Pojmovne pogrješke u nastavi kemije

POJMOVNE POGRJEŠKE U NASTAVI KEMIJE

Tehnička škola i prirodoslovna gimnazija Ruđera Boškovića

projekt „Inovativna škola za zelenu budućnost“Osijek, 25. siječnja 2016.

Prof.dr.sc. Ivan VickovićOdjel za kemiju, Sveučilište Josip Juraj Strossmayer u Osijeku

Pojmovne pogrješke u nastavi kemije /85 1

Mr.sc. Nenad MarkovićNacionalni centar za vanjsko vrjednovanje obrazovanja


Prikazani podatci rezultat su dijelom vlastitog istraživanja sa suradnicima

i dijelom analiza provedenih u Nacionalnom centru za vanjsko vrjednovanje obrazovanja

PRIKAZANI PODATCI

Tri razine predstavljanja pojmova u nastavi kemije

Učenicima je kemija težak predmet zbog složenosti pojmova nepovezivanja triju razina prikaza

dominantog učenja na simboličkoj razini kakvi su učbenici?

3Pojmovne pogrješke u nastavi kemije /85

Grafit na zidu jedne osnovne škole (nedaleko od Osijeka):

U školu idemo za naše bolje sutra, a iz nje bježimo za naše bolje danas

Pomoću MODELA

evaluirati učenička postignuća

otkriti postojanje alternativnih, tj. pogrešnih pojmova

Odnos između konceptualnog razumijevanja, mentalnog i

izraženog modela

4

Kako ispitati kakvoću konceptualnog znanja(razumijevanja pojmova)?

Pojmovne pogrješke u nastavi kemije /85


POJMOVNE POGRJEŠKE vs

MISKONCEPTI

Što je pojam i pojmovna pogrješka?

Što je koncept i miskoncept?

1/3


Pojam (Hr.encikl.rječnik – pod pojmiti) 1. log. Misaona sinteza zajedničkih obilježja istovrsnih predmeta 2. razg. a. osnovno znanje o čemu b. mišljenje o nečemu, predočba

Koncept( Hr.encikl.rječnik i Klaić:Rječnik stranih riječi) 1. skica sastavka koji nije prepisan u čisto 2. začeće ideje, prvobitna predočba, zamisao o djelovanjuKoncept(Klaić:Rječnik stranih riječi) 1. skica sastavka koji nije prepisan u čisto 2. pojam, zamisao, mišljenje

2/3POJMOVNE POGRJEŠKE vs

MISKONCEPTI


Concept (Filipović: Englesko-hrvatski rječnik) pojam Concept (Putanec: Francusko-hrvatski rječnik) koncept, nacrt, skica

conception (Filipović: Englesko-hrvatski rječnik) 1. začeće 2. pomisao, predočba, shvaćanje, zamisao, plan, nacrtmisception (Filipović: Englesko-hrvatski rječnik) krivo shvaćanje, krivi pojam, nesporazum

Concept (Collins Latin dictionary) notioconception (Collins Latin dictionary) conceptus, intellegentia, informatio, notio, cogitatio, consilium

Concetto (Zanichelli: Dizionario italiano inglese) 1. concept 2. opinion, idea, conception

Konzept ( Der Sprach-Brockhaus) Entwurf, erste Fassung, Plan, Rohschrift

Capio, capere,cepi, captum = uzeti, zgrabiti, iskoristiti, izabrati

3/3POJMOVNE POGRJEŠKE vs MISKONCEPTI


I. Analiza ispita provedenih u VIII. razredima osnovnih škola 2008. godine od strane Nacionalnog centra za vanjsko vrjednovanje obrazovanja

a. Ispit iz kemije b. Integrirani ispit iz fizike, kemije i biologije

II. Razumijevanje kemijske ravnoteže kod učenika srednjih školaIII. Čestični prikaz kemijskih reakcija kod nastavnika – (uključeni mentori

učeničkih natjecanja na državnoj razini)IV. Zadatci na državnim maturama

GDJE SVE MOŽEMO NAĆI POJMOVNE POGRJEŠKE?


I. ISPITI PROVEDENI U VIII. RAZREDIMA OSNOVNIH ŠKOLA 2008. GODINE

a. Ispit iz kemije

5. rujna 2007. dovršena Strategija vanjskog vrednovanja obrazovnih postignuća na temelju Hrvatskog nacionalnog obrazovnog standarda (HNOS)

Ispitnim testovima NCVVO-a bilo je potrebno provjeriti obrazovna postignuća imajući u vidu sljedeće:• razvijanje sposobnosti mišljenja,• Pismenost opća, prirodoznanstvena i matematička,• trajnost usvojenih znanja,• sposobnost rješavanja problemskih interdisciplinarnih zadataka,• kompetencije u učenju istraživanjem i otkrivanjem, te donošenju

zaključaka na temelju rezultata istraživanja (vježba u znanstvenoj metodi).


Ostvarenje ciljaIzrađeni zadatci, analizirane metrijske analize,

provedene korekcije stručne i jezične25000 učenika podvrgnuto pisanim ispitimaProvedena kvalitativna analiza zadaćaIzabran slučajan uzorak od 500 zadaća i provjerena

vjerodostojnost uzorkaoko 4% zadaća zanemareno je zbog uočenih

pogrješaka u obradiNačinjena je detaljna analiza odgovora i postupaka, Uočeni su i grupirani

Točni odgovori,netočni odgovori,Različiti tipovi grješke,Najučestaliji alternativni pojmovi


Karakteristike ispita iz kemije

Očekivano znanje i vještine te kemijski koncepti (pojmovi) testirani su pomoću zadataka iz kemije:

Elementarna kemijska pismenostZnanje temeljeno na rezultatima eksperimentaPovezivanje makrosvijeta opažanja sa

submikroskopskim svijetom atoma i molekula i kemijskim simboličkim jezikom

Operativno znanje temeljnih računskih operacija Razumijevanje veličinske jednačbe


Za svaki zadatak provedeno je sljedeće:

analiza pogrješaka sistematizacija, zapažanja posebnosti u

rješavanju zadaće procjena kognitivne vrijednosti testa.

Odabrani uzorak korektno reprezentira cijelu zadaću


Kognitivna valorizacija ispita načinjena je prema reduciranoj Bloomovoj shemi.

Svaki zadatak kategoriziran je prema kognitivnom udjelu pojedine kategorije.

50%30%

20%

Primjer procjene kognitivne kvalitete zadataka prema

reduciranoj Bloomovoj shemiPrepoznavanje (znanje, razumijevanje)

Više kognitivne kompetencije - (analiza, sinteza, vrjednovanje)

Primjena


a) oksi

d želje

za 14,4 %

b) hidroksi

d želje

za 81,0 %

c) sulfid že

ljeza

2

,4 %

d) klorid

želje

za 1,7%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Axis

Title

70%

25% 5%

Zadatak K4 s ponuđena četiri odgovora

Produkt žarenja željezne vune je

Rješenje: a) oksid željeza

Analiza pogrješaka i procjena kognitivne kvalitete

Uz tri jaka distraktora odgovor se nudi ali, svega 14,4 % odgovora je točno!?

Koliko je učenika vidjelo taj jednostavan pokus?

Nameće se sumnja:

Koliko su učenici upućeni u nastajanje sulfida, klorida i hidroksida?

Jesu li vidjeli pokuse?

Razumijevanje 70%


Zadatak K5 s ponuđena četiri odgovoraŠto će se dogoditi ako zrak iz pluća upuhujemo u vodenu otopinu kalcijeva hidroksida?

40%

50%

10%

Rješenje: d) otopina će se zamutiti

a) oto

pina će osta

ti bezbojna 19,4 %

b) oto

pina će pocrv

enjeti

9,7 %

c) oto

pina će posta

ti ljubiča

sta 9,5 %

d) oto

pina će se

zamutiti 59,1%

0

10

20

30

40

50

60

70

Axis

Title

Uz relativno dobru rješivost od 59,1 %, problem je što 19,2% učenika misli da će otopina postati obojena?


Primjena 50 %


Kation čija je oznaka Fe2+ sadržava:

30%

60%

10%

Rješenje:c) 24 elektrona

a) 20 elektr

ona 23,6%

b) 22 elektr

ona 15,5%

c) 24 elektr

ona 25,5%

d) 26 elektr

ona 33,7%

05

10152025303540

%

Potrebno je poznavanje građe atoma i snalaženje u Mendjeljejevljevom sustavu elemenata

Netočno: „u Mendeljejevom” jer se Дм трий Ив новичи́ а́ ne zove Mendeljej nego Мендел еве́ !!

Također je potrebno znati kako neutralan atom može postati nabijen

Budući da je posve malen dio populacije ispod prosječne inteligencije ovakav zadatak za većinu ne bi trebao biti težak, a ipak samo 25,5 % točnih odgovora???



Primjena 60 %


Na brzinu kemijske reakcije ne utječe:

Rješenje:a) promjena mase reaktanata

a) pro

mjena mase re

aktanata 38,1%

b) pro

mjena koncentra

cije 15,5%

c) dodatak kataliza

tora 17,5%

d) pro

mjena temperatu

re 11,5

05

1015202530354045

%Razočaravajući rezultat od 38,1%, ali još je gorje što su najčešći netočni odgovori bili koncentracija 31%, i katalizator 17,5 % (!!??)

Učenici do ispravnih spoznaja ne mogu doći (a da bi ih shvatili) drukčije nego na temelju eksperimenata.

Vide li učenici pokuse?Ako ih vide, jesu li to mađioničarski efekti ili učenici razumiju ono što vide?



Primjena 50 %Razumijevanje 50%


Valencija sumpora u sumporovom dioksidu je:

a) II 33,0%

b) III 13,0%

c) IV 50,0%

d) V 2,5%

0

10

20

30

40

50

60

%

35%

25%

40%

Rješenje:c) IV

Je li ovdje problem nepoznavanje simboličkog jezika?



Više kognitivne kompetencije 40%

Možda bi udio točnih odgovora bio veći da je pitanje drugačije postavljeno?Odrediti :o Valenciju sumpora u

sumpornom dioksidu, o Valenciju S u SO2


U menzuri se nalazi 50 mL vode. Ako u menzuru s vodom uronimo željezni valjak, volumen iznosi 150 mL. a) Odredi volumen željeznoga valjka. Postupak: Odgovor: _____mL

b) Izmjerena je masa toga željeznoga valjka i ona iznosi 780 g. Izračunaj gustoću željeznoga valjka. Postupak: Odgovor: ________g/mL


Rješenja: a) 100 mL b) 7,8 g/mL

30%

50%

20%

Broj različitih tipova netočnih odgovora:

a) b)7 8

Zadatak K11 s dva pitanja

Primjena 50 %

1/3


Zadatak K11 a)

a) točn

o 65 %

b) netočn

o 28 %

c) bez o

dgovo

ra 7 %

0

10

20

30

40

50

60

70

%

Najčešći tipovi netočnih odgovora:

V(tijela)=V(konačno) / V(početno) V(tijela)=V(konačno) + V(početno) V(tijela)=V(konačno) x V(početno) Brzopletost u računanju Nasumični rezultati

2/3

a) Odredi volumen željeznoga valjka.

Rješenje:100 mL


Zadatak K11 b)

a) točn

o 31,5 %

b) netočn

o 21,0 %

c)bez o

dgovo

ra 47,5 %

05

101520253035404550

%

Najčešći tipovi netočnih odgovora:

Krivi izraz za gustoću (33 %) Ne povezuju zadatak K11a sa zadatkom

K11b (32%) Problem u dijeljenju (14 %) Krivi, neuobičajeni simboli (21 %) Posljedica netočnog rezultata K11a Dobar rezultat K11a, ali krivo prepisan Krive mjerene jedinice

Opći dojam: Nepoznavanje OSNOVNIH RAČUNSKIH OPERACIJA, POVRŠNOST nekoncentriranost

3/3

b) Izračunaj gustoću željeznoga valjka.

Rješenje: 7,8 g/mL


a) Kakve je boje otopina?__________________b) Dovrši odgovarajuću jednadžbu kemijske reakcije. CaCO3 —>________+_________c) Koji su produkti žarenja ljušture? ______________________

60%40% 0%


Rješenja: a) ljubičasta (purpurna ili ljubičastocrvena)b) CaCO3 —> CaO + CO2

c) kalcijev oksid (živo vapno ili CaO) i ugljikov (IV) oksid (ugljikov dioksid ili CO2)

Vrlo malo točnih odgovora:a) 48,0 %b) 16,4 %c) 12,7 %

Zadatak K12 s tri pitanja 1/4

Žarena je ljuštura školjkaša.Potom je stavljena u vodu i dodana je kap fenolftaleina.

Razumijevanje 60%


Zadatak K12 a)

a) točn

o 48,0 %

b) netočn

o 33,3 %

c)bez o

dgovo

ra 18,7 %

0

10

20

30

40

50

60

%

Pokus je većina učenika očito vidjela, ali je problem u bojama - ili su zamijenjene s bojama iz drugih pokusa, ili su odgovori nasumični.

Među krivim odgovorima, u paleti se nalazi 19 različitih boja, a najčešća je plava boja (41 %)

2/4

a) Kakve je boje otopina?

Rješenje: ljubičasta (purpurna ili ljubičastocrvena)


Zadatak K12 b)

a) točn

o 16,4 %

b) netočn

o 50,5 %

c)bez o

dgovo

ra 33,1 %

0

10

20

30

40

50

60

%

Uz nerazumijevanje pojma kemijske reakcije i odgovarajućeg simboličkog jezika, ponuđena su 72 različita rješenja !!

Najjednostavnije je bilo rastaviti spoj:CaCO3 —> Ca + CO3 (36 % odgovora)ili naslutiti pojavljivanje CO2 :CaCO3 —> Ca + CO2 (11 % odgovora)

3/4

b) Dovrši odgovarajuću jednadžbu kemijske reakcije. CaCO3 —>________+_________

Rješenje: CaCO3 —> CaO + CO2


Zadatak K12 c)

CaCO3 može se raspasti na 82 različita načina!

Najčešći odgovori su:Ca i CO2 (11 % odgovora)CaCO3 (5 % odgovora)Ca (4 % odgovora)

a) točn

o 12,7 %

b) netočn

o 39,8 %

c)bez o

dgovo

ra 47,5 %

05

101520253035404550

%

Paradoks ili pogađanje odgovora?Koliko među točnim odgovorima ima slučajnih pogodaka?Iako se pita isto (koji su produkti?) broj točnih odgovora se ne podudara:(16,4% u K12b prema 12,7 % u K12c)

4/4

c) Koji su produkti žarenja ljušture?

Rješenje: kalcijev oksid (živo vapno ili CaO) i ugljikov (IV) oksid (ugljikov dioksid ili CO2)


Bakar i sumpor su elementarne tvari.a) Kakvu vrstu smjese dobijemo ako pomiješamo bakar i sumpor?b) Koju ćemo vrstu čiste tvari dobiti zagrijavanjem smjese bakra i sumpora?c) Napiši odgovarajuću jednadžbu kemijske reakcije.


60%

40%

0%

Rješenje: a) heterogenu smjesub) kemijski spoj (složena čista tvar)c) Cu + S CuS , (8Cu + S8 8CuS)

Vrlo malo točnih odgovora:a) 22,5 %b) 10,4 %c) 13,0 %

Zadatak K13 s tri pitanja

Razumijevanje 60%


Zadatak K13 a)

Temelj zadatka je pokus. Jesu li ga vidjeli?Sigurno je da su UČILI o homogenim i heterogenim smjesama, ali jesu li VIDJELI?Zašto ne razlikuju vrste tvari i ne raspoznaju smjese od kemijskih spojeva i elementarnih tvari?

a) točn

o 22,5 %

b) netočn

o 35,3 %

c)bez o

dgovo

ra 42,2 %

05

1015202530354045

%

Pojavljuje se 22 tipa netočnih odgovora, a najčešći su: Homogena smjesa (27%) Bakrov sulfid, ili sulfit ili sulfat, modra galica (25 %) Čista tvar / kemijski spoj (4 %)

Učenici ne razlikuju vrste tvari.

Rješenje: a) heterogenu smjesu

a) Kakvu vrstu smjese dobijemo ako pomiješamo bakar i sumpor?


Zadatak K13 b)

Temelj zadatka je pokus zagrijavanja strugotina bakra sa sumporom u prahu. Jesu li ga vidjeli? Jesu li vidjeli da je nastala nova tvar sasvim drugačijih svojstava?

a) točn

o 10,4 %

b) netočn

o 31,6 %

c)bez o

dgovo

ra 58,0 %

0

10

20

30

40

50

60

70

%

Pojavljuje se 31 tip netočnih odgovora, a najčešći su: Bakrov(II) sulfat, sulfit, bakar i bakrov oksid

(41 %) Homogena smjesa (10%)

Rješenje: b) kemijski spoj (složena čista tvar)

Učenici ne razlikuju spoj i smjesu.

b) Koju ćemo vrstu čiste tvari dobiti zagrijavanjem smjese bakra i sumpora?


Zadatak K13 c)

Što je poraznije ?? Netočnost odgovora (31,6 %) ili Odustajanje od pokušaja da se odgovori (58 %)a)

točno 10,4 %

b) netočn

o 31,6 %

c)bez o

dgovo

ra 58,0 %

0

10

20

30

40

50

60

70

%

Najčešći netočni odgovori: Krivi simbol bakra (35 %) – npr. Ba, Br itd…. Neispravno napisana reakcija (94 %)

Rješenje: c) Cu + S CuS , (8Cu + S8 8CuS)

Učenici ne poznaju simbolički jezik.

c) Napiši odgovarajuću jednadžbu kemijske reakcije.


Elektrolizom vode nastaju elementarne tvari.a) U kojem su agregacijskom stanju produkti elektrolize vode?b) Napiši jednadžbu kemijske reakcije elektrolize vode.


Rješenje: a) U plinovitomb) 2H2O O2 + 2H2

Hofmannov aparat je skup i vjerojatno je malo učenika vidjelo pokus elektrolize vode

70%

30%

0%

ali moguća je jednostavna improvizacija s plastičnom bocom, gumenim čepom, dvije željezne žice, dvije epruvete, dva vodiča i kontaktnim bananama i krokodilima, adapterom i otopinom natrijevog hidroksida.

Zadatak K14 s dva pitanja

Razumijevanje 70%


Zadatak K14 a)

a) točn

o 28,8 %

b) netočn

o 38,9 %

c)bez o

dgovo

ra 32,3 %

05

1015202530354045

%

Pojavljuju se 4 tipa netočnih odgovora, a najčešći su: U tekućem (86,1 %) U krutom (14 %) U tekućem i plinovitom (2,1 %) U čvrstom (2,1 %)

Većina učenika očito nije vidjela pokus.

Rješenje: a) U plinovitom

a ima i ovakvih odgovora: U agregatnom U toplastom agregatnom stanju U suhom U stalnom Sublimacija

a) U kojem su agregacijskom stanju produkti elektrolize vode?


Zadatak K14 b)

a) točn

o 14,0 %

b) netočn

o 19,4 %

c)bez o

dgovo

ra 66,6 %

0

10

20

30

40

50

60

70

%

Najčešći netočni odgovor:H2O H2 + O

Većini učenika simbolički jezik je nepoznat, a elektrolizu ne poimaju kao postupak u kojoj se neka tvar razlaže na druge tvari.

Rješenje: b) 2H2O O2 + 2H2

b) Napiši jednadžbu kemijske reakcije elektrolize vode.


Kemijskom analizom utvrđeno je da se neki prirodni kemijski spoj sastoji od natrija, dušika i kisika. Omjer broja atoma u tom je spoju 1:1:3. Napiši kemijsku formulu tog spoja. Formula spoja:_________________


Rješenje: NaNO3

Česti tipovi pogrješaka među 500 ispitanika): Pogrješna formula i

simboli, (38 puta ili 7,6 %) npr N2C3H2

Pogrješna empirijska formula (35 puta)

Pogrješan simbol za dušik (22 puta): primjeri: C-13 puta, H-5 puta, He-1 put, P-2 puta, Zn-1 put)

100%

0%0%

a) točn

o 32,6 %

b) netočn

o 20,9 %

c)bez o

dgovo

ra 46,5 %

05

101520253035404550

%Zadatak K15

Razumijevanje 100%


Stanje znanja kemije u osnovnoj školi

Nisku razinu kognitivnih kompetencija, što upućuje na značajne razlike u nastavi kemije u pojedinim školama

Slabo operativno znanje četiriju temeljnih računskih operacija Slabo poznavanje

rezultata pokusa kemijskog simboličkog jezika mjernih jedinica i fizikalnih veličina

Zadatci 8, 9. i 10. su problemski, imaju prosječnu riješenost 47 %.

U zadatcima 12. do 15. potrebno je poznavanje simboličkog jezika, među njima nema problemskih zadataka, prosječna riješenost je samo 25 %!

Kvalitativna analiza ispita je pokazala:


Često se dade čuti da se u školama ne rade pokusi.

Možda se rade (demonstracijski/radionički), ali kako ih neki učenici vide?

Što može značiti činjenica da učenici slabo poznaju rezultate pokusa?

Kao obrazovnu poruku ili kao mađioničarsku predstavu???

Otopine mijenjaju boje, nešto se zapali samo od sebe, događaju se neki efekti, ali hoće li svi razumjeti što se i zašto se događa i koji je kemijski razlog?


I. b. ISPITI PROVEDENI U VIII. RAZREDIMA OSNOVNIH ŠKOLA

2008. GODINE

Integrirani ispit iz fizike, kemije i biologije


Karakteristike ispita integracije

Elementarna kemijska pismenost Znanje temeljeno na rezultatima eksperimenta Povezivanje makrosvijeta opažanja sa submikroskopskim

svijetom karakterističnim za područje poučavanja fizike, kemije i biologije

Operativno znanje temeljnih računskih operacija Razumijevanje veličinske jednačbe Preko zadataka procijenjene su više kognitivne

kompetencije i primjena

Očekivano znanje i vještine te kemijski koncepti ispitivani su pomoću zadataka iz integracije fizike, kemije i biologije:


Razine vode u četiri jednake čaše na istoj su visini. U svaku od čaša uronimo po jedan komad neke tvari koje se razlikuju po gustoći. Svi komadi su jednake mase. Razina vode se najviše podigla u čaši u kojoj je

Zadatak IFKB4

a) alu

minij 12,1%

b) bak

ar 5,0%

c) olovo

40,7%

d) želje

zo 40,9%05

1015202530354045

%

Rješenje: a) aluminij

Razumijevanje pojma gustoće .Nema računanja, ali je potrebno iskustveno poznavati metale i odnose među fizikalnim veličinama vezanim uz gustoću.

Učenici iskustveno primjećuju različite specifične težine različitih metala, ali im nisu jasni odnosi između mase, gustoće i volumena tijela te volumena istisnute tekućine.

Korelacija fizike i kemije.


Promjena energije pri gorenju glukoze i biološkoj oksidaciji glukoze je jednaka. Ta se dva procesa ipak razlikuju. To je očito ako usporedimo iste fizičke veličine u oba procesa. Koja je to fizička veličina?

Zadatak IFKB5

a) masa

16,8%

b) tlak

17,9%

c) obujam

18,1%

d) temperat

ura 44,9%

05

101520253035404550

%

Rješenje: d) temperatura

Korelacija fizike, kemije i biologije uključuje poznavanje promjene energije pri kemijskoj reakciji biološke oksidacije glukoze

Razumijevanje relacija između fizikalnih pojava je zadovoljavajuće uz riješenost od 44,9 %


Izračunaj volumen krvne plazme u 5 L krvi čovjeka prosječne tjelesne mase pri čemu je udio krvne plazme 50 %. Rezultat izrazi u kubnim metrima.

Zadatak IFKB6

Rješenje:Račun:V(krvi) = 5 LΦ (krvne plazme) = 50 %V (krvne plazme) = ?V (krvne plazme) = V(krvi) x Φ (krvne plazme) == 5 L x 0,5 = 2,5 L = 0,0025 m3

a) točn

o 8,6%

b) netočn

o 45,4%

c)bez o

dgovo

ra 46,0%

05

101520253035404550

%

Korelacija fizike, kemije i biologije uključuje poznavanje razlike između masenog i volumnog udjela.

1/2

Rješenje: Volumen krvne plazme je 0,0025 m3


Vrlo slaba riješenost zadatka od 8,6 %. Slabo operativno znanje

osnovnih računskih operacija

Slaba primjena veličinskih jednačbi

Slabo operativno znanje pretvaranja jedinica

Nejasna razlika između pojmova masenog i volumnog udjela

Najčešći tipovi netočnih odgovora:Točan postupak, pogrješno

pretvaranje jedinica (106 učenika na uzorku od 500)

Nejasan smisao osnovnih računskih operacija, npr. umjesto 5 L x 0,5 :50 % / 5L (28 puta)50 x 5 (9 puta)5 L / 50 % (9 puta)

2/2Zadatak IFKB6


Ivo i Joško zatvorili su se u podrum gdje vrije grožđani sok. Zbog kojeg su plina njihovi životi izloženi velikoj opasnosti?

Rješenje:Ugljikov dioksid ili ugljikov(IV) oksid CO2

a) točn

o 33,0%

b) netočn

o 53,0%

c)bez o

dgovo

ra 14,0%

0

10

20

30

40

50

60

%Korelacija kemije i biologije uključuje poznavanje parcijalnih tlakova kisika i ugljikovog dioksida i mehanizma trovanja (na višoj razini), ili barem spoznaju o opasnosti od izloženosti ugljikovom dioksidu (na nižoj razini)!

Nudi se ukupno 30 različitih tipova netočnih odgovora, a najčešći tipovi su:CO – 147 učenika na uzorku od 500)Sumpor – 36 putaSO2 – 13 putaDušik – 9 putaEtanol – 6 putaVodik – 6 putaUgljik – 6 puta

Zadatak IFKB7


Oko 60 % učenika uspješno rješava integracijske zadatke

Velika raznolikost pogrješnih rezultata i postupaka, ponekad graniči s apsurdom

Izuzetno veliki broj neriješenih (praznih) odgovora, posebno kod eksperimentalnih podataka

Ispit je pisan odmah nakon ispita iz biologije, iz fizike i iz kemije (!)

Karakteristike ispita iz integracije fizike, kemije i biologije


Tipologija pogrješaka na temelju analize netočno riješenih zadataka

Analize ispita iz kemije, iz fizike i iz biologije slažu se s analizom ispita iz integracije fizike, kemije i biologije i potvrđuju:

Nisku razinu kognitivnih kompetencija, što upućuje na značajne razlike u nastavi kemije u pojedinim školama

Slabo operativno znanje četiriju temeljnih računskih operacija Slabo poznavanje

rezultata pokusa (rezultati su slabi čak i u slučaju zadatka gdje nije bilo potrebe za računom nego samo za logičkim povezivanjem činjenica koje su mogle biti zapažene promatranjem pokusa)

kemijskog simboličkog jezika mjernih jedinica, fizikalnih veličina i elementarnih odnosa

između fizikalnih pojmova


Dijagnosticirane su slabosti u razumijevanju kemijskih pojmova i u nastavi kemije

Detektirane su problematične točke u sustavu edukacije iz prirodoslovnih predmeta.

Zadatci iz integracija predstavljaju dobar potencijal za određivanje viših razina kognitivnih kompetencija.

Potvrđena je važnost redoslijeda elemenata nastave kemije, tj. da pokus ne bude potvrda predhodno izrečene tvrdnje, nego da se nastava temelji na vođenom istraživanju

Rezultati analize ispita provedenih u VIII. razredima osnovnih škola 2008. godine


II. RAZUMIJEVANJE KEMIJSKE RAVNOTEŽE KOD UČENIKA

SREDNJIH ŠKOLAU mnogim edukacijskim istraživanjima pojma kemijske ravnoteže često je ustanovljeno nerazumijevanje njegove dinamičke prirode.

Problem nerazumijevanja koncepta kemijske ravnoteže uočen je na probnim ispitima za državnu maturu od 2007. do 2009. godine na reprezentativnom uzorku cijele srednjoškolske populacije.


Očekivani ishodi učenja na probnim ispitima državne mature od 2007. do 2009.

Razumijevanje kemijske ravnoteže Poznavanje kemijske konstante (provjeravamo zadatkom 2a) Razumijevanje odnosa između konstante ravnoteže i koncentracije ili

tlaka (provjeravamo zadatkom 2b) Računanje stupnja disocijacije Razumijevanje Le Chatelier-ovog načela i faktora koji utječu na

ravnotežne koncentracije (provjeravamo zadatkom 1ab) Razumijevanje odnosa između diagrama koncentracije ovisno o

vremenu i kemijske jednačbe (provjeravamo zadatkom 2a)


Cilj istraživanja

Razinu razumijevanja kemijske ravnoteže Najčešće alternativne pojmove razumijevanja kemijske ravnoteže Trajnost znanja postignutog u srednjoj školi i njegovu primjenljivost u

predmetu Opća kemija Podesnost pitanja postavljenih na probnim ispitima državne mature od

2007. do 2009. godine

Ustanoviti:

Istraživanje je provedeno 2008. i 2009. godine na uzorku od 221 brucoša PMF-a u Zagrebu koji su upisali smjer kemija, smjer biologija i nastavnički smjer kemija/biologija. Iza njih je 6 godina kemijske izobrazbe u srednjoj i osnovnoj školi, a test su pisali tijekom prvog tjedna nastave.

Cilj ovog istraživanja bio je provjeriti imaju li isti problem i oni učenici koji su odabrali studij prirodnih znanosti!


Benjamin P. Huddle, J. Chem. Educ., 75 (1998) 1175-1175.

a) Ako se sustavu u ravnoteži doda određeni broj čestica (g), odredi kvadrat (A-E) koji najbolje predstavlja novo ravnotežno stanje. Obrazloži svoj odgovor

b) Ako sustavu u ravnoteži povisimo samo temperaturu, odredi kvadrat (A-E) najbolje predstavlja novo ravnotežno stanje. Obrazloži svoj odgovor

A B C D E

Egzotermna rekcija (g) ⇆ (g) se nalazi u ravnoteži, kako je prikazano modelom u kvadratu:

Rješenje:1a) B1b) D

Pitanje br. 1. preuzeto iz

50

Zadatak 1a)Pitanje s

višestrukim izborom

B Točan odgovor55,65%

Točno obrazloženje

22,62%

Bez obrazloženja

7,23%

Pogrješni pojmovi70,15%

Bez odgovora

4,97%

Netočan odgovor39,38%

Bez obrazloženja

14,02%

Pogrješni pojmovi85,98%

Zadatak 1a. Odgovori

Točnost na cijelom uzorku12.58%


51

0

5

10

15

20

25

30

A B C D E

0,70%

27,27%

2,71%

8,70%

Raspodjela pogrješnih pojmova A,C,D,E

Sustav u ravnoteži55.65 %

Točan odgovorZadatak 1a):

Dodano je nekoliko u egzotermnoj reakciji. Rješenja su:

Među 39,38% krivih odgovora 14,02% ne obrazlaže, a 85,98% ima krive pojmove

Ali pogrješnih pojmova u obrazloženjima ima i među točnim odgovorima, pa je točnost na cijelom uzorku svega 12,58%



Alternativni koncepti među točnim odgovorima

Točan odgovor B dalo je 55,65 % učenika, ali samo 22,62 % među njima daje i točno obrazloženje.

Jesu li ostalih 77,38 % slučajno pogodili dobar odgovor?

Problem je očito u nerazumijevanju Le Chatelier-ovog načela i nemogućnost njegove primjene.

Dakle, točnost na cijelom uzorku je samo 12,58 %!

53

Zadatak 1b)

Pitanje s višestrukim

izborom

D Točan odgovor

24,43%

Točno obrazloženje

6,78%

Bez obrazloženja

8,59%

Pogrješni pojmovi

84,63%Bez odgovora

29,86%

Pogrješni pojmovi

45,71%

Bez obrazloženja 16,74%

Pogrješni pojmovi 83,25%

Zadatak 1b. Odgovori

Točnost na cijelom uzorku16.56%


54

02468

101214161820

A B C D E

6,57%

10,52%9,21%

19,07%

24,43% Točan odgovor

Raspodjela pogrješnih pojmova A,B,C,E

Zadatak 1b): Ako se povisi temperatura u egzotermnoj reakciji, novo ravnotežno stanje prikazuje:

Među 45.71% krivih odgovora 16,74% ne obrazlaže, a 83.25% ima krive pojmove


Sustav u ravnoteži


ŠTO POKAZUJU zadatci 1a i 1b?(Alternativni koncepti)

Istraživanje je u skladu je s mnogim ranijim rezultatima sličnih testova.

Nerazumijevanje egzo/endotermnih reakcija pri promjeni temperature

Nerazumijevanje pomaka ravnoteže Često koriste izraz „broj čestica” umjesto

izraza „omjer broja čestica” – (slično i u zadatku 1a)

56

preuzet iz probnog ispita državne mature Javno dostupan od 2007. do 2009.

http://www.ncvvo.hr/drzavnamatura/web/public/svi_ispiti)

[ ][ ][ ]

( )( )( ) 8=

214

==22

LmmolLmmolLmmol

BAC

K c ///b)

Crtež prikazuje ovisnost množinske koncentracije triju tvari u koncentracijskoj smjesi stalna volumena o vremenu t.

(a)Napišite odgovarajuću jednadžbu kemijske reakcije i

(b)izračunajte pripadnu konstantu ravnoteže.

Odgovori: a) A + B 2C , ali se priznaje također 2A + 2B 4C⇆ ⇆


Zadatak 2.

57

Zadatak 2a.Napišite

odgovarajuću jednadžbu kemijske reakcije

Odgovoreno 53,4%

Korišten znak = umjesto znaka ⇆

1,8 %

Točan odgovor 4,52 %

Korišten znak umjesto znaka ⇆

44,79 %

Krivo očitani stehiometrijski koeficijenti

48,86 %

Bez odgovora 46,6 %

Zadatak 2a. Odgovori

Tri tipa alternativnih koncepata


otežava potragu za alternativnim konceptima.

U zadatku 2b samo 2,71%???

58

Zadatak 2b. izračunajte pripadnu konstantu ravnoteže

Odgovoreno 42,99%

Različite formule za izračunavanje

konstante ravnoteže

Točan odgovor 2,71%

Krivo očitani stehiometrijski

koeficijenti 76,8%

Korištene pogrješne mjerne jedinice

Bez odgovora 57,01%

Zadatak 2b. Odgovori

)()()(

bnancnK ba

c

[ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ]CBA

BACK=

42430

[ ][ ]BA

CK *

2

=

[ ][ ] [ ]BcAc

CcK

4+24

=

xx

x

KbKaKcK

C

BAK

[ ][ ][ ][ ] [ ] [ ]CBA

BACK

++=

Z

C

YB

XA

ccc

K


otežava potragu za alternativnim konceptima.

59

Pogrješni pojmovi vezani uz kemijsku ravnotežu

množinu i koncentraciju (točnih odgovora 12,58 % kod 1a, i 16,56 % kod 1b) pojavljivanje i nestajanje materijala (točnih odgovora 12,58 % kod 1a, 4,52

kod 2a, i 2,71 % kod 2b) značenje konstante kemijske ravnoteže točnih odgovora 2,71 % kod 2b) primjenu Le Chatelier-ovog načela (točnih odgovora 12,58 % kod 1a, i 16,56

% kod 1b) nepovezanost termodinamičkih promjena s egzotermnim reakcijama (točnih

odgovora 16,56 % kod 1b)


Istraživanja stranih autora su potvrđena i kod brucoša na kemiji s obzirom na:

60

Zaključak i pitanja Zašto učenici ne razumiju pojam kemijske ravnoteže? Jesu li pitanja razumljiva? (bez bilo kakvog odgovora: 46,6% za 1.

i 57,01% za 2. pitanje) Zašto učenici Nisu u stanju čitati grafikone (očitati stehiometrijske koeficijente,

prepoznati koncentracije pojedinih sudionika reakcije i mjerodavni reaktant, raspoznati ravnotežnu kemijsku reakciju….)?

Koriste krive znakove u jednačbi kemijske reakcije? Ne znaju koristiti mjerne jedinice?

Je li pitanje postavljeno na pogrješan ili neprimjeren način? Loš ili neodgovarajući pristup

U podučavanju učenika? U učeničkom pristupu učenju?



III. Koliko je nastavnicima blizak ČESTIČNI PRIKAZ KEMIJSKIH

REAKCIJA?

Ispitati nazočnost alternativnih temeljnih kemijskih pojmova na submikroskopskoj razini u nastavničkoj populaciji osnovnih i srednjih škola o poimanju vodene otopine soli i taložne reakcije.

Cilj istraživanja

Nastavnici iz 7 županija i mentori na državnom natjecanju 2012.Uzorak od 310 nastavnika

Uzorak ispitanikareprezentativni uzorak nastavnika kemije osnovnih i srednjih škola, iz sedam hrvatskih županija:

GRUPA 1 (broj sudionika, N = 61) GRUPA 2 (N = 43) GRUPA 3 (N = 30) GRUPA 4 (N = 26) GRUPA 5 (N = 21) GRUPA 6 (N = 17) GRUPA 7 (N = 74) MENTORI (N = 38) Testirani su i nastavnici kemije iz

pratnje učenika osnovnih i srednjih škola na državnom takmičenju iz kemije u Poreču 2012. godine

62

REPRESENTATIVE SPECIMEN


63

Može li se čestični prikaz naći u učbenicima?

Silberbeg (1996): Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change


Grupama 2, 5 i 6 pokazani su ovi crteži prije testiranja


Ispitni materijal za opis

submikroskopske razine vodenih otopina soli :

65

opisati vodenu otopinu na razini čestica


Zadatak:

66

U čemu je problem? Zar tu nije sve jasno??

Treba prikazati sadržaj vodene otopine crtajući čestice koje se u njoj nalaze!

CaCl2(aq) + Na2CO3 (aq)

CaCO3(s) + 2Na+ + 2Cl ‾

Kako prikazati sadržaj otopine na čestičnoj razini?


disociranost ionskih jedinki, nedisociranost ionskih jedinki –

‘ionske molekule‘ (zanemarena disocijacija ionskih vrsta, ali naboj nije zanemaren)

'kovalentne molekule' ionskih spojeva, (zanemarena i disocijacija ionskih vrsta i naboj)

označavanje naboja iona, odnos veličina iona, ispravnost kemijske formule struktura poliatomnih iona

67

Na što je obraćena pozornost pri analizi?

Na čestičnim prikazima vodenih otopina kalcijevog klorida i natrijevog karbonata (otopine reaktanata) analiziran je način na koji je crtežom prikazano sljedeće:


68

Primjer čestičnog prikaza vodene otopine reaktanata i produkata

1/2


69

2/2


Primjer čestičnog prikaza vodene otopine reaktanata i produkata

Grupa 1

Grupa 2

Grupa 3

Grupa 4

Grupa 5

Grupa 6

Grupa 7

Mentori

0% 20% 40% 60% 80% 100%

69

68

80

77

67

41

72

97

16

30

14

15

5

6

8

8

3

4

14

35

3

2

4

5

3

3

5

2

3

9

6

6

12

8

disocirani ioni

"ionske molekule"

"kovalentne molekule"

pogrešan naboj iona

nerazumljivo

kemijska formula

Čestični prikaz vodene otopine kalcijevog klorida


GRUPECa2+

ClˉClˉ

Simboli

(kružići...) Bez iona

Mentori 47 29 5 16 3Grupa 7 31 17 2 22 28Grupa 6 17 12 6 6 59Grupa 5 42 5 10 10 33Grupa 4 46 16 15 – 23Grupa 3 24 50 3 3 20Grupa 2 47 16 – 5 32Grupa 1 51 14 3 1 31

Prikazi iona u otopini kalcijevog klorida (%)


Čestični prikaz vodene otopine natrijevog karbonata

Grupa 1

Grupa 2

Grupa 3

Grupa 4

Grupa 5

Grupa 6

Grupa 7

Mentori

0% 20% 40% 60% 80% 100%

75

65

74

69

72

41

72

97

10

26

13

4

15

2

3

10

17

3

5

5

3

8

9

6

3

3

5

2

7

8

9

18

3

7

12

4

2

4

6

3

disocirani ioni

"ionske molekule"


pogrešan naboj iona

prikazan hidrogenkarbonatni ion, izostavljen prikaz karbonatnog iona

nerazumljivo

nema prikaza


GRUPE Na+

CO32ˉ

Na+

Simboli (kružići...) Bez iona

Mentori 45 31 – 5 16 3Grupa 7 24 18 3 3 24 28Grupa 6 17 12 6 6 – 59Grupa 5 43 5 19 5 – 28Grupa 4 27 19 15 4 4 11Grupa 3 17 47 3 – 7 26

Grupa 2 37 19 – 7 2 35Grupa 1 46 10 10 8 1 25

73

Prikazi iona u otopini natrijevog karbonata (%)


74

„IONSKE MOLEKULE” – zanemarena disocijacija ionskih vrsta, ali naboj nije zanemaren

POGRJEŠAN POJAM(ALTERNATIVNI KONCEPT)


75

„KOVALENTNE MOLEKULE” – zanemarena i disocijacija ionskih vrsta i naboj



Čestični prikaz stanja u reakcijskom sustavu nakon miješanja vodenih otopina reaktanata

Grupa 1

Grupa 2

Grupa 3

Grupa 4

Grupa 5

Grupa 6

Grupa 7

Mentori

0% 20% 40% 60% 80% 100%

56

30

40

27

67

29

69

84

8

14

37

19

6

4

3

10

44

23

9

12

12

13

13

3

12

14

35

6

3

2

3

4

10

12

3

10

10

15

6

6 disocirani natrijevi i kloridni ioni te talog kalcijevog karbonata

disocirani natrijevi, kloridni, kalcijevi i karbonatni ioni

"ionske molekule" i/ili formulske jedinke


nerazumljivo

nema prikaza


Načini prikaza taloga kalcijevog karbonata

Grupa 1

Grupa 2

Grupa 3

Grupa 4

Grupa 5

Grupa 6

Grupa 7

Mentori

0% 20% 40% 60% 80% 100%

12

14

7

8

19

8

10

8

4

15

6

20

11

26

16

23

8

19

17

6

34

2

3

4

14

19

16

8

7

3

6

16

13

najmanji omjer iona

model kristalne strukture u jednoj/dvije dimenzije

formulska jedinka

agregati najmanjih omjera iona

agregati formulskih jedinki


Nepoimanje taložne kemijske reakcije,uz druge brojne alternativne koncepte.



79

kovalentna veza između iona u vodenim otopinama soli, prikaz produkata taložne reakcije pomoću formulskih jedinki

bez obzira na topljivost nastalih soli.



Najčešći načini prikaza molekula vode (ostatak do 100 % čine crteži u kojima nisu uvrštene molekule vode; %).

Grupa 1

Grupa 2

Grupa 3

Grupa 4

Grupa 5

Grupa 6Mentori

Crteži molekule vode


Zaključak: Analiza crteža čestičnih prikaza

81

nepovezanost temeljnih kemijskih koncepata

nemogućnost modelnog prikaza čestičnog stanja tvari

korištenje alternativnih koncepata


Otežano izražavanje na submikroskopskoj razini (pogrješno razumijevanje i/ili nespremnost na crtanje?)

Potvrđeni literaturni podatciGrupa mentora najuspješnija

Literaturni podatci o studentima

Podatci s testa provedenog na 8 grupa nastavnika u Hrvatskoj

82

Treba li primjenjivati čestični prikaz u nastavi?

Koristiti čestični prikaz u nastavi radi boljeg razumijevanja temeljnih pojmova

Naglašavati detalje na čestičnom prikazuUspoređivati makroskopski, submikroskopski i simbolički

opis stanja u vodenim otopinama soliUpozoravati na opasnosti pogrješnih pojmovaDobro rješavanje algoritamskih problema i točno pisanje

jednačbi kemijskih reakcija NE UKAZUJE na usvojenost i razumijevanje pojmova (konceptualno znanje)



IV. ZADATCI NA DRŽAVNIM MATURAMA

Analizom rezultata državne mature uočeno je da učenici i na maturi pokazuju slična nerazumijevanja kao što je utvrđeno na ciljanim testovima.

Međutim, unatoč provedenim recenzijama ispitnih zadataka, i u njima ima loše postavljenih pitanja ili takvih pitanja koja ne pokazuju stupanj razumijevanja pojedinog pojma.

Novi pristup u državnoj maturi 2016/2017: većinu pitanja treba temeljiti na pokusu uz predpostavku da su učenici vidjeli pokuse


Sažetak? Kakve će rezultate pokazati učenici koji nikada nisu vidjeli pokus iz

kemije?? Ako su vidjeli i radili, jesu li to mađioničarski efekti ili učenici razumiju ono

što vide? Slabo poznavanje osnovnih računskih operacija Slabo poznavanje kemijskog simboličkog jezika Slabo poznavanje osnovnih kemijskih i fizikalnih pojmova Slabo poznavanje mjernih jedinica i odnosa među njima Slabo poznavanje rezultata pokusa Slabo čitanje grafikona Obilje originalnih rješenja, nažalost netočnih, ponekad apsurdnih Uskraćivanje ikakvog odgovora nerazumijevanje koncepta kemijske ravnoteže i pomaka ravnoteže U većini zadataka niski postotak riješenosti Uspoređivati makroskopski, submikroskopski i simbolički opis stanja u

vodenim otopinama soli Dobro rješavanje algoritamskih problema i točno pisanje jednačbi

kemijskih reakcija NE UKAZUJE na usvojenost i razumijevanje pojmova (konceptualno znanje)

POJMOVNE POGRJEŠKE U NASTAVI KEMIJE

Prof.dr.sc. Ivan VickovićOdjel za kemiju, Sveučilište Josip Juraj Strossmayer u Osijeku


Mr.sc. Nenad MarkovićNacionalni centar za vanjsko vrjednovanje obrazovanja

Tehnička škola i prirodoslovna gimnazija Ruđera Boškovića

projekt „Inovativna škola za zelenu budućnost“Osijek, 25. siječnja 2016.

U školu idemo za naše bolje sutra, a iz nje bježimo za naše bolje danas-

KAKVA JE ULOGA KEMIJE U OVOM GRAFITU?

Documents

Pojmovne pogrješke u nastavi kemije