Mechanika w ruchu jakie czynniki wpływają na działające siły i zderzenia?

Transkrypt

1 JEDNOSTKA DYDAKTYCZNA SAILS ZDERZENIE JAJKA Z PODŁOŻEM Mechanika w ruchu jakie czynniki wpływają na działające siły i zderzenia? Ágota Somogyi, Csaba Csíkos

2 ZDERZENIE JAJKA Z PODŁOŻEM Mechanika w ruchu jakie czynniki wpływają na działające siły i zderzenia? PRZEGLĄD TREŚCI I METOD OCENY KLUCZOWE TREŚCI/POJĘCIA Mechanika siła i pęd Zderzenie swobodnie spadającego jajka z podłożem Zrozumienie związku między zderzeniem jajka z podłożem a sytuacjami dnia codziennego Określenie sił działających podczas zderzenia Projektowanie eksperymentów określenie zmiennych, wykonywanie pomiarów POZIOM Gimnazjum Szkoła ponadgimnazjalna OCENIANE UMIEJĘTNOŚCI BADAWCZE Formułowanie hipotez Planowanie badań Praca w grupie OCENA UMIEJĘTNOŚCI MYŚLENIA I ARGUMENTOWANIA NAUKOWEGO ORAZ PODSTAWOWEJ WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI NAUKOWYCH Definiowanie zmiennych Prezentacja danych naukowych, komunikowanie się w sposób naukowy METODY OCENY Rozmowa z uczniami Obserwacja nauczyciela Ocena wzajemna uczniów Samoocena Karty pracy Materiały opracowane przez uczniów (plan doświadczalny, wykresy, notatki, sprawozdania, prezentacje) Materiały dydaktyczne dostępne on-line: Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

3 1. WSTĘP W jednostce dydaktycznej opracowanej w ramach projektu SAILS zatytułowanej Zderzenie jajka z podłożem uczniowie mają za zadanie rozwiązać problem z zakresu mechaniki Jakie czynniki wpływają na siły działające podczas zderzenia?. Aby zrozumieć interakcje występujące podczas kolizji, uczniowie badają proces zderzenia jajka z podłożem. Zalecane są dwa sposoby postępowania: w pierwszym z nich należy najpierw rozważyć odpowiedź na pytanie: Jakie czynniki umożliwiają jajku bezpieczne lądowanie?, zaś w drugim: Z jakiej maksymalnej wysokości można upuścić jajko do wiadra z mąką tak, aby jajko się nie stłukło?. Dzięki temu ćwiczeniu uczniowie badają związek między siłą i pędem i mogą zastosować tę wiedzę w kontekście bezpieczeństwa w ruchu drogowym. Jednostka ta została przetestowana przez nauczycieli w czterech krajach na Węgrzech, w Danii, Wielkiej Brytanii i Niemczech skutkując powstaniem sześciu studiów przypadku (uczniowie w wieku lat, grupy mieszane pod względem umiejętności i płci). We wszystkich przypadkach wykorzystaną metodą nauczania było otwarte dociekanie naukowe (open inquiry) lub połączenie otwartego i ukierunkowanego dociekania naukowego (guided inquiry); uczniowie mieli swobodę w zakresie planowania doświadczenia, ale otrzymali określone materiały i sprzęt. Oceniane umiejętności badawcze obejmowały planowanie badań, formułowanie hipotez i pracę w grupie. W tej jednostce dydaktycznej skupiono się na umiejętności planowania badań (projektowania doświadczeń i identyfikacji zmiennych). Ponadto uczniowie mają okazję ćwiczyć umiejętności formułowania hipotez oraz pracy w grupie. Ocena stopnia opanowania tych umiejętności może być oparta na obserwacjach nauczyciela, ocenie materiałów opracowanych przez uczniów lub samoocenie, z wykorzystaniem kryteriów oceny w formie rubryk. ZDERZENIE JAJKA Z PODŁOŻEM 25

4 2. REALIZACJA JEDNOSTKI 2.1. Ćwiczenia Jednostka dydaktyczna opracowana w ramach projektu SAILS zatytułowana Zderzenie jajka z podłożem została opracowana przez zespół pracowników Uniwersytetu w Szeged jako część tego projektu. W tej jednostce uczniowie rozważają problem, którego rozwiązanie nie jest z góry określone. Temat zadania dotyczy obszaru mechaniki, związku pomiędzy siłą i pędem, z odniesieniami do bezpieczeństwa drogowego. Podczas realizacji jednostki z uczniami młodszymi lub nieposiadającymi wystarczającej wiedzy i umiejętności matematycznych zaproponowane obliczenia mogą zostać pominięte. W omawianej jednostce dydaktycznej uwzględniono zestaw umiejętności, który należy rozważyć w kontekście nauczania/ uczenia się przez dociekanie: formułowanie hipotez (dociekanie projektowane przez uczniów); planowanie badań (rozwiązywanie problemów, których rozwiązania nie są z góry określone); formułowanie spójnych argumentów (niezależne uczenie się wspomagane pytaniami naprowadzającymi); praca w grupie (uczenie się w grupie); umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (wykorzystanie wiedzy już posiadanej przez uczniów); podstawowa wiedza i umiejętności naukowe (wiedza teoretyczna zdobyta podczas dociekania). Podstawowe pojęcia Umiejętności badawcze Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego oraz podstawowa wiedza i umiejętności naukowe Metody oceny Mechanika; określanie zmiennych Zderzenie jajka z podłożem jako układ modelowy zderzeń w świecie rzeczywistym Formułowanie hipotez Planowanie badań Praca w grupie Określanie zmiennych Prezentacja danych naukowych Rozmowa z uczniami Obserwacja nauczyciela Karty pracy Materiały opracowane przez uczniów Wprowadzenie Zaproponowano doświadczenie, w którym upuszczane są jajka. W tym wypadku prędkość uderzenia jest łatwa do kontrolowania, poprzez dobór wysokości, z jakiej jajko jest upuszczane. Masa jajek jest bliska stałej. Dzięki modyfikacji powierzchni zderzenia można łatwo określić rolę czasu podczas hamowania (wytracania prędkości). Eksperyment ten jest adresowany do uczniów w wieku lat. Kolizje są powszechne w wielu sytuacjach życia codziennego, czy to podczas uprawiania sportów, czy na drogach. Znajomość sił działających podczas takich zderzeń stanowi podstawę dla tworzenia systemów bezpieczeństwa. Wykonywane eksperymenty powinny pobudzić zainteresowanie uczniów kwestiami bezpieczeństwa. Ważne jest, aby zachęcić uczniów do pracy w zróżnicowanych grupach. Stymuluje to krytyczne myślenie i pracę zespołową. Nauczyciel powinien obserwować postępy uczniów i ułatwiać im pracę poprzez zadawanie pytań pomocniczych. W przypadku pojawienia się sporu należy pomóc uczniom rozwiązać zaistniały problem. Grupom nie należy zezwalać na przejście do fazy realizacji przed zdefiniowaniem wszystkich zmiennych w ich planie doświadczalnym. W fazie planowania doświadczenia nauczyciel powinien słuchać grup i kierować procesem projektowania doświadczenia za pomocą zadawanych pytań. Propozycja przebiegu zajęć 1. Nauczyciel wprowadza temat zderzeń i zachęca uczniów do zastanowienia się nad czynnikami wpływającymi na ich skutki. Można to zrobić w kontekście mechaniki lub kwestii bezpieczeństwa. 2. Nauczyciel przedstawia zadanie do wykonania, tj. zbadanie skutków zderzenia na podstawie kolizji jajek z podłożem. 3. Uczniowie tworzą małe grupy (po 3-4 osoby) i otrzymują kartę pracy (rys. 1). 4. Uczniowie wykonują część A ćwiczenia (zadanie 1.1 Omów czynniki wpływające na jajko w czasie zderzenia i zadanie 1.2 Zaprojektuj doświadczenie mające na celu zbadanie czynników działających podczas zderzenia). 5. Uczniowie konsultują się z nauczycielem przed przejściem do części B w celu upewnienia się, że określili odpowiednie zmienne do zbadania. 6. Uczniowie realizują swoje eksperymenty i zapisują uzyskane wyniki i spostrzeżenia. 7. Uczniowie analizują otrzymane wyniki i opracowują nowe doświadczenie, mające na celu zbadanie wpływu wysokości na zderzenie jajka z podłożem. Na forum klasy prowadzona jest dyskusja w celu zdefiniowania parametrów eksperymentu. 8. Na koniec fazy doświadczalnej uczniowie mają za zadanie wykorzystać nowo zdobytą wiedzę w innym kontekście, związanym z bezpieczeństwem w ruchu drogowym. Ma to na celu utrwalenie wiedzy. Pytania, które może zadać nauczyciel Jakie wielkości fizyczne wpływają na siły działające na obiekty? W jaki sposób zmiana pędu wpływa na siłę? Od czego zależy pęd? W jaki sposób można zmienić pęd obiektu? Od czego zależy prędkość podczas zderzenia? Jak obliczyć prędkość obiektu przy swobodnym spadaniu? Która zmienna może być ustalona na stałym poziomie? Jak znaleźć powiązania między zmiennymi? 26 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

5 JAKIE CZYNNIKI WPŁYWAJĄ NA SIŁY PODCZAS ZDERZENIA? W trakcie jazdy różnymi pojazdami podstawowym czynnikiem jest bezpieczeństwo. Jeśli chce się skonstruować lub ulepszyć wyposażenie ratujące życie, należy przede wszystkim poznać i zrozumieć zasady działania sił występujących podczas wszelkiego typu zderzeń. Tabela 1. Rubryki oceny umiejętności formułowania pytań Umiejętność badawcza Poziom 1 Poziom 2 Poziom 3 Aby zrozumieć oddziaływania w trakcie kolizji, proponujemy zbadanie wpływów zderzeń na jajko. A. Jakie czynniki pozwalają na bezpieczne wylądowanie jajka na podłożu? 1.1. W grupie 3-4 osób zaproponujcie listę czynników wpływających na jajko podczas zderzenia Zaprojektujcie doświadczenie w którym zbadacie czynniki wpływające na jajko podczas zderzenia. Dostępne wyposażenie: tacka, ścierki kuchenne, wiadro, miska, metrówka, linijka, stoper, jedno opakowanie jajek, waga, woda, grysik, mąka, piasek, balony. Poinformuj nauczyciela, jeżeli potrzebujecie jakiegoś dodatkowego sprzętu lub materiałów B. Z jak dużej wysokości można puścić swobodnie jajko do wiaderka wypełnionego mąką, nie rozbijając go? 2.1. Grupa powinna skonsultować się z nauczycielem przed przystąpieniem do wykonywania doświadczenia Przygotujcie procedurę wykonania doświadczenia i zapisu danych Przeprowadźcie eksperyment i zapiszcie uzyskane wyniki Na podstawie poprzedniego eksperymentu oszacuj wysokość, z jakiej można upuścić swobodnie jajko do wiadra z mąką, nie rozbijając go Porównajcie wartości oszacowane przez różne grupy i wybierzcie najbardziej prawdopodobne Wykonajcie doświadczenie pozwalające odpowiedzieć na powyższe pytanie. 4. Przedyskutujcie w grupie, jaki związek mają uzyskane wyniki z mechanizmami działania systemów bezpieczeństwa w samochodach. Rysunek 1. Karta pracy dla uczniów W jaki sposób wysokość, z której spada jajko, wpływa na zderzenie z podłożem? W jaki sposób powierzchnia wpływa na zderzenie? Dlaczego jajko pozostaje nienaruszone w mące i w kaszy? 2.2. Ocena Podczas realizacji jednostki pojawiają się możliwości rozwijania i oceny wielu umiejętności badawczych. Do oceny wiedzy i umiejętności uczniów mogą posłużyć materiały przez nich opracowane, np. notatki zawierające hipotezy, plany działań doświadczalnych, a także obserwacje prowadzone przez nauczyciela i samoocena uczniów. W jednostce tej opisane są proponowane narzędzia oceny (3-poziomowe rubryki oceny), ale nauczyciele powinni rozważyć możliwość opracowania własnych lub modyfikacji proponowanych narzędzi. Sugerowane umiejętności do oceny w trakcie realizacji tej jednostki dydaktycznej obejmują formułowanie hipotez, planowanie badań oraz umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (wyciąganie wniosków na podstawie dowodów). Nauczyciele mogą przeprowadzić ocenianie kształtujące podczas zajęć lekcyjnych, korzystając z rubryk zaprezentowanych w tab. 1 w celu określenia poziomu osiągnięć uczniów, a także skłaniać uczniów do dociekania poprzez zadawanie pytań pomocniczych, takich jak: W jaki sposób chciał(a)byś obserwować sytuację? Czego chciał(a)byś nauczyć się poprzez to doświadczenie? Jakie zmienne chcesz badać? Formułowanie pytań badawczych Uczeń nie potrafi dostrzec powiązań i nie jest w stanie wykorzystać pytań naprowadzających. Uczeń dostrzega powiązania pomiędzy problemem badawczym a doświadczeniem, ale nie jest w stanie w pełni wykorzystać pytań naprowadzających. Uczeń dostrzega powiązania pomiędzy pytaniem a doświadczeniem, w sposób systematyczny korzysta z pytań naprowadzających i wykorzystuje odpowiedzi w praktyce. Aby zapewnić odpowiednią ilość czasu na przeprowadzenie oceny w klasie, nauczyciele powinni przed zajęciami przygotować plan oceny oraz określić podstawowe punkty dotyczące oceny, a następnie zrealizować ćwiczenia zgodnie z panującymi okolicznościami (dostosować je odpowiednio do poziomu uczniów, celu realizacji i posiadanych zasobów). Podczas zajęć nauczyciel powinien w jasny sposób przedstawić stosowany tryb oceny i uwzględnić opinie uczniów na temat procedur oceny. Po zajęciach nauczyciel może przedstawić uczniom ocenę kształtującą w formie pisemnej, ocenić przydatność narzędzi oceny i skonsultować się z uczniami i innymi nauczycielami w temacie realizowanego ćwiczenia lub/i zastosowanej metody oceny. Formułowanie hipotez Nauczyciel może ocenić umiejętności uczniów w zakresie formułowania hipotez poprzez obserwację pracy uczniów lub na podstawie opracowanych przez nich materiałów. Ocena może być dokonana podczas lub po lekcji. Sugerowane rubryki oceny tej umiejętności zaprezentowane zostały w tab. 2. Pytania pomocnicze nauczyciela do uczniów mające pomóc im w formułowaniu hipotez: Czego się spodziewasz? Dlaczego tak się dzieje? Czy możesz wyjaśnić, w jaki sposób Twoja hipoteza wynika z tego, czego się nauczyłeś/nauczyłaś? Tabela 2. Rubryki oceny umiejętności formułowania hipotez Umiejętność Poziom 1 Poziom 2 Poziom 3 badawcza Formułowanie hipotez Uczeń formułuje hipotezę, ale nie jest w stanie jej uzasadnić. Uczeń formułuje hipotezę i jest w stanie ją uzasadnić po odpowiedzeniu na pytania pomocnicze. Uczeń formułuje hipotezę i uzasadnia ją, opierając się na faktach. ZDERZENIE JAJKA Z PODŁOŻEM 27

6 Planowanie badań Nauczyciel może ocenić umiejętność uczniów w zakresie planowania badań na kilku etapach ćwiczenia, zarówno podczas przygotowania, jak i wykonywania doświadczenia. Ocena może być przeprowadzona na drodze obserwacji nauczyciela lub poprzez ocenę materiałów opracowanych przez uczniów. Rubryki oceny tej umiejętności zaprezentowano w tab. 3. Przykładowe pytania mogące pomóc uczniom w planowaniu badań: W jaki sposób można zrealizować doświadczenie? Jaka zmienna fizyczna powinna być badana? W jaki sposób można znaleźć powiązanie między zmiennymi? Co możesz zrobić, aby precyzyjnie wykonać pomiary? Tabela 3. Rubryki oceny umiejętności planowania badań Umiejętność badawcza Poziom 1 Poziom 2 Poziom 3 Planowanie badania Uczeń przedstawia sugestie na temat tego, jak doświadczenie powinno być wykonywane, ale nie jest w stanie go wykonać i nie rozumie procesu. Uczeń przedstawia sugestie na temat tego, jak doświadczenie powinno być wykonywane, i rozumie proces, ale nie jest w stanie go wykonać. Uczeń przedstawia sugestie na temat tego, jak doświadczenie powinno być wykonywane, rozumie proces i jest w stanie wykonać zaplanowane doświadczenia. Realizacja badania Zapisywanie obserwacji Uczeń wykonuje doświadczenie z pomocą nauczyciela i sporadycznie zapisuje swoje obserwacje. Uczeń wykonuje doświadczenie, okazjonalnie wymaga pomocy nauczyciela i zapisuje obserwacje, lecz w sposób niedokładny. Uczeń realizuje doświadczenie bez pomocy i zapisuje swoje obserwacje we właściwy sposób. Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego oraz formułowania spójnych argumentów (wyciąganie wniosków na podstawie dowodów) Nauczyciel może ocenić umiejętności myślenia i argumentowania naukowego na podstawie przeprowadzonej przez uczniów interpretacji wyników. Ocena może opierać się na obserwacjach nauczyciela lub materiałach opracowanych przez uczniów w trakcie lub po zakończeniu ćwiczenia. Rubryki oceny tej umiejętności zaprezentowane zostały w tab. 4. Pytania, na jakie nauczyciel powinien znaleźć odpowiedź podczas oceny umiejętności uczniów w zakresie formułowania spójnych argumentów, obejmują: Czy uczeń potrafi formułować wnioski na podstawie uzyskanych wyników? Czy uczeń potrafi zidentyfikować pomyłki lub błędy popełnione w doświadczeniu? Tabela 4. Rubryki oceny umiejętności myślenia i argumentowania naukowego oraz formułowania spójnych argumentów Umiejętność badawcza Poziom 1 Poziom 2 Poziom 3 Wyciąganie wniosków Uczeń prezentuje uzyskane wyniki, ale nie wykorzystuje ich do weryfikacji hipotezy. Uczeń prezentuje uzyskane wyniki i wykorzystuje zgromadzone dane do weryfikacji hipotezy. Uczeń prezentuje uzyskane wyniki i wykorzystuje zgromadzone dane do weryfikacji hipotezy. Tłumaczy przyczyny zaobserwowanych zjawisk/prawidłowości. Ewaluacja doświadczenia Identyfikacja błędów Uczeń identyfikuje możliwe błędy i określa wiarygodność wyników. Uczeń identyfikuje możliwe błędy i określa wiarygodność wyników. Uczeń identyfikuje możliwe błędy i określa wiarygodność wyników. Uczeń wskazuje błędy, które sam popełnił. Uczeń wyjaśnia wpływ błędów na wyniki. 28 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

7 3. SYNTEZA STUDIÓW PRZYPADKU Omawiana jednostka dydaktyczna została przetestowana w czterech krajach, skutkując powstaniem sześciu studiów przypadku jej realizacji: CS1 Węgry, CS2 Dania, CS3 Wielka Brytania, CS4 Wielka Brytania, CS5 Niemcy i CS6 Niemcy. We wszystkich przypadkach zastosowaną metodą nauczania było otwarte dociekanie naukowe (open inquiry) lub ograniczone dociekanie naukowe (bounded inquiry). Wiek uczniów wahał się od 11 do 16 lat (11 lat w CS3 Wielka Brytania, a 16 lat w CS4 Wielka Brytania). Uczniowie we wszystkich klasach charakteryzowali się zróżnicowanymi umiejętnościami, a klasy były zwykle mieszane pod względem płci, choć w CS5 Niemcy wszyscy uczniowie byli płci męskiej. W przypadku CS1 Węgry i CS6 Niemcy ćwiczenie w ramach jednostki zostało zrealizowane podczas jednych zajęć trwających 90 minut. W innych studiach przypadku jednostka ta została zrealizowana w trakcie kilku lekcji: w CS2 Dania dwóch, w CS3 Wielka Brytania czterech, w CS4 Wielka Brytania pięciu, zaś w CS5 Niemcy podczas trzech lekcji. Uczniowie pracowali w grupach przez cały okres realizacji ćwiczenia. Umiejętność planowania badań oceniana była we wszystkich studiach przypadku, a umiejętność formułowania hipotez została uznana za istotny element do oceny podczas tego ćwiczenia. Inne umiejętności, które mogły podlegać ocenie, obejmowały myślenie i argumentowanie naukowe, oceniane poprzez analizę zdolności uczniów do identyfikacji zmiennych lub wyciągania wniosków, oraz podstawową wiedzę i umiejętności naukowe, oceniane na drodze analizy umiejętności uczniów do wyjaśniania zaobserwowanych zjawisk. Podstawowymi metodami oceny były: rozmowa z uczniami, obserwacje nauczyciela oraz ocena wzajemna materiałów i prezentacji opracowanych przez uczniów Metoda dydaktyczna Metoda nauczania przez dociekanie Metody nauczania w poszczególnych studiach przypadku były zróżnicowane; omawianą jednostkę realizowano głównie jako pracę nad problemem, bez z góry określonego rozwiązania, w CS1 Węgry, CS2 Dania, CS3 Wielka Brytania i CS5 Niemcy (otwarte dociekanie naukowe open inquiry), jednak uczniom udostępniono wybrany sprzęt i materiały. W CS4 Wielka Brytania uczniowie mieli możliwość stworzenia własnej listy rzeczy, które będą im potrzebne do realizacji doświadczenia, materiały te zostały udostępnione uczniom podczas kolejnej lekcji, na której przeprowadzali oni doświadczenia. W CS6 Niemcy, po rozmowie na forum całej klasy, uzgodniona została hipoteza do weryfikacji, jednak uczniowie mieli swobodę w planowaniu swoich doświadczeń; a zatem metoda zastosowana w tym przypadku miała cechy ograniczonego dociekania naukowego (bounded inquiry). We wszystkich studiach przypadku uczniowie pracowali w grupach 4-osobowych, jak przedstawiono w tab. 5, chociaż w CS2 Dania i CS6 Niemcy nie podano dokładnych danych. Adaptacje jednostki Omawiana jednostka dydaktyczna pozwala na zastosowanie różnych schematów realizacyjnych i różnych poziomów ukierunkowywania przez nauczyciela. Na przykład w CS3 Wielka Brytania uczniowie otrzymali wybrany sprzęt i materiały, a także przygotowali listę dalszych, potrzebnych im pozycji. W CS4 Wielka Brytania uczniowie podczas fazy planowania opracowali plan doświadczenia i przygotowali listę potrzebnego im sprzętu i materiałów. W CS1 Węgry nauczyciel zadawał wiele pytań, aby pomóc uczniom w realizacja zadania, w ten sposób wprowadzając element ukierunkowywania przez nauczyciela procesu dociekania uczniowskiego. Tabela 5. Podsumowanie studiów przypadku Studium przypadku Czas trwania Skład grup CS1 Węgry CS2 Dania CS3 Wielka Brytania CS4 Wielka Brytania CS5 Niemcy CS6 Niemcy Jedna godzina lekcyjna (90 min) Jedna podwójna lekcja (120 min) Cztery godziny lekcyjne (60 min każda) Pięć godzin lekcyjnych (45 min każda) Trzy godziny lekcyjne (60 min każda) Jedna godzina lekcyjna (90 min) Grupy po 3-4 uczniów. Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci. Małe grupy uczniów (21 uczniów). Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci (9 dziewcząt, 12 chłopców). Grupy po 4 uczniów. Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci; grupy obejmujące osoby o specjalnych potrzebach edukacyjnych z uwzględnieniem uczniów autystycznych. Grupy po 4 uczniów (24 uczniów). Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci. Grupy po 3-4 uczniów. Grupy złożone wyłącznie z chłopców, mieszane pod względem umiejętności. Małe grupy uczniów (30 uczniów). ZDERZENIE JAJKA Z PODŁOŻEM 29

8 W każdym przypadku realizacji jednostki uwzględniono poprzednie doświadczenia uczniów w pracy metodą dociekania, np. w CS3 Wielka Brytania uczniowie pomagali w opracowywaniu narzędzi oceny. W przypadku CS2 Dania uczniowie pracowali tą metodą po raz pierwszy, przez co nauczyciel starał się stosować zaproponowane w jednostce etapy realizacji. W CS5 Niemcy nauczyciel wprowadził modyfikacje do ćwiczenia, tak aby uniknąć wykorzystania jajek. Skupił się on na kwestii kolizji samolotów i samochodów (z wykorzystaniem małych samochodów zabawek resorków), ponieważ uznał, że taki kontekst jest bardziej zgodny z celami programu nauczania. Również w tym wypadku nauczyciele zastosował otwarte dociekanie naukowe (open inquiry) Strategie oceny Umiejętności oceniane podczas pilotażowego wdrażania jednostki przedstawiono w tab. 6. Mimo że w jednostce tej zaproponowano możliwość oceny kilku różnych umiejętności, sugeruje się, aby podczas realizacji zajęć w szkole skupić się na co najwyżej dwóch takich umiejętnościach (trzech w wyjątkowych przypadkach). Należy wziąć pod uwagę, że w przypadku sześciu grup i oceny dwóch umiejętności konieczne może być wypełnienie 12 protokołów/ arkuszy oceny, co w praktyce może być sporym wyzwaniem. Tabela 6. Umiejętności badawcze oceniane przez nauczycieli w studiach przypadku CS1 Węgry Formułowanie hipotez (formułowanie pytań badawczych) CS2 Dania Formułowanie hipotez Planowanie badań (przeprowadzanie doświadczenia, gromadzenie danych) Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (wyciąganie wniosków, krytyczna analiza projektu doświadczenia) Planowanie badań (przeprowadzanie doświadczenia) CS3 Wielka Brytania Planowanie badań (przeprowadzanie doświadczenia) CS4 Wielka Brytania Formułowanie hipotez Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (przedstawianie danych, wyciąganie wniosków) Podstawowa wiedza i umiejętności naukowe (prezentacja danych naukowych) Planowanie badań CS5 Niemcy Formułowanie hipotez CS6 Niemcy Formułowanie hipotez Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (zapisywanie wniosków i ocen) Podstawowa wiedza i umiejętności naukowe (rozumienie ważnych danych i przekazywanie ich innym osobom; prezentacja danych naukowych) Planowanie badań (przeprowadzanie doświadczeń) Podstawowa wiedza i umiejętności naukowe (zrozumienie, jak badane kwestie odnoszą się do kontekstu świata rzeczywistego) Planowanie badań (przeprowadzanie doświadczeń) Praca w grupie (dyskusje z rówieśnikami) Rubryki oceny zaproponowane w tej jednostce dydaktycznej służyły jako podstawa dla oceniania kształtującego, nawet jeśli były do nich wprowadzane pewne zmiany. Przedstawiono w nich przykładowe kryteria pozwalające na rozróżnienie między trzema poziomami osiągnięć uczniów. Nauczyciel w CS1 Węgry przeprowadził ocenianie kształtujące w trakcie zajęć i ponownie ocenił materiały opracowane przez uczniów po zakończeniu procesu dociekania. Następnie nauczyciel ten dostarczył uczniom dalsze informacje zwrotne na forum klasy. Taka metoda oceny została również wykorzystana w CS5 i CS6 Niemcy. Nauczycielka w CS2 Dania chciała przeprowadzić ocenę kształtującą podczas zajęć na podstawie zapamiętanych rubryk, jednak nie udało się jej tego zrealizować. W CS4 Wielka Brytania nauczycielka świadomie zrezygnowała z wykorzystania rubryk do oceny uczniów. Natomiast w CS3 Wielka Brytania opisano wykorzystanie rubryk opracowanych we współpracy z uczniami (rys. 2). Nauczyciel i uczniowie najpierw przedyskutowali, jakie cechy są ważne dla każdej ocenianej umiejętności, a następnie ich pomysły zostały zebrane w projekcie tabeli, którą nauczyciel przekształcił na rubryki do wykorzystania przez uczniów w ich ocenie wzajemnej oraz przez nauczyciela do oceny materiałów opracowanych przez uczniów. Taka metoda oceny zagwarantowała, że uczniowie byli świadomi kryteriów oceny i rozumieli, czego się od nich oczekuje. Dalsze przykłady oceny wzajemnej uczniów znaleźć można w CS3 Wielka Brytania, gdzie uczniowie korzystali z formularza oceny wzajemnej oraz listy kontrolnej do oceny umiejętności w zakresie formułowania wniosków (tab. 7) i prezentacji danych (tab. 8). 30 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

9 UMIEJĘTNOŚĆ: WYKORZYSTANIE DANYCH W CELU SFORMUŁOWANIA WNIOSKÓW POCZĄTKUJĄCY NAUKOWCY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYY ROZWIJAJĄCY SIĘ NAUKOWCY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY NAUKOWCY PEWNI SWOICH UMIEJĘTNOŚCI IIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIII YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII YYYYIYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYIYYY YYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYY NAUKOWCY EKSPERCI IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYIYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYIY YYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYY YYYYYYYYYYIYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYIYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY Rysunek 2. Strzałkowe rubryki oceny wzajemnej uczniów dla umiejętności formułowania wniosków stosowane w CS3 Wielka Brytania Tabela 7. Formularz oceny wzajemnej uczniów dotyczący umiejętności zapisywania wniosków Kryterium sukcesu Poprawnie obliczone wartości średnie Zgodność z danymi Odniesienie do powtarzalności/ wiarygodności Wyjaśnienie/dyskusja wyników Komentarze rówieśnika Tabela 8. Lista kontrolna oceny wzajemnej uczniów dotycząca umiejętności prezentacji danych Kryterium sukcesu Wybrana właściwa forma wykresu? Oznaczenia osi x (opis i jednostka) Oznaczenia osi y (opis i jednostka) Słupki wartości o tej samej szerokości Poprawnie narysowane wysokości słupków Komentarze rówieśnika Planowanie badań Planowanie badań jest kluczową umiejętnością podlegającą kształceniu i ocenie w jednostce dydaktycznej SAILS zatytułowanej Zderzenie jajka z podłożem. Zaproponowane 3-poziomowe rubryki oceny przedstawiono w tab. 3 oparte zostały na założeniu, że uczniowie są w stanie zaproponować, w jaki sposób należy przeprowadzić eksperyment. Założenie to może być zbyt optymistyczne i mieć zastosowanie jedynie do sugerowanych w jednostce grup wiekowych uczniów (15 lat i więcej). Niemniej jednak propozycje uczniów mogą mieć różną wartość, począwszy od krótko przedstawionych luźnych pomysłów, aż po szczegółowo opracowane plany postępowania doświadczalnego. Dwiema umiejętnościami analizowanymi w rubrykach oceny są zrozumienie procesu i postępy w planowaniu doświadczenia. Zgodnie z informacjami wynikającymi ze studiów przypadku uprzednie zaangażowanie uczniów w proces dociekania daje podstawy dla zaangażowania ich w proces tworzenia rubryk oraz innych narzędzi oceny. Ci uczniowie, którzy mają już pewną wiedzę na temat zmiennych zależnych i niezależnych, mogą otrzymać informacje zwrotne na podstawie jakości i możliwości zastosowania w praktyce wybranych przez siebie zmiennych (na przykład w CS3 Wielka Brytania). Uczniowie, dla których metoda uczenia się przez dociekanie jest zupełnie nowa, jak na przykład w CS2 Dania, mogą być oceniani na podstawie intuicyjnego zrozumienia przez nich kwestii utrzymania stałości jednej zmiennej przy jednoczesnych zmianach drugiej. Do oceny tej umiejętności można również wykorzystać samoocenę uczniów (CS3 Wielka Brytania i CS6 Niemcy). Również w przypadku CS5 Niemcy nauczyciel skoncentrował się na tej umiejętności, a ocena wymagała długiej obserwacji. Gromadzenie i komentowanie pomysłów uczniów okazało się odpowiednią strategią oceniania kształtującego w tym przypadku. ZDERZENIE JAJKA Z PODŁOŻEM 31

10 Formułowanie hipotez Umiejętność ta może być oceniana na podstawie 3-poziomowych rubryk przedstawionych w tab. 2. Zgodnie z przyjętymi kryteriami, oczekuje się umiejętności sformułowania hipotezy nawet od uczniów na najniższym poziomie, a od uczniów na wyższych poziomach dodatkowo oczekuje się uzasadnienia i wyjaśnienia hipotezy. W CS4 Wielka Brytania ocena umiejętności formułowania hipotez oparta była na tym, jak uczniowie określili zmienne do pomiaru, podczas gdy w CS3 Wielka Brytania ocena wzajemna przebiegała na podstawie tego, czy dana hipoteza jest stwierdzeniem sprawdzalnym. W CS6 Niemcy nauczyciel stwierdził, że uczniowie mieli trudności w zakresie formułowania hipotez i konieczna była duża pomoc ze strony nauczyciela. Arkusz samooceny Cechy charakteru niezbyt często poddawane ocenie w testach. Kreatywność Współpraca Przywództwo Krytyczne myślenie Wytrzymałość Współczucie Odporność Niezawodność Odwaga Motywacja Entuzjazm Niezależność Rozwiązywanie problemów Samoświadomość Zaradność Praca w grupie Umiejętność ta była również analizowana w studiach przypadku, choć nie bezpośrednio. We wszystkich studiach przypadku uczniowie pracowali w małych grupach. Nauczyciele obserwowali grupy i niektórzy z nich zauważyli umiejętności uczniów w zakresie współpracy. Na przykład w CS4 Wielka Brytania nauczyciel odnotował, że korzystna jest sytuacja, gdy to nauczyciel wybiera skład grup, tak aby zapewnić, że w każdej grupie pojawią się uczniowie o różnych poziomach umiejętności. W CS5 Niemcy nauczyciel był zadowolony z umiejętności współpracy uczniów, ale zauważył też, że ich umiejętności były zróżnicowane, a w grupie uczniowie przyjmowali różne role. W CS6 Niemcy nauczyciel miał nadzieję ocenić współpracę w grupie poprzez samoocenę ćwiczenia dotyczącego planowania badań, ale nie miał na to wystarczająco dużo czasu. Szczególnie interesującym przypadkiem jest CS3 Wielka Brytania, gdzie do klasy dołączyły osoby o specjalnych potrzebach edukacyjnych. Nauczyciel zauważył, że uczniowie cierpiący na autyzm byli bardzo zaangażowani i dobrze współdziałali z pozostałymi jako część zespołu. Specjalista, który pracował z jednym z autystycznych chłopców, powiedział, że takie współdziałanie i motywacja są znakiem głębokiej pozytywnej zmiany, jako że uprzednia wrogość zaobserwowana w pracy grupowej została całkowicie wyeliminowana. Z tego powodu w jednostce zidentyfikowano wiele możliwości przeprowadzenia oceny umiejętności pracy w grupie oraz metod jej oceny. Ciekawość Samodyscyplina Spontaniczność Dociekliwość Empatia Nieustępliwość Używając długopisu piszącego na zielono, wyjaśnij, w jaki sposób udało Ci się wykazać którąkolwiek z powyższych cech osobowych. Używając długopisu piszącego na fioletowo, wyjaśnij, dlaczego chciał(a)byś skorzystać z okazji do rozwijania którejś z tych cech w innych procesach dociekania. Rysunek 3. Arkusz samooceny wykorzystany w CS3 Wielka Brytania Ocena innych umiejętności W CS3 Wielka Brytania nauczyciel przedstawił narzędzie do samooceny innych umiejętności rozwijanych w procesie dociekania. W tym arkuszu samooceny wymieniono 21 umiejętności, które mogą być wykazywane podczas realizacji ćwiczenia w zakresie dociekania. Korzystając z tego arkusza, uczniowie mogą zapoznać się z umiejętnościami możliwymi do rozwijania i zachęcani są do zastanowienia się nad tym, jak te umiejętności mogą być dla nich przydatne w przyszłości. Uczniowie mają za zadanie wybrać trzy umiejętności, które ich zdaniem udało im się wykształcić podczas bieżącej lekcji, a także trzy umiejętności, nad którymi powinni popracować w przyszłości. Omawiany arkusz samooceny może być wykorzystywany przez cały rok szkolny do monitorowania rozwoju wymienionych umiejętności. 32 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2