Węgiel

Poprawna odpowiedź

1. - Tak,

2. - Tak,

3. - Tak,

4. - Tak.

Wymaganie ogólne

Wymaganie szczegółowe

Komentarz

Prezentowane zadanie sprawdza, czy uczniowie rozumieją zasadę zachowania liczby nukleonów i zasadę zachowania ładunku elektrycznego. Zgodnie z fundamentalnymi prawami fizyki, w przebiegu reakcji jądrowych obie te wielkości muszą zostać zachowane. Wprawdzie liczba protonów i neutronów może się zmienić, jeśli zajdzie rozpad b, jednak w przypadku przytoczonej reakcji nie mamy do czynienia z tego typu sytuacją. Jest to bardzo prosty proces wymiany nukleonu w jądrze: w trakcie zderzenia neutronu z jądrem azotu, neutron wybija z jądra proton, a sam zajmuje jego miejsce. W efekcie powstaje jądro węgla oraz swobodny proton (jądro wodoru). Jest to reakcja, która nie prowadzi do zamiany protonu w neutron lub neutronu w proton. Na każde z pytań, zestawionych w tabeli, uczeń powinien dać odpowiedź twierdzącą.

Zadanie było rozwiązywane w ramach badania pilotażowego przez uczniów szkół ponadgimnazjalnych. Jedynie 6,6% uczniów rozwiązało je poprawnie, to znaczy, udzieliło prawidłowej odpowiedzi na wszystkie cztery pytania zestawione w tabeli. Najmniej problemu sprawiły uczniom dwa pierwsze pytania. Ich rozwiązywalność wynosiła ponad 60% (63,3% - pytanie pierwsze, 65,5%-  pytanie drugie). Dużo słabiej wypadły dwa kolejne pytania (47,8% poprawnych odpowiedzi na pytanie trzecie i 43,4% na pytanie czwarte).

Różnica w rozwiązywalności dwóch pierwszych i dwóch ostatnich pytań wydaje się nieco zagadkowa. Posługując się zamieszczonym schematem, uczniowie mogli bez trudu odczytać liczbę protonów przed reakcją oraz po reakcji. Mogli również odczytać całkowitą liczbę nukleonów. Jednak z tym zadaniem poradzili sobie wyraźnie gorzej, pomimo, iż obie te informacje są podstawowymi informacjami, które można bezpośrednio wyczytać ze schematu reakcji. I co ciekawe, obie te informacje są potrzebne, aby obliczyć liczbę neutronów, która dla reakcji jądrowych nie jest podawana jawnie.

Podobnie wygląda sytuacja w przypadku pytania o zachowanie ładunku elektrycznego, ponieważ było ono w pewnym sensie powtórzeniem pytania o liczbę protonów. W jądrze atomowym tylko protony niosą ładunek elektryczny, wobec tego osoby, które prawidłowo odpowiedziały na drugie pytanie, mogły wydedukować, że jest on zachowany. Ponadto zasada zachowania ładunku elektrycznego jest omawiana przy okazji zagadnień związanych z elektrycznością i przepływem prądu elektrycznego, a więc zazwyczaj znacznie wcześniej niż fizyka jądrowa. Nawet gdyby uczniowi umknął związek liczby protonów z ładunkiem jądra, mógł się posiłkować wiedzą z dziedziny elektryczności. Tymczasem okazało się, że ostatnie pytanie sprawiło uczniom najwięcej problemów.

Najprawdopodobniej, odpowiadając na poszczególne pytania, uczniowie nie korzystali ze schematu, bazując na zapamiętanych informacjach na temat budowy jądra atomowego i reakcji jądrowych, bądź też posługiwali się schematem, nie rozumiejąc w pełni znaczenia poszczególnych symboli. Warto wobec tego gruntownie przećwiczyć z uczniami na lekcji posługiwanie się podstawowymi pojęciami dotyczącymi budowy jądra atomowego oraz sprawne posługiwanie się schematami reakcji jądrowych. Wyniki uzyskane dla zaprezentowanego zadania wskazują na fakt, że umiejętności te nie są opanowane przez uczniów w wystarczającym stopniu.

Nie bez znaczenia mógł też okazać się fakt, że poprawną odpowiedzią na każde z pytań była odpowiedź twierdząca. W naszych badaniach wielokrotnie zaobserwowaliśmy, że w przypadku tego typu zadań uczniowie rzadko decydują się na wybór wszystkich odpowiedzi twierdzących lub wszystkich przeczących, zakładając, że jest to sytuacja niemożliwa.