, którzy odpowiedzieli błędnie na to pytanie, po ponownym, dokładnym przeczytaniu tekstu wstępnego do zadania udzielała poprawnych odpowiedzi, a samo zadanie zostało uznane przez nich za ciekawe.

Na podstawie wyników standaryzacji i cognitive laboratory do zadania wprowadzono pewne zmiany, aby jego treść była bardziej precyzyjna, spójna i łatwiejsza w odbiorze dla ucznia. Największe zmiany dotyczą wiersza 1, w którym nie ma już zaprzeczenia, aby wykluczyć sytuację, w której uczeń nie zauważył słowa „nie” w pytaniu. Oczywiście stwierdzenie w nim zawarte jest prawdziwe. W wierszu 2 zamieniono „reakcję rozkładu” na „rozpad” N₂O, aby wykluczyć sytuację, w której uczeń nie odpowie na pytanie z powodu braku znajomości terminologii chemicznej. Z kolei w wierszu 3 zapytano o wpływ ilości tlenu (poprzednio: obecności) na przebieg reakcji spalania paliwa, aby bardziej związać to pytanie ze wstępem do zadania.  

Podsumowując wyniki standaryzacji i cognitive laboratory, należy stwierdzić, że przyczyną losowego udzielania odpowiedzi w obu zadaniach mógł być zarówno brak motywacji do przeczytania zbyt długiego wstępu (uczniowie zdolniejsi), jak i przekonanie wśród uczniów słabszych, że zadanie jest dla nich zbyt trudne (zadania poruszają dość trudne zagadnienie techniczne). Na pewno istotną przeszkodą był również brak znajomości tej tematyki z życia codziennego bądź brak zainteresowania konstrukcją i działaniem silników, zwłaszcza wśród uczennic. Warto podkreślić tutaj fakt, że uczniowie w życiu codziennym będą nieraz się stykać z trudnymi tekstami technicznymi, nie tylko jako posiadacze samochodów, ale też jako użytkownicy różnego typu sprzętów RTV i AGD, a więc nie powinni ich unikać.