Grafen – odmiana alotropowa węgla

Poprawna odpowiedź

1. tak, 2. nie, 3. nie

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych, pozyskuje, analizuje, ocenia i przetwarza informacje pochodzące z różnych źródeł, ze szczególnym uwzględnieniem mediów i Internetu.
2 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zdobywa wiedzę chemiczną w sposób badawczy – obserwuje, sprawdza, weryfikuje, wnioskuje i uogólnia wykazuje związek składu chemicznego, budowy i właściwości substancji z ich zastosowaniami posługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codziennym w kontekście dbałości o własne zdrowie i ochrony środowiska naturalnego.

Wymaganie szczegółowe

1.6 Materiały i tworzywa pochodzenia naturalnego. Uczeń wyjaśnia pojęcie alotropii pierwiastków na podstawie znajomości budowy diamentu, grafitu i fullerenów tłumaczy ich właściwości i zastosowania.

Komentarz

Praca ucznia w tym zadaniu polega na wskazaniu informacji, które uzasadniają przynależność grafenu do odmian alotropowych węgla. Do prawidłowego rozwiązania zadania niezbędna jest znajomość pojęcia alotropii – ono to wyznacza kryteria, którymi powinien kierować się uczeń. O substancjach możemy powiedzieć, że są względem siebie odmianami alotropowymi jeśli tworzone są przez ten sam pierwiastek, mają różną budowę wewnętrzną oraz jednakowy stan skupienia. Wszystkie te trzy cechy powinny wystąpić jednocześnie. Aby dobrze odpowiedzieć w punkcie 1, można skorzystać z informacji umieszczonej w zadaniu, że grafen należy do odmian alotropowych węgla, a skoro tak, to decyduje o tym między innymi, zgodnie z definicją alotropii, wspólny z innymi odmianami pierwiastek. Jeśli ktoś nie zna definicji alotropii, może dojść do tego samego wniosku na podstawie przedstawionego sposobu pozyskania grafenu. Fakt, że został on pozyskany z grafitu (zbudowanego tylko z węgla) pozwala zaliczyć grafen do odmian alotropowych węgla. W punktach 2 i 3 wymieniono: właściwość i możliwe zastosowanie grafenu, informacje, które nie decydują o przynależności grafenu do grupy alotropów węgla.

Jak odpowiadali uczniowie?

Zadanie zostało zbadane na grupie 218 uczniów z I klasy szkoły ponadgimnazjalnej. W poniższej tabeli przedstawiono rozkład procentowy odpowiedzi uczniów, a pogrubioną czcionką zaznaczono te prawidłowe:

Zadanie okazało się dla uczniów trudne do rozwiązania. Na wszystkie cztery pytania odpowiedziało tylko 52,3% badanych.

Z oceną informacji 1 większość uczniów nie miała problemów. Prawie wszyscy wiedzieli, że odmiany alotropowe zbudowane są z tego samego pierwiastka (i w związku z tym grafen zbudowany z węgla jest jedną z jego odmian alotropowych). Ci uczniowie, którzy nie poradzili sobie z udzieleniem właściwej odpowiedzi, albo nie przeczytali dość dokładnie treści zadania, albo nie wiedzieli, co oznacza pojęcie „alotropia”.

W punkcie 2 odniesiono się do właściwości grafenu. Około 59% badanych wiedziało, że przedstawiona cecha nie decyduje o tym, czy dana substancja zostanie zaliczona do odmian alotropowych. Pozostali uczniowie prawdopodobnie nie rozumieli pojęcia alotropii, przez co nie byli w stanie ocenić, czy fakt, że grafen jest wytrzymałym materiałem, może stanowić uzasadnienie do zaliczenia go do wspomnianej grupy.

Dokonanie oceny informacji zawartej w punkcie 3 nie było dla uczniów problematyczne. Większość z nich zaznaczyła właściwą odpowiedź. Osoby, które nie poradziły sobie z tą częścią zadania, niewątpliwie nie znały lub nie umiały zastosować definicji odmiany alotropowej.

Zadanie jest odpowiednie do pracy na lekcji w trakcie omawiania odmian alotropowych węgla bądź też podczas podsumowania działu na temat Materiałów i tworzyw pochodzenia naturalnego. Jednakże wymaga ono pewnych wyjaśnień, których może dokonać nauczyciel. 

Słowa kluczowe