w wodzie Ropa naftowa w wodach naszego globu sprzątnijmy ten bałagan!

JEDNOSTKA DYDAKTYCZNA SAILS CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA w wodzie Ropa naftowa w wodach naszego globu sprzątnijmy ten bałagan! Cláudia Faria, Cláudia Gonçalves, Cecília Galvão

CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA W WODZIE Ropa naftowa w wodach naszego globu sprzątnijmy ten bałagan! PRZEGLĄD TREŚCI I METOD OCENY KLUCZOWE TREŚCI/POJĘCIA Wpływ wycieków ropy na wybrzeża mórz i oceanów Mieszaniny chemiczne (zachowanie ropy naftowej w wodzie) Równowaga ekosystemów POZIOM Gimnazjum OCENIANE UMIEJĘTNOŚCI BADAWCZE Planowanie badań Formułowanie hipotez Formułowanie spójnych argumentów Praca w grupie OCENA UMIEJĘTNOŚCI MYŚLENIA I ARGUMENTOWANIA NAUKOWEGO ORAZ PODSTAWOWEJ WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI NAUKOWYCH Określanie zmiennych METODY OCENY Rozmowa z uczniami Obserwacje nauczyciela Ocena wzajemna uczniów Samoocena Karty pracy Materiały opracowane przez uczniów (sprawozdania, zdjęcia, prezentacje) Materiały dydaktyczne dostępne on-line: www.sails-project.eu www.zdch.uj.edu.pl/sails 12 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

1. WSTĘP Jednostka dydaktyczna opracowana w ramach projektu SAILS zatytułowana Czarny przypływ ropa naftowa w wodzie skupia się na badaniu skutków wycieków ropy naftowej do mórz i oceanów. Uczniowie badają wyciek ropy za pomocą modelowego systemu do symulacji zachowania tej substancji w wodzie i identyfikują czynniki, które mają wpływ na rozprzestrzenianie się ropy. Uczniowie mogą zastanowić się nad ekologicznymi skutkami wycieków ropy naftowej oraz związanymi z tym wyzwaniami stojącymi przed naukowcami i społeczeństwem. Jednostka ta zalecana jest do realizacji w szkołach gimnazjalnych metodą ograniczonego (bounded inquiry) lub ukierunkowanego przez nauczyciela dociekania naukowego (guided inquiry). Jednostka ta została przetestowana w Portugalii, na Węgrzech, w Niemczech i Grecji, skutkując powstaniem pięciu studiów przypadku jej realizacji. W czterech przypadkach opisano wdrożenia jednostki na poziomie szkół gimnazjalnych, a jedno studium przypadku realizowane było z udziałem uczniów szkoły ponadgimnazjalnej. Wiek uczniów wahał się w zakresie 12-16 lat, a uczniowie charakteryzowali się różnymi poziomami umiejętności i reprezentowali obie płcie. W czterech studiach przypadku oceniono umiejętność planowania badań, a w niektórych oceniono także umiejętności formułowania hipotez i pracę w grupie. Jednostka ta może być wykorzystywana do rozwijania wielu umiejętności badawczych, w szczególności planowania badań, formułowania hipotez i pracy w grupie. Ponadto uczniowie mogą rozwijać umiejętności myślenia i argumentowania naukowego poprzez gromadzenie danych i wyciąganie wniosków oraz wzbogacać swoją podstawową wiedzę i umiejętności naukowe przez krytyczną ocenę wykonanych badań. Proponowane metody oceny obejmują obserwacje nauczyciela, materiały opracowane przez uczniów oraz ocenę wzajemną uczniów i samoocenę. CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA W WODZIE 13

2. REALIZACJA JEDNOSTKI 2.1. Ćwiczenia Ćwiczenia opisane w jednostce dydaktycznej zatytułowanej Czarny przypływ ropa naftowa w wodzie są ćwiczeniami zaadaptowanymi z projektu ilit 1, opracowanego przez Cláudię Farię z Instituto de Educação da Universidade de Lisboa (IEUL) i dostosowanymi do potrzeb jednostki dydaktycznej SAILS. Podstawowe pojęcia Umiejętności badawcze Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego oraz podstawowa wiedza i umiejętności naukowe Metody oceny Wpływ wycieków ropy na wybrzeża mórz i oceanów Mieszaniny chemiczne (zachowanie ropy naftowej w wodzie) Równowaga ekosystemów Formułowanie hipotez Planowanie badań Formułowanie spójnych argumentów Praca w grupie Określanie zmiennych Określanie konsekwencji wycieków ropy na ekosystemy Obserwacja nauczyciela Karta pracy Materiały opracowane przez uczniów (plany doświadczalne) Wprowadzenie Od lat 70. XX w. wiadomości o wyciekach ropy naftowej do oceanów regularnie pojawiają się w mediach. Katastrofa tankowca Amoco Cadiz u wybrzeży francuskiej Bretanii w marcu 1978 pozostaje jedną z najbardziej znanych. W jej wyniku do morza przedostało się 1 635 000 baryłek ropy, co odpowiada ok. 220 tonom tej substancji. Po katastrofie tankowca Exxon Valdez wyciek miał mniejsze rozmiary: 260 000 baryłek, czyli ok. 35 ton. Następstwa każdego z takich wycieków dla licznych gatunków (nie wyłączając człowieka) oraz ekosystemów są jednak zawsze dramatyczne. Celem tego ćwiczenia jest zbadanie niektórych z tych następstw, co pozwoli uczniom na poszerzenie ich podstawowej wiedzy i umiejętności naukowych przy jednoczesnym rozwijaniu umiejętności badawczych. Ćwiczenie to ma na celu wspomóc: rozwój świadomości ekologicznej; zrozumienie ekologicznych następstw wycieków ropy naftowej; rozwój umiejętności z zakresu dociekania, w szczególności planowania badań; pobudzanie umiejętności myślenia, promowanie postaw i wartości umożliwiających uczniom odegranie aktywnej roli w podejmowaniu decyzji na temat problemów społecznych i środowiskowych. Umiejętności rozwijane w ramach tego ćwiczenia obejmują: planowanie badań (formułowanie pytań naukowych), formułowanie hipotez, przeprowadzanie doświadczeń, formułowanie spójnych argumentów (wyciąganie wniosków z wykorzystaniem adekwatnych argumentów i dowodów), umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (uwzględnienie wpływu różnych czynników) i pracę w grupie, a wszystkie z tych umiejętności wpływają na wzbogacenie podstawowej wiedzy i umiejętności naukowych uczniów. Propozycja przebiegu zajęć Jednostka dydaktyczna SAILS zatytułowana Czarny przypływ ropa naftowa w wodzie jest rekomendowana do realizacji metodą ograniczonego (bounded inquiry) lub ukierunkowanego przez nauczyciela (guided inquiry) dociekania naukowego. Uwzględniono w niej proponowane karty pracy dla uczniów, a proponowane zadania powinny być wykonywane przez grupy po 3-4 uczniów, zróżnicowane pod względem płci oraz poziomu wiedzy i umiejętności. W ten sposób grupy mogą wykorzystać potencjał osób o różnych podejściach i opiniach, a każdy uczeń powinien potrafić przeprowadzić kompleksową ocenę swoich umiejętności w zakresie pracy w grupie. Nauczyciel ma za zadanie pokierować uczniami poprzez zadawanie pytań i prezentując sugestie ukierunkowujące pracę uczniów, ale nie powinien podawać ostatecznej odpowiedzi w czasie, gdy uczniowie pracują w grupach. Przydatna może być dyskusja na forum klasy, podczas której nauczyciel może pomóc we wszelkich pojawiających się problemach. W takiej sytuacji należy najpierw dać uczniom możliwość wypowiedzenia się, dzięki czemu każda grupa może przedstawić swój wkład w dyskusję. Realizacja omawianej tu jednostki dydaktycznej przebiega w czterech etapach. Na początku uczniowie prowadzą dyskusję na temat: co dzieje się z ropą naftową, która wyciekła do oceanu. Następnie planują doświadczenie w celu zbadania odpowiedzi na postawione pytanie. Pozwala to na ocenę kształtującą przedstawionego planu działania oraz daje możliwość zidentyfikowania potencjalnych problemów i błędnych przekonań. W trzecim etapie uczniowie starają się odnieść przeprowadzoną symulację doświadczalną do kontekstu oraz układu rzeczywistego, tj. do czynników, które miały wpływ na rozprzestrzenianie się ropy naftowej po wycieku z tankowca Exxon Valdez. W ostatnim etapie pogłębiana jest wiedza uczniów na temat wpływu wycieków ropy na środowisko naturalne oraz związanych z tym skutków społecznych i gospodarczych. Proponowany przebieg zajęć: 1. Przed rozpoczęciem badań uczniowie zapoznają się z tematem zajęć czytając tekst wprowadzający (rys. 1). Uczniowie mogą przeprowadzić krótką dyskusję na omawiany temat i postarać się odpowiedzieć na zadane przez nauczyciela pytanie: Co dzieje się z ropą naftową, która wyciekła do oceanu? Daje to uczniom możliwość głębszego zaangażowania się w temat i zweryfikowania wcześniejszej wiedzy. Uczniowie mogą zacząć formułować pytania badawcze. 1 Projekt Between tide marks: Integrating Literacy (ilit), finansowany przez Portugalską Fundację na rzecz Nauki i Technologii (FCT), https://www.fct.pt/apoios/projectos/consulta/vglobal_projecto.phtml.en?idprojecto=117923&idelemconcurso=4231 [dostęp: październik 2015]. 14 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

Czarny Przypływ ropa naftowa w wodzie Materiały dla ucznia Wprowadzenie: Od połowy XIX w., kiedy nauczyliśmy się destylować ropę naftową, rozdzielając ją na różne składniki (frakcje), tj. benzynę, olej napędowy, naftę (używaną jako paliwo do samolotów odrzutowych) czy smołę pogazową (używaną do produkcji asfaltu), światowe zapotrzebowanie na ropę stale wzrasta. Ponieważ należy ona do zasobów naturalnych nierównomiernie rozmieszczonych na świecie, konieczny jest jej transport z regionów wydobycia do miejsc jej przeróbki i wykorzystania. Jedną z głównych dróg transportu ropy jest droga morska. W tym celu używa się dużych statków (o długości nawet ponad 400 m), zwanych tankowcami, wyposażonych w potężne zbiorniki mogące pomieścić powyżej 500 000 ton surowca. Ropa naftowa to niemal czarna ciecz o dużej lepkości; kiedy tankowiec ulega uszkodzeniu, może się ona wydostać do otaczających wód, skąd jest ją bardzo ciężko usunąć. Jak dotychczas wysiłki naukowców chcących opracować metody usuwania ropy z wody morskiej nie przyniosły zadowalających rezultatów. Co dzieje się z ropą naftową, która wyciekła do oceanu? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, proponujemy zaplanowanie eksperymentu obrazującego zachowanie ropy (mieszaniny pełniącej rolę modelu ropy) po wlaniu do wody. 1. Zastanów się wraz z kolegami, jak mogą brzmieć odpowiedzi na powyższe pytanie. 2. Teraz spróbujcie zaplanować w grupach, doświadczenie, które pomoże Wam znaleźć odpowiedź na zadane pytanie. Na stole w pracowni umieszczony jest sprzęt i materiały, które możecie uwzględnić przy planowaniu doświadczenia. Musicie też wziąć pod uwagę różne czynniki naturalne, mające wpływ na aktywność oceanu prądy, fale, wiatr itp. Sprzęt i materiały: Naczynia szklane lub plastikowe, łyżka, woda, model ropy naftowej (można go przygotować, mieszając 12 łyżek oleju spożywczego z 8 łyżkami kakao), pióra ptasie, płyn do mycia naczyń. Jeśli stwierdzicie, że potrzebne są Wam jeszcze inne materiały, zwróćcie się do nauczyciela po pomoc. Przy projektowaniu eksperymentu nie zapomnijcie ustalić, które wielkości będą: - zmienną niezależną (jej wartość zmieniana jest podczas doświadczenia przez eksperymentatora); - zmienną zależną (jej wartość mierzymy w czasie eksperymentu); - zmiennymi kontrolowanymi (ich wartości utrzymujemy na stałym poziomie podczas wszystkich pomiarów) 2.1. Przedyskutujcie z nauczycielem plan eksperymentu, który ułożyliście, zanim go przeprowadzicie. 2.2. Zapiszcie, jaki wynik spodziewacie się uzyskać. Spróbujcie uzasadnić swoje przypuszczenia. 2.3. Przeprowadźcie eksperyment. 2.4. Zapiszcie wyniki. 2.5. Porównajcie Wasze przewidywania z punktu 2.2 z uzyskanymi wynikami. Czy Wasze przewidywania były trafne, czy też wymagają korekty? 2.6. Przedyskutujcie i wyjaśnijcie wyniki zapisane w punkcie 2.4. W razie potrzeby poszukajcie informacji w literaturze lub Internecie. 2.7. Odpowiedzcie na postawione na początku pytanie: Co dzieje się z ropą naftową, która wyciekła do oceanu? Rysunek 1. Karta pracy ucznia, strona 1 tekst wprowadzający Rysunek 2. Karta pracy ucznia, strona 2, pytanie 2 2. Następnie uczniowie proszeni są, aby zaplanować eksperyment, który pozwoli odpowiedzieć na zadane pytanie. Można udostępnić im kartę pracy zawierającą spis materiałów, które mogą wykorzystać oraz sugerowane parametry mogące stanowić przedmiot dociekania (rys. 2). Druga karta pracy zawiera siedem podpunktów, które prowadzą uczniów przez proces planowania i wykonania doświadczenia. Nauczyciel powinien upewnić się, że uczniowie rozumieją, jaką rolę odgrywają materiały wykorzystane do stworzenia symulacji/modelu zachowania ropy w wodzie i pozwolić im wskazać ograniczenia i wady zastosowanego modelu. Uczniowie powinni być świadomi, jakie są kluczowe elementy prowadzenia badań, ze szczególnym uwzględnieniem zapisu danych oraz wyboru i zastosowania zmiennych. Poza wyborem zmiennej zależnej i niezależnej należy zwrócić uwagę na zmienne kontrolowane, np. obecność oraz siła wiatru i fal, które powinny być utrzymywane na stałym poziomie podczas wszystkich pomiarów. 3. Pytanie w podpunkcie 2.1. pozwala nauczycielowi na analizę planów eksperymentalnych i ocenę ich poprawności oraz możliwości realizacji (rys. 2). Zidentyfikowano dwa najczęstsze rodzaje problemów: (1) plany badań nie są związane z pytaniem badawczym; lub (2) realizacja planów jest niemożliwa w warunkach laboratorium szkolnego. W obu przypadkach nauczyciel powinien zadawać pytania pomocnicze naprowadzające uczniów na rozwiązanie problemu. 4. W podpunkcie 2.2. uczniowie proszeni są o sformułowanie przypuszczeń i uzasadnienie ich (rys. 2). Stwarza to możliwość oceny umiejętności formułowania hipotez oraz formułowania spójnych argumentów. Hipoteza (przypuszczenia) powinna być związana z planem badania i procedurą jego realizacji (podpunkt 2.3.). Uzyskane wyniki (podpunkt 2.4) powinny pozwolić na weryfikację hipotezy (podpunkt 2.5). 5. Należy zwrócić uczniom uwagę, że wyniki pozwalające obalić hipotezę są tak samo cenne jak pozwalające ją potwierdzić. Dlatego powinni skupić się na rzetelnej weryfikacji hipotezy, a nie próbować za wszelką cenę potwierdzić jej słuszność. 6. W podpunkcie 2.6 uczniowie są proszeni o omówienie i wyjaśnienie wyników, które uzyskali. W tym celu mogą wykorzystać zasoby literaturowe lub/i Internet (rys. 2). Ćwiczenie to stwarza możliwość oceny umiejętności formułowania spójnych argumentów oraz poszukiwania informacji. 7. W końcowej części odpowiedzi na pytanie nr 2 uczniowie formułują wnioski (rys. 2). Powinni je oprzeć na uzyskanych wynikach oraz zweryfikować przypuszczenia sformułowane w podpunkcie 2.2.. 8. Gdy część eksperymentalna jest ukończona uczniowie powinni rozważyć pytania 3 (rys. 3) i 4 (rys. 4). Pytania te ukierunkowują uczniów na dalsze rozważania związane z wyciekami ropy do oceanów. W tej części nauczyciel powinien zwrócić uwagę przede wszystkim na procedury wykorzystywane podczas prowadzenia badań naukowych, a w szczególności na analizę i wykorzystanie danych uzyskanych z innych CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA W WODZIE 15

3......Exxon Valdezzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzz zzzzzzzzzzzz zzzzzz zzzzzzz zzzzz zzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzz zzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz Skutki katastrofy tankowca Exxon Valdez (ilustracja: /www.evostc.state.ak.us/).............................z.............................................. z...................... z.zz.......z............................... z..... 3.1............................... 3.2................................... 3.3......... Rysunek 3. Karta pracy ucznia, strona 3, pytanie 3 Rysunek 4. Karta pracy ucznia, strona 4, pytanie 4 źródeł oraz wykorzystanie narzędzi technologicznych do poszukiwania i ustalania relacji pomiędzy nauką, technologią i społeczeństwem. 9. Na przykładzie katastrofy tankowca Exxon Valdez jako odniesienia do rzeczywistego wycieku ropy do morza w pytaniu nr 3 uczniom przedstawiana jest mapa obszaru skażonego przez wyciek (rys. 3). Na mapie użyto jednostek w systemie amerykańskim, więc nauczyciel może poprosić uczniów o przeliczenie wartości na system metryczny. Konwersji między jednostkami można dokonać na dwa sposoby: (1) z wykorzystaniem obecnych na mapie skal liniowych w milach i kilometrach lub (2) poprosić uczniów o znalezienie współczynnika konwersji i przeprowadzenie obliczeń. Podczas wyboru formy konwersji nauczyciel powinien wziąć pod uwagę kontekst, w jakim chce wprowadzić to ćwiczenie, oraz ilość czasu, który na to może przeznaczyć. Pytanie 3 składa się z trzech podpunktów. Polecenie w podpunkcie 3.1. pozwala uczniom na wykorzystanie wiedzy, którą zdobyli podczas wykonywanego doświadczenia, do analizy sytuacji rzeczywistej. Dodatkowo mogą dowiedzieć się więcej na temat wyzwań, przed jakimi stają naukowcy zajmujący się neutralizacją skutków wycieków ropy do morza, i lepiej zrozumieć zagrożenia związane z takimi wypadkami. 10. Na koniec, w pytaniu 4 (rys. 4), uczniowie analizują ekonomiczne i społeczne skutki wycieków ropy naftowej. Może to pomóc uczniom w uświadomieniu sobie, jaka jest rola nauki w społeczeństwie, oraz stworzyć okazję do rozwijania umiejętności formułowania spójnych argumentów i poszukiwania informacji. 2.2. Ocena Jak opisano w proponowanym przebiegu zajęć, omawiana jednostka dydaktyczna oferuje możliwość oceny wielu umiejętności badawczych, tj. planowania badań, formułowania hipotez, formułowania spójnych argumentów, pracy w grupie oraz kluczowych kompetencji umiejętności myślenia i argumentowania naukowego, podstawowej wiedzy i umiejętności naukowych. Nauczyciel może przeprowadzić ocenę w klasie poprzez obserwację i rozmowę z uczniami lub wykorzystać do oceny karty pracy uczniów. Ocena powinna być oparta na takich aspektach jak: rozumienie omawianych pojęć i teorii, opracowanie kompletnego eksperymentu (planowanie i realizacja), prawidłowe postępowanie z materiałami i sprzętem laboratoryjnym, dokładność w rejestrowaniu danych i adekwatność zaproponowanej procedury badawczej (zmienne badane w sposób doświadczalny oraz odpowiedzi na pytania). Oprócz rozwijania umiejętności badawczych uczniowie mogą również zdobyć wiedzę przedmiotową. Po realizacji zadań w ramach tej jednostki dydaktycznej uczniowie powinni umieć wyjaśnić zachowanie ropy naftowej w wodzie, zaplanować doświadczenia i odpowiednio zapisywać dane. Dzięki pogłębieniu umiejętności myślenia i argumentowania naukowego uczniowie powinni potrafić interpretować dane i wyciągać wnioski, a ponadto umieć komunikować się w sposób naukowy, korzystając z odpowiedniego języka oraz prezentując dane i pomysły na różne sposoby. Powinno to zachęcać uczniów do ciekawości naukowej, kreatywności oraz do realizowania badań z zachowaniem dyscypliny naukowej i z wytrwałością. 16 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

Mimo że w ramach tego ćwiczenia oferowanych jest wiele możliwości przeprowadzenia oceny zaproponowane narzędzia skupiają się na ocenie dwóch umiejętności badawczych planowaniu i przeprowadzaniu badań. Narzędzia te powstały przy współpracy z nauczycielami, którzy pracowali z wykorzystaniem poniższych wskazówek. Cel: W ćwiczeniu tym uczniowie poznają treści naukowe związane z zachowaniem ropy naftowej w wodzie oraz wpływem wycieków ropy na ekosystemy. Jednostka ta pozwala uczniom na rozwinięcie kilku umiejętności badawczych; jednakże dla celów analizy przebiegu procesu oceny uczniów pracujących metodą IBSE ćwiczenie to koncentruje się na planowaniu i przeprowadzaniu badań. Działania nauczyciela 1. Przed zajęciami: a) Skonstruuj narzędzie do oceny wybranych umiejętności badawczych. Na przykład w tab. 1 przedstawiono rubryki mogące posłużyć do oceny umiejętności planowania badań i przeprowadzania doświadczeń. b) Dostosuj zaproponowane kryteria oceny do swoich uczniów i wykorzystywanego kontekstu. Tabela 1. Narzędzie oceny umiejętności planowania badań Działania 1 2 3 Określenie celów Uczeń nie określa spójnych celów zgodnie z postawionym problemem. Uczeń określa pewne spójne cele zgodnie z postawionym problemem. Uczeń określa spójne cele zgodnie z postawionym problemem. Uczeń nie określa zmiennych. Uczeń określa zmienne z pewnymi problemami. Uczeń określa zmienne. Opis strategii i procedur Uczeń nie określa niezbędnych strategii i procedur dla osiągnięcia celu. Uczeń określa, z pewnymi problemami, niezbędne strategie i procedury dla osiągnięcia celów. Uczeń określa niezbędne strategie i procedury w celu osiągnięcia celów. Niejasne plany wymagające przeformułowania. Plany opracowane w sposób prawidłowy, ale wymagające przeformułowania. Uczeń opracowuje plany w sposób jasny, zwięzły i kompletny. Wybór i wykorzystanie zasobów Uczeń nie wybiera odpowiednich zasobów zgodnych z celami i strategią postępowania. Uczeń wybiera pewne zasoby odpowiednie dla celów i strategii postępowania. Uczeń wybiera zasoby odpowiednie dla celów i strategii postępowania. 2. Podczas zajęć: a) Na początku objaśnij kryteria oceny (w szczególności te odnoszące się do wybranych umiejętności badawczych). b) Pod koniec zastosuj dyferencjał semantyczny (ang. smantic differential), aby określić sposób postrzegania procesu oceny przez uczniów. 3. Po zajęciach: a) Oceń materiały opracowane przez uczniów (karty pracy, plany doświadczalne), korzystając ze stworzonego narzędzia oceny, i przedstaw kształtującą pisemną informację zwrotną. b) Zapisz swoje refleksje na temat zastosowanego procesu oceny. Uwaga: Zebrane materiały stanowiące podstawę oceny mogą obejmować np.: materiały opracowane przez uczniów, nagrania wideo wykonane w klasie i inne materiały. CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA W WODZIE 17

3. SYNTEZA STUDIÓW PRZYPADKU Omawiana jednostka dydaktyczna została przetestowana w czterech krajach, skutkując powstaniem pięciu studiów przypadku jej realizacji: CS1 Portugalia, CS2 Węgry, CS3 Węgry, CS4 Niemcy oraz CS5 Grecja. Wszystkie studia przypadków realizowane były przez nauczycieli, którzy mieli już pewne doświadczenie w nauczaniu poprzez dociekanie, a większość uczniów również zetknęła się z tą metodą. Tylko w CS1 Portugalia i CS5 Grecja uczniowie nie mieli wcześniej styczności z dociekaniem. W studiach przypadku opisano realizację jednostki z udziałem uczniów szkół gimnazjalnych, za wyjątkiem CS3 Węgry, gdzie uczestniczyli uczniowie klasy 9. (szkoła ponadgimnazjalna). Osoby uczestniczące w studiach przypadku miały po 12-16 lat, reprezentowały różne umiejętności oraz obie płcie. W CS1 Portugalia grupa uczniów miała bardzo dobre wyniki w nauce. W CS2 Węgry i CS4 Niemcy opisano dwie lekcje po 45 minut każda. W CS3 Węgry opisano jedną 45-minutową lekcję oraz podwójne zajęcia trwające w sumie 90 minut. W CS1 Portugalia opisano cztery zajęcia po 90 minut każde, zaś w CS3 Grecja jednostkę zrealizowano w ciągu trzech 45-minutowych lekcji. Kluczową umiejętnością podlegającą ocenie było planowanie badań, ale nauczyciele w poszczególnych studiach przypadku wybrali również inne, dodatkowe umiejętności, które rozwijane były podczas zajęć. Opisane metody oceny obejmują rozmowę z uczniami, obserwacje nauczyciela, ocenę materiałów opracowanych przez uczniów i ich ocenę wzajemną. 3.1. Metoda dydaktyczna Metoda nauczania przez dociekanie We wszystkich przypadkach omawiana jednostka dydaktyczna realizowana była metodą ograniczonego dociekania naukowego (bounded inquiry), tj. nauczyciel zadawał pytanie wstępne, a uczniowie mieli swobodę w zakresie poszukiwania odpowiedzi na to pytanie. Przykładowo: ćwiczenia w ramach tej jednostki rozpoczynają się wprowadzeniem problemu dotyczącego środowiska naturalnego, a uczniowie mają za zadanie zaplanować doświadczenie związane z tą kwestią. Zadanie to może być realizowane metodą całkowicie otwartego dociekania naukowego (open inquiry uczniowie proponują pełny plan doświadczenia i realizują go) lub dociekanie może być ukierunkowane przez nauczyciela (guided inquiry uczniowie przedstawiają propozycję doświadczenia i omawiają je, ale doświadczenie jest realizowane według podanego schematu). Realizacja Ćwiczenie to ma na celu ułatwić uczniom zrozumienie procesu dociekania, w szczególności przeprowadzania eksperymentów i formułowania argumentów, a także pobudzać rozwój umiejętności myślenia naukowego. Poza tym kształtowane są postawy w zakresie problemów społeczno-środowiskowych. Ćwiczenia w ramach tej jednostki dydaktycznej mogą zostać wykorzystane podczas lekcji różnych przedmiotów: fizyki, chemii, biologii, geografii, matematyki, edukacji ekologicznej. We wszystkich studiach przypadku uczniowie pracowali w grupach przez cały okres trwania lekcji, choć skład grup był różny (tab. 2). W CS3 Węgry uczniowie uczęszczali do szkoły ponadgimnazjalnej, jednak w pozostałych przypadkach byli to uczniowie szkół gimnazjalnych, zgodnie z zaleceniami zawartymi w jednostce. W przypadku większości klas i grup potwierdzono, że były one złożone z osób o różnych poziomach umiejętności i mieszane płciowo. W CS3 Węgry nauczyciel opisuje wsparcie niezbędne niektórym uczniom z trudnościami w sferze emocjonalnej i behawioralnej oraz ze specjalnymi potrzebami edukacyjnymi. Również w tym przypadku omawiana jednostka została zrealizowana podczas lekcji geografii w kontekście tworzenia i wykorzystania skał osadowych, ich wydobycia i środowiskowych skutków transportu. W większości studiów przypadku jednostkę tę zrealizowano bez wprowadzania znaczących zmian. We wszystkich studiach, za wyjątkiem CS4 Niemcy, uczniom zostały rozdane karty pracy. Miały one ściśle określoną strukturę, podobną do zaproponowanej karty w tej jednostce dydaktycznej. Realizacja ćwiczeń w CS4 Niemcy stanowiła część zajęć Doświadczeń naukowych, które były realizowane równolegle ze zwykłymi zajęciami przyrodniczymi w szkole. W tym studium przypadku nauczyciel wspomina o wykorzystaniu metody rynkowej/targowej (ang. marketplace method) do prowadzenia dyskusji w grupach. Podczas stosowania Tabela 2. Podsumowanie studiów przypadku Studium przypadku Czas trwania Skład grup CS1 Portugalia Cztery godziny lekcyjne Grupy po 3-4 uczniów (20 uczniów). (90 min każda) Skład grup wybierany przez uczniów; grupy mieszane pod względem umiejętności. CS2 Węgry CS3 Węgry CS4 Niemcy CS5 Grecja Dwie godziny lekcyjne (45 min każda) Dwie godziny lekcyjne (1x45 min, 1x90 min) Dwie godziny lekcyjne (45 min każda) Trzy godziny lekcyjne (45 min każda) Grupy po 3-4 uczniów (23 uczniów). Skład grup wybierany przez uczniów; grupy mieszane pod względem umiejętności i płci. Grupy po 4 uczniów (w sumie 20 uczniów). Skład grup wybierany przez uczniów; grupy mieszane pod względem umiejętności i płci, niektóre grupy złożone z uczniów tej samej płci (wyłącznie dziewczęta). Uczniowie pracowali w parach (w sumie 10 uczniów). Grupy mieszane pod względem umiejętności i płci (5 chłopców, 5 dziewcząt). Kurs wybrany przez uczniów, zatytułowany Doświadczenia naukowe. Grupy po 3-4 uczniów (w sumie 17 uczniów). Skład grup wyznaczony przez nauczyciela; grupy mieszane pod względem umiejętności i płci. 18 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

tej metody grupy prezentują swoje pomysły i plany doświadczalne, a uczniowie mogą przemieszczać się od jednej grupy do drugiej, aby zapoznać się z poszczególnymi planami. Adaptacje jednostki W niektórych studiach przypadku nauczyciele wprowadzili pewne modyfikacje do sposobu realizacji omawianej jednostki dydaktycznej, tak aby zadania były lepiej dostosowane do ich grup uczniów i programów nauczania. Na przykład w CS2 Węgry, pomimo że zaproponowane w jednostce ćwiczenia skupiały się na umiejętności zbierania danych jakościowych (obserwacjach), uczniowie gromadzili również dane ilościowe na temat powierzchni i objętości symulowanego wycieku ropy. W jednostce analizowano przede wszystkim zachowanie plamy ropy na wodzie. Jednak jednostka ta może zostać również wykorzystana do omówienia kwestii środowiskowych, jak pokazano w przypadku CS3 Węgry i CS5 Grecja. W CS3 Węgry uczniowie badali wpływ wycieku ropy na formy życia w morzu i na osiedla ludzkie znajdujące się wzdłuż linii wybrzeża wód dotkniętych wyciekiem. W CS5 Grecja uczniowie zanurzali ptasie pióro w wodzie skażonej ropą i starali się znaleźć odpowiedni środek czyszczący do usunięcia ropy z tych piór. W CS5 Grecja uczniowie obejrzeli kilka krótkich filmów wprowadzających w temat na początku lekcji, po czym omawiany był ogólny temat badań. W CS4 Niemcy opisano najdalej idące modyfikacje, gdzie nauczyciel skupił się na problemie zanieczyszczeń spowodowanych ropą naftową i potencjalnych metodach jej usuwania. Uczniowie nie korzystali z kart pracy, a realizacja jednostki przebiegała drogą całkowicie otwartego dociekania naukowego (open inquiry). W rezultacie uczniowie zbadali szereg czynników związanych z wyciekami ropy naftowej. Część grup badała temat usuwania plam ropy z wody, stosując różne metody mechaniczne i chemiczne (np. jedna grupa próbowała wypalić ropę znajdującą się na powierzchni). Inne grupy badały wpływ ropy na ptasie pióra, wełnę i piasek. 3.2. Strategie oceny Jednostka dydaktyczna SAILS zatytułowana Czarny przypływ ropa naftowa w wodzie rekomendowana była nauczycielom do oceny umiejętności planowania badań, myślenia i argumentowania naukowego, jednak jej pilotażowa realizacja wykazała, że zaproponowane ćwiczenia mogą być wykorzystane do przeprowadzenia oceny planowania badań, formułowania hipotez, formułowania spójnych argumentów, pracy w grupie oraz myślenia i argumentowania naukowego, jak przedstawiono w tab. 3. Pomimo że umiejętności rozwijane w trakcie wykonywania tych działań są cenne i przyczyniają się do pogłębiania podstawowej wiedzy i umiejętności naukowych uczniów, żaden z nauczycieli testujących jednostkę nie wybrał tego obszaru do oceny. Zaobserwowano jednak, że w opisanych studiach przypadku udało się pogłębić zrozumienie przez uczniów zarówno właściwości ropy naftowej, jak i tego, w jaki sposób zastosowany w doświadczeniu model wycieku ma odwzorowanie w świecie rzeczywistym. Tabela 3. Umiejętności badawcze oceniane przez nauczycieli w studiach przypadku CS1 Portugalia Planowanie badań CS2 Węgry Planowanie badań Praca w grupie Umiejętność myślenia i argumentowania naukowego (określanie zmiennych) CS3 Węgry Formułowanie hipotez Planowanie badań Praca w grupie CS4 Niemcy Planowanie badań CS5 Grecja Planowanie badań Formułowanie spójnych argumentów Praca w grupie W niemal wszystkich studiach przypadku ocena została przeprowadzona drogą analizy materiałów opracowanych przez uczniów, które obejmowały karty pracy (wszystkie studia przypadku za wyjątkiem CS4 Niemcy) i prezentacje (CS5 Grecja). W CS2 Węgry nauczyciel oceniał również umiejętności uczniów poprzez bezpośrednią obserwację osób pracujących w grupach. Niektórzy nauczyciele do oceny prowadzonej na podstawie obserwacji uczniów wykorzystali rubryki (CS3 Węgry), chociaż narzędzie to może być również wykorzystywane do oceny materiałów opracowanych przez uczniów po lekcji. Ocena wzajemna uczniów wykorzystywana była w CS4 Niemcy i CS5 Grecja; w obu studiach przypadku uczniowie przedstawili ustne uwagi na temat pomysłów swoich kolegów. W CS5 Grecja nauczyciel udostępnił uczniom narzędzia do oceny wzajemnej. We wszystkich studiach przypadku nauczyciele zastosowali ocenianie kształtujące poprzez zapewnienie informacji zwrotnej, w szczególności podczas pracy w grupie. W niektórych przypadkach nauczyciele przedstawili informację zwrotną na piśmie po zakończeniu ćwiczeń. W przypadku CS1 Portugalia nauczycielka wykorzystała rubryki oceny przedstawione w tab. 1, aby ocenić trzy aspekty planowania badań: określanie celów, strategii i procedur oraz wybór odpowiednich zasobów. Ten instrument oceny obejmuje trzy poziomy wyników, gdzie poziom pierwszy odpowiada najsłabszym, a poziom trzeci najlepszym rezultatom. Nauczycielka w tym studium przypadku przygotowała narzędzie przed zajęciami, ale nie wykorzystała go podczas pierwszej lekcji. Zamiast tego oceniła prace uczniów i przedstawiła pisemne komentarze po lekcji. Podczas kolejnej lekcji nauczycielka oddała prace uczniów z informacją zwrotną na piśmie, a uczniowie mieli możliwość zapoznania się z jej opinią i zadawania pytań. Następnie nauczycielka wykorzystała narzędzie oceny, aby śledzić rozwój umiejętności uczniów. W przypadku CS2 Węgry nauczyciel zapewnił kształtującą ustną informację zwrotną. Do oceny umiejętności zaprezentowanych podczas pracy w grupie wykorzystana została obserwacja nauczyciela. Nauczyciel na koniec drugiej lekcji zadał trzy pytania: Jakie zmienne zauważyliście w trakcie realizacji doświadczenia? CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA W WODZIE 19

Które z tych zmiennych były waszym zdaniem zmiennymi kontrolowanymi?, W jakim stopniu przeprowadzone przez was doświadczenie potwierdza wnioski grupy? i wykorzystał odpowiedzi na te pytania do oceny umiejętności myślenia i argumentowania naukowego uczniów (umiejętność określania zmiennych). Kryterium oceny stanowiło to, czy uczniowie potrafili zidentyfikować zmienne kontrolowane do analizowanego problemu badawczego. Nauczyciel zauważył jednak, że uczniowie mieli trudności z tą kwestią. Uczniowie oddali swoje prace nauczycielowi pod koniec drugiej lekcji; nauczyciel ocenił karty pracy, jednocześnie zachęcając uczniów do dyskusji na forum całej klasy na temat realizowanego zadania. W przypadku CS3 Węgry nauczyciel zastosował zarówno ocenianie kształtujące, jak i podsumowujące. Podczas lekcji kierował tokiem myślenia uczniów za pomocą pytań naprowadzających i obserwował pracę uczniów podczas wykonywania zadania. Nauczyciel wykorzystał 4-poziomowe rubryki w celu oceny osiągnięć uczniów w zakresie dociekania (tab. 4). Grupy otrzymały oceny na podstawie zebranych kart pracy i zrobionych przez nich zdjęć w trakcie wykonywania ćwiczenia. Tabela 4. Ocena umiejętności badawczych w CS3 Węgry Oceniana umiejętność Wybitny Solidny Rozwijający się Podstawowy Praca w grupie Uczeń zawsze uczestniczy w pracy nad zadaniem. Uczeń zazwyczaj uczestniczy w pracy nad zadaniem. Uczeń uczestniczy w pracy nad zadaniem, ale nie wykorzystuje odpowiednio czasu albo spędza nad zadaniem niewiele czasu. Uczeń nie uczestniczy w pracy nad zadaniem, nie wykorzystuje czasu w sposób efektywny lub zajmuje się czymś innym niż zadanie. Praca w grupie Uczeń traktuje innych z szacunkiem i dzieli się obowiązkami z pozostałymi uczniami. Uczeń zwykle traktuje innych z szacunkiem i dzieli się obowiązkami z pozostałymi uczniami. Uczeń czasami nie wykazuje należytego szacunku w interakcjach z innymi uczniami. Uczeń często nie wykazuje należytego szacunku w interakcjach z innymi uczniami. Formułowanie pytań badawczych Pytanie badawcze jest dokładne i szczegółowe. Pytanie badawcze jest jednoznaczne. Treść pytania badawczego jest niekompletna. Treść lub sposób sformułowania pytania badawczego są niekompletne lub nieprawidłowe. Planowanie badań Projekt badania jest odpowiednio skonstruowany na podstawie hipotezy; doświadczenie daje pełną odpowiedź na pytanie badawcze. Poszczególne etapy doświadczenia są dokładnie opisane. Zmienne niezależne i zależne zostały prawidłowo określone. Projekt badania został skonstruowany w sposób logiczny i na podstawie hipotezy; doświadczenie daje odpowiedź na pytanie badawcze. Poszczególne etapy doświadczenia są opisane. Większość zmiennych niezależnych i zależnych została określona. Projekt badania został skonstruowany nieprawidłowo na podstawie hipotezy, w której pojawiają się błędy. Niektóre etapy doświadczenia są opisane, ale pominięto pewne niezbędne szczegóły. Niektóre zmienne niezależne i zależne zostały określone. Projekt badania nie odnosi się do hipotezy lub zawiera poważne błędy. W doświadczeniu pojawiają się fundamentalne problemy związane z procedurą doświadczalną. Zmienne niezależne i zależne nie zostały określone. W CS4 Niemcy nauczyciel stosował głównie dwie strategie oceny kształtującej: ocenę wzajemną uczniów i rozmowę z uczniami. Ocena wzajemna uczniów była stosunkowo nieformalna, jako że podczas jej realizacji uczniowie komentowali pomysły swoich kolegów przy omawianiu koncepcji dotyczących prowadzonych badań. Ponadto nauczyciel obserwował, słuchał i udzielał rad przez cały okres realizacji jednostki. Uczniom zapewniono ocenę kształtującą realizowaną na bieżąco i skoncentrowaną na konkretnych informacjach zwrotnych dotyczących prób realizacji doświadczeń. Nauczyciel nie korzystał z rubryk ani nie zapisał kryteriów przed zajęciami w żadnej formie, choć miał jasność co do swoich oczekiwań. W CS5 Grecja nauczyciel wykorzystał sporą liczbę metod oceny, ze szczególnym naciskiem na ocenianie kształtujące. Podczas dyskusji wstępnej nauczyciel zapewnił kształtującą informację zwrotną i zadawał pytania, aby pomóc uczniom w formułowaniu pytania badawczego. Nauczyciel wykorzystał 3-poziomowe rubryki oceny do oszacowania poziomu umiejętności uczniów w zakresie formułowania hipotez, wykorzystując skalę: umiejętności niewystarczające/ umiejętności do poprawy/ wysokie umiejętności. Pod koniec fazy doświadczalnej uczniowie wykorzystali narzędzie samooceny do ponownej analizy swoich hipotez. Była to dla nich okazja do pogłębienia umiejętności w zakresie formułowania spójnych argumentów, a jako wskazówkę uczniowie wykorzystali prosty formularz (tab. 5). 20 Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2

Tabela 5. Ponowna ocena hipotezy (narzędzie samooceny) w CS5 Grecja Błędem było Prawidłowe wyjaśnienie brzmi Miałem/miałam rację Poprawiłem/poprawiłam błąd Odrzuciłem/odrzuciłam błąd Określono dwa etapy realizacji ćwiczenia sprzyjające przeprowadzeniu oceny wzajemnej uczniów. Po pierwsze grupy wymieniły się swoimi planami pracy i oceniły plany kolegów za pomocą narzędzia oceny wzajemnej, w którym uwzględniono siedem kryteriów oceny umiejętności planowania badań (tab. 6). Nauczyciel zgłosił, że uczniowie mieli trudności z korzystaniem z narzędzia podczas oceny umiejętności planowania badań, ale było to ich pierwsze doświadczenie w pracy metodą dociekania oraz w przeprowadzaniu oceny wzajemnej. W drugim przypadku uczniowie korzystali z podobnego narzędzia do oceny umiejętności swoich kolegów w zakresie formułowania spójnych argumentów podczas prezentacji końcowych. W tym przypadku nie zgłoszono żadnych trudności. Tabela 6. Ocena wzajemna planów badawczych (planowania badań) uczniów w CS5 Grecja Kryteria oceny 1 niedostateczna 2 poprawna 3 dobra Wynik 1. Opis planu jest jasny. Nie Potrzebne poprawki Tak 2. Plan uwzględnia zmienne niezależne. Nie Potrzebne poprawki Tak 3. Plan uwzględnia zmienne zależne. Nie Potrzebne poprawki Tak 4. Plan uwzględnia zmienne kontrolowane. Nie Potrzebne poprawki Tak 5. W planie uwzględniono czynniki naturalne (przypływy, fale, wiatr). 6. W planie uwzględniono istoty żywe (takie jak ptaki morskie). 7. W planie uwzględniono kwestie dotyczące oczyszczania. Nie Potrzebne poprawki Tak Nie Potrzebne poprawki Tak Nie Potrzebne poprawki Tak Uczniowie przeprowadzili również samoocenę swoich umiejętności pracy w grupie (tab. 7). Pozwoliło im to zastanowić się nad własnymi mocnymi i słabymi stronami w zakresie pracy w zespole. Wynik Tabela 7. Samoocena pracy w grupie w CS5 Grecja Kryteria oceny 3 zawsze 2 czasami 1 rzadko 1. Brałem/brałam aktywny udział we wszystkich dyskusjach grupy. 2. We wszystkich dyskusjach brałem/brałam pod uwagę opinie wszystkich członków zespołu. 3. Pomagałem/pomagałam w rozwiązywaniu sporów między członkami zespołu. 4. Używałem/używałam przekonywujących argumentów na poparcie swoich opinii. 5. Zapewniałem/zapewniałam pomoc w zespole, jeśli tylko zaistniała taka potrzeba. 6. Poszukiwałem/poszukiwałam informacji na omawiany temat przez cały czas wykonywania zadania. 7. Wykonywałem/wykonywałam terminowo wszystkie prace, których realizacji podjąłem/podjęłam się w ramach zespołu. CZARNY PRZYPŁYW ROPA NAFTOWA W WODZIE 21

Ocenianie uczniów samodzielnie dociekających wiedzę. Materiały dydaktyczne projektu SAILS. Tom 2