Ławka w parku

Poprawna odpowiedź

C

Wymaganie ogólne

3 Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.

Wymaganie szczegółowe

2.8. Energia. Uczeń wyjaśnia przepływ ciepła w zjawisku przewodnictwa cieplnego oraz rolę izolacji cieplnej

Komentarz

Prezentowane zadanie dotyczy sytuacji, w której nasze zmysły w połączeniu z powierzchowną „wiedzą” potoczną mogą prowadzić nas na manowce. Zmysł dotyku w powszechnym odczuciu pozwala na oszacowanie temperatury dotykanego ciała. Tymczasem przyczyną odczucia zimna jest nie tylko temperatura, ale i m.in. przewodnictwo cieplne dotykanego obiektu. Z tej przyczyny przedmioty metalowe wydają się nam znacznie zimniejsze od wykonanych np. z plastiku, pomimo takiej samej temperatury, niższej od temperatury ciała. 

Rozumienie procesów przepływu energii w otaczającym świecie niewątpliwie ułatwia nam życie, chroniąc nas choćby przed zachowaniami ryzykownymi (oparzeniami, odmrożeniami itp.). O ile bowiem fakt, że ogień parzy, a lód chłodzi jest wiedzą powszechnie „oczywistą”, to już różnice w skutkach dotykania metalowych i drewnianych przedmiotów w czasie mrozów – niekoniecznie.

Teoretycznie uczeń powinien wynieść ze szkoły pewną podstawową wiedzę dotyczącą procesów przepływu ciepła. Wiedza ta powinna mu wystarczyć do zrozumienia opisanej w zadaniu sytuacji. Wprawdzie może się ona okazać nietrwała, ale sam fakt poruszania podobnych problemów w dyskusji z młodzieżą ma głęboki sens. Znacznie bowiem ważniejsze od samej wiedzy jest wyrabianie podczas realizacji całego szeregu tematów i doświadczeń pewnych bardziej ogólnych nawyków. W tym przypadku takim ogólnym celem jest wyrobienie pewnego dystansu do nieuprawnionych wniosków, jakie często podsuwają nam nasze zmysły. 

W zasadzie absolwent gimnazjum nie powinien mieć większych problemów z rozwiązaniem tego zadania. Zapis 2.8 podstawy programowej jednoznacznie wskazuje, że „uczeń wyjaśnia przepływ ciepła w zjawisku przewodnictwa cieplnego oraz rolę izolacji cieplnej”. Wydawałoby się zatem, że znaczący odsetek uczniów natychmiast skojarzy fakt dobrego przewodnictwa cieplnego metalowej ławki i złego – drewnianej, z opisanym w zadaniu efektem.

W pełni świadome, poprawne rozwiązanie zadania wymagało następującego rozumowania:

• każdy przedmiot po odpowiednio długim czasie uzyskuje taką samą temperaturę jak jego otoczenie, zatem oba rodzaje ławek w zadaniu mają identyczną temperaturę równą 10˚C. Wniosek ten eliminuje przy okazji odpowiedź A;
• zetknięcie ludzkiego ciała o temperaturze 36˚C z dowolnym przedmiotem o temperaturze 10˚C prowadzi nieuchronnie do oddawania ciepła przez ciało. W zależności jednak od przewodnictwa cieplnego tego przedmiotu szybkość oddawania ciepła może być większa lub mniejsza;
• ławka metalowa wydaje się bardziej zimna, bo metal jako przewodnik szybciej odprowadza ciepło z  ludzkiego ciała do ławki.

Odrzucenie pozostałych odpowiedzi wymagało:

• odpowiedzi B – wiedzy, że kierunek przepływu ciepła determinuje różnica temperatur. Oddawanie ciepła ciału człowieka byłoby możliwe jedynie wówczas, gdyby ławka była podgrzewana do temperatury wyższej niż temperatura ciała człowieka;
• odpowiedzi D – świadomości, że to metal jako lepszy przewodnik szybciej się nagrzewa niż drewno. Bardzo dobrze rozumie to każdy, kto choć raz dotknął np. silnie nagrzanej w słońcu karoserii samochodu i pnia rosnącego obok drzewa. Odpowiedź tę można jednak wyeliminować również na podstawie faktu, że o żadnym nagrzewaniu w treści zadania nie było mowy.

Badanie było przeprowadzone w pierwszych klasach szkół ponadgimnazjalnych w ramach ogólnopolskiego badania Laboratorium Myślenia, realizowanego przez IBE. Polegało ono na tym, że uczniowie rozwiązywali test, składający się w sumie z kilkudziesięciu pytań zamkniętych z przedmiotów przyrodniczych (biologia, chemia, fizyka, geografia). Szczegółowe informacje na temat badania dostępne są pod adresem

http://eduentuzjasci.pl/badania/110-badanie/409-laboratorium-myslenia-diagnoza-nauczania-przedmiotow-przyrodniczych-w-polsce.html

Prezentowane zadanie wypadło bardzo słabo. Zaledwie 21% uczniów wybrało prawidłową odpowiedź. Najczęściej wybierana była odpowiedź B (Metal pobiera, a drewno oddaje ciepło – 31%), następnie odpowiedź A (Ławka metalowa ma niższą temperaturę niż drewniana – 28%). Najrzadziej uczniowie decydowali się na odpowiedź D (Drewno szybciej się nagrzewa niż metal – 18 %).

Ponieważ na etapie analizy udzielanych przez uczniów odpowiedzi jest możliwe sprawdzenie korelacji pomiędzy wynikiem ucznia z całego testu przyrodniczego a wynikiem konkretnego zadania, sprawdzono, czy w jednakowy sposób odpowiadali uczniowie uzyskujący różną liczbę punktów z całego testu.

Wśród najsłabszych uczniów zaznaczyła się lekka dominacja odpowiedzi B, z której wynikałoby, że metal zabiera nam ciepło, a drewno dostarcza. Można przypuszczać, że znaczna część uczniów w tej grupie wybierała przypadkowe odpowiedzi.

W grupie nieco lepszych uczniów  można było zauważyć zaskakującą tendencję, że odpowiedź poprawna była najrzadziej wybierana. Dominujące okazały się stereotypy, opisane w różny sposób w pozostałych dystraktorach. Dopiero w grupie najzdolniejszych uczniów przeważała poprawna odpowiedź. Jednak nawet wśród nich takiego wyboru dokonało jednie nieco ponad 40% uczniów.

Niejako „przy okazji” okazało się, że dopiero w tej najzdolniejszej grupie znacząco spadł wybór bardzo atrakcyjnego w pozostałych grupach dystraktora A. Potwierdza to fakt mocnego zakorzenienia w świadomości uczniów prostego skojarzenia: wrażenie ciepła powoduje ciało o wysokiej temperaturze, a zimna – o niskiej. Jedynie wśród najzdolniejszych uczniów udaje się nieco osłabić ten stereotyp.

Słowa kluczowe