Razumevanje plinastega agregatnega stanja snovi na submikroskopski ravni po vertikali izobraževanja Understanding the gaseous aggregate state of matter at

(1)

1051

Razumevanje plinastega agregatnega stanja snovi na submikroskopski ravni po vertikali izobraževanja Understanding the gaseous aggregate state of matter at

the sub-microscopic level in the education vertical

Miha Slapničar, Iztok Devetak, Saša A. Glažar in Jerneja Pavlin

Pedagoška fakulteta, Univerza v Ljubljani jerneja.pavlin@pef.uni-lj.si Povzetek

Za ustrezno razumevanje naravoslovnih pojmov je potrebna njihova sočasna predstavitev na vseh treh ravneh: makroskopski, submikroskopski in simbolni ravni. Rezultati raziskav kažejo, da imajo učeči na vseh ravneh šolanja zaradi abstraktnosti naravoslovnih pojmov težave s pojasnjevanjem pojavov in procesov na ravni delcev. Za boljše razumevanje naravoslovnih pojmov je ključna njihova predstavitev na primerih iz življenja, ki so učečim blizu. Namen v prispevku predstavljene raziskave je podati, kako učeči pojasnjujejo delčno naravo plinastega agregatnega stanja snovi. V kvalitativno raziskavo je bilo vključenih po pet učencev iz 7. in 9. razreda osnovne šole ter pet dijakov 1. letnika gimnazije. Za zbiranje podatkov je bil uporabljen polstrukturirani intervju, ki je vključeval dve avtentični problemski nalogi. Rezultati raziskave kažejo, da vsi intervjuvanci pravilno prepoznajo plinasto agregatno stanje snovi na ravni delcev, težave pa imajo pri utemeljitvi odločitve. Z raziskavo smo potrdili obstoj napačnih razumevanj, ki se nanašajo na: (1) razlago delčne narave snovi, (2) nerazlikovanje med delcem in snovjo in (3) opisovanje submikroskopske ravni snovi z makroskopsko ravnjo. Navedena spoznanja raziskave se ujemajo z ugotovitvami drugih raziskav in učiteljem nudijo vpogled v razmišljanja učečih. Te ugotovitve lahko učitelji uporabijo pri poučevanju za doseganje boljšega razumevanja naravoslovnih pojmov.

Ključne besede: intervju, napačna razumevanja, naravoslovno izobraževanje, plinasto agregatno stanje snovi, reševanje avtentičnih naravoslovnih problemov, tlak.

Abstract

For proper understanding of science concepts their simultaneous representation at all three levels, i.e.

the macroscopic, the sub-microscopic and the symbolic levels is required. The research results show that learners have difficulties in clarifying the concepts, phenomena and processes at the level of particles at all levels of schooling due to the abstractness of science concepts. The key to a better understanding of science concepts is their representation on real life cases that are close to learners.

The purpose of the research presented in this paper is to show the manner in which the learners explain the particle nature of the aggregate state of the substance. The qualitative study included five students from 7th and 9th grade of elementary school, and five students from the 1st year of gimnazija. For data collection a semi-structured interview with four authentic problem tasks was used. The research results show that all respondents correctly identify the aggregate states of matter at the level of particles, but they have difficulties in justifying their decisions. The study confirmed the existence of misunderstanding with regard to: (1) the interpretation of the particle nature of matter, (2) non- discrimination between the particles and matter, and (3) description of the sub-microscopic levels of matter with a macroscopic level. The research findings are consistent with the findings of other studies and provide teachers with insights into the contemplations of learners. These findings can be used by teachers in the classroom to achieve better understanding of science concepts.

(2)

1052

Keywords: interview, misunderstandings, science education, gaseous aggregate states of matter, solving authentic science problems, pressure.

1. Uvod

Učne vsebine naravoslovnih predmetov pogosto veljajo za abstraktne in težje razumljive.

Eden izmed izzivov sodobnega naravoslovnega izobraževanja je razumevanje naravnih pojavov in procesov ter njihova uporaba pri reševanju avtentičnih problemov (Wu, Krajcik in Soloway, 2001). Za učence in dijake, ki še nimajo ustrezno razvitih sposobnosti abstraktnega mišljenja, so naravoslovne učne vsebine težko razumljive in zato nezanimive ter nepriljubljene (Thiele in Treagust, 1994). Pomembno vlogo pri nerazumevanju naravoslovnih učnih vsebin ima tudi neustrezno predznanje, na katerem učenec ne zmore graditi vedno bolj zahtevnih in abstraktnejših pojmov v nadaljnjem naravoslovnem izobraževanju. Prav zato imajo učenci na vseh ravneh šolanja probleme pri konstrukciji mentalnih modelov, v katere vključujejo nove pojme (Treagust, Harrison in Venville, 1998). Mentalni model opredelimo kot miselno predstavitev posameznika, ki se razvija med njegovo kognitivno dejavnostjo v interakciji z objektom. Neustrezno oblikovan mentalni model pri posamezniku lahko vodi do napačnih razumevanj, kar vpliva na uspešnost reševanja naravoslovnega problema (Harrison in Treagust, 2000).

Kompleksnost poučevanja in učenja naravoslovnih pojmov, še posebej kemijskih, lahko pripišemo predstavitvi pojmov na treh ravneh. Naravoslovne pojme je mogoče predstaviti z eksperimenti ali opazovanjem pojavov in procesov na makroskopski ravni. Ta raven predstavlja dejansko stanje nekega naravoslovnega procesa, ki ga lahko opazujemo in zaznavamo s čutili, zato ji lahko pravimo tudi senzorna (zaznavna) raven. Na ravni interakcij med delci snovi razložimo opažanja s teorijami, ki temeljijo na atomski, molekularni ali ionski oz. submikroskopski ravni delcev. Obema ravnema sledi še tretja raven, za katero je bistvena pretvorba prvih dveh ravni v ustrezne simbole, ki predstavljajo simbolno raven naravoslovnega pojma. Simboli, ki omogočajo enostavnejšo interpretacijo dejanskega stanja naravoslovnih pojavov oziroma procesov, so običajno kemijski simboli, formule in enačbe, matematične enačbe ter različne shematske in grafične predstavitve (Johnstone, 1982;

Devetak, 2012; Taber, 2013). Učenci imajo težave pri razlikovanju med opisom makropojava in njegovo razlago na submikroskopski ravni, ki je osnova razumevanja naravoslovnih pojmov, preden jih ponazorijo simbolno (Devetak, 2012). Šele takrat, ko je učenec sposoben sočasnega integrativnega razumevanja vseh treh ravni predstavitev pojmov, lahko uspešno rešuje naravoslovne probleme (Taber, 2013).

Napačna razumevanja nastopijo, ko se učitelji pri poučevanju naravoslovnih vsebin, ki vključujejo trojno naravo naravoslovnih pojmov, osredinjajo večinoma na simbolno raven, pri tem pa zanemarijo pomembne povezave med ostalima ravnema (Georgiadou in Tsaparlis, 2000; Valanides, 2000; Bunce in Gabel, 2002; Chittleborough, Treagust in Mocerino, 2002;

Eskilsson in Hellden, 2003).

Prvi, ki je sistematično nakazal pomen submikroskopske ravni naravoslovnega pojma za boljše razumevanje naravoslovnih pojavov, je bil Johnstone (1982). Pomembnost soodvisnosti vseh treh ravni je povezal z t. i. trikotnikom trojne narave kemijskega pojma (slika 1). Johnstonov model se je do danes nadgrajeval z dodajanjem elementov, ki se osredinjajo na novo odkrita spoznanja na področju učenja naravoslovnih pojmov. Primer je model soodvisnosti treh ravni naravoslovnih pojmov (model STRP), ki vključuje vse elemente originalnega Johnstonovega modela in povezave med različnimi ravnmi, ki s pomočjo uporabe vizualizacijskih metod omogočajo tvorbo ustreznega mentalnega modela naravoslovnega pojma (Devetak, 2005).

(3)

1053

Slika 1: Johnstonov model, trikotnik trojne narave kemijskega pojma (Johnstone, 1982) in model soodvisnosti treh ravni naravoslovnih pojmov (model STRP) (Devetak, 2011)

Oblikovanje ustreznega funkcionalnega mentalnega modela, ki ga učenec v nadaljevanju učenja uporablja za pridobivanje novega znanja, omogoča doseganje znanja z razumevanjem (Moreno in Mayer, 2000). Učenčevo razumevanje naravoslovja se pri prehajanju po vertikali izobraževanja poglablja, kar lahko ponazorimo s shemo rastočega trikotnika, ki predstavlja povečevanje kompleksnosti razumevanja kemijskih pojmov.

Raziskave potrjujejo, da imajo učenci razvita napačna razumevanja naravoslovnih pojmov na submikroskopski ravni (Devetak, Vogrinc in Glažar, 2009; Devetak, Drofenik Lorber, Juriševič in Glažar, 2009), med drugim tudi agregatnih stanj snovi (Bunce in Gable, 2002;

Chiu, Chiu in Ho, 2002; Mulford in Robinson, 2002; Vermaat, Terlouw in Dijkstra, 2003, Kind, 2004). Najpogostejše napačno razumevanje pojmov zgradbe snovi in agregatnih stanj snovi na submikroskopski ravni je imenovanje zgradbe snovi kot kontinuiran in statični model. Tovrstno poimenovanje je neustrezno, saj učenci menijo, da med delci ne obstaja prazen prostor (Devetak, 2012). Raziskave kažejo, da učenci in dijaki delcem snovi pogosto pripisujejo makroskopske lastnosti, kar kaže na razvita napačna razumevanja med makroskopsko in submikroskopsko ravnjo predstavitve delcev snovi (Harrison in Treagust, 2000; Nicoll, 2001; Chiu idr., 2002). Pogosto napačno razumevanje, ki je razvito med učenci in dijaki, je, da delcem snovi zaradi njihovega gibanja pripisujejo življenje (Sanger, Phelps in Fienhold, 2000; Nicoll, 2001). Izsledki raziskave, ki sta jo izvedla Pereira in Pestana (1991), so pokazali, da si učenci, stari 13 let, agregatna stanja vode predstavljajo kot makropojave, saj so za primer tekočega agregatnega stanja vode narisali kozarce, v katerih so označili gladino vode; za primer trdnega agregatnega stanja vode so narisali led in za primer plinastega agregatnega stanja vode oblake. Ugotovljeno je bilo, da se delež testirancev, ki je za predstavljanje agregatnih stanj vode uporabljal makropredstavitve, manjšal s povečevanjem starosti učencev. Navedeno je bilo, da je 39 % 13- in 14-letnih učencev nakazalo povečevanje velikosti delcev od trdnega preko tekočega in vse do plinastega agregatnega stanja. Lee s sodelavci (1993) ugotavlja, da se po mnenju učencev pri spremembah agregatnega stanja spremeni tudi količina snovi in lastnosti delcev, ki to snov sestavljajo. Učenci so menili, da se pri segrevanju ali ohlajanju snovi segrejejo ali ohladijo tudi delci, ki snov sestavljajo.

Raziskovalca Harrison in Treagust (2002) navajata, da če učenec misli, da med delci, ki snov sestavljajo, ni prostora, predmet iz te snovi pa se pri ohlajanju skrči, potem lahko sklepa, da se morajo zmanjšati tudi delci.

Rezultati raziskave (Özmen, 2013) so pokazali, da tradicionalne učne strategije ne pripomorejo k oblikovanju ustreznega razumevanja pojmov snov in agregatna stanja snovi ter delčne narave snovi pri učencih. Pri tovrstnih učnih strategijah se za ponazoritev delcev na submikroskopski ravni uporabljajo pike oziroma krogi, ki predstavljajo atome, ione ali molekule (Bunce in Gabel, 2002). V slovenskih učbenikih se za ponazoritev omenjenih kemijskih pojmov uporabljajo enodelčni prikazi. Pomembno je, da so sheme porazdelitve delcev predstavljene na ustrezen način, sicer se lahko pojavijo oziroma poglobijo napačna razumevanja, ki so povezana tudi s slabim predznanjem učencev (Devetak, 2012). Mnogi

(4)

1054

raziskovalci so ugotovili, da animacije submikroskopskih predstavitev pojmov pripomorejo k njihovemu boljšemu razumevanju v primerjavi s klasičnim poukom (frontalna učna oblika in delo z učbeniškim gradivom) (Stern, Barnea in Shauli, 2008; Limniou, Papadopoulos in Whitehead., 2009; Gregorius, Santosb, Danob in Gutierrezb, 2010; Falvo, Urban in Suits, 2011).

V prispevku želimo predstaviti, na kakšen način učenci in dijaki odgovarjajo na določene problemske naloge vezane na plinasto agregatno stanje snovi. Cilji raziskave so ugotoviti, kakšne napačne predstave imajo učenci in dijaki ter podati smernice za uporabo pridobljenih rezultatov v izobraževalne namene. V našo raziskavo smo vključili avtentični problemski nalogi, ki se nanašata na plinasto agregatno stanje snovi in lastnosti plinov. Natančneje, ena naloga se nanaša na tlačilko za zrak, ki je na nek način črpalka za zrak. S snovmi se učenci sicer srečujejo vsak dan. Načrtna obravnava učne vsebine, ki vključuje agregatna stanja, je po učnem načrtu za naravoslovje in tehniko (Balon, Gostinčar Blagotinšek, Papotnik, Skribe Dimec in Vodopivec, 2011) predvidena v 5. razredu osnovne šole. S submikroskopskimi predstavitvami agregatnih stanj snovi se učenci prvič srečajo v 6. razredu osnovne šole (Skvarč idr., 2011). Natančneje spoznajo tudi snovne tokove, tj. tudi zračni tok. Podroben opis zraka in njegovih lastnosti je na sporedu za obravnavo v 5. in 7. razredu osnovne šole (Balon idr., 2011; Skvarč idr., 2011). Pri kemiji v 8. razredu osnovne šole učenci svoje znanje o agregatnih stanjih nadgrajujejo, osredinijo se na razporeditev in gibanje gradnikov (Bačnik idr., 2011). Vsebina se ponovi pri fiziki v 8. razredu osnovne šole (Verovnik idr., 2011). V gimnazijskem izobraževanju sledi nadgrajevanje osnovnošolskih znanj, dijaki se ponovno osredinijo na obravnavo agregatnih stanj, pri čemer je poudarek na submikroskopskih prikazih. Omenjeno je cilj pri kemiji v 1. letniku in fiziki v 2. letniku (Bačnik idr., 2009;

Planinšič, Belina, Kukman in Cvahte, 2009). S soodvisnostmi med tlakom, prostornino in temperaturo plina so lahko učenci seznanjeni pri fiziki v 8. razredu osnovne šole, vsekakor pa omenjeno obravnavajo pri obravnavi plinov v 1. in 2. letniku gimnazije (Bačnik idr., 2009;

Planinšič idr., 2009; Verovnik idr., 2011).

Razumevanje plinastega agregatnega stanja v primerjavi s tekočim ali trdnim agregatnim stanjem je glede na raziskave opravljene v Sloveniji najmanj problematično (Devetak, 2005), vendar je vseeno potrebno natančneje pojasniti, kako učenci in dijaki uporabljajo submikropredstavitve za reševanje enostavnejših avtentičnih problemov in kako opisujejo delce, ki plinasto snov sestavljajo.

V raziskavi so bila postavljena tri raziskovalna vprašanja:

1. Kako in v kolikšni meri učenci in dijaki razumejo submikroskopsko raven predstavitev plinastega agregatnega stanja snovi?

2. Katere napačne predstave o plinastem agregatnem stanju snovi imajo razvite učenci in dijaki?

3. Na kateri ravni predstavitve naravoslovnih pojmov (makroskopski/submikroskopski) so učenci in dijaki utemeljevali odločitev izbire ustrezne submikroskopske predstavitve delcev snovi?

2. Metoda

V kvalitativni raziskavi je bila uporabljena deskriptivna metoda pedagoškega raziskovanja.

2.1 Vzorec

V neslučajnostni vzorec raziskave je bilo vključenih 15 udeležencev; 5 učencev sedmega razreda (3 učenke, 2 učenca; povprečna starost 12 let), 5 učencev devetega razreda osnovne šole (3 učenke, 2 učenca; povprečna starost 14 let) in 5 dijakov prvega letnika gimnazije (5

(5)

1055

dijakov; povprečna starost 15 let). Vsakemu udeležencu smo dodelili svojo kodo. Koda posameznega učenca oziroma dijaka je sestavljena iz zaporedne številke in razreda oziroma letnika, ki ga udeleženec obiskuje. Način vzorčenja je bil namenski, intervjuvanci so bili izbrani na podlagi predhodno izraženega zanimanja za naravoslovje. Intervjuvanci so del mešane urbane populacije.

2.2 Inštrument

V raziskavi smo za zbiranje podatkov kot merski inštrument uporabili polstrukturiran intervju. Pri intervjuju sta bili udeležencem raziskave zastavljeni dve avtentični problemski nalogi, ki sta se predvajali na zaslonu. Po potrebi smo postavljali podvprašanja.

Polstrukturiani intervju omogoča postavitev zaprtega in odprtega tipa vprašanj kot tudi spodbujanje intervjuvanca za odgovarjanje na vprašanja ter postavitev podvprašanj, v kolikor formulirani odgovor ni razumljiv (Vogrinc, 2008). V podobnih raziskavah na omenjeno tematiko, so običajno uporabljeni vprašalniki tipa papir – svinčnik, ki pa ne omogočajo poglobljenega vpogleda v razumevanje tematike, kar je bil tudi cilj naše raziskave (Kind, 2004; Rahayu in Kita, 2009).

Avtentični problemski nalogi je oblikovala skupina treh visokošolskih učiteljev. Preden sta bili nalogi uporabljeni za namene raziskave, sta bili evalvirani. Evalviralo jih je 6 učiteljev, 4 osnovnošolski (dvopredmetne vezave: kemija – fizika – biologija) in 2 srednješolska (kemija).

Evalvacija obeh problemskih nalog je na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani potekala z učitelji individualno v novembru 2015. Učitelji so sproti komentirali posamezne zaslonske slike problemske naloge (metoda glasnega razmišljanja). Njihovi komentarji so bili posneti, z avdiosredstvom, pridobljeni podatki pa kasneje transkribirani. Na koncu ogleda so posamezno problemsko nalogo ovrednotili na osnovi anketnih vprašanj, ki so zajemala: (1) razumljivost navodil in vprašanj posamezne naloge, (2) težavnost naloge, (3) zanimivost naloge, (4) ali bo naloga ločila učence, ki imajo boljše znanje naravoslovja, od učencev, ki imajo slabše znanje.

Na osnovi mnenja učiteljev smo nalogi, ki sta bili uporabljeni v raziskavi, popravili. Na ta način smo želeli doseči, da je naš merski inštrument veljaven, objektiven in zanesljiv.

Avtentični problemski nalogi pokrivata makroskopsko in submikroskopsko raven predstavitev, simbolna pa je izpuščena. Problemski nalogi, ki se vsebinsko nanašata na plinasto agregatno stanje snovi, obsegata besedilno predstavitev problema in vizualizacijske predstavitve na submikroskopski ravni kot animacije ter problemska vprašanja, na katera morajo testiranci odgovoriti. Zaslonske slike posamezne problemske naloge so razdeljene na interesna področja zanimanja: (1) besedilo posamezne naloge, (2) fotografije stanj na makroskopski ravni, (3) ustrezne animacije na submikroskopski ravni gibanja delcev snovi in (4) vprašanja, ki vodijo učence k rešitvi avtentičnega problema.

2.3 Potek raziskave

V raziskavi je sodelovalo 15 udeležencev. Za omenjene udeležence so bila pridobljena soglasja vodstev šol, učiteljev in staršev udeležencev v skladu s presojo Komisije za etiko Pedagoške fakultete Univerze v Ljubljani. Z udeleženci smo v maju 2016 izvedli polstrukturirane intervjuje v prostorih Pedagoške fakultete Univerze v Ljubljani. Posamezni intervju je bil avdioposnet in je trajal do 20 minut. Po izvedenih polstrukturiranih intervjujih so bili posnetki transkribirani in kvalitativno obdelani. V izseku transkripta (slika 4) je intervjuvanec označen s črko I, spraševalec pa s črko E. Naše raziskovanje je temeljijo na interpretativni paradigmi, kjer je poudarek na razumevanju in interpretaciji delčne narave snovi. Težnja je bila spoznati, kako posamezniki razumejo in interpretirajo delčno naravo snovi na avtentičnih problemskih nalogah.

(6)

1056 3. Rezultati

Pridobljeni podatki so bili pregledani in analizirani. Rezultati so predstavljeni po obeh zastavljenih problemskih nalogah. Naloga je kratko opisana, sledijo tabelarično predstavljeni odgovori učencev in dijakov ter izsek transkripta iz intervjuja.

Prva naloga (slika 2) na polstrukturiranem intervjuju obravnava plinasto agregatno stanje vode. S fotografije na zaslonski sliki so morali intervjuvanci prepoznati vodno paro in nato iz animacij na ravni delcev, izbrati ustrezno porazdelitev molekul vode v plinastem agregatnem stanju. Svojo odločitev izbire so morali utemeljiti. S prvo problemsko nalogo smo preverjali naslednje učne pojme: plinasto agregatno stanje vode, lastnosti plinastega agregatnega stanja vode.

Slika 2: Prva avtentična problemska naloga

Učenci so nalogo po težavnosti opredelili od zelo lahke do srednje težke in po zanimivosti od prav nič zanimive do zelo zanimive, kar je razvidno iz tabele 1. V tabeli 1 so zbrani tudi kratki odgovori intervjuvancev na vprašanja pri prvi avtentični problemski nalogi.

Iz tabele 1 je razvidno, da vsi intervjuvanci, razen enega, prepoznajo vodno paro (vprašanje 1a). Učenec 3/7 je izjavil, da je na sliki v rdečem območju plin, kar je prav. Na vprašanje 1b so vsi razen enega intervjuvanca, ki trdi, da je voda sestavljena iz snovi ogljik (učenec 1/9), odgovorili pravilno. Pravilen odgovor na vprašanje 1c je »molekule vode«. Iz tabele 1 je razvidno, da so 3 sedmošolci in 3 devetošolci ter 4 dijaki odgovorili pričakovano.

Med odgovori, ki smo jih vrednotili kot napačne zasledimo: atome, ogljik in snovi, ki sestavljajo vodo. Na vprašanje 1c, ki je predvideval odgovor na submikroskospki ravni, so intervjuvanci podali odgovore na makroskopski ravni. Da je voda na fotografiji v plinastem agregatnem stanju (vprašanje 1d), so pravilno odgovorili vsi intervjuvanci. Vsi intervjuvanci so za predstavitev vode na fotografiji izbrali pravilno animacijo predstavitve vodne pare na ravni delcev (vprašanje 1e).

Odgovori intervjuvancev so bili na vprašanje 1f raznoliki, redki izmed njih tudi popolnoma pravilni. Utemeljitev izbire pravilne animacije pri enem intervjuvancu vsebuje navedbo dveh razlogov na submikroskopski ravni (učenec 3/9). Pri utemeljitvi izbire animacije plinastega agregatnega stanja vode je bil pogosto razlog, da so delci prosto gibljivi (tabela 1).

(7)

1057

Tabela 1: Zbrani odgovori intervjuvancev prve avtentične problemske naloge. V tabeli so pravilni odgovori zapisani pokončno, še sprejemljivi poševno in napačni prečrtano.

Učenec 1/7 a) para b) iz vode c) iz atomov d) plinastem e) 2

f) delci se poljubno

premikajo po prostoru, ker so lahki, se pomešajo z zrakom

Učenec 1/9

a) izhlapevanje vode b) iz ogljika

c) ne vem, iz ogljika d) plinastem

e) 2

f) molekule se prosto premikajo, brez da bi se zaletavale

Dijak 1/1 a) vodna para b) iz vode

c) iz molekul vode d) plinastem e) 2

f) atomi se prosto gibljejo, je veliko prostora med njimi, imajo veliko energije

Učenec 2/7

a) vodna para iz vrele vode b) iz vode

c) iz tistih snovi, ki sestavljajo vodo

d) plinastem e) 2

f) ker se atomi prosto gibljejo, se zaletavajo

Učenec 2/9 a) vodna para b) iz vode

f) delci so zelo narazen, hitro se gibljejo

Dijak 2/1

a) vodna para, hlapi b) iz vode

c) iz 2 atomov vodika in 1 atoma kisika

d) plinastem e) 2

f) molekule se več gibljejo, nimajo več svoje stalne lege v prostoru Učenec 3/7

a) vodna para b) iz vode

f) molekule so najbolj redke, imajo večjo hitrost gibanja

c) iz vodika in kisika d) plinastem

e) 2

f) molekule so zelo narazen, zelo hitro se gibljejo po prostoru

f) delci med sabo niso povezani, se odbijajo, da zavzamejo obliko celotnega prostora

Učenec 4/7 a) plin b) iz vode

c) iz molekul spojine vode d) plinastem

e) 2

f) molekule se najhitreje gibljejo

f) prosto gibljivi delci

f) voda ima dovolj energije, da lahko pobegne v višino in se prosto giba, pa zelo razširi, zato je tu manj molekul narisanih

f) prosto gibljivi delci, hitro se premikajo, zelo majhna gostota, nimajo stalne oblike, razen v jeklenkah

(8)

1058

Druga naloga (slika 3) vključena v polstrukturirani intervjuju se je nanašala na problem segrevanja zraka v tlačilki za zrak. Na podlagi fotografije in vsakodnevnih izkušenj so morali intervjuvanci povezati proces stiskanja in segrevanja zraka z ustrezno animacijo. Svojo odločitev izbire so morali intervjuvanci utemeljiti. Druga problemska naloga je preverjala naslednje učne pojme: plinasto agregatno stanje zraka, temperatura, gibanje gradnikov in gostota gradnikov.

Slika 3: Druga avtentična problemska naloga

V tabeli 2 so predstavljeni kratki odgovori intervjuvancev na vprašanja pri drugi avtentični problemski nalogi. Druga naloga ni tipična šolska naloga, kot je bila prva. Tabela 2 prikazuje, da so jo intervjuvanci ovrednotili kot težko, le en dijak kot lahko. Nalogi so pri zanimivosti pripisali vrednosti od nekoliko do izjemno zanimiva.

Pri vsebinskem delu naloge le eden od intervjuvancev ni ugotovil, da blazino s pomočjo tlačilke napolnimo z zrakom (vprašanje 2a). Omenjeni intervjuvanec je navedel, da blazino s pomočjo tlačilke napolnimo z ogljikovim dioksidom. Z vprašanjem 2b smo želeli izvedeti, kaj se dogaja z zrakom v tlačilki. Pričakovani odgovor je bil, da se prostornina zraka zmanjša, pri čemer se zrak tudi segreje. Omenjeno smo razumeli kot pravilen odgovor. V kolikor je intervjuvanec omenil le eno stvar, smo v tabeli 2 uporabili poševno pisavo, kar pomeni, da je odgovor še sprejemljiv. Približno polovica intervjuvancev ni direktno odgovorila na vprašanje, ampak se je osredinila na tok zraka in opis postopka polnjenja blazine z zrakom.

Pri drugi nalogi so intervjuvanci morali pri vprašanju 2c izbrati pravilno animacijo predstavitve zraka na ravni delcev pri stiskanju v tlačilki. Pri opazovanju so morali biti pozorni na hitrost gibanja delcev in število delcev v danem prostoru (gostoto). Polovica intervjuvancev se je odločila za pravilno animacijo, pri čemer sta med sedmošolci in devetošolci pravo predstavitev izbrala po 2 učenca, v 1. letniku pa štirje dijaki.

Pri utemeljitvi izbire pravilne animacije (vprašanje 2d) so intervjuvanci navajali to, kar so opazili, da so delci zraka gibljejo živahnejše in je njihova gostota večja, kar so izrazili s številom delcev. Med odgovori pa zasledimo tudi napačne predstave. Učenec 3/7 je povedal, da se delci med segrevanjem zmanjšujejo, podobno tudi dijaka 3/1 in 4/1. Razdalja med delci

(9)

1059

je večja pri višji temperaturi, je izjavil učenec 3/9, kar ni odgovor na vprašanje pri konkretnem primeru. Na animaciji je bil zrak na ravni delcev predstavljen z molekulami dušika (modro) in molekulami kisika (rdeče), pri čemer je bilo upoštevano volumsko razmerje in velikost molekul. Dva učenca, 5/7 in 1/9, sta izjavila, da so rdeči delci toplejši od modrih.

Običajno pri temi toplota in temperatura z omenjenima barvami ponazarjamo območja z višjo in območja z nižjo temperaturo.

Tabela 2: Zbrani odgovori intervjuvancev druge avtentične problemske naloge. V tabeli so pravilni odgovori zapisani pokončno, še sprejemljivi poševno in napačni prečrtano.

Učenec 1/7 a) z zrakom

b) tlačilka se napolni z zrakom, zrak stisnemo ven v blazino, z njim

napihnemo blazino c) 1

d) delci se bolj v zaprtem prostoru, se bolj

premikajo,

hitreje kot pumpamo je gibanje atomov hitrejše in hitro spreminjajo okolje, kjer so se nahajali

Učenec 1/9

a) z ogljikovim dioksidom b) če ročko potisnemo, ga stisnemo dol

c) 3

d) rdeči so bolj topli atomi

Dijak 1/1 a) z zrakom

b) zrak porinemo v prostor z večjim zračnim tlakom, ga potisnemo v blazino in ostane v prostoru z višjim tlakom v blazini c) 1

d) število delcev se poveča, se še vedno med sabo dotikajo, oddajajo energijo, tlačilka se segreje

b) tlačilka posrka zrak, ko ročko porinemo dol, gre zrak v blazino

c) 2

d) delci so prvo veliki, potem ker se zrak segreva, se zmanjšajo

b) zrak pride v tlačilko, stisne in segreje se c) 1

d) ne vem, pospeši se, ker je vroče, vedno bolj skupaj so, več jih je

b) zrak v tlačilki se stisne in potuje naprej po cevi v blazino, kjer se na nek način shrani

c) 1

d) molekule plinov se hitreje gibajo in so shranjene v majhnem prostoru

Učenec 3/7 a) z zrakom b) ne vem c) 2

d) molekule zraka se zmanjšajo, ko potisnemo bat dol

b) zrak se stisne, malo segreje

c) 1

d) če se poveča

temperatura, gredo delci bolj narazen, hitreje se premikajo se mi zdi

b) zrak v tlačilki pod pritiskom prisilimo, da izhaja skozi šobo na koncu cevi

c) 1

d) zaradi potiska se zmanjša volumen delcev, ti večkrat ob sabo trkajo drug ob drugega zaradi česar se poveča temperatura Učenec 4/7

a) z zrakom

b) skrči se, pod pritiskom je

c) 1

d) skupaj zavzamejo manj prostora, več jih je v

b) zrak prehaja, se stisne, je pod pritiskom

c) 2

d) ker je bolj vroče, se delci hitreje gibajo

b) zraku povečujemo pritisk, ko pritiskamo, prišlo bo do izenačitve, segreje se

c) 1

d) delci se bolj premikajo, ko se

(10)

1060

manjšem prostoru poviša temperatura, so bolj gosti

b) gre iz tlačilke, stisne se c) 2

d) rdeči topli, modri hladni??? se zmanjšajo

Učenec 5/9 a) z zrakom b) se stisne, je pod pritiskom, manjša prostornina

c) našteje vse??? 1 je pravilna

d) ???

b) zrak se zaradi tlaka spravi v votli del tlačilke, ne vem c) 2

d) delci se zmanjšajo

V nadaljevanju je tudi predstavljen izsek transkripta (slika 4), iz katerega je razvidno, da učenec 5/7 usmeri pozornost na barvo predstavljenih delcev. Spraševalec ga je želel voditi do pravilnega odgovora, do katerega pa ni prišel, čeprav naleti na kognitivni konflikt, ki zadeva zmanjševanje delcev.

E Kaj se dogaja z zrakom v tlačilki, ko ti potiskaš bat navzdol?

I Ja, tukaj jih je na začetku več, potem jih je pa manj.

I Ja ven iz tlačilke gre. … premor …

E Še kaj? Ali da se zmanjšajo, saj ne vem.

I … premor … E Ja, tudi to si opazil.

E Ven gre, kaj se še kaj z njim dogaja? I Pri teh dveh pa ostane isti, ne vem …

I Stisne se. E Ali se kaj drugega spremeni?

E Ali se pri tem stiskanju z zrakom kaj zgodi? I … premor …

I Ne da bi jaz vedel. Tukaj jih je na koncu več.

E Greva lahko naprej? E V prvi predstavitvi jih je potem na koncu več.

I Ja. I Več.

E Še zadnji slajd. Zdaj pa skušaj malo povezati stvari. Ko mi bat

I … premor … E tlačilke potiskamo navzdol, kaj misliš, da se

E Zdaj je začetek predstavitve. dogaja z zrakom? Pa segreje se.

I Mhm I Ja pač …

… premor … E Katera predstavitev bi bila pravilna?

E Zdaj je začetek, ko mi pumpamo. I Zrak gre ven … ta. Ne vem.

I … premor … E Zakaj bi se odločil za drugo predstavitev?

Ne vem, katero bi zbral. I Ja zato, ker pol, potem jih je, ne vem, če jih je

… premor … manj, zato ker, ko zrak potisnemo gre ven in

E Ali lahko poveš, o čem razmišljaš? potem je manj zraka notri.

I Da so te rdeči pač …, da je to, da so topli, modri pa mrzli, ne vem. In potem katerih je več, samo jih je povsod enako.

E Pozorno opazuj. Ali je pravilno, da se delci zmanjšujejo? Ko mi zrak stlačimo, stisnemo skupaj v tlačilki, ali se tudi te molekule kaj E Ali si že preštel? Rdeči delci so tisti, ki so topli? zmanjšajo?

I __(nerazumljivo) I Am ne.

I Tistih modrih je pa največ tukaj. E Ampak v drugi se zmanjšajo.

E To, kar opazujeva je zrak na ravni delcev. Piše, da se vsebina v tlačilki, torej zrak, segreje, ko pumpamo. Ali ti to kaj pove?

I Ja, vem ja.

E Kako pa zdaj s tem?

I … premor …

I Ja to … ne vem … E Si še vseeno prepričan, da je številka dve

pravilna?

E Barva delcev ni povezana s tem, da so eni

hladnejši drugi toplejši. I … premor …

I Ja da jih je … aja … I Ne vem, za kaj drugega bi se odločil.

… premor …

E Ali morda vidiš kakšne razlike med temi predstavitvami?

Slika 4: Izsek transkripta intervjuja z učencem 5/7

(11)

1061 4. Diskusija z zaključki

Na osnovi rezultatov raziskave lahko odgovorimo na zastavljena raziskovalna vprašanja (RV).

RV1: Kako in v kolikšni meri učenci in dijaki razumejo submikroskopsko raven predstavitev plinastega agregatnega stanja snovi?

Pri prvi problemski nalogi so vsi intervjuvanci prepoznali submikroskopsko predstavitev delcev v plinastem agregatnem stanju. Pri utemeljitvi izbire ustrezne predstavitve se pri večini intervjuvancev pojavljajo težave (tabela 1). Pri drugi problemski nalogi je uspešnost prepoznavanja submikroskopske predstavitve zraka na ravni delcev večja pri dijakih. Pravilno utemeljitev izbire sta pri tej nalogi podala dva intervjuvanca.

Z agregatnimi stanji vode se učenci srečujejo že v petem razredu osnovne šole, kjer morajo na makroskopski ravni znati opisati agregatna stanja vode in njihove lastnosti (Balon idr., 2011). V šestem razredu usvojeno znanje nadgradijo in povežejo s submikroskopskimi prikazi zgradbe vode (Skvarč idr., 2011). Na primeru vode in njene zgradbe na submikroskopski ravni se učenci srečujejo tudi po izobraževalni vertikali navzgor. Kind (2004) trdi, da delčno naravo agregatnih stanj snovi najpogosteje razlagamo na primeru vode. Izpostavlja tudi težave, ki nastopijo pri aplikaciji pridobljenega znanja na druge primere. To se kaže tudi v naši raziskavi, saj je le polovica intervjuvancev izbrala pravilno submikroskopsko predstavitev zraka. Pri prvi avtentični problemski nalogi so morali intervjuvanci iz submikroskopske predstavitve molekul vode sklepati na plinasto agregatno stanje vode, kar je tudi operativni učni cilj pri naravoslovju v šestem razredu osnovne šole. Iz tega sledi, da bi morali sedmošolci ta operativni učni cilj že usvojiti.

Z drugo problemsko nalogo smo želeli pri intervjuvancih preverjati morebitna napačna razumevanja. V animacijah te naloge so se s tem razlogom namensko spreminjali naslednji parametri: (1) zmanjševanje/povečevanje števila delcev na enoto prostora, (2) zmanjševanje/povečevanje hitrosti gibanja delcev oziroma (3) zmanjševanje prostornine posameznega delca snovi. S to nalogo so bila odkrita številna napačna razumevanja (tabela 2), kar se sklada tudi z rezultati drugih raziskav (Novick in Nussbaum, 1981; Kind, 2004; Rahayu in Kita, 2010).

RV2: Katere napačne predstave o plinastem agregatnem stanju snovi imajo razvite učenci in dijaki?

Rezultati kažejo, da imajo intervjuvanci razvita napačna razumevanja. Kode smo kategorizirali v dve različni skupini. Prva skupina zajema kategorijo delcev oz. snovi, druga pa vključuje fizikalne lastnosti delcev.

Pri vprašanju c prve problemske naloge »Iz česa je sestavljena snov na fotografiji?« je bil pričakovan odgovor »iz molekul vode«. Intervjuvanci so podali naslednje odgovore: iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika; iz atomov ter iz vodika in kisika. Razvidno je, da intervjuvanci ne ločijo med ravnjo, po kateri sprašuje vprašanje, saj na vprašanje, ki predvideva odgovor na submikroskopski ravni, odgovarjajo tudi na makroskopski ravni.

Rezultati se skladajo z ugotovitvami raziskovalcev Pereira in Pestana (1991), ki nakazujejo, da učenci agregatna stanja vode predstavljajo na makroskopski ravni. Rezultati naše raziskave se skladajo z rezultati raziskav (Harrison in Treagust, 2000; Nicoll, 2001; Chiu idr., 2002), ki kažejo, da učenci in dijaki delcem snovi pogosto pripisujejo makroskopske lastnosti, kar kaže na razvita napačna razumevanja med makroskopsko in submikroskopsko ravnjo predstavitve delcev snovi. Intervjuvanci so kot napačen odgovor zapisali, da je voda sestavljena iz dveh različnih snovi (vodika in kisika), kar nakazuje na napačno razumevanje pri razlikovanju med delcem snovi, ki vodo sestavlja (molekula vode), in snovjo vodika in kisika. Ker je na

(12)

1062

vprašanje, iz česa je sestavljena voda, pravilen odgovor iz »molekul vode« smo odgovora intervjuvancev, da je voda sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika oziroma da je voda sestavljena iz atomov šteli za napačne. Razlog za to je napačna opredelitev vrste delca snovi.

Zaznane napačne predstave, vezane na fizikalne lastnosti delcev snovi, so bile:

zmanjševanje/povečevanje delcev snovi, spreminjanje barve delca snovi, spreminjanje oblike delca snovi in hitrost gibanja delcev snovi. O podobnih napačnih razumevanjih poročajo tudi rezultati raziskave (Kind, 2004), ki nakazujejo, da majhen delež 16-letnikov uporabi delčni model snovi za razlago fizikalnih in kemijskih lastnosti. Nekateri 16-letniki menijo, da se delci plina razširijo, ko plin segrevamo. Rezultati so vezani tudi na težave pri uporabi delčne teorije, kar vključuje mnenje, da so delci statični. Novick in Nussbaum (1981) poročata, da 40

% 16-letnikov meni, da je ključni razlog za segrevanje plina hitrejše gibanje delcev snovi.

Rezultat nakazuje na znaten delež dijakov, ki ne zna razložiti segrevanja plina na ravni delcev snovi, kar so tudi že potrdile raziskave o napačnih razumevanjih naravoslovnih pojmov na submikroskopski ravni, med drugim tudi agregatnih stanj snovi (Chiu, Chiu in Ho, 2002;

Mulford in Robinson, 2002; Vermaat, Terlouw in Dijkstra, 2003; Devetak, Vogrinc in Glažar, 2009; Devetak, Drofenik Lorber, Juriševič in Glažar, 2009).

RV3: Na kateri ravni predstavitve naravoslovnih pojmov (makroskopski/submikroskopski) so učenci in dijaki utemeljevali odločitev izbire ustrezne submikroskopske predstavitve delcev snovi? Intervjuvanci so na odprti tip vprašanja (1f ter 2d), ki je zahteval utemeljitev odločitve izbire ustrezne animacije, odgovarjali tako na makroskopski kot tudi na submikroskopski ravni predstavitev delcev snovi.

Pri odgovoru na vprašanje 1f so vsi intervjuvanci utemeljitev izbire podali na submikroskopski ravni (tabela 1), kar je bil tudi pričakovan odgovor. Intervjuvanci (učenec 1/7, učenec 3/7, dijak 1/1, dijak 4/1, dijak 5/1) so izpostavili, da so delci lahki in se zato pomešajo z zrakom, delci nimajo stalne oblike, molekul je v plinastem stanju narisanih najmanj zato, ker ima voda dovolj energije, da lahko pobegne v višino in se prosto giba, molekule so najbolj redke, atomi se prosto gibljejo, med njimi je veliko prostora.

Pri odgovorih na vprašanje 2d so imeli intervjuvanci težave že pri izbiri pravilne submikroskospke predstavitve zraka pri tlačenju. Med odgovori intervjuvancev (učenec 5/7, učenec 1/9, učenec 2/9) lahko zasledimo: rdeči atomi so bolj topli kot modri, gibanje delcev se pospeši, ker je vroče, delci so vedno bolj skupaj in več jih je.

Rezultati naše raziskave se skladajo z rezultati raziskave (Pereira in Pestana, 1991), ki nakazuje, da si učenci, stari 13 let, agregatna stanja vode predstavljajo kot makropojave, saj so za primer plinastega agregatnega stanja vode narisali oblake.

Iz opravljenih intervjujev naše raziskave je mogoče razbrati podobne ugotovitve, kot iz že opravljenih raziskav (Harrison in Treagust, 2000; Nicoll, 2001; Chiu idr., 2002), ki kažejo, da učenci in dijaki delcem snovi pogosto pripisujejo makroskopske lastnosti. Vse to kaže tudi na razvita napačna razumevanja med makroskopsko in submikroskopsko ravnjo predstavitve delcev snovi.

Glavni namen prispevka je bil pokazati, na kakšen način učenci in dijaki odgovarjajo na avtentični problemski nalogi vezani na plinasto agregatno stanje snovi. Ugotovili smo, da vsi intervjuvanci prepoznajo predstavitev molekul vode v plinastem gregatnem stanju vode. Pri utemeljitvi izbire ustrezne predstavitve se pri večini intervjuvancev pojavljajo težave. Na novem primeru avtentične naloge (druga problemska naloga s tlačilko) je bila uspešnost prepoznavanja submikroskopske predstavitve zraka na ravni delcev večja pri dijakih.

Rezultati kažejo, da imajo intervjuvanci razvita napačna razumevanja, ki se nanašajo na kategorije: nerazlikovanje med delci in snovjo, fizikalne lastnosti delcev in opisovanje submikroskopske ravni snovi z makro ravnjo. Raziskovalca Harrison in Treagust (2000)

(13)

1063

navajata, da razvita napačna razumevanja pri posamezniku vplivajo na uspešnost reševanja naravoslovnega problema. Trdita tudi, da do napačnih razumevanj vodijo neustrezno oblikovani mentalni modeli naravoslovnih pojmov. Devetak in Glažar (2007) dodajata, da se pri učečem ustrezen mentalni model določenega naravoslovnega pojava v dolgotrajnem spominu med učenjem oblikuje le z upoštevanjem sočasnega prekrivanja vseh treh ravni predstavitev naravoslovnih pojmov. Omenjeno ni bilo cilj naše raziskave, saj smo avtentični problemski nalogi zasnovali le na makroskopski in submikroskopski ravni predstavitve naravoslovnih pojmov.

Izsledkov izvedene raziskave ne moremo posplošiti, saj smo bili omejeni s številom intervjuvancev. Vsekakor pa rezultati kvalitativne raziskave nudijo vpogled v znanje in predstave o makroskopski in submikroskopski ravni obravnave učne vsebine, s katerimi se v šoli vsakodnevno srečujejo in na novem primeru. Od učiteljev je odvisno, da navajajo učence na submikroskopske predstavitve snovi in jih soočajo z raznoliki primeri, da ne obstanejo zgolj na prepoznavanju že znanega.

Rezultati raziskave so pomembni za učitelje tudi z vidika ozaveščenosti, da je preklapljanje med makroskopsko in submikroskopsko ravnjo za učence običajno težavno. Van Driel, Jong in Verloop (2002) trdijo, da se mnogi učitelji tega niti ne zavedajo, obenem pa opozarjajo na ozaveščanje bodočih učiteljev na tovrstne težave pri delčni obravnavi snovi. Izpostavljajo pomen skrbne in konsistentne rabe jezika, ki so ga opazili pri več prihodnjih učiteljih. Mnogi raziskovalci (Barker in Millar, 2000; Kind, 2004; Ferk Savec, Vrtačnik in Gilbert, 2005;

Herga Čagran in Dinevski, 2016) poudarjajo, da imajo učeči zaradi nevidnosti delcev v snovi težave pri razumevanju delčne narave snovi. Za premoščanje tega pripisujejo pomembno vlogo vizualizaciji naravoslovnih pojmov. Na tem področju lahko veliko storimo kot institucija pri samem izobraževanju bodočih učiteljev in tudi na delavnicah za učitelje praktike.

6. Literatura

Bačnik, A., Bukovec, N., Poberžnik, A., Požek Novak, T., Keuc, Z., Popič, H. in Vrtačnik, M. (2009).

Učni načrt. Učni načrt, Program srednja šola, Kemija: gimnazija: klasična, strokovna gimnazija:

obvezni predmet (210 ur), izbirni predmet (3 x 35 ur) in matura (105 + 35 ur). Ljubljana: Zavod RS za šolstvo.

Bačnik, A., Bukovec, N., Vrtačnik, M., Poberžnik, A., Križaj, M., Stefanovik, V., Sotlar, K., Dražumerič, S. in Preskar, S. (2011). Učni načrt. Program osnovna šola. Kemija. Ljubljana: Zavod RS za šolstvo.

Balon, A., Gostinčar Blagotinšek, A., Papotnik, A., Skribe Dimec, D. in Vodopivec, I. (2011). Učni načrt. Program osnovna šola. Naravoslovje in tehnika. Ljubljana: Zavod RS za šolstvo.

Barker, V. in Millar, R. (1999). Students' reasoning about thermodynamics and chemical bonding:

What changes occur during a context-based post-16 chemistry course? International Journal of Science Education, 21(6), 645–665.

Bunce, D. M. in Gabel, D. (2002). Differential Effects in the Achievement of Males and Females of Teaching the Particulate Nature of Chemistry. Journal of Research in Science Teaching, 39(10), 911−972.

Chittleborough, G., Treagust, D. F. in Mocerino, M. (2002). Constraints to the Development of First Year University Students' Mental Models of Chemical Phenomena. Teaching and Learning Forum 2002, Focusing on the Student. Pridobljeno 17. 9. 2016 iz http://www.ecu.edu.au/conferences/tlf/2002/pub/docs/Chittleborough.pdf.

(14)

1064

Chiu, M. L., Chiu, M. H. in Ho, C. Y. (2002). Using Cognitive-based Dynamic Representations to Diagnose Students' Conceptions of the Characteristics of Matter. Proceedings of the National Science Council, 12(3), 91–99.

Devetak, I. (2005). Pojasnjevanje latentnega prostora razumevanja submikroreprezentacij v naravoslovju. Doktorska disertacija, Ljubljana: Pedagoška fakulteta Univerze v Ljubljani.

Devetak, I. (2012). Zagotavljanje kakovostnega znanja naravoslovja s pomočjo submikroreprezentacij. Analiza ključnih dejavnikov zagotavljanja kakovosti znanja v vzgojno – izobraževalnem sistemu. Ljubljana: Pedagoška fakulteta Univerze v Ljubljani.

Devetak, I. in Glažar, S. A. (2007). Razumevanje kemijskih pojmov na submikroskopski

ravni in sposobnost vizualizacije pri dijakih, starih 16 let. V I. Devetak (ur.), Elementi vizualizacije pri pouku naravoslovja (str. 9–36). Ljubljana: Pedagoška fakulteta.

Devetak, I. in Glažar, S. A. (2011). Teachers' Influence on Students' Motivation for Learning Science with Understanding. V R. V. Nata (ur.), Progress in Education (str. 77–105). New York.

Devetak, I., Vogrinc, J. in Glažar, S. A. (2009). Assesing 16-year-old Students' Understanding of Aqueous Solution at Submicroscopic Level. Research in Science Education, 39(2), 157–179.

Devetak, I., Drofenik Lorber, E., Juriševič, M. in Glažar, S. A. (2009). Comparing Slovenian Year 8 and Year 9 Elementary School Pupils' Knowledge of Electrolyte Chemistry and their Intrinsic Motivation. Chemistry Education Research and Practice, 10(4), 281−290.

Eskilsson, O. in Hellden, G. (2003). A Longitudinal Study on 10−12−year−olds' Conceptions of the Transformations of Matter. Chemistry Education: Research and Practice in Europe, 4(3), 291–304.

Falvo, D. A., Urban, M. J. in Suits, J. P. (2011). Exploring the Impact of and Perception about Interactive, Self-Explaining Environments in Molecular-Level Animation. CEPS Journal, 1(4), 45−61.

Ferk Savec, V., Vrtačnik, M. in Gilbert, J. K. (2005). Evaluating the educational value of molecular structure representations. V J. K. Gilbert, (ur.), Visualization in science education, (Models and modeling in science education, Vol 1) (str. 269−300). Dordrecht: Springer.

Georgiadou, A. in Tsaparlis, G. (2000). Chemistry Teaching in Lower Secondary School with Methods based on: A) Psychological Theories; B) the Macro, Representational, and Submicro Levels of Chemistry. Chemistry Education: Research and Practise in Europe, 1(2), 217−226.

Gregorius, R. Ma., Santosb, R., Danob, J. B. in Gutierreb, J. J. (2010). Can Animations Effectively Substitute for Traditional Teaching Methods? Part I: Preparation and Testing of Materials.

Chemistry Education Research and Practice, 11(4), 253−261.

Harrison, A. G. in Treagust, D. F. (2000). Learning about Atoms, Molecules, and Chemical Bonds: A Case Study of Multiple‒Model Use in Grade 11 Chemistry. Science Education, 84(3), 352‒381.

Herga, N. R., Čagran, B. in Dinevski, D. (2016). Virtual Laboratory in the Role of Dynamic Visualisation for Better Understanding of Chemistry in Primary School. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 12(3), 593−608.

Johnstone, A. H. (1982). Macro− and Micro−chemistry. School Science Review, 64(227), 377–379.

Kind, V. (2004). Beyond appearances: students' misconceptions about basic chemical ideas, 2nd edition. Durham: Durham University, School of Education.

Lee, O., Eichinger, D. C., Anderson, C. W., Berkheimer, G. D. in Blakeslee, T. D. (1993). Changing Middle School Students' Conceptions of Matter and Molecules. Journal of Research in Science Teaching, 30(3), 249−270.

Limniou, M., Papadopoulos N. in Whitehead, C. (2009). Integration of Simulation into Prelaboratory Chemical Course: Computer Cluster Versus WebCT. Computers & Education, 52(1), 45−52.

Moreno, R. in Mayer, R. E. (2000). A lerner−centered approach to multimedia explanations: Deriving

(15)

1065

instructional design principles from cognitive theory. Interactive multimedia electronic journal of computer – enhanced learning, 2, 78−107.

Mulford, D. R. in Robinson, W. R. (2002). An Inventory for Alternative Conceptions among First- Semester General Chemistry Students. Journal of Chemical Education, 79(6), 739−744.

Nicoll, G. (2001). A Report of Undergraduates' Bonding Misconceptions. International Journal of Science Education, 23(7), 707−730.

Novick, S. in Nussbaum, J. (1981). Pupils' understanding of the particulate nature of matter. An interview study. Science Education, 62(2), 187−196.

Özmen, H. (2013). A cross – national review of the studies on the particulate nature of matter and related concepts. Eurasian Journal of Physics and Chemistry Education, 5(2), 81−90.

Pereira, M. P. in Pestana, M. E. M. (1991). Pupils' Representationsof Models of Water. International Journal of Science Education, 13(3), 313−319.

Planinšič, G., Belina, R., Kukman, I. in Cvahte, M. (2009). Učni načrt, Program srednja šola, Fizika:

gimnazija: klasična, strokovna gimnazija: obvezni predmet (210 ur), izbirni predmet (3 x 35 ur) in matura (105 + 35 ur). Ljubljana: Ministrstvo za šolstvo in šport: Zavod RS za šolstvo.

Rahayu, S. in Kita, M. (2010). An analysis of Indonesian and Japanese students' understandings of macroscopic and submicroscopic levels of representing matter and its changes. International Journal of Science and Mathematics Education, 8(4), 667−688.

Sanger, M. J., Phelps, A. J. in Fienhold, J. (2000). Using a Computer Animation to Improve Students' Conceptual Understanding of a Can-Crushing Demonstration. Journal of Chemical Education, 77(11), 1517−1520.

Skvarč, M., Glažar, S. A., Marhl, M., Skribe Dimec, D., Zupan, A., Cvahte, M., Gričnik, K., Volčini, D., Sabolič, G. in Šorgo, A. (2011). Učni načrt. Program osnovna šola. Naravoslovje. Ljubljana:

Zavod RS za šolstvo.

Stavy, R. (1988). Children's conceptions of gas. International Journal of Science Education, 10(5), 553−560.

Stern, L., Barnea, N. in Shauli, S. (2008). The Effect of a Computerized Simulation on Middle School Students' Understanding of the Kinetic Molecular Theory. Journal of Science Education and Technology, 17(4), 305−315.

Taber, S. K. (2013). Revisiting the chemistry triplet: drawing upon the nature of chemical knowledge and the psychology of learning to inform chemistry education. Chemistry Education Research and Practice, 14(2), 156−168.

Thiele, R. B. in Treagust, D. F. (1994). An Interpretative Explanations of High School Chemistry Teachers’ Analogical Explanations. Journal of Research in Science Teaching, 31(3), 227‒242.

Treagust, D. F., Harrison, A. G. in Venville, G. J. (1998). Teaching Science Effectively With Analogies: An Approach for Preservice and Inservice Teacher Education. Journal of Science Teacher Education, 9(2), 85−101.

Van Driel, J. H., Jong, O. D. in Verloop, N. (2002), The development of preservice chemistry teachers' pedagogical content knowledge. Science Education, 86(4), 572–590.

Valanides, N. (2000). Primary Student Teachers' Understanding of the Particulate Nature of Matter and Its Transformation during Dissolving. Chemistry Education Research and Practice in Europe, 1(2), 249–262.

Vermaat, H., Terlouw, C. in Dijkstra, S. (2003). Multiple Representations in Web-based Learning of Chemistry Concepts. 84^th Annual Meeting of the American Educational research Association, Chicago.

(16)

1066

Verovnik, I., Bajc, J., Beznec, B., Božič, S., Brdar, U. V., Cvahte, M., Gerlič, I. in Munih, S. (2011).

Učni načrt. Program osnovna šola. Fizika. Ljubljana: Zavod RS za šolstvo.

Vogrinc, J. (2008). Kvalitativno raziskovanje na pedagoškem področju. Ljubljana: Pedagoška fakulteta, Univerza v Ljubljani.

Vrtačnik, M., Sajovec, M., Dolničar, D., Razdevšek - Pučko, C., Glažar, S. A. in Zupančič - Brouwer, N. (2000). An Interactive Multimedia Tutorial Teaching Unit and its Effects on Student Perception and Understanding of Chemical Concepts. Westminister Studies in Education, 23(1), 91−105.

Wu, H. K., Krajcik, J. S. in Soloway, E. (2001). Promoting Understanding of Chemical Representations: Students' Use of a Visualisation Tool in the Classroom. Journal of Research in Science Teaching, 38(7), 821‒842.

Yang, E., Andre, T. in Greenbowe, T. J. (2003). Spatial Ability and Impact of Visualization/Animation on Learning Electrochemistry. International Journal of Science Education, 25(3), 329−349.

Viri fotografij:

Fotografija »Vrenje vode« (Prva avtentična problemska naloga, slika 2): www.tuttnauer.com Fotografija »Tlačilka« (Druga problemska naloga, slika 3): www.ideo.si

Kratka predstavitev avtorjev

Miha Slapničar je profesor kemije in biologije. Na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani je zaposlen kot asistent za kemijsko izobraževanje. Je študent doktorskega študija iz področja izobraževanja učiteljev, kemijsko izobraževanje. Področje raziskovalnega dela je trojna narava kemijskih pojmov in napačna razumevanja kemijskih pojmov na vsebini kemijskih reakcij.

Dr. Iztok Devetak je na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani zaposlen kot izredni profesor za področje kemijskega izobraževanja. Področja raziskovalnega dela so trojna narava kemijskih pojmov, napačna razumevanja kemijskih pojmov, vrednotenje kemijskega znanja, poučevanje kemije okolja in naravoslovna pismenost.

Dr. Saša A. Glažar je na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani zaposlen kot raziskovalec. Je redni profesor za področje kemijskega izobraževanja. Področja raziskovalnega dela so trojna narava kemijskih pojmov, napačna razumevanja kemijskih pojmov in vrednotenje kemijskega znanja. Je vodja temeljnega raziskovalnega projekta ARRS z naslovom: Pojasnjevanje učinkovitosti reševanja problemov s področja trojne narave predstavitev naravoslovnih pojmov.

Dr. Jerneja Pavlin je na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani zaposlena kot docentka za področje fizikalnega izobraževanja. Področja raziskovalnega dela so didaktika fizike in naravoslovja, didaktične igre v naravoslovju in sodobni materiali.