Kiedy wykonano pracę

Poprawna odpowiedź

1. Nie, Tak, Tak;

2. Tak, Nie, Tak;

3.  Nie, Nie, Nie;

Wymaganie ogólne

4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).

Wymaganie szczegółowe

2.2. Energia. Uczeń posługuje się pojęciem pracy i mocy

Komentarz

Prezentowane zadanie sprawdza rozumienie pojęcia pracy wykonanej przez zewnętrzną siłę i zostało wykorzystane w badaniu, w którym wzięli udział uczniowie klas trzecich gimnazjum. Na tym etapie edukacyjnym pracę w mechanice definiuje się jako iloczyn wartości działającej siły oraz wielkości przesunięcia lub odkształcenia ciała, będącego efektem działania tejże siły. Aby rozwiązać zadanie, uczeń powinien kolejno przeanalizować opisy trzech działań zestawione w tabeli. Najpierw należy zastanowić się, czy wymienione działania spowodują przesunięcie lub odkształcenie ciała, a następnie na tej podstawie ocenić, czy działająca siła wykonała pracę.

Prawidłowej oceny pierwszego działania dokonało 52,3% uczniów. Wymagało to zauważenia, że ugniatanie palcami kulki plasteliny nie powoduje wprawdzie zmiany jej położenia, ale powoduje zmianę kształtu, a zatem jest wykonywana praca. Ogromna większość uczniów nie miała w tym przypadku wątpliwości, że kształt ugniatanej kulki się zmienia (92,3% prawidłowych odpowiedzi). Więcej problemów sprawiła jednak następna część zadania – 20,6% uczniów błędnie uznało, że w trakcie ugniatania zmienia się położenie kulki. Być może uczniowie ci mieli wątpliwości co do znaczenia terminu „położenie” w tym konkretnym przypadku i utożsamili zmianę kształtu ze zmianą położenia.

Odsetek osób, które prawidłowo oceniły drugą sytuację, wyniósł w badaniu 89,4%. W tym przypadku należało sobie uświadomić, że przesuwając szafę po podłodze zmieniamy jej położenie (94,1% prawidłowych odpowiedzi), nie powodując zmiany kształtu (również 94,1% prawidłowych odpowiedzi). Większość osób zaznaczających te odpowiedzi uznała, że w opisanej sytuacji została wykonana praca. Wysoka rozwiązywalność tej części zadania może wynikać z faktu, iż wybrany został tu klasyczny przykład, często spotykany w praktyce szkolnej w celu wyjaśnienia znaczenia pracy wykonanej przez siłę na przemieszczenie ciała.   

Najbardziej kłopotliwy dla uczniów okazała się sytuacja trzecia. W tym przypadku 90% osób biorących udział w badaniu odpowiedziało prawidłowo, że ściskanie w dłoni kamienia nie spowoduje zmiany jego położenia, a 92,9% – że nie spowoduje jego odkształcenia. Niemniej problemem okazało się ustalenie, czy w tej sytuacji praca jest wykonywana, czy nie. Tylko 47,7% uczniów zaznaczyło właściwą opcję – praca nie jest wykonywana, ponieważ działająca na kamień siła nie powoduje ani jego przesunięcia ani odkształcenia. Rozwiązywalność całego wiersza wyniosła w badaniu 44,1%.

Wątpliwości wynikły zapewne z faktu, że w trakcie ściskania kamienia ręka człowieka wykonuje pewną pracę, o czym łatwo się samodzielnie przekonać. Zauważmy jednak, że w sytuacji w której wykonujemy ten sam ruch, nawet gdy nie trzymamy w dłoni żadnego przedmiotu – praca również jest wykonywana. Jednak z punktu widzenia fizyki jest to praca wykonana na zmianę kształtu dłoni, nie mająca tak naprawdę nic wspólnego z kamieniem. Czy zatem uczniowie nie zrozumieli błędnie tej części zadania, uznając, iż chodzi w tym przypadku o pracę związaną ze zmianą kształtu dłoni? Z pewnością nie, skoro większość z nich zaznaczyła, że zmiany kształtu nie ma.

Całość zadania prawidłowo rozwiązało 22,9% osób biorących udział w badaniu. Wyniki te wskazują na fakt, iż na III etapie edukacyjnym uczniowie mają problemy z rozumieniem pojęcia pracy oraz ze stosowaniem tego pojęcia w sytuacjach praktycznych. Najwyraźniej łatwiej im zastosować to pojęcie do przykładów typowo szkolnych niż do sytuacji z życia codziennego, a zatem wymagających przeanalizowania pewnego układu fizycznego pod kątem działających w tym układzie sił oraz skutku działania tych sił. 

Słowa kluczowe