Jak szybko mogę się poruszać? Jak daleko mogę dotrzeć? Jak długo potrwa, zanim tam dotrę? Paul Black, Gunnar Friege

JEDNOSTKA DYDAKTYCZNA SAILS SZYBKOŚĆ Jak szybko mogę się poruszać? Jak daleko mogę dotrzeć? Jak długo potrwa, zanim tam dotrę? Paul Black, Gunnar Friege

SZYBKOŚĆ Jak szybko mogę się poruszać? Jak daleko mogę dotrzeć? Jak długo potrwa, zanim tam dotrę? PRZEGLĄD TREŚCI I METOD OCENY KLUCZOWE TREŚCI/POJĘCIA Prędkość, szybkość Pomiar (dokładność pomiaru) POZIOM Gimnazjum Szkoła ponadgimnazjalna OCENIANE UMIEJĘTNOŚCI BADAWCZE Planowanie badań Formułowanie spójnych argumentów Praca w grupie OCENA UMIEJĘTNOŚCI MYŚLENIA I ARGUMENTOWANIA NAUKOWEGO ORAZ PODSTAWOWEJ WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI NAUKOWYCH Gromadzenie danych naukowych, określanie zmiennych METODY OCENY Obserwacje nauczyciela Ocena wzajemna (sprawozdania) Materiały dydaktyczne dostępne on-line: www.sails-project.eu www.zdch.uj.edu.pl/sails 106 Ocenianie samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 1

1. WSTĘP W jednostce dydaktycznej SAILS zatytułowanej Szybkość przedstawiono dwa ćwiczenia wprowadzające pojęcie prędkości. Kinematyka to temat zawarty w programach nauczania zarówno gimnazjów, jak i szkół ponadgimnazjalnych w całej Europie i stanowiący podstawę dla wielu zaawansowanych zagadnień z dziedziny fizyki. Terminy prędkość i szybkość pojawiają się w życiu codziennym w odniesieniu do podróżowania i posiadają jasne dla odniesienia. W jednostce tej wykorzystywane są dodatkowo pojęcia fizyczne, tj. odległość, czas, wartość bezwzględna prędkości i jej odróżnienie od pojęcia szybkości. Można również wprowadzić pojęcie przyspieszenia. Ćwiczenia w ramach jednostki zostały przystosowane do realizacji metodą ograniczonego dociekania naukowego (bounded inquiry), a wykonanie każdego z nich powinno zająć jedną 45-minutową lekcję. Jednostka ta została przetestowana przez nauczycieli w czterech krajach: Turcji, Irlandii, Portugalii i Niemczech, skutkując powstaniem czterech studiów przypadku (uczniowie w wieku 12-18 lat, o różnych umiejętnościach i reprezentujący obie płcie). We wszystkich przypadkach wykorzystywaną metodą nauczania było ograniczone dociekanie naukowe (bounded inquiry). Umiejętność planowania badań oceniono we wszystkich studiach przypadku, natomiast umiejętności formułowania spójnych argumentów i pracy w grupie oceniano tylko w niektórych z nich, wraz z umiejętnością myślenia naukowego oraz podstawową wiedzą i umiejętnościami naukowymi. Ocena miała przede wszystkim charakter kształtujący i realizowana była poprzez rozmowę nauczyciela z uczniami, obserwacje nauczyciela i ocenę materiałów opracowanych przez. Omawiana jednostka może zostać wykorzystana do rozwoju wielu umiejętności badawczych, takich jak: planowanie badań, formułowanie hipotez, formułowanie spójnych argumentów i praca w grupie. Ponadto uczniowie rozwijają umiejętności myślenia i argumentowania pogłębiają podstawową wiedzę i umiejętności naukowe. Proponowane metody przeprowadzania oceny obejmują obserwacje nauczyciela i rozmowę z uczniami, ocenę materiałów przez nich opracowanych i samoocenę. SZYBKOŚĆ 107

2. REALIZACJA JEDNOSTKI 2.1. Ćwiczenia Jednostka dydaktyczna zatytułowana Szybkość została opracowana przez zespół z King s College w Londynie w ramach projektu SAILS. Jednostka ta realizowana jest metodą uczenia się poprzez dociekanie i jest oparta na fizycznych pojęciach, takich jak odległość, czas, wartość bezwzględna prędkości i jej odróżnienie od pojęcia szybkości. W jednostce zaproponowano dwa ćwiczenia; w pierwszym uczniowie mają za zadanie zastanowić się nad odpowiedzią na pytanie: Jak szybko możesz się poruszać? i zbadać zmienne czasu i odległości. W drugim ćwiczeniu uczniowie analizują przykład z życia codziennego, dotyczący ich drogi z domu do szkoły, i określają odległość, czas i szybkość dla tej podróży. Kluczową rolę w ćwiczeniach w ramach omawianej jednostki odgrywa kilka umiejętności badawczych. Najważniejszymi z nich są: umiejętność planowania badań, z uwzględnieniem opracowywania planu postępowania doświadczalnego, umiejętność myślenia naukowego (określanie zmiennych, sterowanie zmiennymi), umiejętność przeprowadzenia badania i gromadzenia danych oraz analiza wyników. Ćwiczenie A: Jak szybko możesz się poruszać? pojęcia szybkości Planowanie badań Formułowanie hipotez Praca w grupie Określanie zmiennych, formułowanie wniosków W tym ćwiczeniu uczniowie poznają pojęcie szybkości. Planują dwa badania, w których modulowane są dwie zmienne: czas i odległość. Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy wyników uczniowie powinni zrozumieć pojęcie szybkości. 1. Uczniów można poprosić o dokonanie pomiarów w celu znalezienia odpowiedzi na pytania: a. Ile czasu zabiera Wam przejście 5 metrów, jeśli idziecie powoli, a potem szybko? b. Jak daleko możecie dojść w 5 sekund, jeśli idziecie powoli, a potem szybko? 2. Po uzyskaniu wyników uczniowie zostają poproszeni o ich interpretację: a. W jaki sposób mogą być ze sobą powiązane pomiary czasu i odległości? b. Czego można się dowiedzieć na podstawie tych pomiarów? 3. W każdym przypadku uczniowie mogą zostać poproszeni o oszacowanie ewentualnego błędu swoich wyników, a następnie zostaje zadane pytanie: Czy Wasze odpowiedzi na powyższe dwa pytania są ze sobą zgodne? Ćwiczenie B: Droga do szkoły Związek między odległością, czasem i szybkością Planowanie badań Formułowanie spójnych argumentów Graficzne przedstawianie danych Interpretacja danych naukowych W ćwiczeniu B uczniowie zachęcani są do refleksji nad przykładem z dnia codziennego, jakim jest ich droga z domu do szkoły, oraz o zastanowienie się nad odległością, czasem i prędkością na tej trasie. Rozwijają swoje umiejętności w zakresie graficznego przedstawiania danych, tworząc wykresy obrazujące omawianą drogę przebytą pieszo lub samochodem/autobusem. 1. Uczniowie mają za zadanie dokonać pomiaru długości trasy z domu do szkoły a. Ile zajmuje Wam przebycie tej trasy? b. Co możecie obliczyć na podstawie tych pomiarów? c. Jak Wasze wyniki mają się do odpowiedzi podanych w ćwiczeniu A? 2. Następnie uczniowie zostają poproszeni o zastanowienie się, jak zmiana środka transportu w drodze z domu do szkoły wpłynie na ich odpowiedzi: Jeśli dojeżdżacie do szkoły samochodem lub autobusem, ile czasu zabrałaby Wam droga pieszo a. z komfortową szybkością, b. z największą możliwą dla Was szybkością. Podobne pytanie można zadać tym, którzy dojeżdżają na rowerze, natomiast osoby docierające do szkoły pieszo można poprosić o oszacowanie, ile trwałaby ich podróż, gdyby jechali samochodem. 3. Dla każdego z wyników uzyskanych w części 1 lub 2 powyżej, narysujcie wykres prędkości w funkcji czasu: a. z założeniem, że prędkość jest jednolita, b. przestawiający to, co naprawdę się dzieje. W których częściach wykresy przedstawiające pokonywanie tej samej trasy pieszo i samochodem lub autobusem byłyby podobne? Czym jest obszar pod każdym z tych wykresów? 108 Ocenianie samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 1

4. Dla wykresów wykorzystywanych w części 3 narysujcie odpowiednie wykresy przedstawiające stosunek odległości do czasu. Realizacja jednostki w całości Jedną z możliwości realizacji niniejszej jednostki w całości jest skoncentrowanie się na określonym zbiorze wyborów, np.: (a) Rozpoczęcie od ćwiczenia A można poprosić najpierw o pracę indywidualnie w celu zaplanowania, jak zmierzyć odległość, jaką są w stanie przejść w 5 sekund, oraz zastanowienia się, ile czasu zabierze im przejście 5 metrów. Uczniowie mogą dostać za zadanie sporządzić swoje plany na piśmie. Następnie wykonują oni dwa przedstawione zadania, wciąż pracując indywidualnie, powinni zapisać wyniki obu pomiarów i podać, w jaki sposób te dwa wyniki są ze sobą powiązane. Zapisy te są dowodem na umiejętność formułowania hipotez (formułowanie pytań), planowania badań (i prowadzenia badań) oraz formułowania spójnych argumentów (ocena wniosków). (b) Następnie uczniowie pracują w małych grupach (3-4 ) w celu porównania stosowanych metod i uzyskanych wyników. W tej fazie można rozwijać umiejętność pracy w grupie (dostarczanie sobie nawzajem informacji zwrotnych). Każda grupa powinna przedstawić sprawozdanie zawierające analizę wyników uzyskanych w zadaniu (a) dotyczącym pomiaru szybkości chodzenia, informacje czy wartości prędkości uzyskane przez członków grupy były podobne, czy różnice były faktyczne, czy tylko spowodowane niedokładnością pomiaru. Sprawozdania te mogą stanowić dowód na umiejętności prowadzenia negocjacji i osiągania porozumienia. (c) Kolejnym zadaniem może być wybrane zadanie z ćwiczenia B, przy czym każda grupa może rozpocząć od pracy wspólnej w celu opracowania planu i zorganizowania wzajemnej współpracy w celu przeprowadzenia pomiarów. Można w tym przypadku rozważać kwestie przyspieszenia i hamowania. Pierwszym zadaniem może być dokonanie wzajemnego pomiaru średniej prędkość biegu na 50 metrów i 100 metrów z określonego punktu początkowego. Czy podczas drugiego biegu uczeń będzie poruszał się wolniej ze względu na to, że będzie już zmęczony, czy też szybciej, ponieważ mniejsza ilość czasu przeznaczana jest na przyspieszenie do prędkości maksymalnej ucznia na początku biegu? Uczniowie mogą omówić to, na co wskazują uzyskane przez nich wyniki i zastanowić się, czy inne wyniki będą dla nich pomocne w sprawdzaniu postawionych założeń. Następnie uczniowie wybierają potrzebny sprzęt i pracują w grupie w celu zgromadzenia danych. W tych zadaniach uczniowie mogą wykazać umiejętności w zakresie planowania badań, formułowania spójnych argumentów i pracy w grupie. Kolejnym zadaniem jest bardziej bezpośredni pomiar czasu ukierunkowany na przyspieszenie oraz pomiar czasu biegu przy pełnej prędkości oraz/lub maksymalnej prędkości ucznia po przyspieszeniu: zadania te wymagają bardziej starannego planowania i być może lepszego oprzyrządowania. Pomiary mogą następnie zostać przedstawione na wykresie stosunku odległości do czasu, co prowadzi do pracy na innych powiązanych wykresach. Sprawozdania przygotowywane przez podczas realizacji takich zadań mogą stanowić dowód na rozwój umiejętności planowania badań i ich przeprowadzania oraz umiejętności formułowania spójnych argumentów (łączenie celów z kryteriami sukcesu oraz ocena i wsparcie wniosków argumentacją). W klasach złożonych z o większym doświadczeniu w prowadzeniu badań lub gdy uczniowie mają rozległą wiedzę z tego tematu, realizację jednostki można rozpocząć od ćwiczenia B lub skorzystać z bardziej ambitnych zadań. 2.2. Ocena Uwagi dotyczące oceny Kolejność czynności opisanych w niniejszej jednostce to tylko jeden z możliwych sposobów jej realizacji. Korzystając z zaproponowanej sekwencji, nauczyciel może ocenić zdolności każdego z do samodzielnego rozwiązywania problemów stąd zadanie (a) zawierające wymóg przedstawienia samodzielnie wykonanych zapisów. Następnie wprowadzana jest współpraca między uczniami w części (b) i (c). Jednak w każdym z opisanych ćwiczeń uczniowie mogą zostać poproszeni o rozpoczęcie pracy samodzielnej w celu przemyślenia i zanotowania pomysłów na temat sposobu rozwiązania problemu. Następnie uczniowie wymieniają spostrzeżenia z innymi uczniami w grupie, tak aby mogli opracować wspólny, możliwie najlepszy plan działań grupy. Przy dokonywaniu tych wyborów, nauczyciel może wziąć pod uwagę kilka czynników, m.in. co wydaje się dla klasy najbardziej interesujące, jakie urządzenia pomiarowe są dostępne, które zagadnienia odwołują się do ważnych i aktualnie omawianych tematów. Innym kryterium wyboru ćwiczeń do realizacji może być opinia nauczyciela na temat tego, które ćwiczenia stworzą najlepszą możliwość pogłębienia umiejętności badawczych oraz zainteresują i zmotywują do samodzielnej pracy j. Możliwości oceny Jednostka dydaktyczna SAILS zatytułowana Szybkość odnosi się głównie do umiejętności planowania badań (w tym gromadzenia i interpretacji danych oraz określania zmiennych) i pracy w grupie. te można postrzegać jako elementy, które należy podkreślić podczas dokonywania oceny kształtującej podczas realizacji dociekania: takie informacje zwrotne mogą pojawić się podczas dyskusji w czasie wykonywania zadań przez, a także podczas oceniania pisemnych sprawozdań, jeśli uczniowie zostaną poproszeni o ich sporządzenie. mogą obejmować sprawozdania przygotowane na koniec działań przez każdego ucznia lub też mieć formę Dziennika ćwiczeń, który obejmuje m.in. wykonywane podczas ćwiczeń notatki na temat tymczasowych planów i pomysłów. Sprawozdania okresowe, jak na przykład te opracowane w zadaniu (a), mogą stanowić część tego dziennika. Kolejna część dziennika może zostać napisana pod koniec działań i zawierać autorefleksję ucznia na temat tego, czego się nauczył. Podczas planowania ćwiczenia należy przewidzieć różne możliwości jego realizacji i potraktować je jako możliwość przeprowadzenia zarówno oceniania kształtującego, jak i podsumowującego na podstawie dowodów świadczących o wiedzy nabytej przez każdego z. Przykładowe narzędzia oceny Materiały dostarczone nauczycielom testującym omawianą tu jednostkę nie obejmowały konkretnych narzędzi oceny. Jednak wraz z opisami ćwiczeń zaproponowano kilka obszarów mogących podlegać ocenie przeprowadzanej z wykorzystaniem rubryk. Umiejętność planowania badań została uznana za umiejętność kluczową, którą można rozwijać poprzez realizację SZYBKOŚĆ 109

tej jednostki. Przeprowadzając ocenę, można przeanalizować zdolność do opracowania doświadczenia mającego na celu znalezienie odpowiedzi na zadane pytanie, realizację proponowanej procedury i interpretację wyników, jak przedstawiono w tabeli 1. Planowanie badań obejmuje zdefiniowanie odpowiedniego sprzętu i szczegółowe określenie planu doświadczalnego, którego realizacja daje wyniki, które mogą być wykorzystane do weryfikacji danej hipotezy. Dodatkowe umiejętności, które można rozwijać podczas planowania i realizacji badań obejmują korzystanie ze sprzętu naukowego, rejestrowanie danych i interpretację wyników w celu sformułowania wniosków opartych na dowodach. Tabela 1. Proponowane rubryki oceny umiejętności planowania badań 1 2 3 Planowanie badania w celu sprawdzenia prognozy Uczeń sugeruje sposób, w jaki można przeprowadzić badanie, ale bez szczegółów. Uczeń sugeruje sposób, w jaki można przeprowadzić badanie, ale projekt jest pod pewnymi względami niekompletny. Projekt, po pewnych przeróbkach, może zostać wykorzystany do przeprowadzania systematycznych badań. Uczeń planuje badanie, którego projekt obejmuje zmienne do modulacji i zmienne, których wartość musi pozostać taka sama oraz porządek realizowania poszczególnych części badania, a także sprzęt, z którego należy korzystać. Projektowanie i przeprowadzanie badania Uczeń przeprowadza badanie od początku do końca, ale potrzebuje stałego wsparcia ze strony nauczyciela, kolegów lub szczegółowych instrukcji. Uczeń korzysta ze sprzętu, ale może używać go w sposób, który nie zawsze jest bezpieczny. Uczeń sporadycznie dokumentuje badanie na piśmie z wykorzystaniem rysunków. Uczeń przeprowadza badanie od początku do końca, ale czasami potrzebuje wsparcia ze strony nauczyciela, kolegów lub szczegółowych instrukcji. Uczeń korzysta ze sprzętu w sposób bezpieczny. Uczeń dokumentuje badanie na piśmie z wykorzystaniem rysunków, ale dokumentacja może być niekompletna i niedokładna. Uczeń przeprowadza badanie od początku do końca, sam albo jako aktywny członek grupy. Uczeń korzysta ze sprzętu w sposób bezpieczny i właściwy. Uczeń w sposób właściwy dokumentuje badanie na piśmie z wykorzystaniem rysunków. Interpretacja wyników i wyciąganie wniosków Uczeń wyciąga wnioski, ale wykorzystuje tylko pewną ograniczoną część wyników. Uczeń porównuje wyniki badania z hipotezą. Uczeń wyciąga wnioski na podstawie wyników. Uczeń porównuje wyniki badania z hipotezą. Uczeń wyciąga wnioski na podstawie wyników. Uczeń odnosi wnioski do pojęć naukowych (lub możliwych modeli i teorii). Uczeń przedstawia argumenty dotyczące różnych interpretacji wyników. 2.3. Dalsze zmiany/rozszerzenia Jednostka dydaktyczna SAILS zatytułowana Szybkość pierwotnie obejmowała osiem ćwiczeń (ćwiczenia A-H), jednak tylko ćwiczenia A i B zostały wprowadzone do studiów przypadku, ponieważ były one najbardziej odpowiednie do rozpoczęcia dociekania na temat szybkości. W kolejnych ćwiczeniach (C-H) opisano dalsze badania. Ćwiczenia te można wykorzystać bezpośrednio po realizacji ćwiczeń A i B lub oddzielnie w przypadku klas bardziej zaawansowanych. Ćwiczenie C: Ucieczka od wszystkiego Szybkość Swobodne opadanie pod wpływem grawitacji Formułowanie spójnych argumentów Graficzne przedstawianie danych 110 Ocenianie samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 1

W tym zadaniu uczniowie analizują przypadek samolotu lecącego z Londynu do Nowego Jorku. Przygotowują graficzne przedstawienie tej podróży, porównując prędkość i czas. Wychodząc od tego porównania, uczniowie mają za zadnie przeanalizować wartość przyspieszenia na różnych etapach podróży. Ćwiczenie to może także być okazją do omówienia przyspieszenia ziemskiego (swobodnego opadania). 1. Znajdźcie dane, umożliwiające Wam narysowanie wykresu prędkości w funkcji czasu dla podróży samolotem z Londynu do Nowego Jorku. Wasze wykresy powinny przedstawiać tę podróż możliwie jak najdokładniej. 2. Porównajcie wartości przyspieszenia, które możecie oszacować na podstawie swoich wykresów wykonanych w ćwiczeniu B jak te wartości mają się do wartości przyspieszenia przy swobodnym opadaniu pod wpływem siły grawitacji? Ćwiczenie D: Duża i mała szybkość Szybkość Formułowanie spójnych argumentów naukowego W tym ćwiczeniu uczniowie analizują skrajności dotyczące ruchu w szczególności ruchu, który jest tak wolny, że nie da się go dostrzec. 1. Sporządźcie listę kilku bardzo małych szybkości należy podać przybliżoną wartość liczbową dla każdej pozycji wymienionej na liście. Jaką najmniejszą szybkość jesteście w stanie określić? Stwórzcie także listę kilku bardzo dużych szybkości również podając wartości liczbowe. Jaką największą szybkość jesteście w stanie określić? 2. Czasem ruch może być tak powolny, że przy szybkim rzucie okiem można go w ogóle nie zauważyć. Czy znacie jakieś przykłady takiego ruchu? (szybkość wzrostu różnych roślin, obiekt o wystarczającej masie/gęstości do tego, aby zatonąć w bardzo lepkim płynie, tempo wzrostu własnych włosów lub paznokci). 3. W tym wypadku doświadczenie do przeprowadzenia może polegać na umieszczeniu kropli bardzo lepkiej cieczy (może to być gęsty miód lub syrop) na płaskiej części talerza, a następnie powolnym przechyleniu talerza do momentu, aż ciecz zacznie się poruszać. Następnie należy podeprzeć talerz tak, aby był umieszczony pod kątem minimalnie mniejszym od kąta, przy którym da się zaobserwować ruch kropli i pozostawić na pewien czas w celu ustalenia, czy wystąpi ruch, a jeśli tak w celu pomiaru prędkości. Ćwiczenie E: Przyspieszanie i hamowanie Szybkość i przyspieszenie Formułowanie spójnych argumentów naukowego W tym ćwiczeniu uczniowie otrzymują wykresy pokazujące zależność między prędkością a czasem podróży. Zostają oni poproszeni o narysowanie odpowiedniego wykresu zależności między czasem a przyspieszeniem. Może to być dla nich trudne zadanie, ponieważ będą musieli przeanalizować przyspieszenie i hamowanie, a być może także przekształcać jednostki. Pytania nauczyciela (podpowiedzi) są ważne dla zapewnienia powodzenia realizacji tego ćwiczenia. 1. Rozdaj uczniom wykresy zależności między prędkością podróży kierowcy a czasem tej podróży i poproś, aby narysowali wykres zależności przyspieszenia od czasu dla tej samej podróży. 2. Obszar poniżej linii na wykresie zależności czasu od prędkości odpowiada odległości. Czemu odpowiada obszar pod wykresem zależności przyspieszenia od czasu? Sugestie dla nauczyciela Oznacz pierwszy wykres wyrażony w milach na godzinę wartościami minutowymi, a następnie uczniowie mają za zadanie wybrać skalę dla przyspieszenia, np. metry/sek 2. Rozdaj uczniom wykres z dwoma okresami przyspieszenia i wykres przedstawiający końcowe hamowanie, na których te trzy wartości mają różne gradienty i na których między tymi gradientami znajdują się odcinki jednakowej prędkości. Następnie uczniowie mają za zadanie znaleźć przyspieszenie o wartości dodatniej i ujemnej. Pierwszy wykres powinien zawierać tylko linie proste, ponieważ wszystkie wartości przyspieszenia są takie same, zaś drugi przedstawiać będzie zestaw prostokątnych bloków, a jeśli podróż kończy się zatrzymaniem pojazdu przez kierowcę, powierzchnia netto będzie mieć wartość zerową. Zadanie może być łatwiejsze, jeśli uczniowie otrzymają od nauczyciela wskazówki dotyczące analizowanych zagadnień. SZYBKOŚĆ 111

Ćwiczenie F: Szybki jak błyskawica poruszającym się z maksymalną dozwoloną prędkością na ruchliwej drodze miejskiej. Szybkość i czas reakcji Swobodne opadnie pod wpływem siły grawitacji Planowanie badań Kontekst świata rzeczywistego dotyczący prędkości i szybkości Ćwiczenie G: Przeciążenie to nic dobrego Szybkość i hamowanie Formułowanie spójnych argumentów Wyszukiwanie informacji Zrozumienie sił grawitacji W tym ćwiczeniu wykorzystano przykład kowboja wyciągającego broń w celu wprowadzenia pojęcia czasu reakcji. W doświadczeniu, w którym badany jest czas reakcji, wykorzystano kwestię swobodnego opadania pod wpływem przyciągania ziemskiego, a tym samym jest to okazja do omówienia tego pojęcia. 1. W westernach kowboj, który reaguje najszybciej, wygrywa pojedynek, ale czas reakcji ma znaczenie w wielu innych sytuacjach w życiu codziennym. Jak zatem można zmierzyć swój własny czas reakcji? Czy potraficie wymyślić sposób pomiaru własnego czasu reakcji lub czasu reakcji innej osoby, biorąc pod uwagę, że typowy czas reakcji wynosi około 0,2 sekundy? 2. Po dyskusji w grupach uczniowie mają za zadanie pracować w parach, aby zmierzyć wzajemnie swój czas reakcji. Jeden z trzyma w pionie kij o długości jednego metra; drugi uczeń stoi, z przedramionami ustawionymi poziomo, i przytrzymuje dłońmi dolny koniec kija. Następnie uczeń ten delikatnie zwalnia i zaciska uścisk dłoni, tak aby kij spadał swobodnie między jego dłońmi. W tym ćwiczeniu uczniowie są zachęcani do zastanowienia się nad wpływem gwałtownego hamowania na organizm. Jest to dla nich okazja do poszukiwania informacji naukowych i formułowania spójnych argumentów. Uczniowie będą rozwijać swoje umiejętności myślenia naukowego oraz pogłębiać podstawową wiedzę, zastanawiając się nad działaniem sił grawitacji. Wynalazca twierdzi, że znalazł sposób na zatrzymanie samochodu jadącego z prędkością 60 mil na godzinę (ok. 96 km/h) w ciągu pół sekundy. Niektórzy mówią, że może to być niebezpieczne, bo nawet jeśli kierowca nie uderzy w coś ciałem, jego narządy wewnętrzne mogą zostać uszkodzone przez gwałtowne hamowanie. Czy to spostrzeżenie jest uzasadnione? Aby się tego dowiedzieć, skorzystajcie z Internetu, aby znaleźć informacje na temat zagrożeń związanych z gwałtownym zmniejszaniem prędkości dla pilotów i astronautów. Ćwiczenie H: Proste czy zakrzywione? 3. Następnie, bez żadnego ostrzeżenia, pierwszy uczeń puszcza kij: drugi uczeń chwyta go tak szybko, jak tylko potrafi, aby powstrzymać spadanie kija, ale ze względu na opóźnienie związane z czasem reakcji tego ucznia, kij częściowo przesunie się w kierunku podłogi. Uczniowie muszą zmierzyć długość kija, która przesunęła się w dół, czyli odległość od dolnego końca kija do punktu, w którym ręce uchwyciły go, aby powstrzymać jego upadek. Następnie można poprosić, aby określili, ile trwało przesunięcie się kija w dół o tę odległość co oznacza długość czasu reakcji. Uczniowie muszą znać wartość przyspieszenia dla swobodnego opadania pod wpływem sił grawitacji; ewentualnie nauczyciel może udostępnić im tabelę wartości odległości w stosunku do czasu przy swobodnym opadaniu, na przykład dla odległości opadania od 15 do 35 cm. Rozróżnianie między szybkością a prędkością Formułowanie spójnych argumentów naukowego Podstawowa wiedza 4. Po tym zadaniu można poprosić o oszacowanie, jaką odległość przemierzą, jadąc rowerem w czasie pomiędzy momentem dostrzeżenia niebezpieczeństwa przed sobą a rozpoczęciem skręcania lub hamowania: to samo pytanie można zadać w odniesieniu do jazdy samochodem Ćwiczenie to służy do podsumowania działań prowadzonych w ramach ćwiczeń A-G i daje uczniom możliwość skonsolidowania nowo zdobytej wiedzy. Mogą oni przeanalizować wprowadzone pojęcia i zastosować je w nowym kontekście. 112 Ocenianie samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 1

1. Istnieje różnica między prędkością, która oznacza tempo podróży w linii prostej, i szybkością, która odnosi się do całkowitego przebytego dystansu niezależnie od tego, czy był on pokonywany w linii prostej, czy też nie. Które z Waszych pomiarów lub szacunków we wcześniejszych ćwiczeniach dotyczyły prędkości, a które szybkości? 2. Kierowca jedzie od siebie z domu do domu swojego przyjaciela i zostaje oskarżony o przekroczenie ograniczenia prędkości: kierowca temu zaprzecza, mówiąc, że nie jechał dłuższą drogą naokoło, a drogą bezpośrednią. Czy to dobry argument? 3. Księżyc porusza się wokół Ziemi w przybliżeniu ze stałą szybkością, ale nie ze stałą prędkością. Jaka zmiana by zaszła, gdyby poruszał się ze stałą prędkością? Dlaczego tak się nie dzieje? 3. SYNTEZA STUDIÓW PRZYPADKU Jednostka ta została przetestowana w czterech krajach, skutkując powstaniem czterech studiów przypadku jej realizacji: CS1 Turcja, CS2 Irlandia, CS3 Portugalia i CS4 Niemcy. Wszystkie studia przypadku realizowane były przez nauczycieli, którzy mieli już pewne doświadczenie w nauczaniu poprzez dociekanie, ale uczniowie zaangażowani w realizację mieli tylko niewielkie doświadczenie w nauce tą metodą (z wyjątkiem CS3 Portugalia). CS1 Turcja, CS2 Irlandia i CS4 Niemcy realizowane były z udziałem szkół gimnazjalnych: w CS1 Turcja klasa liczyła 24 pracujących w grupach czteroosobowych, w CS2 Irlandia 24, którzy pracowali indywidualnie, a następnie w parach, zaś w CS4 Niemcy klasa była mieszana pod względem płci i liczyła 30 pracujących w grupach po trzy lub cztery osoby. W CS1 Turcja, CS2 Irlandia i CS4 Niemcy opisano pojedyncze lekcje trwające odpowiednio 45, 80 i 120 minut. Uczniowie w CS3 Portugalia, w wieku 15-18 lat, tworzyli 16-osobową klasę szkoły ponadgimnazjalnej o zróżnicowanych umiejętnościach i mieszaną płciowo, a podczas realizacji jednostki pracowali w grupach po dwie lub trzy osoby, a w tym studium przypadku opisano realizacje dwóch kolejnych lekcji trwających w sumie 225 minut. Kluczowe umiejętności zaproponowane do oceny we wszystkich studiach przypadku obejmowały planowanie badań, w tym realizację zaplanowanych doświadczeń, oraz umiejętność myślenia naukowego związaną z planowaniem. Cel ten został osiągnięty poprzez rozmowę z uczniami i obserwacje nauczyciela, a także ocenę materiałów opracowanych przez. 3.1. Metoda dydaktyczna Metoda nauczania przez dociekanie Metoda nauczania zastosowana we wszystkich studiach przypadku miała charakter ograniczonego dociekania naukowego (bounded inquiry), tzn. nauczyciel postawił wstępne otwarte pytanie, ale uczniowie mieli swobodę w realizacji konkretnych badań i prezentacji odpowiedzi. Uczniowie zrealizowali ćwiczenia, pracując indywidualnie lub w małych grupach (tab. 1), i zachęcano ich oraz ułatwiano im prowadzenie dyskusji z kolegami. Realizacja W każdym ze studiów przypadku odległość i czas służyły do wprowadzenia pojęcia szybkości; wcześniej nie realizowano z uczniami formalnego nauczania tego tematu. Za wyjątkiem CS3 Portugalia, uczniowie pracowali w grupach podczas wszystkich lekcji, a grupy liczyły od 2 do 3 osób. We wszystkich studiach przypadku rozwijano umiejętność planowania badań. Choć to nauczyciel zadawał pytania do zbadania, to uczniowie formułowali pytania dodatkowe, które często służyły im do określenia zmiennych. W każdym przypadku uczniowie prowadzili własne badania na podstawie opracowanych przez siebie planów. Wszyscy nauczyciele dokonywali bieżącej oceny działań i przedstawiali zarówno informacje zwrotne ustnie, jak i pisemnie. Trzech nauczycieli stosowało rubryki oceny, które miały im pomóc w przeprowadzeniu tej oceny (CS1 Turcja, CS2 Irlandia i CS3 Portugalia). Ocena bieżąca stosowana była głównie dla celów oceniania kształtującego całej grupy. Nauczyciele w CS2 Irlandia i CS3 Portugalia stosowali podsumowujące ocenianie indywidualne, które jednak miało również cel kształtujący. Tabela 2. Podsumowanie studiów przypadku Studium przypadku Zrealizowane ćwiczenia Czas trwania Skład grup CS1 Turcja Ćwiczenie A Jedna godzina lekcyjna (45 min) CS2 Irlandia Ćwiczenie A Jedna godzina lekcyjna (80 min) CS3 Portugalia Ćwiczenie B Dwie godziny lekcyjne (225 min) CS4 Niemcy Ćwiczenie A Jedna godzina lekcyjna (120 min) Grupy po 4 (w sumie 24 ) Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci Uczniowie pracowali samodzielnie i w parach (w sumie 24 ) Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci Grupy po 3-4 (w sumie 16 ) Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci (10 chłopców, 6 dziewcząt) Grupy po 3-4 (w sumie 30 ) Skład grup wybierany samodzielnie przez ; grupy mieszane pod względem umiejętności i płci SZYBKOŚĆ 113

Adaptacje jednostki Każda z omawianych realizacji i jej studia przypadku posiadają pewne charakterystyczne, odmienne cechy. W CS1 Turcja zastosowano gotową kartę pracy, która miała ułatwić uczniom i nauczycielom przejście od doświadczeń książkowych do działań opartych na dociekaniu. W CS2 Irlandia nauczycielka wyraźnie określiła, jak ocena bieżąca oraz ocena materiałów pisemnych pozwoliła jej na rozróżnienie i przedstawienie uczniom większej liczby wskazówek, kiedy zaistniała taka konieczność (w tym wypadku dla ucznia cierpiącego na dyspraksję). W CS3 Portugalia nauczyciel wprowadził opowieść, przedstawiającą pojęcie szybkości i odniósł ją do kwestii poruszania się powoli lub szybko. W ramach ćwiczenia uczniowie analizowali jazdę samochodem i poruszanie się pieszo w drodze z domu do szkoły. W CS4 Niemcy uczniom przedstawiono ogólne wprowadzenie do tematu ruchu (za wyjątkiem ruchu kołowego) poprzez zaprezentowanie kreskówki o Asteriksie, w której zaobserwować można było wiele różnych ruchów, w tym ruch w 3D. Doprowadziło to następnie do dyskusji na temat tego, co oznacza pojęcie prędkości (ale nie w sensie ilościowym). W kolejnym etapie nauczyciel zadawał pytania zaproponowane w jednostce, prosząc o opracowanie ich własnych planów i doświadczeń. W CS4 Niemcy podkreślono także sposób, w jaki uczniowie dokumentowali swoje badania, stosując zalecany protokół; uczniom przedstawiono informację zwrotną na temat jakości ich badań i ich dokumentacji. dotyczące dociekania zidentyfikowane przez nauczycieli w każdym ze studiów przypadku przedstawiono w tabeli 3. Tabela 3. wskazane przez nauczycieli w studiach przypadku CS1 Turcja Planowanie badań (wraz z realizacją) Praca w grupie naukowego (określanie zmiennych; gromadzenie i interpretacja danych) CS2 Irlandia CS3 Portugalia CS4 Niemcy Planowanie badań (wraz z realizacją) Praca w grupie Formułowanie hipotez (formułowanie pytań) naukowego (określanie zmiennych) Planowanie badań (wraz z realizacją) naukowego (określanie zmiennych) Planowanie badań (wraz z realizacją) naukowego (określanie zmiennych) 3.2. Strategie oceny W ramach omawianych czterech studiów przypadku umiejętność planowania badań była podstawową ocenianą umiejętnością badawczą. W każdym studium przypadku w ramach tej umiejętności uwzględniono zarówno planowanie, jak i realizację działań. Ponadto na różne sposoby oceniano umiejętności formułowania spójnych argumentów, formułowania hipotez i pracy w grupie, wykorzystując rubryki oceny. Dodatkowo wiedza merytoryczna i dowody na umiejętność myślenia naukowego i podstawową wiedzę i umiejętności naukowe oceniane były poprzez analizę kart pracy i ich ustnych odpowiedzi. W CS1 Turcja nauczyciel wykorzystał 4-poziomowe rubryki oceny umiejętności planowania badań, myślenia naukowego (określania zmiennych, gromadzenia i interpretacji danych) i pracy w grupie (pracy zespołowej). Nauczyciel przedstawił informacje zwrotne zgodnie z poziomami określonymi w tabeli kryteriów oceny (tab. 4). Dla celów oceny nauczyciel wykorzystał swoje obserwacje działań realizowanych w klasie, w tym zadawanie pytań naprowadzających i dostarczanie informacji zwrotnych. Nauczyciel uznał, że łatwiej było ocenić całą grupę, a nie poszczególnych, i zasugerował przygotowanie dwóch rubryk dla przeprowadzenia oceny jednej dla oceny całych grup, a drugiej do oceny indywidualnej. 114 Ocenianie samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 1

Tabela 4. Rubryki oceny umiejętności badawczych w CS1 Turcja Umiejętność badawcza Podstawowy Rozwijający się Solidny Wybitny Planowanie badań Plan badawczy musi być możliwy do wykonania. (Czy plany nadają się do tego, aby przeprowadzić badanie?) Wybór materiałów zgodnie z planem. (Grupy wybierają odpowiednie materiały w celu realizacji swojego planu) Zależność między planem a zmiennymi. (Plany albo zawierają pewne zmienne, albo nie) Plan alternatywny dla możliwego problemu, który może się pojawić w procesie badawczym. (Możemy zmienić nasze zmienne, jeśli nasz plan nie zadziała) Określanie zmiennych Zmienne są wspomniane. Wspomniane są zmienne (szybkość, czas, odległość itp.). Zależność między zmiennymi i pomiarami. Uczeń odnosi się do kwestii kontrolowania zmiennych. (Uczniowie powinni rozważyć pewne zmienne będące czynnikami kontrolującymi) Gromadzenie i interpretacja danych Uczeń gromadzi pewne ustalenia na koniec procesu realizacji (nie gromadzi danych). (np. Dowiedzieliśmy się czegoś na temat naszych badań ) Uczeń gromadzi dane. (Dane muszą odnosić się do pytania go lub zmiennych) Zależność między danymi a pytaniem badawczym. (Uczniowie powinni wyjaśnić tę zależność między danymi a pytaniem badawczym) Uczeń wykorzystuje dane i interpretuje je w celu znalezienia odpowiedzi na pytanie. (Ich interpretacje muszą być oparte na dowodach/ danych) Praca w grupie (praca zespołowa) Uczniowie pracują indywidualnie lub w grupach. Uczniowie pracują razem podczas planowania badania. Uczniowie pracują razem zarówno podczas planowania, jak i realizacji badania. Uczniowie pracują razem podczas planowania, realizacji i oceny badania. W CS2 Irlandia nauczycielka obserwowała dyskusje przez cały okres zajęć i oceniła trzy aspekty rozwoju umiejętności: (1) zaangażowanie w realizację zadania, (2) plan i projekt doświadczalny oraz (3) poziom pytań i identyfikacji zmiennych. Następnie nauczycielka oceniła i sklasyfikowała sporządzone na piśmie plany doświadczenia w celu ustalenia punktu odniesienia dla przyszłych działań badawczych. Chciała ona przedstawić uczniom ocenę podsumowującą oraz kształtującą (informacje zwrotne podczas zajęć i w kartach pracy ). Do oceny każdego z trzech kryteriów wykorzystano pięciostopniową skalę, gdzie 5 = ocena celująca, 4 = bardzo dobra, 3 = dobra, 2 = dostateczna, zaś 1 oznacza, że uczeń mierzy się z trudnościami; kryteria te zostały zestawione w tabeli 5. Ponadto nauczycielka zapytała, co sądzą na temat zrealizowanych działań i czy ich zdaniem doświadczenie to może im pomóc w planowaniu eksperymentów w przyszłości, co pozwoliło jej ocenić poziom zaangażowania w wykonywanie zadań. SZYBKOŚĆ 115

Tabela 5. Kryteria oceny stosowane w CS2 Irlandia Ocena punktowa 13-15 celujący 10-12 bardzo dobry 8-9 dobry 6-7 dostateczny < 6 uczeń mierzy się z trudnościami Kryteria Uczeń wykazał doskonałą znajomość projektu doświadczalnego, umiejętność planowania i ustalania właściwej sekwencji; wykazał zdolność do formułowania prognoz i rozwiązywania potencjalnych problemów dotyczących planowania doświadczenia; uczeń wykazuje wyjątkowe umiejętności logicznego myślenia i rozwiązywania problemów. Uczeń wykazał bardzo dobrą znajomość projektu doświadczalnego, umiejętność planowania i ustalania właściwej sekwencji; wykazał zdolność do kwestionowania decyzji podjętych w odniesieniu do projektu doświadczalnego, ale powinien jeszcze podnieść swoje umiejętności w zakresie ustalania właściwej sekwencji, tak, aby była ona bardziej szczegółowa; uczeń wykazuje wysokie umiejętności rozwiązywania problemów. Uczeń wykazał dobrą znajomość projektu doświadczalnego i umiejętność planowania, ale musi głębiej zastanawiać się nad sekwencją poszczególnych kroków, jakie należy podjąć w ramach planowania doświadczenia. Uczeń musi także przeanalizować problemy, które mogą się pojawić podczas zaprojektowanego przez siebie doświadczenia i sposobu rozwiązania zaistniałych problemów. Podczas projektowania i planowania doświadczenia uczeń przedstawił listę urządzeń i zasugerował pewne kroki do podjęcia w ramach doświadczenia. Uczeń musi głębiej zastanowić się nad sposobem planowania doświadczenia poprzez zadawanie pytań i poszukiwanie odpowiedzi na te pytania. Uczeń wykazał małe zaangażowanie w realizację zadania lub brak zaangażowania. W CS3 Portugalia nauczyciel przygotował rubryki oceny umiejętności planowania badań, której celem było zebranie dowodów dotyczących umiejętności w zakresie określania problemu, określenia zmiennych, opracowania procedury, przeprowadzania badań i analizy danych (tab. 6). Dlatego też za pomocą rubryk oceniano zarówno umiejętność planowania badań, jak i myślenia naukowego. W tym studium przypadku opisano także sposób, w jaki nauczyciel wykorzystał rubryki oceny pisemnych materiałów opracowanych przez. W CS4 Niemcy umiejętności planowania badań oraz myślenia naukowego ocenione zostały w drodze obserwacji nauczyciela oraz zadawania uczniom pytań podczas lekcji. Następnie nauczycielka zebrała zapisy opracowane przez do dalszej oceny po zajęciach lekcyjnych. W tym studium przypadku nauczycielka położyła nacisk na sposób dokumentowania przez ich badań przy zastosowaniu zalecanego protokołu, a uczniom przedstawiono informację zwrotną na temat jakości ich badań i dokumentacji tych badań. Nauczycielka w tym przypadku nie korzystała z rubryk do przeprowadzenia oceny, choć stwierdziła, że jest zainteresowana wykorzystaniem jej w przyszłości. Tabela 6. Rubryki oceny umiejętności planowania badań w CS3 Portugalia Cel 3 2 1 Określenie problemu Ustalenie celów Określenie zmiennych operacyjnych Opracowanie procedury Kontrola zmiennych Pomiar danych Wybór odpowiedniego zasobu Uczeń dokładnie określa proponowany problem. Uczeń określa spójne cele zgodnie ze zdefiniowanym problemem. Uczeń definiuje badane zmienne w sposób operacyjny. Uczeń we właściwy sposób przygotowuje procedurę/strategię pozwalającą na manipulowanie i kontrolowanie badanych zmiennych. Uczeń przedstawia procedurę zakładającą właściwą kontrolę badanych zmiennych. Uczeń prawidłowo rejestruje wszystkie dane i wykonane pomiary. Uczeń wybiera zasoby odpowiednie dla badanego problemu. Uczeń częściowo/z trudem określa problem. Uczeń określa niektóre cele, które są zgodne ze zdefiniowanym problemem. Uczeń z trudem definiuje badane zmienne w sposób operacyjny. Uczeń przygotowuje procedurę/ strategię, która nie do końca pozwala na manipulowanie i kontrolowanie badanych zmiennych. Uczeń przedstawia procedurę, która utrudnia właściwą kontrolę badanych zmiennych. Uczeń rejestruje wszystkie dane i wykonane pomiary w sposób niekonsekwentny. Uczeń wybiera tylko kilka odpowiednich zasobów dla badanego problemu. Uczeń nie określa proponowanego problemu. Uczeń nie określa spójnych celów zgodnie ze zdefiniowanym problemem. Uczeń nie definiuje badanych zmiennych w sposób operacyjny. Uczeń przygotowuje procedurę/ strategię niepozwalającą na manipulowanie i kontrolowanie badanych zmiennych. Przedstawiona procedura nie pozwala na właściwą kontrolę zmiennych. Uczeń nieprawidłowo rejestruje dane i pomiary. Uczeń nie potrafi dokonać odpowiedniego wyboru zasobów. 116 Ocenianie samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 1