1. No category

 Mednarodna raziskava trendov znanja
matematike in naravoslovja
Pogled na reševanje
nalog iz fizike
TIMSS za maturante
Ekspertna skupina raziskave TIMSS za fiziko:
Vitomir Babič
Matej Forjan
Peter Gabrovec
Alenka Krejan
Marjanca Poljanšek
Andrej Rutar
Karmen Svetlik
Peter Šlajpah
Damjan Štrus
Florjana Žigon
Pedagoški inštitut, 2009
TIMSS za maturante - Mednarodna raziskava trendov znanja matematike in naravoslovja: Pogled na
reševanje nalog iz fizike TIMSS za maturante
Avtorji: Vitomir Babič, Matej Forjan, Peter Gabrovec, Alenka Krejan, Marjanca Poljanšek, Andrej Rutar,
Karmen Svetlik, Peter Šlajpah, Damjan Štrus, Florjana Žigon
Izdajatelj: JRZ Pedagoški inštitut
www.pei.si
Jezikovni pregled: Vesna Vrabič
Ilustracija: Maja Lubi
Tisk: Grafika 3000, Dob
Ljubljana, 2009
Publikacija je nastala v okviru projekta Ugotavljanje in zagotavljanje kakovosti v izobraževanju in
usposabljanju - Evalvacija vzgoje in izobraževanja na podlagi mednarodno priznanih metodologij, ki ga
sofinancirata Evropski socialni sklad Evropske unije in Ministrstvo za šolstvo in šport Republike Slovenije.
Copyright © po delih in v celoti JRZ Pedagoški inštitut. Fotokopiranje in razmnoževanje po delih in v celoti
je prepovedano. Vse pravice pridržane.
CIP - Kataložni zapis o publikaciji
Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana
005.336.3:373.5:53
POGLED na reševanje nalog iz fizike TIMSS za maturante / Vitomir
Babič ... [et al.] ; [ilustracija Maja Lubi]. - Ljubljana :
Pedagoški inštitut, 2009. - (TIMSS 2008 : mednarodna raziskava
trendov znanja matematike in naravoslovja)
ISBN 978-961-270-019-5
1. Babič, Vito
248516608
2
TIMSS za maturante
Kazalo
Spremna beseda
5
Predgovor
6
Pogled učiteljev na dosežeke slovenskih maturantov po nalogah iz fizike
8
Analiza zvoka z osciloskopom: nihanje in valovanje (PA13001 - P1_01))
9
Radioaktivni razpad torija: atomska in jedrska fizika (PA13002 - P1_02)
11
Sila vrvice med dvema predmetoma: mehanika (PA13003 - P1_03)
13
Električno vezje v škatli: elektrika in magnetizem (PA13004 - P1_04)
15
Prosti pad: mehanika (PA13005 - P1_05)
17
Sile med točkastimi naboji: elektrika in magnetizem (PA13006 - P1_06)
19
Električno vezje s sklenjenim stikalom: elektrika in magnetizem (PA13009 - P1_09)
21
Vrste sevanja v spektru elektromagnetnega valovanja: nihanje in valovanje (PA13021 - P3_01)
23
Končna temperatura sistema: toplota in temperatura (PA13022 - P3_02)
25
Valovna dolžina v globoki vodi: mehanika (PA13023 - P3_03)
28
Električna poljska jakost v prostoru med dvema ploščama: elektrika in magnetizem
(PA13024 - P3_04)
31
Fotoefekt pri treh različnih kovinah: atomska in jedrska fizika (PA13025 - P3_05)
33
Obhodni čas delca v homogenem magnetnem polju: elektrika in magnetizem (PA13026 - P3_06)
36
Izračun vrednosti težnega pospeška (g): mehanika (PA13027A - P3_07)
39
Temperaturno ravnovesje in prevajanje toplote: toplota in temperatura (PA23050 - P6_01)
42
Pojav tople grede: toplota in temperatura (PA23056 - P6_02)
44
Elektromagnetno sevanje na Zemlji: nihanje in valovanje (PA23142 - P6_03)
46
Maksimalen skrček vzmeti: mehanika (PA23072 - P6_04)
48
Planet Venera se po svojem krožnem tiru giblje hitreje kot Zemlja: mehanika (PA23022 - P6_05)
50
Sili, ki delujeta na dva delca z različnima nabojema: elektrika in magnetizem (PA23030 - P6_06)
52
Sile treh točkastih nabojev: elektrika in magnetizem (PA23078 - P6_07)
54
Delovanje laserja: elektrika in magnetizem (PA23113 - P6_08)
57
Zakaj nas sonce ne opeče, če sedimo za steklom: elektrika in magnetizem (PA23128 - P6_09)
59
TIMSS za maturante
3
Rutherfordov poskus: atomska in jedrska fizika (PA23058 - P6_10)
61
Razpad beta radioaktivnega izotopa: atomska in jedrska fizika (PA23115 - P6_11)
63
Tretji Newtonov zakon: mehanika (PA23110 - P7_01)
65
Sile, ki delujejo na telo, vrženo navpično navzgor: mehanika (PA23014 - P7_02)
67
Razdalja med dvema drsalcema, ko odrineta drug drugega: mehanika (PA23025 - P7_03)
69
Gibalna količina kolesarja, ko prečka ciljno črto: mehanika (PA23028 - P7_04)
71
Smer električnega polja, ki ga ustvarja točkast naboj: elektrika in magnetizem (PA23034 - P7_05)
73
Indukcija: elektrika in magnetizem (PA23044 - P7_06)
76
Specifična toplota peska: toplota in temperatura (PA23082 - P7_07)
78
Tempeartura telesa, ki seva vidno svetlobo: toplota in temperatura (PA23140 - P7_08)
80
Skupni tlak dveh rezervoarjev: toplota in temperatura (PA23084 - P7_09)
82
Število nevtronov v jedru atoma: atomska in jedrska fizika (PA23059 - P7_10)
85
Opis atomskega jedra: atomska in jedrska fizika (PA23138 - P7_11)
87
Simbol atomskega jedra: atomska in jedrska fizika (PA23137 - P7_12)
89
4
TIMSS za maturante
Spremna beseda
Znani pedagog in fizik je dejal: »Naj slišim, kaj diskutirajo o reševanju testov vaši učitelji in vedel bom
kakšna je prava vrednost vašega poučevanja ter kaj obeta v prihodnosti.«
Publikacija daje redko priložnost, da prisluhnemo komentarjem, ki so jih o dosežkih slovenskih četrtošolcev
pri reševanju fizikalnih nalog v raziskavi TIMSS za maturante zapisali izkušeni slovenski učitelji fizike iz
različnih srednjih šol. Vsaka od objavljenih nalog je uvrščena v ustrezno vsebinsko in kognitivno področje,
umeščena v veljavni Učni načrt za fiziko v srednji šoli in opremljena z oceno zahtevnosti glede na naše
razmere. Vse naloge so opremljene s tremi komentarji: s komentarjem besedila naloge, s komentarjem
rezultatov, ki so jih dosegli naši dijaki, in z oceno možnosti uporabe nalog v našem pouku s priporočili za
učitelja.
Publikacije bodo gotovo najbolj veseli učitelji fizike v srednjih šolah, saj predstavlja zbirka svež vir nalog, ki
pokrivajo učni načrt srednješolske fizike. Številne naloge in vprašanja se razlikujejo od tradicionalnih nalog,
ki smo jih vajeni srečevati v naših šolah. Predvsem to velja za kvalitativna vprašanja, za naloge odprtega tipa,
ki zahtevajo kritično razmišljanje, in naloge, ki zahtevajo od dijakov besedno izražanje in utemeljevanje. Ker
v zadnjem obdobju uvajamo takšne naloge tudi pri maturi iz fizike, bo zbirka posebej dobrodošla za učitelje
in dijake, ki se pripravljajo na maturo iz fizike.
Pomembnost publikacije pa s tem še ni izčrpana. Publikacija predstavlja ogledalo, ki nam resda kaže le
izrez, pa vendar realno sliko o pouku fizike v naših srednjih šolah in primerjavo z drugimi državami. Slika
v ogledalu odseva uspešnost slovenskega modela poučevanja fizike in odličnost slovenskih učiteljev fizike v
srednjih šolah. V ogledalu se odražajo tudi prednosti našega sistema izobraževanja učiteljev naravoslovnih
predmetov v srednjih šolah, to sta enopredmetnost, ki nam jo mnogi zavidajo, in stalno strokovno
izobraževanje aktivnih učiteljev. V ogledalu pa lahko vidimo tudi, na katerih področjih imajo naši dijaki
težave in kje so torej možnosti, da naše dosežke v prihodnje še izboljšamo.
Dr. Gorazd Planinšič
Fakulteta za matematiko in fiziko UL
TIMSS za maturante
5
Predgovor
Publikacija Pogled na reševanje nalog iz fizike za maturante iz zbirke objavljivih gradiv Mednarodne raziskave
matematike in fizike TIMSS za maturante 2008 (TIMSS Advanced 2008) prinaša naloge iz preizkusa znanja,
s katerimi smo spomladi leta 2008 izmerili fizikalno znanje dijakov zadnjega letnika srednje šole, ki so se
pripravljali na maturo iz fizike. Raziskava je bila opravljena v devetih državah sveta.
Štiri od devetih držav, vključno s Slovenijo, so v raziskavi sodelovale že drugič. Prvič je bila raziskava izvedena
leta 1995. Takrat je sodelovalo šestnajst držav. Slovenija se je s svojimi najboljšimi desetimi odstotki dijakov,
ki so reševali preizkus znanja iz fizike, uvrstila na prvo mesto.
Osnovni namen raziskave TIMSS za maturante je izmeriti znanje napredne matematike in fizike v zaključnem
letniku srednje šole ter izboljšati matematičnega in fizikalnega izobraževanja po svetu. Za pojasnjevanje
dosežkov dijakov je nujno treba poznati naloge preizkusa znanja. V TIMSS se polovica nalog objavi,
polovica pa ostane tudi po raziskavi tajnih, da bi jih lahko ponovno uporabili po nekaj letih za merjenje
trendov v znanju. Tiste naloge, ki so bile objavljene, se v naslednji ponovitvi raziskave zamenjajo z vsebinsko
in težavnostno enakovrednimi novimi nalogami. Tukaj prikazane naloge so tako polovica vseh nalog iz
preizkusov znanja leta 2008.
Vsak dijak je reševal enega od štirih različic preizkusa. Vsaka različica preizkusa je vsebovala po tri od
sedmih blokov nalog iz fizike, ki so vsebovali po deset nalog vsak. Za reševanje treh blokov nalog skupaj so
dijaki imeli 90 minut časa.
V publikaciji so prikazani štirje bloki fizikalnih nalog. Vsaki nalogi smo dodali podatke o vsebinskem in
kognitivnem področju, ki ju naloga preverja, podatke o umestitvi naloge v slovenski učni načrt, skupaj s
kategorijo znanja in oceno zahtevnosti naloge. Dodatno so naloge opremljene z dosežkom dijakov vseh
devetih sodelujočih držav, v katerih je pravilen odgovor označen z zvezdico.
Nalogam z odprtim vprašanjem smo dodali ocenjevalno shemo, v kateri so zapisana navodila za vrednotenje
odgovorov. Navodila vsebujejo bistvene značilnosti popolnih odgovorov in navajajo vse mogoče pravilne
odgovore. Vsebujejo tudi opise delnih rešitev, ki nastanejo kot posledica delnega razumevanja ali rutinskih
napak. Vrednotenje nalog v TIMSS je zasnovano tako, da omogoča vsebinsko analizo napačnih sklepanj in
značilnih napak na mednarodni ravni. Odgovorom se pri vrednotenju ne določa število doseženih točk, pač
pa se odgovore razvrsti v skupine podobnih rešitev. To je na primer skupina nepravilnih odgovorov zaradi
računske napake pri sicer pravilno izbrani formuli ali skupina nepravilnih odgovorov zaradi nepravilno
izbrane formule. S takšnim vrednotenjem je natančno določeno, katero znanje mora dijak pokazati za
vsako popolno rešitev. Nepopolne rešitve niso deležne sorazmernega števila točk glede na opravljeno pot
do rešitve, pač pa se opazujejo doseženi in prikazani ključni delni rezultati. Pravila za vrednotenje za vsako
nalogo torej opisujejo različne vrste pravilnih, in če obstajajo, delno pravilnih ter nepravilnih rešitev. Pri
vrednotenju odgovorov dijakov je poudarek na dijakovem izkazovanju razumevanja vsebine, ne pa na
slovnični pravilnosti zapisanih odgovorov. Ocenjevalna pravila jasno določajo, kaj mora vsebovati zapisan
odgovor, da ga označimo za pravilnega.
6
TIMSS za maturante
Naloge TIMSS z vnaprej premišljenim sledenjem napačnih razumevanj prinašajo drugačen pristop k
sestavljanju testnih vprašanj. Tudi izbirni odgovori v nalogah s ponujenimi rešitvami so namenjeni sledenju
napačnega učenčevega razumevanja. Vsak napačno ponujen odgovor skriva v sebi značilno napako, ki jo
učitelj zlahka samostojno prepozna.
Za dobro razumevanje ideje o preverjanju znanja z nalogami TIMSS se je zato treba poglobiti tudi v vsebinske
okvire odgovorov, zato je ekspertna skupina, ki so jo sestavljali učitelji fizike iz vse Slovenije v sodelovanju
z nacionalnim koordinacijskim centrom TIMSS na Pedagoškem inštitutu vzporedno z nastajanjem
mednarodne podatkovne baze raziskave v mednarodnem koordinacijskem centru raziskave v Bostonu v
šolskem letu 2008/2009, za vsako nalogo zapisala, kaj menijo o besedilu naloge, komentar rezultata, ki so ga
dosegli naši dijaki, in možnost uporabe naloge pri pouku. Mednarodni dosežki dijakov po nalogah so bili
za objavo pripravljeni pozneje, kot so nastale interpretacije slovenskih učiteljev, in jih, čeprav se jih besedila
ne dotikajo, objavljamo skupaj z dosežki slovenskih dijakov, da bi bila informacija o reševanju nalog med
slovenskimi dijaki čim bolj popolna.
Namen knjižice je z nalogami mednarodnega merjenja znanja seznaniti predvsem učitelje, tako tiste, ki so v
raziskavi TIMSS za maturante sodelovali, kot tudi tiste, ki niso. Upamo, da bodo naloge vsem koristile kot
dodaten vir pri učenju fizike.
Karmen Svetlik,
koordinatorka za fiziko raziskave TIMSS za maturante
TIMSS za maturante
7
Pogled učiteljev na dosežke slovenskih maturantov po nalogah iz fizike
8
TIMSS za maturante
Analiza zvoka z osciloskopom: nihanje in valovanje (PA13001 - P1_01))
Na osciloskopu analiziramo dva glasbena tona (I in II), ki smo ju posneli preko
mikrofona. Sledi sta prikazani na spodnjih dveh slikah. Nastavitve osciloskopa so
bile v obeh primerih enake.
ton I
ton II
Katera trditev je resnična?
PA13001
Če primerjamo ton I s tonom II, je ton I
a
glasnejši in višji
b
glasnejši in nižji
c
tišji in višji
d
tišji in nižji
Vsebinsko področje: mehanika (nihanje in valovanje)
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 16.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
9
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A*
B
C
D
Manjkajoči Pravilni
Armenija
60,3
23,8
11,6
2,6
1,8
60,3
Iran
28,1
17,3
18,1
27,6
8,8
28,1
Italija
57,2
9,9
15,6
13,3
4,0
57,2
Libanon
52,4
16,8
12,2
14,5
4,0
52,4
Nizozemska
82,0
2,2
2,0
13,3
0,5
82,0
Norveška
67,4
8,1
10,7
13,2
0,6
67,4
Rusija
81,6
11,7
4,8
1,4
0,4
81,6
Slovenija
76,6
8,7
12,4
2,2
0,2
76,6
Švedska
59,7
9,3
13,1
17,3
0,6
59,7
Mednarodno povprečje
62,8
12,0
11,2
11,7
2,3
62,8
Besedilo naloge
V nalogi sta prikazana posnetka z osciloskopa. Naloga ne bi vnašala dodatnih nejasnosti, če bi namesto o
analizi zvoka z osciloskopom govorili o analizi zvoka s programom Logger pro in računalniškim vmesnikom
Vernier. Veliko dijakov namreč osciloskopa še videlo ni, omenjeno računalniško opremo pa imajo na voljo
vse gimnazije.
Sliko, ki prikazuje posnetek glasbenega tona, bi lahko poimenovali tudi graf nihanja opne mikrofona.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Na to vprašanje je pravilno odgovorilo 76,6 odstotka dijakov, kar je bilo tudi pričakovati, saj take naloge
rešujemo v šoli. Najpogostejši napačen odgovor je odgovor C (12,4 odstotka), zaradi česar lahko sklepamo,
da dijaki znajo povezati amplitudo z glasnostjo. Očitno je teže povezati višino tona s frekvenco. Frekvenca
namreč tudi ni neposredno določljiva z grafa, temveč je treba o njej sklepati prek nihajnega časa.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna za utrjevanje znanja pri poglavju valovanje (zvok), kjer povezujemo frekvenco z višino
zvoka in amplitudo z glasnostjo.
Osnovni paket opremljanja šol z opremo Vernier sicer ne vsebuje mikrofona. Če so šole mikrofon dokupile,
je mogoče pripraviti eksperimentalno vajo, pri kateri dijaki do omenjene povezave pridejo sami.
10
TIMSS za maturante
Radioaktivni razpad torija: atomska in jedrska fizika (PA13002 - P1_02)
V 72 dneh razpade 2,0 g začetne mase radioaktivnega torija tako, da ostane 0,25g
torija nespremenjenega.
PA13002
Kolikšen je razpolovni čas torija?
a
12 dni
b
24 dni
c
48 dni
d
72 dni
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 20.13
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B*
C
D
Manjkajoči Pravilni
Armenija
Iran
12,3
8,3
44,2
38,6
29,0
22,1
7,6
4,1
7,0
27,0
44,2
38,6
Italija
8,0
37,1
34,9
4,5
15,5
37,1
Libanon
5,1
54,2
25,8
4,8
10,0
54,2
Nizozemska
2,5
88,1
8,1
0,7
0,6
88,1
Norveška
5,7
75,7
16,8
1,0
0,8
75,7
22,2
Rusija
6,4
65,0
4,6
1,9
65,0
Slovenija
Švedska
8,6
6,8
64,1 20,6 3,4
76,5 15,1 1,2
3,2
0,3
64,1
76,5
Mednarodno povprečje
7,1
60,4
7,4
60,4
TIMSS za maturante
21,6
3,5
11
Besedilo naloge
Besedilo naloge: razpade 2,0 g začetne mase je mogoče brati tudi kot, da je 2,0 g tisti del začetne mase, ki je
razpadel, in ne celotna začetna masa (taka interpretacija sicer ne da nobenega od možnih odgovorov).
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Naloga je standardna v seriji nalog pri radioaktivnih razpadih. Poleg tega se ta snov obravnava v 4. letniku
in je tako sveža. Če prezremo, da je mogoče nalogo rešiti s preprostim razmislekom, naloga je zahtevnejša
z matematičnega vidika, saj zahteva znanje reševanja eksponentnih enačb in uporabo logaritmov. Zaradi
sveže snovi je 2/3 pravilnih odgovorov pričakovan rezultat.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo je mogoče rešiti na pamet: končna količina je 1/8 začetne, torej so morale miniti tri razpolovne dobe.
Tak način je precej preprostejši kot reševanje ustrezne eksponentne enačbe. Dijake je dobro opozarjati, naj
preverijo, ali je nalogo mogoče rešiti na tak način. Naloga je primerna za utrjevanje znanja pred maturo.
12
TIMSS za maturante
Sila vrvice med dvema predmetoma: mehanika (PA13003 - P1_03)
Predmeti P, Q in R s težami 15 N (newtonov), 20 N in 7 N, so obešeni na lahke
vrvice, kot kaže slika.
P
15 N
20 N
Q
7N
R
PA13003
Kolikšna sila napenja vrvico med P in Q ?
a
42 N
b
35 N
c
27 N
d
15 N
e
7N
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 3.5
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
TIMSS za maturante
13
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
Armenija
Iran
Italija
Libanon
Nizozemska
Norveška
Rusija
Slovenija
Švedska
9,2
7,8
18,5
14,3
4,4
8,8
11,1
8,8
10,0
Mednarodno povprečje
10,3 14,8
C*
D
21,6 56,8 8,1
18,8 46,3 9,3
18,8 48,5 4,7
31,1 42,9 5,3
2,7 90,8 1,3
6,5 81,0 2,7
19,0 63,9 3,3
4,3 83,5 2,4
10,3 74,6 3,2
65,4
4,5
E
Manjkajoči Pravilni
3,8
4,2
1,9
3,8
0,1
0,6
1,7
0,7
1,5
0,4
13,6
7,7
2,6
0,6
0,5
1,0
0,4
0,4
56,8
46,3
48,5
42,9
90,8
81,0
63,9
83,5
74,6
2
3
65,4
Besedilo naloge
Besedilo je jasno in razumljivo. Naloga zahteva znanje prvega Newtonovega zakona, je lahka, vendar se v
podobni obliki še ni pojavila na maturi.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Zaradi preprostosti naloge je 83,5 odstotka pravilnih odgovorov pričakovan rezultat. Pri nepravilnih
odgovorih so dijaki očitno kar sešteli vse sile.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
V tem primeru je bil naveden en podatek preveč, kar ni pogosto, in je zato dijake pri reševanju lahko
zavedlo. Dobro je občasno zastaviti tudi tak tip nalog, saj jih s tem odvračamo od strategije, da poskušajo
namesto razumevanja problema poiskati tiste enačbe, ki ustrezajo podatkom. Naloga je lahko ena izmed
nalog preverjanja po obravnavi Newtonovih zakonov.
14
TIMSS za maturante
Električno vezje v škatli: elektrika in magnetizem (PA13004 - P1_04)
Slika kaže škatlo s štirimi priključki: P, Q, R in S. Z merjenjem smo ugotovili
naslednje:
P
R
Q
S
1.
Obstaja določen električni upor med P in Q.
2.
Upor med P in R je dvakrat tolikšen kot med P in Q.
3.
Med Q in S ni zaznati upora.
Katero od naslednjih vezij je najverjetneje v škatli?
Predpostavite, da so vsi narisani uporniki enaki.
a
c
PA13004
e
P
R
Q
S
P
R
Q
S
P
R
Q
S
b
d
P
R
Q
S
P
R
Q
S
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 12.5 in 12.8
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
15
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
Armenija
Iran
B
C
D*
E
Manjkajoči Pravilni
5,2 3,8 16,9
3,2 1,6 7,7
49,8
64,5
19,6
9,8
4,6
13,3
49,8
64,5
Italija
1,0 1,6
3,2
82,2
6,3
5,9
82,2
Libanon
3,8 2,5
9,3
66,7
11,6
6,1
66,7
Nizozemska
0,5 1,4
0,5
95,0
2,0
0,6
95,0
Norveška
1,2 0,8
2,7
89,3
4,4
1,6
89,3
Rusija
2,4 2,2
4,6
83,9
5,9
1,1
83,9
Slovenija
Švedska
1,1 1,6
2,3 1,9
3,5
4,8
89,3
86,3
3,7
3,2
0,8
1,5
89,3
86,3
Mednarodno povprečje
2,3 1,9
5,9
78,6
7,4
3,9
78,6
Besedilo naloge
Besedilo naloge je jasno, vendar naloga ni značilna za maturitetne preizkuse in jo zato tudi manj uporabljajo
pri preverjanju znanja v šoli. Od dijakov zahteva raziskovalen pristop k reševanju problema. Pri reševanju je
treba na podlagi nekaj meritev presoditi, kakšne fizikalne lastnosti ima sistem. Ker ni značilna, se lahko na
začetku zdi zahtevnejša, kot je v resnici.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Zelo velik odstotek (89,3 odstotka) pravilnih rešitev naloge pove, da dijaki praviloma dobro razumejo
osnovne zakonitosti zaporedne in vzporedne vezave upornikov. Ob nalogi je dijake koristno opozoriti na
metodo izločanja odgovorov, ki ne ustrezajo posamezni trditvi. Za pravilno izbiro odgovora bi bilo dovolj
preveriti, katero vezje ustreza drugi trditvi, čeprav je res, da je verjetno lažje izbrati pravi odgovor na podlagi
prve in tretje trditve.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloge takšnega tipa bi bile primerne za preverjanje doseganja višjih kognitivnih ciljev tudi pri drugih
poglavjih. Prav tako je naloga zelo primerna za preverjanje razumevanja zakonitosti vzporedne in zaporedne
vezave upornikov.
16
TIMSS za maturante
Prosti pad: mehanika (PA13005 - P1_05)
Mirujoč kamen spustimo, da prosto pade v globok prazen vodnjak. Po 2 s doseže
dno. Kako globok je vodnjak?
PA13005
Predpostavite, da je zračni upor zanemarljiv in da je gravitacijski pospešek enak
g = 9,8 ms-2.
a
4,9 m
b
9,8 m
c
19,6 m
d
39,2 m
e
78,4 m
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 2.3
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
E
Manjkajoči Pravilni
Armenija
Iran
7,7
4,4
8,0
4,9
70,7
77,7
7,1
4,9
5,0
0,6
1,5
7,4
70,7
77,7
Italija
7,8
6,3
69,0
11,8
0,4
4,8
69,0
Libanon
10,6 9,5
54,6
13,8
4,6
6,8
54,6
Nizozemska
1,3
4,1
81,5
11,5
0,9
0,6
81,5
Norveška
1,8
3,5
87,9
5,6
0,7
0,5
87,9
83,8
5,4
Rusija
6,7
3,1
0,6
0,5
83,8
Slovenija
Švedska
4,1
5,1
5,6 72,7 15,1 1,7
6,3 78,4 8,4 1,1
0,8
0,7
72,7
78,4
Mednarodno povprečje
5,5
5,7
2,6
75,1
TIMSS za maturante
75,1
9,3
1,7
17
Besedilo naloge
V besedilu manjka pojasnilo, da kamen spustimo z vrha vodnjaka. Tako, kot je besedilo napisano, bi kamen
lahko spustili tudi s strehe hiše, pa bi padel morda v vodnjak ob hiši. V tem primeru ne bi bilo mogoče
odgovoriti na vprašanje. Naloge naj bi bile take, da bi jih bilo nemogoče razumeti »narobe«. Drugače pa
je to značilna naloga, ki jo velikokrat v podobni obliki srečamo na maturitetnih preizkusih in kot primer
utrjevanja znanja v razredu.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Pravilno je nalogo rešilo 72,7 odstotka dijakov. Zaradi nezahtevnosti bi lahko pričakovali boljši rezultat. 15,1
odstotka dijakov pri računanju ni upoštevalo, da je hitrost, ki jo dobijo po enačbi Y J ˜ W , končna hitrost.
Povprečna hitrost padanja pri prostem padu pa je polovica končne hitrosti (sledil je dvakrat večji rezultat
– odgovor D).
Ti očitno niso uporabili že izpeljane enačbe za pot pri enakomerno pospešenem gibanju
J ˜W
V K
.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna kot eksperimentalna naloga v prvem letniku. V primeru izvedbe vaje v šoli bodo višine, s
katerih bodo dijaki spuščali kamenje, praviloma manj kot 10 m in tako napake zaradi kratkih časov nekoliko
večje. Nalogo je zato še primerneje izpeljati na kakšni ekskurziji, kjer imamo možnost spuščanja kamenčkov
z višjih mostov.
18
TIMSS za maturante
Sile med točkastimi naboji: elektrika in magnetizem (PA13006 - P1_06)
Dva točkasta naboja, prvi +2 μC (mikrocoulombov), drugi pa –6 μC, sta
4 cm narazen, kot kaže slika.
+2 μC
–6 μC
4 cm
PA13006
Kam je treba postaviti tretji naboj, ki je –8 µC, da bo vsota sil na naboj –6 µC
enaka nič?
a
4 cm levo od naboja –6 μC
b
c
d
e
16 cm levo od naboja –6 μC
16 cm desno od naboja –6 μC
8 cm levo od naboja –6 μC
8 cm desno od naboja –6 μC
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 11.1 in 11.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: težka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah)
Država
A
B
C
D*
E
Armenija
Iran
13,1
10,2
9,5
11,8
12,2
7,2
49,5
43,3
10,4
12,9
5,3
14,5
49,5
43,3
Italija
16,5
14,5
7,8
35,8
11,3
14,1
35,8
Libanon
18,6
14,8
11,0
31,7
14,2
9,8
31,7
Nizozemska
23,4
29,0
13,5
27,0
5,5
1,7
27,0
Norveška
16,5
21,6
11,3
36,8
11,4
2,5
36,8
Rusija
17,4
12,6
8,0
44,3
15,8
1,9
44,3
Slovenija
Švedska
15,2 19,3 10,2 39,2 13,4
22,0 23,6 11,1 30,0 10,9
2,7
2,5
39,2
30,0
Mednarodno povprečje
17,0
6,1
37,5
TIMSS za maturante
17,4
10,3
37,5
11,8
Manjkajoči Pravilni
19
Besedilo naloge
Besedilo naloge je premalo natančno, saj ne piše, da je govora le o električnih silah narisanih nabojev. Naloga
preverja več ciljev hkrati: ali dijak zna in razume predznak električne sile med različnimi naboji, ali pozna
odvisnost velikosti te sile od velikosti naboja, ali pozna odvisnost velikosti te sile od razdalje med naboji in
ali zna uporabiti princip ravnovesja sil. Zaradi tako velikega števila ciljev spada med težke naloge.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Nekoliko slabši rezultat pri reševanju (39,2 odstotka pravilnih rešitev) zaradi zahtevnosti naloge ne
preseneča. Drugi najpogostejši odgovor B pa nakazuje na to, da so dijaki pozabili na kvadratno odvisnost pri
padanju sile z razdaljo. Naslednji najpogostejši napačen odgovor A je precej nesmiseln. Verjetno so ga dijaki
izbrali, ker so nenatančno brali besedilo. Odgovor bi bil pravilen, če bi bila oddaljenost dodanega naboja
podana glede na levi naboj, kar bi bilo tudi običajno, in ne glede na desnega. Odgovor E, ki je bil naslednji
najpogosteje izbran odgovor, ponuja pravo rešitev za primer, ko bi bil dodani naboj nasprotnega predznaka.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Zaradi svoje večplastnosti je naloga primerna za preverjanje znanja potem, ko smo že opravili utrjevanje
z osnovnejšimi primeri. Naloga je lahko koristna vaja za sistematično reševanje naloge in natančno branje
besedila.
20
TIMSS za maturante
Električno vezje s sklenjenim stikalom: elektrika in magnetizem (PA13009 - P1_09)
Stikalo S v spodnjem električnem vezju je odprto (razklenjeno).
15 V
ampermeter
A
4Ω
stikalo S
(odprto)
3Ω
2Ω
V
voltmeter
PA13009
Kaj bosta pokazala ampermeter in voltmeter, ko bomo stikalo S zaprli (sklenili)?
a
b
c
d
Odčitek na ampermetru se poveča; odčitek na voltmetru se zmanjša.
Odčitek na ampermetru se zmanjša; odčitek na voltmetru se poveča.
Odčitek na ampermetru se poveča; odčitek na voltmetru se poveča.
Odčitek na ampermetru se zmanjša; odčitek na voltmetru se zmanjša.
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 12.5 in 12.8
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
21
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A*
B
C
D
Armenija
Iran
39,5
36,3
22,7
25,6
23,0
19,7
11,9
11,2
2,9
7,2
39,5
36,3
Italija
32,2
22,8
27,8
8,5
8,7
32,2
Libanon
29,7
26,9
29,0
9,8
4,6
29,7
Nizozemska
42,3
22,3
12,9
20,7
1,8
42,3
Norveška
37,9
25,8
15,0
19,8
1,4
37,9
Rusija
38,9
23,7
24,2
11,4
1,8
38,9
Slovenija
Švedska
39,2 22,8 17,9 19,3
30,0 25,2 18,4 23,9
0,8
2,5
39,2
30,0
Mednarodno povprečje
36,2
3,5
36,2
24,2
20,9
Manjkajoči Pravilni
15,2
Besedilo naloge
Naloga je zahtevna, dijaki morajo biti vešči obravnavanja vzporedne in zaporedne vezave, presojati, kako se
pri posamezni vezavi delijo napetosti in kako se spremeni upor vezja, če mu dodamo še en upornik. Že sama
skica vezja je nekoliko zapletena, kar je morda koga zbegalo.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Razpršenost odgovorov kaže, da večina dijakov ni odgovarjala na podlagi analize vezja, temveč ugibala.
Mogoče jih je k temu napeljala skica, ki je obsežnejša, kot so jih navajeni, in se je zdel problem težji, kot je v
resnici. Pravilno je nalogo rešilo 39,2 odstotka dijakov. Naloga zahteva več zaporednih korakov. Vrednosti
toka pred spremembo in po njej bi bilo mogoče tudi izračunati, kar pa vzame precej časa.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Po utrjevanju znanja iz vzporedne in zaporedne vezave, Ohmovem zakonu in vezavi merilnih instrumentov
lahko z omenjeno nalogo resnično preverimo razumevanje.
Naloga od dijakov zahteva, da presodijo, kako se spremeni določena količina, ki opisuje sistem, če spremenimo
eno lastnost sistema. Naloge takega tipa predstavljajo nekoliko višjo kognitivno raven in vodijo k boljšemu
razumevanju fizikalnih pojavov, zato so gotovo zelo dobrodošle.
22
TIMSS za maturante
Vrste sevanja v spektru elektromagnetnega valovanja: nihanje in valovanje (PA13021 - P3_01)
V spektru elektromagnetnega valovanja je več vrst sevanja.
PA13021
V katerem odgovoru so različne oblike elektromagnetnega valovanja naštete po
naraščajoči valovni dolžini?
a
žarki γ, rentgenski žarki, vidna svetloba, radijski valovi
b
rentgenski žarki, radijski valovi, vidna svetloba, žarki γ
c
radijski valovi, žarki γ, vidna svetloba, rentgenski žarki
d
žarki γ, rentgenski žarki, radijski valovi, vidna svetloba
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem (nihanje in valovanje)
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 17.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A*
B
C
D
Armenija
Iran
37,5
69,0
17,3
4,8
21,5
10,7
17,2
10,9
6,5
4,7
37,5
69,0
Italija
43,1
10,0
19,1
20,1
7,7
43,1
Libanon
39,6
18,7
18,8
18,7
4,2
39,6
Nizozemska
51,5
11,3
10,5
26,1
0,6
51,5
Norveška
56,4
9,2
12,7
21,1
0,6
56,4
Rusija
57,6
10,5
12,9
17,2
1,8
57,6
Slovenija
Švedska
50,1 11,5 13,9 23,8
46,6 11,3 15,4 25,1
0,6
1,6
50,1
46,6
Mednarodno povprečje
50,1
3,1
50,1
TIMSS za maturante
11,6
15,1
20,0
Manjkajoči Pravilni
23
Besedilo naloge
Naloga spada med osnovne naloge v sklopu elektromagnetnega valovanja. Zahteva le poznavanje osnovnih
vrst elektromagnetnega valovanja in njihovo razvrstitev po valovnih dolžinah. Torej zahteva pomnjenje in
ne kakšnega posebnega sklepanja.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Glede na to, da gre pri nalogi le za razvrstitev elektromagnetnih valovanj po valovnih dolžinah, bi lahko
pričakovali več pravilnih odgovorov. Za rešitev naloge bi zadostovalo že, če bi dijaki vedeli, da je med
naštetimi vrstami valovanj valovna dolžina radijskih valov največja. Očitno se torej zdi, da je dijakom ta
snov manj priljubljena, ni domača in se je zato tudi ne učijo.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Znanje, zahtevano pri nalogi, se preverja tudi v maturitetnih preizkusih, zato je vredno nalogo uporabiti pri
preverjanju znanja.
24
TIMSS za maturante
Končna temperatura sistema: toplota in temperatura (PA13022 - P3_02)
100 g vode s temperaturo 90 ºC nalijemo v aluminijasto škatlo s temperaturo
20 ºC. Masa škatle je 50 g.
Kolikšna je končna temperatura tega sistema? Predpostavite, da ni nobene
izmenjave toplote z okolico. Napišite ves potek reševanja.
PA13022
Specifična toplota vode je 4,2 kJ/(kg K).
Specifična toplota aluminija je 0,92 kJ/(kg K).
Vsebinsko področje: toplota in temperatura
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 10.5
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
25
Dosežek
Opomba: upoštevajo se smiselno zaokroženi odgovori.
Koda
Pravilen odgovor
T = 83 oC
20
Toplota, ki jo voda odda = toploti, ki jo aluminijasta škatla sprejme. Prikazan
mora biti potek reševanja.
Primer:
c1 m1 ΔT1 = c2 m2 ΔT2
(0,1 kg) × (4200 J/kgK) × (90 oC – T) = (0,05 kg) × (920 J/kgK) × (T – 20 oC)
T = 83 oC
Delno pravilen odgovor
Pravilen potek reševanja, toda računska napaka in/ali napačna enota ali brez
enote.
Pravilen potek reševanja, a brez izračunane vrednosti za temperaturo.
Drugi delno pravilni odgovori.
Napačen odgovor
Izračunana je oddana ali prejeta toplota, drugo manjka ali pa je narobe
izračunano.
10
11
19
70
Primer:
Q(oddana) = 4,2 × 0,1 × 70 kJ = 29,4 kJ
T = 83 oC, toda brez poteka reševanja.
Drugi napačni odgovori (tudi prečrtani, zradirani, nečitljivi ali neustrezno
označeni).
Brez odgovora
Prazno.
71
79
99
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
20
10
11
19
70
71
79
99
Armenija
Iran
31,9
11,2
1,7 0,2 0,2 1,0 7,2
21,3 2,3 2,2 24,4 0,4
17,6
20,3
31,9
11,2
Italija
10,6
3,4
0,6 0,9
7,5
0,2
25,5
10,6
Libanon
2,1
1,7
1,9 0,1
1,9
0,1
36,1
2,1
Nizozemska
26,4
9,8
0,8 1,8 25,7 0,8
29,4
26,4
Norveška
7,5
4,8
1,1 0,1 24,1 0,2
23,0
7,5
Rusija
26,9
4,6
1,8 1,0 18,0 1,0
17,4
26,9
Slovenija
Švedska
18,9
7,5
9,8
5,0
2,3 0,4
0,1 0,0
Mednarodno povprečje
15,9
6,9
1,2 0,7 12,4 1,2
26
4,2
5,0
0,3 57,3 18,9
0,2 52,8 7,5
31,0
15,9
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
Klasična naloga s področja kalorimetrije. Glede fizikalnega razmisleka naloga ni preveč težka. Reševanje pa
ni tako zelo preprosto, razen če poznamo vmesno formulo, ki jo v literaturi najdemo kot recept za tovrstno
računanje, česar pa pri testu ni bilo pričakovati. Zmesna temperatura se kot neznanka pojavi na levi in desni
strani enačbe, s čimer ima precej dijakov težave. Vprašljivo je, ali meri taka naloga sposobnost uporabe
fizikalnega koncepta prenosa toplote ali sposobnost reševanja enačb.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Nalogo so dijaki reševali slabo, saj jih je pravilno odgovorilo le 18,9 odstotka. Preveč dijakov ima težave z
reševanjem enačb, čemur gre pripisati velik del nepravilnih odgovorov.
Reševanja naloge se je lotilo na fizikalno smiseln način 12,1 odstotka dijakov, 57,3 odstotka dijakov pa
ni zapisalo niti, da je toplota, ki jo odda voda, enaka prejeti toploti škatle, kar je zelo osnovna ugotovitev.
Dijake je treba bolj spodbujati k temu, da korak za korakom rešijo nalogo in tudi smiselno zapišejo vmesne
ugotovitve (pr. Q1 = Q2), namesto da si poskušajo zapomniti le nekaj receptov za reševanje.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna za utrjevanje znanja iz kalorimetrije in kot priprava na maturo. Manj primerna je za
preverjanje, saj bolj od preverjanja razumevanja fizike preverja sposobnost reševanja matematičnih enačb.
TIMSS za maturante
27
Valovna dolžina v globoki vodi: mehanika (PA13023 - P3_03)
Hitrost valov na vodni površini je 0,32 ms-1 v globoki vodi in 0,20 ms-1 v plitki
vodi.
PA13023
Če je valovna dolžina v globoki vodi 0,016 m, kolikšna je potem v plitki vodi?
Vsebinsko področje: mehanika (nihanje in valovanje)
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 16.4 in 16.7
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
28
TIMSS za maturante
Dosežek
Opomba: upoštevajo se smiselno zaokroženi odgovori in/ali odgovori brez enote.
Koda
10
Odgovor
Pravilen odgovor
λ = 0,010 m. Osnova računa je frekvenca, ki se pri prehodu ne spremeni:
˜
ߥൌ ߣ
Primera:
1.) Frekvenca na obeh globinah je enaka.
ν = v/λ= (0,32 / 0,016) Hz = 20 Hz
λ = (0,20 / 20) m = 0,010 m
Y
O
2.) O Y
λ = (0,20 / 0,32) × 0,016 m = 0,010 m
2
70
71
Napačen odgovor
Pravilen potek reševanja (enačba), toda računska napaka.
λ = 0,010 m, a brez poteka reševanja
72
Opomba: brez enote sta sprejemljivi samo vrednosti 0,01 ali 0,010 (npr. 1,0 brez
enote spada pod kodo 79).
λ = 0,026 m (uporabljeno napačno razmerje hitrosti)
Primer:
79
99
λ = (0,32 / 0,20) × 0,016 m = 0,026 m
Drugi napačni odgovori (tudi prečrtani, zradirani, nečitljivi ali neustrezno
označeni).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
29
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
70
71
72
79
99
Armenija
Iran
44,4
49,0
0,6
7,8
1,9
7,7
9,6
2,7
7,0
9,1
36,7
23,7
Italija
32,1
1,7
4,4
5,5
11,6
44,7
Libanon
46,5
8,3
8,9
3,6
20,1
12,6
Nizozemska
75,2
3,3
12,4
2,1
4,5
2,4
Norveška
60,0
5,3
7,2
2,6
12,9
12,0
Rusija
49,6
2,7
7,3
6,9
11,7
21,8
Slovenija
Švedska
62,1 0,9 14,0 1,6 12,7 8,7
56,7 4,1 6,4 5,5 14,0 13,4
Mednarodno povprečje
52,8
3,9
7,8
4,4
11,5
19,6
Besedilo naloge
Besedilo naloge je jasno. Naloga preverja poznavanje in uporabo dejstva, da se pri lomu valovanja frekvenca
ne spremeni, ter uporabo zveze med hitrostjo valovanja, valovno dolžino in frekvenco.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Slabi dve tretjini sta nalogo rešilo pravilno. Kar 14,0 odstotkov dijakov je izračunalo valovno dolžino iz
napačnega razmerja hitrosti, kar kaže, da so napačno zapisali zvezo med hitrostjo valovanja in valovno
dolžino, ali na računske težave.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pri obravnavanju valovanja na vodni gladini lahko nalogo uporabimo že za to, da dijake podučimo o dejstvu,
da ima valovanje na vodni gladini različno hitrost v globoki vodi kot v plitki vodi.
30
TIMSS za maturante
PA13024
Električna poljska jakost v prostoru med dvema ploščama: elektrika in magnetizem
(PA13024 - P3_04)
Majhna nabita plastična penasta žogica miruje v električnem polju med dvema
vodoravnima nasprotno nabitima ploščama.
Če je naboj na žogici 5,7 µC in je masa žogice 1,4 • 10-4 kg, kolikšna je električna
poljska jakost v prostoru med ploščama? Napišite ves potek reševanja.
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 3.5 in 11.4
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
Dosežek
Opomba: Upoštevajo se smiselno zaokroženi odgovori.
Koda Odgovor
Pravilen odgovor
20
E = 240 N/C ali 240 V/m. Velja ravnovesje sil : mg = eE (ali (
PJ
in iz tega (
.
H
10
19
70
)
in F = mg),
H
Delno pravilen odgovor
Potek kot pri kodi 20, vendar računska napaka in/ali napačne enote ali brez
enot.
Drugi delno pravilni odgovori.
Napačen odgovor
)
, vendar brez nadaljnjega poteka ali z napačnim
H
potekom (kakršnim koli razen Coulombovega zakona).
Sicer zapisana enačba (
71
Uporaba Coulombovega zakona ( )
72
79
99
N
HH
).
U
E = 240 N/C ali 240 V/m. Brez poteka reševanja.
Drugi napačni odgovori (tudi prečrtani, zradirani, nečitljivi ali neustrezno
označeni).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
31
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
20
10
Armenija
Iran
24,6
10,9
3,1
22,3
Italija
12,5
Libanon
79
99
0,0 11,9 0,1 0,0
1,5 8,4 0,9 0,2
5,4
23,8
54,8
31,9
10,0
1,2
8,3
1,1 0,0
16,1
51,0
3,2
4,0
0,2
0,9
0,0 0,0
34,8
57,0
Nizozemska
19,4
17,9
1,5
5,0
0,4 0,0
34,9
20,8
Norveška
16,8
22,4
0,9
8,3
0,4 0,0
21,4
29,9
Rusija
29,9
15,4
0,1
3,3
1,6 0,1
13,8
35,9
Slovenija
Švedska
23,9 15,7 0,0
12,7 15,0 0,1
9,7
1,6
1,1 0,2 24,9 24,6
1,0 0,0 32,9 36,7
Mednarodno povprečje
17,1
6,4
0,7 0,1
14,0
19
0,6
70
71
72
23,1
38,1
Besedilo naloge
Zanimiva, ne prezahtevna naloga, ki pa se navadno ne uporablja pri utrjevanju sil na električno nabito telo
v električnem polju. Tudi pri maturi se naloga v podobni obliki ni velikokratkrat pojavila. Naloga zahteva
znanje ravnovesja sil (prvi Newtonov zakon) in sile v električnem polju. Kljub svoji enostavnosti je zaradi
kombinacije znanj z različnih področji naloga nekoliko zahtevnejša. V besedilu je za enoto naboja uporabljen
C in ni nujno, da so učitelji dijake v šoli seznanili s to enoto. Pogosteje v šoli uporabljamo enoto As.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Zaradi enostavnosti naloge bi lahko pričakovali boljše rezultate. Dobra polovica dijakov naloge ni pravilno
rešila. Napake bi lahko pripisali prav kombinaciji mehanike in elektrike. 20 odstotkov delno pravilnih
odgovorov pomeni najverjetneje računske težave ali težave pri pretvarjanju v osnovne enote.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo je smiselno uporabiti pri utrjevanju snovi zato, da dijaki izgubijo »strah« pred nalogami, ki
kombinirajo različne snovi. Večina realnih primerov zahteva namreč znanje z različnih področij.
Kar četrtina dijakov ni napisala nič smiselnega. Preseneča, da toliko dijakov ni narisalo niti skice oziroma
zapisalo ravnovesja električne in gravitacijske sile. Morda jih premalo dosledno navajamo, da rešujejo nalogo
sistematično po korakih od skice prek zapisa najosnovnejših zakonitosti proti končnemu rezultatu.
32
TIMSS za maturante
Fotoefekt pri treh različnih kovinah: atomska in jedrska fizika (PA13025 - P3_05)
V tabeli so zbrani podatki za izstopno delo Ai pri fotoefektu za tri različne
kovine.
Kovina
Ai
Ca
4,60 . 10-19 J
Li
4,65 . 10-19 J
Zn
4,94 . 10-19 J
PA13025
Iz katere od teh treh kovin bo svetloba z valovno dolžino 400 nm izbijala
elektrone? Pojasnite svoj odgovor.
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 18.3
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
33
Dosežek
Opomba: upoštevajo se smiselno zaokroženi odgovori.
Koda Odgovor
Pravilen odgovor
20
Svetloba bo izbijala elektrone iz kalcija (Ca) in litija (Li), ne pa iz cinka (Zn).
Potek reševanja: energijo fotona primerjamo z izstopnim delom (Ai) za vsako
izmed treh snovi.
Ali: iz Einsteinove enačbe za fotoefekt izračunamo negativno kinetično energijo
elektronov za cink. Prikazan mora biti potek reševanja.
Primer:
Einsteinova enačba:
hν= Ai + Wk
do fotoefekta pride, če je
V danem primeru je
KF
O
KF
O
! $L = 5,0 x 10-19 J, kar je manj kot izstopno delo za cink, toda
več kot izstopno delo za kalcij in litij.
Svetloba bo izbijala elektrone iz kalcija (Ca) in litija (Li), ne pa iz cinka (Zn).
21
Potek reševanja: frekvenco (ali valovno dolžino) svetlobe primerjamo z mejno
frekvenco (oz. mejno valovno dolžino) za dano snov. Prikazan mora biti potek
reševanja.
Delno pravilen odgovor
Pravilen potek reševanja, toda računska napaka.
10
11
KQ
12
KF
O
= 5,0 x 10-19 J pravilno izračunano, ni pa zaključka ali pa je ta napačen.
Pravilno sklepanje, toda napačen zaključek.
Primer:
Svetloba bo izbila elektrone iz vseh treh snovi, ker imajo fotoni svetlobe z λ = 400
nm večjo energijo, kot je izstopno delo vsake od snovi.
Drugi delno pravilni odgovori.
Napačen odgovor
Svetloba bo izbila elektrone iz kalcija, ker ima najmanjše izstopno delo.
Svetloba bo izbila elektrone iz kalcija in litija, iz cinka pa ne (lahko tudi samo
ena izmed obeh trditev). Ni poteka reševanja.
Drugi napačni odgovori (tudi prečrtani, zradirani, nečitljivi ali neustrezno
označeni).
Brez odgovora
Prazno.
19
70
71
79
99
34
TIMSS za maturante
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
20
21
10
11
12
19
70
71
79
99
Armenija
Iran
16,3
6,5
0,9 2,1
0,5 1,3
2,3
4,8
0,0 0,8
2,2 5,1
0,0
5,8
0,0
1,0
16,7
26,7
60,9
46,2
Italija
2,9
0,6 0,1
1,0
0,2 0,3
0,3
1,2
12,7
80,6
Libanon
20,7
0,2 1,2
8,5
9,2 6,0 11,7 0,0
19,6
22,7
Nizozemska
24,9
0,9 2,5
7,2
1,9 3,5
4,9
1,0
37,6
15,8
Norveška
10,9
0,5 0,5
4,3
1,1 0,5
1,7
2,8
29,9
48,0
Rusija
16,3
1,6 0,9
9,5
3,1 1,4
1,8
1,4
23,7
40,1
Slovenija
Švedska
18,3 0,7 0,2 12,1 0,5 0,2
14,1 0,9 0,8 3,0 0,6 1,3
4,7
1,3
0,0 37,7 25,7
4,1 33,5 40,3
Mednarodno povprečje
14,6
3,6
1,3
0,7 1,1
5,9
2,1 2,1
26,5
42,3
Besedilo naloge
Naloga zahteva dve osnovni znanji, in sicer poznavanje pogoja za fotoefekt in poznavanje enačbe za energijo
fotona. Besedilo je morda nekoliko zavajajoče, ker dijaki verjetno pričakujejo, da je kot odgovor lahko
pravilna le ena kovina.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Nalogo je pravilno rešilo le 19 odstotkov dijakov. Zelo velik odstotek nepravilnih odgovorov bi lahko
pomenil, da večina profesorjev moderno fiziko obravnava tik pred maturo. Vsekakor je res, da za moderno
fiziko navadno zmanjkuje časa za podrobnejšo obravnavo ter je še nekoliko bolj abstraktna. Torej dijaki
znajo take naloge, kakršne so reševali v šoli (se naučijo postopek).
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Koncepte osnovnih pojavov moderne fizike (kar fotoefekt je) bi morali dijaki, ki bodo opravljali maturo iz
fizike, razumeti. Naloga je primerna za utrjevanje oziroma preverjanje razumevanja fotoefekta.
TIMSS za maturante
35
Obhodni čas delca v homogenem magnetnem polju: elektrika in magnetizem (PA13026 - P3_06)
Delec z nabojem e in maso m se giblje s hitrostjo v v homogenem magnetnem
polju B v smeri pravokotno na smer polja. Delec kroži.
PA13026
Pokažite, da obhodni čas t0 delca ni odvisen od hitrosti v. Napišite ves potek
reševanja.
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 4.3 in 13.13
Kategorije znanja: izbirne vsebine
Ocena zahtevnosti: težka
36
TIMSS za maturante
Dosežek
Opomba: upoštevajo se smiselno zaokroženi odgovori.
Koda Odgovor
Pravilen odgovor
10
Odgovor temelji na 2. Newtonovem zakonu in vsebuje izraz W
Primer:
HY%
W
19
70
PY
, hitrost
pa je Y
U
SP
.
H%
SU
. Iz tega dobimo
W
SP
, kar je neodvisno od hitrosti v.
H%
Drugi pravilni odgovori.
Napačen odgovor
Pravilno sklepanje, toda napačen rezultat za t0. Zapisana trditev, da je t0
neodvisen od hitrosti. Ena izmed enačb nekoliko napačna ali vsebuje računsko
napako.
Primer:
HY%
71
PS U
in Y
W
SU
W
, kar da W
SP
, kar je neodvisno od hitrosti.
H%
SP , neodvisno od hitrosti. Brez poteka računanja.
H%
Poskus izpeljave, toda končni rezultat vsebuje v ali količine, ki so od nje odvisne
(npr. r).
W
72
Primer:
W
79
PS U
HY%
Drugi napačni odgovori (tudi prečrtani, zradirani, nečitljivi ali neustrezno
označeni).
Primer:
Nepopolno ali napačno sklepanje, toda pravilen izraz HY%
99
PY §¨ PS U
DOL
U ¨©
W
·
¸
¸
¹
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
37
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
19
70
71
72
79
99
Armenija
Iran
27,7 0,0 7,9
4,0 0,3 0,0
1,1
2,5
1,6
0,9
6,8
39,6
54,9
52,8
Italija
11,7 1,0 0,7
1,7
0,3
22,2
62,5
Libanon
0,2
0,0 0,4
0,0
0,3
30,9
68,2
Nizozemska
3,8
0,3 0,1
6,1
1,8
61,0
26,9
Norveška
10,1 0,3 0,0 20,8 0,3
35,3
33,2
Rusija
21,1 0,4 1,6
2,0
2,1
22,1
50,7
Slovenija
Švedska
5,6
1,9
0,0 0,0
0,1 0,3
5,4
3,5
2,0 53,0 34,0
0,8 45,1 48,2
Mednarodno povprečje
9,6
0,3 1,2
4,8
1,1
35,1
47,9
Besedilo naloge
Zelo zahtevna naloga, saj se dijaki v šoli z izpeljavami ne srečujejo več samostojno (profesorji nekatere
izpeljave opravimo sami, konkretnega dokaza v nalogi pa praviloma ne). Dijaki morajo poznati zakonitosti
kroženja, definicijo obodne hitrosti, poznati morajo silo na električno nabit delec v magnetnem polju ter
morajo vedeti, da je to kar rezultanta vseh sil (radialna sila). Precej učiteljev izpelje odvisnost polmera
PY
krožnice, po kateri se giblje naelektren delec. Za dokončanje naloge je treba le še ta polmer U
H%
U
S
in dobimo dokaz naloge.
vstaviti v enačbo za obhodni čas W Y
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Dijaki danes samostojno ne izpeljujejo dokazov, zato je zelo nizek odstotek pravilnih odgovorov pričakovan.
Naši maturanti se s tovrstnimi nalogami tudi praviloma ne srečujejo.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pomembno je, da naučimo dijake sklepanja in osnovnih povezav ter izpeljav. Omenjeno nalogo lahko damo
kot dodatno nalogo in za izziv naravoslovno uspešnejšim dijakom (paziti je namreč treba, da na račun takih
nalog slabši dijaki ne dobijo preveč odpora do naravoslovja).
38
TIMSS za maturante
Izračun vrednosti težnega pospeška (g): mehanika (PA13027A - P3_07)
Pri nekem poskusu smo merili gravitacijski pospešek g tako, da smo merili čas
t(s) padanja kovinske kroglice z različnih višin h(m). Graf kaže vrednosti h v
odvisnosti od t2.
h (m)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,02
0,06
0,10
0,14
t2 (s2)
PA13027
Uporabite podatke, ki so zbrani v grafu, in izračunajte vrednost g ter ocenite
nezanesljivost (napako meritve) tako dobljenega g. Napišite ves potek reševanja.
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 1.7 in 2.3
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
39
Dosežek
Opomba: v tej nalogi sta dve potrebni spremenljivki: ena za izračun g, druga za oceno nezanesljivosti
podane meritve (eksperimentalna napaka). Kodirna shema vsebuje dva pristopa za izračun vrednosti g, ki
temeljita na formuli za prosti pad (h = ½ gt2):
L grafično določi premico, ki se najbolje prilega grafu, ali
LL izračuna vrednost g v eni ali več točkah grafa.
Kot pravilne se štejejo tudi odgovori z napačnimi enotami ali brez enot.
Koda Odgovor
Pravilen odgovor
10
g = 10 m/s2 (od 9 do 11 m/s2), na podlagi prilegajoče se premice (povprečje
premic, ki prikazujeta maksimum in minimum) in g = 2h/t2 .
11
g = 10 m/s2 (od 9 do 11 m/s2), na podlagi ene izračunane vrednosti oz.
povprečja več izračunanih vrednosti g = 2h/t2. Brez nedvoumne uporabe grafa.
19
Drugi pravilni odgovori.
Napačen odgovor
70
g = 5 m/s2 (od 4,5 do 5,5 m/s2), na podlagi prilegajoče se premice in napačne
formule: g = h/t2.
71
g = 5 m/s2 (od 4,5 do 5,5 m/s2), na podlagi ene izračunane vrednosti oz.
povprečja več izračunanih vrednosti in napačne formule g = h/t2.
72
Na grafu je narisana premica in/ali formula za g. Brez vrednosti za g.
79
Drugi napačni odgovori (tudi prečrtani, zradirani, nečitljivi ali neustrezno
označeni).
Brez odgovora
99
Prazno.
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
11
19
70
71
72
79
99
Armenija
Iran
9,0
0,8
0,2
23,2
1,1
1,0
1,0
1,6
0,1
7,4
0,0
2,1
17,9
18,6
70,6
45,2
Italija
0,1
9,6
0,4
0,3
8,4
2,1
11,4
67,7
Libanon
4,4
2,8
1,7 10,1
9,2
0,7
34,8
36,4
Nizozemska
11,3
24,9
0,4 10,1
20,3
2,2
22,5
8,4
Norveška
3,3
16,3
1,3
3,6
21,7
2,5
22,4
28,8
Rusija
1,8
32,5
0,0
0,6
5,2
0,6
12,9
46,4
Slovenija
Švedska
1,2
2,6
34,7 0,0
11,3 0,2
0,9
6,7
31,4 0,2 21,3 10,3
11,6 3,3 25,9 38,5
Mednarodno povprečje
3,8
17,3
3,9
12,8
40
0,7
1,5
20,9
39,1
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
Naloga ima dva dela: izračun težnega pospeška in ocenitev nezanesljivosti podane meritve. Eden izmed
ciljev, opredeljenih v maturitetnem katalogu, je, da dijaki obvladajo naslednji način obravnave linearnih
zvez: narišeš najbolje prilegajočo se premico, določiš dve točki in izračunaš smerni koeficient premice. Iz
J fizikalne zveze med količinama na oseh (v tem primeru K
˜ W ) naj bi ugotovili zvezo med smernim
koeficientom ter iskano količino.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Ker je to klasična naloga iz merjenja, bi moral biti odstotek pravilno rešenih nalog še precej večji. Vsako leto
naj bi dijaki opravili 10 eksperimentalnih vaj in osvojili fizikalni pomen smernega koeficienta lineariziranega
grafa. Iz analize odgovorov sledi, da so dijaki g računali za vsako meritev posebej in nato izračunali
povprečje, le dobrih 1,2 odstotka dijakov je g računalo iz naklona najustreznejše premice skozi točke na
grafu. 31,4 odstotka dijakov je računalo g za vsako točko posebej po napačnem postopku tako, da so dobili
rezultat približno 5 m/s2, kar kaže na to, da so uporabili za zvezo med potjo in časom h = vt, kot da bi šlo
za enakomerno gibanje, za v pa so uporabili končno hitrost. Četrtina dijakov naloge ni reševala smiselno.
Rezultat je za skupino dijakov dva meseca pred maturo nenavadno slab.
Napako podane serije meritev je večina dijakov določila tako, da so za vsako meritev izračunali težni
pospešek in so nato napako meritve določili kot odstopanje od povprečja izračunanih težnih pospeškov.
Le peščica (0,6 odstotka) dijakov je določila napako tako, da so narisali skozi točke na grafu premico z
največjim in najmanjšim naklonom in so iz razlike naklonov določili nenatančnost težnega pospeška. Nekaj
(21,1 odstotka) dijakov je napako meritve napačno določilo kot razliko med težnim pospeškom, ki so ga
izračunali na podlagi meritev in tistim, ki ga navaja literatura, kar je tudi pogosta napaka. Ta del naloge je bil
mednarodno izvzet iz ocenjevanja, zato zanj rezultatov za druge države nimamo. Toda nalogo smo pustili
tako, kot je bila prvotno zastavljena.
Pri nalogi gre za abstraktne povezave, zato je alarm v smeri vztrajanja na razumevanju in pravilnem
interpretiranju grafov zelo upravičen.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pri nalogi se obravnava ena izmed temeljnih zahtev, za katero lahko pričakujemo, da bi morala dijakom
ostati kot trajnejše znanje. Čeprav sta potrebna abstraktna analiza in matematično primerjanje, pa lahko
to dijaku v treh letih prikažemo na številnih med seboj zelo različnih primerih. Eksperimentalne naloge so
najprimernejše za utrjevanje tovrstnega znanja. Splača se biti vztrajen vsa leta.
TIMSS za maturante
41
Temperaturno ravnovesje in prevajanje toplote: toplota in temperatura (PA23050 - P6_01)
Lesena miza s kovinskimi nogami stoji v sobi s temperaturo 20 °C.
Katera trditev pojasni, zakaj čutimo, da so kovinske noge hladnejše od lesenega
dela mize?
a
Toplotna kapaciteta kovinskih nog je manjša od toplotne kapacitete
lesenega dela mize.
b
c
d
Kovina ima nižjo temperaturo od lesenega dela mize.
Kovina bolje prevaja toploto kot les.
PA23050
Molekule v kovini se gibljejo hitreje od molekul v lesu.
Vsebinsko področje: toplota in temperatura
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 10.8
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
Armenija
Iran
13,1
28,1
16,8
6,8
60,4
52,4
8,7
11,6
1,0
1,1
60,4
52,4
Italija
47,8
6,1
39,6
2,7
3,8
39,6
Libanon
25,2
16,3
39,9
13,2
5,3
39,9
Nizozemska
29,5
5,7
64,0
0,8
0,0
64,0
Norveška
45,3
5,6
41,6
6,8
0,7
41,6
Rusija
47,2
10,4
40,0
2,4
0,1
40,0
Slovenija
Švedska
32,4
37,0
9,8
5,0
54,2
51,5
2,1
6,3
1,5
0,2
54,2
51,5
Mednarodno povprečje
33,9
9,2
49,3
6,1
1,5
49,3
42
Manjkajoči Pravilni
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
Naloga predstavlja dober primer vključevanja kvalitativnih vprašanj. Ko takšno vprašanje prvič srečaš, o
njem precej razmišljaš. Ko pa dobiš povratno informacijo, si ga tudi zapomniš. V šoli vsi obravnavamo
prevajanje toplote, ni pa nujno, da so vsi dijaki že slišali za omenjeni primer.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Glede na to, da učitelji to nalogo večkrat podajamo kot zgledni primer temperaturnega ravnovesja in
prevajanja toplote, so verjetno vsi dijaki, ki so zgled že srečali v šoli, odgovorili pravilno. 12 odstotkov
dijakov je izbralo odgovor B ali D. Ti se z omenjenim primerom verjetno niso srečali ali pa so ga preslišali.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Prikaz varljive zaznave temperature različnih materialov (les, kovina, stiropor) je odlična uvodna motivacija
za razlago toplotne prevodnosti snovi. Veliko dijakov povezavo pozna. Pri obravnavi te snovi je treba
poudariti, da človeška koža ni zanesljiv merilnik temperature, ampak nam sporoča, kako hitro toplota
prehaja na kožo ali s kože. Vredno je narediti eksperimentalni preizkus.
TIMSS za maturante
43
Pojav tople grede: toplota in temperatura (PA23056 - P6_02)
Katera od spodnjih trditev NAJBOLJE opisuje pojav tople grede?
Zemlja se segreva, ker ozonske luknje prepuščajo več sončnega sevanja, ki
doseže Zemljino površje.
b
Žarki s sonca prodirajo skozi atmosfero in segrevajo Zemljino površje.
Nekaj toplotnega sevanja površja Zemlje določeni plini v atmosferi
absorbirajo in zadržijo.
c
Izpust plinov, kot je npr. CO2, v atmosfero ima za posledico porast
temperature na Zemlji.
d
Sončna svetloba povzroči nihanje molekul v atmosferi, zato se ta segreva.
PA23056
a
Vsebinsko področje: toplota in temperatura
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 10.7
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B*
C
D
Armenija
Iran
20,2
6,3
52,5
71,0
16,7
20,1
8,6
0,9
2,0
1,6
52,5
71,0
Italija
17,1
73,6
8,8
0,0
0,5
73,6
Libanon
22,3
35,3
33,2
5,3
4,0
35,3
Nizozemska
4,3
88,1
7,6
0,0
0,0
88,1
Norveška
7,2
82,0
10,1
0,7
0,0
82,0
Rusija
22,0
49,5
26,2
2,0
0,4
49,5
Slovenija
Švedska
12,9 67,9 18,5 0,4
10,7 79,8 9,2 0,1
0,4
0,2
67,9
79,8
Mednarodno povprečje
13,7
1,0
66,6
44
66,6
16,7
2,0
Manjkajoči Pravilni
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
Pojav tople grede ni snov učnega načrta za fiziko. Zaradi aktualnosti tematike pa jo dijaki srečajo že prek
javnih medijev ter kot aktualno snov pri pouku, lahko pri fiziki, kemiji ali geografiji.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Slabih 68 odstotkov pravilnih odgovorov ni nujno posledica natančne obravnave snovi v šoli, temveč
mogoče aktualnosti teme in s tem splošne razgledanosti. Zanimiva je frekvenca napačnih odgovorov: na
drugem mestu (18,5 odstotka) je pričakovano nekoliko nenatančen odgovor C, malo manj pogost (12,9
odstotka) je odgovor A, ki pojav tople grede povezuje z ozonsko luknjo. Le 0,4 odstotka dijakov se je odločilo
za odgovor D, ki razlaga segrevanje ozračja z nihanjem molekul zraka, ki ga povzroča svetloba Sonca, kar
je pravzaprav bolj smiseln odgovor kot odgovor A. Primerjava frekvence zadnjih dveh odgovorov nam
kaže, kako pogosto se dijaki za odgovor ne odločajo na podlagi razumevanja pojavov, ampak pogosto zelo
površno, bolj z ugibanjem, na podlagi precej intuitivne presoje, kateri odgovor jim »zveni« pravilno, ker so
podobno formulacijo že večkrat slišali.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Zdi se, da je v grobem pojav tople grede razumljiv, gotovo pa se ga natančneje ne obravnava. Lahko bi ga
obravnavati v okviru kakšnega projektnega dne, kjer bi lahko naravoslovci in družboslovci združili moči in
pogledali na pojav skupaj z dijaki in iz različnih zornih kotov.
TIMSS za maturante
45
Elektromagnetno sevanje na Zemlji: nihanje in valovanje (PA23142 - P6_03)
Satelit meri temperature predelov na Zemlji. Kateri del elektromagnetnega
sevanja morajo zaznavati senzorji?
radijske valove
infrardečo svetlobo
vidno svetlobo
ultravijolično svetlobo
PA23142
a
b
c
d
Vsebinsko področje: toplota in temperatura (nihanje in valovanje)
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 17.2 in 21.9
Kategorije znanja: izbirna vsebina
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B*
C
D
Armenija
Iran
32,7
19,6
36,5
36,9
12,8
14,1
16,8
23,6
1,2
5,8
36,5
36,9
Italija
16,3
48,0
7,8
24,8
3,1
48,0
Libanon
26,4
22,9
19,8
27,3
3,7
22,9
Nizozemska
2,2
84,3
1,3
12,2
0,0
84,3
Norveška
7,2
60,1
5,0
27,5
0,2
60,1
Rusija
18,0
58,9
2,0
20,8
0,3
58,9
Slovenija
Švedska
5,2
9,7
57,0
55,7
6,0
4,9
31,5
29,5
0,4
0,2
57,0
55,7
Mednarodno povprečje
15,2
51,1
8,2
23,8
1,7
51,1
46
Manjkajoči Pravilni
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
Osnovno vprašanje, ki se nanaša na poznavanje elektromagnetnega valovanja in Wienovega zakona. Za
maturante fizike bi moralo biti to vprašanje preprosto.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Dijaki pogosto zamenjujejo infrardečo in ultravijolično svetlobo, kar kažejo tudi frekvence odgovorov
te naloge: 57 odstotkov dijakov se je pravilno odločilo za infrardečo, 31,5 odstotka pa za ultravijolično;
pogostost drugih dveh odgovorov je bistveno manjša (približno 5 odstotkov za posamezen odgovor).
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo je smiselno uporabiti pri utrjevanju znanja iz elektromagnetnega valovanja ali pa pri obravnavi
različnih vrst termometrov (infrardeči termometri).
TIMSS za maturante
47
Maksimalen skrček vzmeti: mehanika (PA23072 - P6_04)
Klada z maso 2,0 kg se giblje s hitrostjo 2,5 m/s po vodoravni podlagi proti
idealni vzmeti s koeficientom vzmeti 800 N/m. Ob trku klade z vzmetjo se kladi
zmanjša hitrost, vzmet pa se skrči. Kolikšen bo maksimalni skrček vzmeti?
(Trenje in zračni upor zanemarite.)
PA23072
Zapišite postopek reševanja.
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 7.7
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
Dosežek
Koda Odgovor
Pravilen odgovor
10
Izhaja iz ohranitve mehanske energije: PY
N[ , torej [
Pr P Delno pravilen odgovor
Pravilno sklepanje, toda napaka v računanju in/ali napačne enote ali brez enot.
Napačen odgovor
0,025 m, kar izhaja iz mg = kx.
Pravilen odgovor, toda brez poteka reševanja.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
11
70
71
79
99
48
TIMSS za maturante
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
11
Armenija
Iran
42,8
18,6
2,4
10,6
Italija
22,8
Libanon
79
99
0,0 0,0
3,2 0,0
11,9
57,0
43,0
10,7
7,1
0,3 0,0
26,2
43,6
53,3
15,5
1,2 0,2
19,3
10,4
Nizozemska
70,8
10,2
0,5 0,0
16,8
1,7
Norveška
16,0
3,5
1,2 0,0
52,0
27,4
Rusija
42,4
9,8
0,4 0,1
22,7
24,6
Slovenija
Švedska
52,7 12,0 3,6 0,0 27,6 4,2
25,7 5,5 1,2 0,2 49,9 17,5
Mednarodno povprečje
38,4
8,5
70
71
1,3 0,1
31,5
20,3
Besedilo naloge
Naloga je standardna. Namesto idealna vzmet bi bil bolj smiseln zapis idealno prožna in lahka vzmet. Pri
nalogi gre za spremembo kinetične energije klade v prožnostno energijo vzmeti, tako da je naloga fizikalno
gledano osnovna. Prožnostna energija spada med posebna znanja in ji nekateri mogoče ne namenjajo dovolj
pozornosti.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Dobri dve tretjini dijakov s fizikalnim problemom ni imelo težav, kar je za takšno nalogo pričakovan rezultat,
saj so naloge z energijskimi pretvorbami pogoste. Nekateri dijaki so se naloge lotili na fizikalno smiselno
način, vendar so naredili računsko napako ali pa je bil rezultat z napačno enoto ali brez enote. Čeprav
matematika ni zahtevna, se odstotek rešitev z računsko napako ponavlja pri večini podobnih nalog. Pri
pouku bi morali vztrajati, da dijaki vsako nalogo rešijo do rezultata ter rezultat zapišejo z enoto.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo uporabimo pri utrjevanju razumevanja ohranitve energije in energijskih pretvorb. Naloga je lahko
tudi uvodni zgled v kompleksnejše energijske pretvorbe, na primer: naloga vključuje še potencialno energijo;
izračun skrčka vzmeti pri delni pretvorbi kinetične energije v prožnostno.
TIMSS za maturante
49
Planet Venera se po svojem krožnem tiru giblje hitreje kot Zemlja: mehanika (PA23022 - P6_05)
Planeta Venera in Zemlja krožita okoli sonca po skoraj krožnih tirnicah.
Venerina tirnica je bliže soncu kot Zemljina.
PA23022
S pomočjo drugega Newtonovega zakona in gravitacijskega zakona pokažite, da
se Venera po svojem krožnem tiru giblje hitreje kot Zemlja.
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 4.7
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: težka
Dosežek
Koda Odgovor
Pravilen odgovor
20
Odgovor, ki vsebuje naslednje korake:
1. zapisana oba zakona v matematični obliki: drugi Newtonov zakon F = ma in
gravitacijski zakon )
*0P
U
2. uporabo enačbe za centripetalni pospešek: D
Y
U
*0
ali tej enakovredne ter s to enačbo
U
dokaže, da je hitrost Venere večja od hitrosti Zemlje.
Delno pravilen odgovor
Pravilna koraka 1 in 2, ne pa tudi korak 3.
Napačen odgovor
Pravilen samo prvi korak.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
3. izpeljavo enačbe za hitrost Y
10
70
79
99
50
TIMSS za maturante
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
20
10
70
79
99
Armenija
Iran
29,0
9,1
1,8
9,7
0,9
21,3
14,1
26,9
54,2
33,0
Italija
5,0
4,6
14,6
26,9
48,9
Libanon
3,8
6,9
7,7
36,8
44,9
Nizozemska
5,0
9,2
34,3
40,1
11,4
Norveška
27,6
11,8
8,7
26,4
25,5
20,3
27,4
Rusija
20,2
7,0
25,1
Slovenija
Švedska
10,0
4,2
4,1
5,6
29,8 35,0 21,1
13,4 39,7 37,0
Mednarodno povprečje
12,7
6,7
17,3
29,6
33,7
Besedilo naloge
Dijaki morajo zapisati in uporabiti drugi Newtonov zakon za kroženje in gravitacijski zakon.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Naloga predstavlja cilje na najvišji ravni. Težja je tudi zato, ker je treba izpeljati odvisnost količin, ni pa
podanih nobenih vrednosti (to pomeni težavo tudi zato, ker dijake premalo navajamo na takšen način dela).
Reševanje nalog samo s simboli je za dijake dodatna težava.
Nalogo je pravilno rešilo malo dijakov, kar je pričakovan rezultat. Preseneča, da skoraj polovica dijakov ni
obeh zakonov niti zapisala z enačbo, čeprav naloga sama pove, katera zakona naj uporabijo.
Dijaki v šoli in na maturi rešujejo primere nalog, kjer morajo izračunati hitrost kroženja planetov okoli
Sonca ter obhodni čas ali frekvenco kroženja. Izkušnje kažejo, da se te račune naučijo izvajati, vendar brez
globljega razumevanja vsebine.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga s podobno vsebino se je na maturi že pojavila, le da so dijaki od štirih ponujenih odgovorov morali
izbrati pravilnega. Pri pouku je pri reševanju izbirnih nalog smiselno vztrajati, da dijaki svoje odgovore
fizikalno utemeljijo, s čimer pridobivajo znanja, ki so potrebna za reševanje nalog, pri katerih je treba
dokazovati določene zakonitosti.
Nalogo lahko uporabimo kot dodatno nalogo za naravoslovno nadarjene dijake. Lahko jo rešujejo med
poukom, ko so že naredili lažje primere, lahko pa imajo nalogo za premislek doma in jo nato predstavijo
drugim. Boljši dijaki so sposobni reševanja takih nalog, s predstavitvami pa imajo večje težave.
TIMSS za maturante
51
Sili, ki delujeta na dva delca z različnima nabojema: elektrika in magnetizem (PA23030 - P6_06)
Vzemimo dva delca. Prvi ima naboj e, drugi pa naboj 2e. Katera slika NAJBOLJE
predstavlja sili, ki delujeta na delca?
a
b
c
PA23030
d
e
2e
e
2e
e
2e
e
2e
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 3.7 in 11.1
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B*
C
D
Armenija
Iran
35,6
26,3
36,5
28,7
8,9
31,9
18,4
11,5
0,6
1,5
36,5
28,7
Italija
51,2
15,7
24,1
6,4
2,6
15,7
Libanon
45,1
10,0
28,0
15,7
1,2
10,0
Nizozemska
47,5
16,3
31,9
3,5
0,8
16,3
Norveška
47,8
17,3
26,4
8,1
0,4
17,3
Rusija
39,4
26,0
23,4
10,8
0,4
26,0
Slovenija
Švedska
37,5 20,3 29,7 11,6
37,9 30,0 25,3 5,3
0,8
1,4
20,3
30,0
Mednarodno povprečje
40,9
1,1
22,3
52
22,3
25,5
10,2
Manjkajoči Pravilni
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
Naloga preverja razumevanje tretjega Newtonovega zakona. V besedilu naloge ni navedeno, da gre za
električni sili med delcema, lahko bi šlo za sili na delca v homogenem električnem polju. Nejasnost besedila
je lahko prispevala k slabemu rezultatu.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Preseneča nizek odstotek pravilnih odgovorov. Približno enak odstotek dijakov je obkrožilo napačen odgovor
A ali C. Za odgovor A so se odločili tisti, ki so predpostavljali, da je električna sila sorazmerna z velikostjo
naboja, za kar je lahko kriva nejasnost besedila. Izbira odgovora C pa izhaja iz sklepa, da večji naboj deluje
na drugega z večjo silo in je napačen. Pozabili so na Coulombov zakon, na pravilen odgovor bi jih lahko
usmerila le uporaba tretjega Newtonovega zakona. Dijaki mogoče povezujejo tretji Newtonov zakon le s
silami v mehaniki.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pri pouku moramo dati večji poudarek na razumevanje tretjega Newtonovega zakona. Dijaki ne razumejo,
da sta sili na obe telesi enako veliki, na velikost sil sklepajo samo po posledicah, ki pa niso odvisne le od
velikosti sil. Zato bi morali že v prvem letniku, ko obravnavamo tretji Newtonov zakon, delati primere, ko
nastopajo telesa z različno maso, trdnostjo itn.
Naloga je lahko tudi dobro izhodišče za pogovor o strategiji reševanja. S podatkom o različnih nabojih in s
tremi odgovori, ki se ukvarjajo z različno velikimi silami, je lahko naloga dijake navedla k razmišljanju, da
je tema naloge razmerje velikosti ustreznih sil. Veliko jih verjetno pri tem preskoči razmislek o tem, katere
zakone so pri reševanju sploh uporabili.
TIMSS za maturante
53
Sile treh točkastih nabojev: elektrika in magnetizem (PA23078 - P6_07)
B
A
C
Zgornja slika prikazuje tri točkaste naboje A, B in C. Puščica označuje rezultanto sil,
ki delujejo iz A in B na naboj C.
Nato med seboj zamenjamo naboja A in B. Na spodnjo sliko narišite puščico, ki
predstavlja rezultanto sil iz nabojev A in B na naboj C.
A
C
PA23078
B
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 3.2 in 11.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
54
TIMSS za maturante
Dosežek
Koda
10
Odgovor
Pravilen odgovor
Odgovor, ki ustreza vsem trem spodnjim zahtevam:
ϭ͘ puščica kaže navzdol in proti levi,
Ϯ͘ je bliže navpičnici kot v sliki naloge,
ϯ͘ je daljša kot v sliki naloge.
$
%
&
11
12
Odgovor, ki ustreza samo zahtevama 1 in 3, ne pa tudi zahtevi 2.
Odgovor, ki ustreza zahtevama 1 in 2, ne pa tudi zahtevi 3.
Napačen odgovor
Izpolnjena je samo prva zahteva.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
70
79
99
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
11
12
70
79
99
Armenija
Iran
45,1
3,1
2,0
34,5
7,1
3,3
1,9
30,1
31,1
21,6
12,8
7,4
Italija
2,8
21,3
3,2
30,2
31,6
10,9
Libanon
17,2
12,8
1,5
12,4
45,6
10,5
Nizozemska
15,2
20,4
10,6
23,2
29,1
1,4
Norveška
7,9
32,1
3,9
25,2
28,8
2,1
Rusija
2,5
16,0
3,4
42,2
29,8
6,0
Slovenija
Švedska
18,4 32,8
9,9 37,0
5,4
3,0
11,4 30,6
15,2 32,0
1,4
2,9
Mednarodno povprečje
13,6
4,6
21,3
6,1
TIMSS za maturante
23,2
31,1
55
Besedilo naloge
Naloga je težka, saj je zelo odprtega tipa, česar naši dijaki niso navajeni. Dijaki morajo razmišljati o
predznaku in velikosti naboja ter o razdalji med dvema nabojema in kako to vpliva na silo. Mogoče bi k
lažjemu reševanju naloge prispevala milimetrska mreža v ozadju skice.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Zaradi zahtevnosti naloge je pravilnih odgovorov malo, vendar je dodatna dobra tretjina dijakov razmišljala
v pravi smeri, ni pa bila pozorna prav na vse odvisnosti sile (ker naloga ni imela podanih velikosti nabojev,
so dijaki razmišljali le o smeri). Pri reševanju naloge gre najprej za natančno analizo prvotne slike (razstaviti
silo in primerjati komponenti, nato pa iz razmerja razdalj in Coulombovega zakona sklepati o velikosti
nabojev) ter iz dobljenih rezultatov sklepati o spremenjenem stanju. Verjetno se je večina dijakov ustavila že
pri razstavljanju sile na komponenti.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo lahko uporabimo pri preverjanju celostnega razumevanja vektorske narave električnih sil. Nalogo bi
bilo smiselno zastaviti v korakih, pri čemer bi dijake s pomožnim vprašanjem (opozorilom na razmišljanje
o velikosti naboja) usmerili na pravo pot. Tudi če pravilno odgovorijo, je smiselno, da odgovor podrobno
razložijo, da ni le rezultat naključja (dijak naj dokaže, da je razmišljal o velikosti, smeri sile in o predznaku
naboja). Naloga je primerna za preverjanje razumevanja in za pogovor o sistematičnosti reševanja. Tak tip
naloge (kaj se zgodi, če spremenimo razmere) bi lahko uporabili za doseganje višjih kognitivnih ciljev tudi
pri drugih poglavjih.
56
TIMSS za maturante
Delovanje laserja: elektrika in magnetizem (PA23113 - P6_08)
Lasersko sevanje
Opozorilo: ne glej v žarek.
Laserska naprava razreda II.
PA23113
Suzana ima rdeč laser z valovno dolžino 630–680 nm in maksimalno močjo
manj kot 1 mW. Na Suzaninem laserju je nalepka, ki jo prikazuje zgornja slika.
Katera trditev opisuje, zakaj lahko svetloba iz laserja poškoduje Suzanine oči?
a
Energija fotona rdeče svetlobe je dovolj velika, da poškoduje svetlobno
občutljive celice v njenih očeh.
b
Rdeča svetloba iz laserja ima večjo energijo fotona, kot jo ima rdeča
svetloba iz žarnice.
c
Laser ustvari več fotonov na sekundo, kot jih ustvari 100 W žarnica.
d
Fotoni rdeče svetlobe v laserskem curku se širijo skozi manjše območje
(presek) kot fotoni iz žarnice.
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 18.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C
D*
Armenija
Iran
25,9
20,6
21,7
16,5
20,6
12,1
25,2
39,9
6,5
10,8
25,2
39,9
Italija
27,3
13,4
12,3
36,6
10,4
36,6
Libanon
28,5
17,8
20,8
27,2
5,7
27,2
Nizozemska
24,8
4,4
7,7
62,8
0,2
62,8
Norveška
21,6
6,6
3,6
67,8
0,4
67,8
Rusija
31,2
7,1
9,5
51,7
0,6
51,7
Slovenija
Švedska
41,9
20,3
9,8
7,9
11,2 36,0
11,9 58,3
1,1
1,5
36,0
58,3
Mednarodno povprečje
26,9
11,7
12,2
4,1
45,1
TIMSS za maturante
45,1
Manjkajoči Pravilni
57
Besedilo naloge
Delovanje laserja spada med izbirna poglavja. Besedilo naloge je precej neznačilno za naše učbenike in
zbirke vaj.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Odgovora na vprašanje, ki ga postavlja naloga, večina dijakov ne sliši pri pouku, glede na predelano snov
pa bi lahko o njem sklepali iz ponujenih odgovorov. Odgovor A bi morali dijaki izločiti, ker bi drugače že
bela svetloba poškodovala oko. Morda so se zanj odločili zato, ker edini vsebuje besedo »poškoduje«. Za
izločitev odgovora B je treba vedeti, da je energija vseh fotonov rdeče svetlobe enaka. Odgovor C lahko
dijaki izločijo, če poznajo definicijo moči. Tako jim ostane kot pravilen odgovor D. Tega je obkrožila le dobra
tretjina dijakov, kar kaže, da ne razmišljajo na tak način. Da se je za odgovor A odločila skoraj polovica
dijakov, verjetno kaže, da odgovarjajo brez poglobljenega razmisleka – izberejo odgovor, ki se jim zdi najbolj
sprejemljiv, ne da bi za to poiskali utemeljitev. Vaja za navajanje dijakov k takemu razmišljanju bi lahko
bila, naj natančno pojasnijo, zakaj posamezni odgovori niso pravilni. Naloga ne ponuja ključnega pravega
odgovora, ki ga dijaki verjetno niti ne poznajo, in je dober primer naloge, ki jo je treba reševati z izločanjem
napačnih odgovorov.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pri razlagi delovanja laserja in njegovih aplikacij moramo dati večji poudarek na uporabo laserske svetlobe
v medicini ali tehniki, kjer z laserskim žarkom, ki je skoncentriran na zelo majhni površini (velika gostota
svetlobnega toka), opravljajo različne operacije ali režejo material. Tema je primerna za seminarsko nalogo,
ki jo dijak predstavi v razredu.
58
TIMSS za maturante
Zakaj nas sonce ne opeče, če sedimo za steklom: elektrika in magnetizem (PA23128 - P6_09)
PA23128
Ultravijolična svetloba povzroča sončne opekline. Razložite, zakaj nas sonce ne
opeče, če sedimo za steklom?
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: /
Kategorije znanja: /
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Koda
10
70
71
72
79
99
Odgovor
Pravilen odgovor
Navadno steklo ne prepušča ultravijolične svetlobe/jo pretežno absorbira. (Ni
pomembno, ali odgovor vsebuje tudi odboj ali ne).
Napačen odgovor
Steklo odbija ultravijolično svetlobo.
Steklo lomi ultravijolično svetlobo.
V steklu se spremeni valovna dolžina ultravijolične svetlobe.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
59
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
70
71
Armenija
Iran
50,0
28,9
6,7
11,6
1,0
7,2
0,0 15,8 26,5
11,4 33,2 7,7
Italija
16,8
24,8
10,1
4,0
22,2 22,2
Libanon
16,1
24,7
1,1
2,0
35,6 20,5
Nizozemska
57,8
22,3
4,4
0,8
12,7
2,1
Norveška
41,3
36,2
8,7
3,4
6,7
3,7
Rusija
47,9
19,2
8,5
0,7
14,2
9,4
Slovenija
Švedska
52,7 34,6
35,0 33,2
4,7
7,0
1,0
3,5
3,7
15,7
3,3
5,6
Mednarodno povprečje
38,5
5,9
3,0
17,8 11,2
23,7
72
79
99
Besedilo naloge
Dejstva v nalogi so večini dijakov poznana, pa čeprav jih v šoli podrobneje ne obravnavamo.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Iz odgovorov na vprašanje, ki ga postavlja naloga, je razvidno, da skoraj vsi dijaki vedo, da steklo ne prepušča
ultravijolične svetlobe (tako se navadno izrazimo v vsakdanjem življenju, pa tudi v šoli). Poskus, ki to
potrjuje, so videli tudi pri obravnavi fotoefekta v četrtem letniku. Med nepravilnimi odgovori izstopajo tisti,
ki namesto absorpcije svetlobe predpostavljajo odboj UV svetlobe na steklu. Pojem absorpcija ni eksplicitno
naveden v maturitetnem katalogu. Zdi se, da dijaki besedno zvezo steklo odbija svetlobo uporabljajo zelo
površno. Z odbojem preprosto označujejo »ne dovoli naprej«. Navajati jih moramo, da natančno uporabljajo
strokovne izraze.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Dijakom dajemo premalo kvalitativnih vprašanj, ki zahtevajo razlago in utemeljitev nekega pojava.
Na pravilnost izražanja jih lahko opozorimo pri razlagi fotoefekta na cinkovi ploščici. (Če med svetilko in
kovino postavimo stekleno ploščo, do fotoefekta ne pride. Zakaj?).
60
TIMSS za maturante
Rutherfordov poskus: atomska in jedrska fizika (PA23058 - P6_10)
Če curek helijevih jeder usmerimo proti zelo tanki foliji iz zlata, večina jeder
prodre skozi folijo. Katero hipotezo potrdimo s pomočjo rezultatov tega
poskusa?
Atomsko jedro zlata je zelo težko v primerjavi s celotnim atomom.
b
Valovne lastnosti helijevih jeder omogočajo, da predrejo folijo iz zlata.
c
Jedro atoma zlata je zelo majhno v primerjavi s celotnim atomom.
d
Helijevo jedro ima približno enako maso kot jedro zlata.
PA23058
a
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 20.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
Armenija
Iran
15,1
7,3
32,0
21,9
31,1
62,9
18,5
5,8
3,2
2,1
31,1
62,9
Italija
3,9
34,4
51,5
3,9
6,2
51,5
Libanon
16,8
37,8
31,0
9,2
5,3
31,0
Nizozemska
6,7
30,5
60,0
2,2
0,5
60,0
Norveška
12,2
21,8
63,7
1,7
0,6
63,7
Rusija
9,2
28,1
55,0
6,5
1,3
55,0
Slovenija
Švedska
10,9 39,6 45,5
11,9 26,9 58,1
2,3
2,2
1,8
0,9
45,5
58,1
Mednarodno povprečje
10,4
5,8
2,4
51,0
TIMSS za maturante
30,3
51,0
Manjkajoči Pravilni
61
Besedilo naloge
Vprašanje govori o Rutherfordovem poskusu, ki pa ni v učnem načrtu. Nekateri profesorji poskus omenijo
v 4. letniku pri pripravi na maturo.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Ker je naloga izbirnega tipa, je kljub temu skoraj polovica dijakov izbrala pravilni odgovor. Preseneča skoraj
40 odstotkov odgovorov B. Valovnih lastnosti delcev namreč ni v učnem načrtu, zato ni čisto jasno, zakaj so
dijaki izbirali ta odgovor. Mogoče so helijeva jedra prepoznali kot »žarke« alfa in jim zato pripisali valovno
lastnost. Kot pri nalogi 6.8 (nevarnost laserja) je tudi tu odgovor B edini, ki ponovi formulacijo iz vprašanja
(»valovne lastnosti helijevih jeder omogočajo, da predrejo …«) in se zato zdi za nekoga, ki pojava ne pozna,
najverjetnejši. Koristno bi bilo, da se dijaki s podobnimi primeri vprašanj in odgovorov srečajo že pri pouku.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo lahko uporabimo pri uvodu v atomiko, ko razlagamo zgodovinski pregled znanja o zgradbi atoma.
62
TIMSS za maturante
Razpad beta radioaktivnega izotopa: atomska in jedrska fizika (PA23115 - P6_11)
X o Y+ e
PA23115
Zgornji splošni zapis predstavlja beta (β) razpad radioaktivnega izotopa. Nastali
elektron ima veliko hitrost in lahko zapusti snov, ki vsebuje elementa X in Y. Katera od
spodnjih možnosti NAJBOLJE opisuje nastanek izsevanega elektrona?
a
Elektron nastane pri prehodu iz višjega v nižji elektronski energijski nivo
elementa X.
b
Elektron nastane pri združitvi protona in nevtrona v jedru Y.
c
Elektron nastane pri izbitju iz elementa X zaradi trka z drugim atomom.
d
Elektron nastane v jedru elementa X, ko se nevtron spremeni v proton in elektron.
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 20.6
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C
D*
Armenija
Iran
18,9
28,6
11,1
5,3
20,0
28,7
45,1
25,3
5,0
12,1
45,1
25,3
Italija
32,7
9,9
20,0
19,6
17,7
19,6
Libanon
31,8
9,5
17,0
33,8
7,9
33,8
Nizozemska
18,4
3,0
20,0
58,4
0,2
58,4
Norveška
30,0
5,1
33,5
30,0
1,3
30,0
Rusija
30,9
5,2
38,7
22,7
2,6
22,7
Slovenija
Švedska
21,3
32,5
7,4
4,2
41,6 27,5
25,4 37,2
2,2
0,7
27,5
37,2
Mednarodno povprečje
27,2
6,7
27,2
5,5
33,3
TIMSS za maturante
33,3
Manjkajoči Pravilni
63
Besedilo naloge
Naloga zahteva razumevanje razpada beta radioaktivnega izotopa. Pri obravnavi tega razpada dijaki slišijo,
od kje izvira izsevani elektron, čeprav v jedru ni elektronov.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Analiza rezultatov kaže, da dve tretjini dijakov ne ve, da gre za reakcijo v jedru atoma. Med nepravilnimi
odgovori izstopa odgovor C, ki govori o ionizaciji atoma. Kot možno razlago za tako slab rezultat lahko
zapišemo, da je bilo tudi pri drugih vprašanjih s področja atomskega jedra znanje dijakov šibkejše kot pri
drugih vsebinah. Na nekaterih šolah atomskega jedra še niso obravnavali ali pa so ga obravnavali ravno v
času pisanja.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Utrjevanje pri preverjanju razumevanja radioaktivnih razpadov (razpad beta).
64
TIMSS za maturante
Tretji Newtonov zakon: mehanika (PA23110 - P7_01)
Kenguru skoči na ravno ploščo in se od nje odrine do bližnje police, kot kaže
slika. Ko je kenguru med odskokom v stiku s ploščo, njegove noge delujejo na
ploščo z neko silo v navpični smeri. Prav tako tudi plošča deluje na kengurujeve
noge z neko silo v navpični smeri. Katera izjava NAJBOLJE opisuje velikosti teh
sil?
Obe sili sta enaki teži kenguruja.
Sili sta enaki polovici teže kenguruja.
Velikosti sil se spreminjata, vendar sta med seboj ves čas enaki.
Sila plošče na nogi postane večja od sile nog na ploščo.
PA23110
a
b
c
d
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 3.7
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
TIMSS za maturante
65
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
Armenija
Iran
29,5
35,0
8,6
5,9
37,2
27,1
17,7
26,1
7,1
6,0
37,2
27,1
Italija
23,8
5,4
34,7
25,7
10,4
34,7
Libanon
9,0
4,7
34,2
47,2
4,9
34,2
Nizozemska
12,2
1,0
65,1
20,0
1,7
65,1
Norveška
11,9
0,9
67,4
19,0
0,8
67,4
Rusija
19,4
5,4
58,4
15,8
1,0
58,4
Slovenija
Švedska
15,0 2,8 64,6 17,7
12,5 2,4 68,2 16,3
0,0
0,7
64,6
68,2
Mednarodno povprečje
18,7
3,6
50,8
4,1
50,8
Manjkajoči Pravilni
22,8
Besedilo naloge
Naloga preverja razumevanje tretjega Newtonovega zakona. Pogosto imajo dijaki s tovrstnimi nalogami
težave, saj se zakon naučijo že v osnovni šoli, vendar ga ne razumejo najbolje. Naloga je zanimiva, saj ni
povsem običajna (gibanje ni samo v eni smeri, velikosti sil se spreminjata) in bi dijake lahko zmedla, zato
zahteva natančno branje besedila.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Pri tem preverjanju tretjega Newtonovega zakona je visok odstotek pravilnih odgovorov. Približno enak
je odstotek nepravilnih odgovorov A (dijaki so lahko razmišljali, da sta velikosti sil stalni in enaki sili teže,
lahko pa so zamenjali tretji Newtonov zakon s prvim) in odgovorov D (nerazumevanje tretjega Newtonovega
zakona). Dijaki so se mogoče odločili za odgovor A, ker se zdi najpreprostejši smiseln stavek, odgovor C je
v primerjavi z njim bolj zapleten. Skoraj vsi pa so izločili najmanj verjeten odgovor B.
Naloga je v primerjavi z nalogo 6.6 izpadla zadovoljivo dobro, kar potrjuje, da dijaki tretji Newtonov zakon
sicer razumejo, vendar se jim je pri nalogi 6.6 verjetno zdelo, da morajo pravilno presojati neka razmerja, ki
so za odgovor nepotreben podatek.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna za preverjanje razumevanja tretjega Newtonovega zakona.
66
TIMSS za maturante
Sile, ki delujejo na telo, vrženo navpično navzgor: mehanika (PA23014 - P7_02)
Liza je vrgla majhen kamen navpično navzgor.
PA23014
Katere sile delujejo na kamen med letom?
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 4.1
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Koda
10
70
71
79
99
Odgovor
Pravilen odgovor
Teža/gravitacijska sila Zemlje in zračni upor.
Napačen odgovor
Teža/gravitacijska sila, toda brez zračnega upora.
Zračni upor, toda brez teže/gravitacijske sile.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
67
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
70
Armenija
Iran
66,8
57,3
3,2
30,8
1,2 15,1 13,7
2,0 3,4 6,6
Italija
31,3
35,9
0,3 20,1 12,5
Libanon
47,0
21,3
1,3 26,1
4,3
Nizozemska
67,3
5,8
0,3 24,9
1,7
Norveška
52,6
25,2
0,2 20,7
1,3
Rusija
42,1
15,9
0,8 33,9
7,3
Slovenija
Švedska
63,0 34,5 0,4 1,8
35,7 26,5 0,2 35,7
0,4
1,9
Mednarodno povprečje
51,4
5,5
22,1
71
79
0,7 20,2
99
Besedilo naloge
Navpični met navzgor navadno obravnavamo brez upoštevanja zračnega upora in tudi besedica »majhen« v
besedilu naloge nakazuje na to, čeprav je odgovor brez upoštevanja zračnega upora štet kot napačen. Poleg
tega ni ne v besedilu in ne v odgovorih nič omenjena sila vzgona. Pravilen odgovor bi glede na besedilo
bil, da na kamen delujejo sila teže, sila zračnega upora in sila vzgona. Besedilo naloge bi moralo biti bolj
natančno.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Skoraj dve tretjini dijakov je pravilno navedlo sile, ki delujejo na kamen pri navpičnem metu, preostala
tretjina dijakov je navedla le silo gravitacije, ni pa upoštevala zračnega upora. Če bi bili dijaki pozorni na silo
upora, bi skoraj vsi odgovorili pravilno. To ne pomeni, da dijaki ne poznajo upora ali da mislijo, da v tem
primeru ne deluje, vendar nanj niso pozorni, ker ga v šoli pogosto zanemarimo in izpustimo.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pri nalogah v šoli bi veljalo dijake navajati na naslednje pravilo: ko obravnavamo nalogo na opisni ravni,
zanemarimo manj in opišemo pojav čim bolj natančno, ko pa gre za računanje, moramo zaradi premajhnega
vpliva ali zaradi pomanjkanja podatkov določen vpliv zanemariti.
68
TIMSS za maturante
Razdalja med dvema drsalcema, ko odrineta drug drugega: mehanika (PA23025 - P7_03)
Dva drsalca, prvi z maso 80 kg in drugi z maso 60 kg, stojita na ledu obrnjena
drug proti drugemu. Drug drugega odrineta tako, da drsita in se oddaljujeta
drug od drugega. Čez nekaj sekund je razdalja med njima 4 m.
Kolikšno pot je opravil drsalec z maso 60 kg?
(Trenje in zračni upor zanemarite.)
PA23025
Zapišite postopek reševanja.
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 5.3
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: težka
Dosežek
Koda
20
Odgovor
Pravilen odgovor
Uporabi zakon o ohranitvi gibalne količine: PY
Y
10
11
70
71
72
79
99
[
[
in dobi enačbo P W
W
P
PY . Za hitrost vstavi izraz
[
ter nato x1 + x2 = 4 m in x2 = 2,3 m.
W
Delno pravilen odgovor
Zamenja drsalca, tako da dobi rezultat 1,7 m.
Pravilen potek reševanja, toda računska napaka in/ali napačne enote ali brez
enot.
Napačen odgovor
Pravilen odgovor, toda brez poteka reševanja.
3 m (razmerje mas z računskim potekom ali brez).
2 m (enaka razdalja za oba, z računskim potekom ali brez).
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
69
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
20
10
11
70
71
72
79
99
Armenija
Iran
8,8
7,9
2,3
0,6
2,6 0,0
2,9 1,9
0,0
2,4
0,0
2,5
11,1
47,8
75,1
34,0
Italija
6,5
4,0
0,9 1,3
2,7
0,7
18,6
65,3
Libanon
7,7
3,5
2,4 3,4
0,8
0,0
43,1
39,0
Nizozemska
36,1
16,2
3,0 2,3 10,6 0,8
24,0
7,0
Norveška
12,1
4,4
1,3 0,2 13,8 4,3
37,5
26,4
Rusija
17,3
0,6
3,0 2,3
25,5
46,4
Slovenija
Švedska
25,5 11,4 5,1 1,9 7,3 2,8 34,7 11,3
9,1
3,1 1,8 4,5 10,4 2,6 45,6 23,0
Mednarodno povprečje
14,6
5,1
2,6 2,0
3,7
5,7
1,2
1,7
32,0
36,4
Besedilo naloge
Pri nalogi se preverjata znanje o ohranitvi gibalne količine in znanje enakomernega premega gibanja.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Naloga ni enostavna, saj zahteva reševanje sistema enačb. Dijaki so navajeni na strukturirane naloge, pri
katerih rešujejo problem po delih. Poleg tega je v trenutnem učnem načrtu snov postavljena med izbirna
poglavja, vendar jo verjetno večina učiteljev obravnava že v 2. letniku.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Osnovno nalogo za preverjanje znanja ohranitve gibalne količine lahko izvedemo tudi pri eksperimentalnem
delu. Konkretno nalogo uporabimo po eksperimentalnem delu in preverimo znanje in povezavo ohranitve
gibalne količine in gibanja.
Nalogo bi lahko uporabili za diferenciacijo pri pouku, pri čemer bi za osnovno raven z dodatnimi vprašanji
dijaka vodili do odgovora, za višjo raven pa bi jo pustili tako, kot je.
70
TIMSS za maturante
Gibalna količina kolesarja, ko prečka ciljno črto: mehanika (PA23028 - P7_04)
x (m)
40
razdalja
30
20
10
0
2
–10
4
6
t (s)
PA23028
Kolesar se približuje cilju in prevozi ciljno črto, kar kaže zgornji graf. Kolikšna je
gibalna količina kolesarja, ko prečka ciljno črto? Kolesar tehta 60 kg.
a
2400 kg ˜ m/s
b
800 kg ˜ m/s
c
600 kg ˜ m/s
d
0 kg ˜ m/s
Vsebinsko področje: mehanika
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 2.7 in 5.1
Kategorije znanja: posebna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B*
C
D
Manjkajoči Pravilni
Armenija
Iran
16,0
8,8
26,3
33,2
38,0
19,4
12,3
20,2
7,4
18,4
26,3
33,2
Italija
12,4
45,6
12,1
10,1
19,9
45,6
Libanon
9,3
43,2
19,2
23,8
4,4
43,2
Nizozemska
3,7
78,2
8,6
7,6
2,0
78,2
Norveška
5,7
75,3
11,3
5,7
1,9
75,3
Rusija
8,7
52,4
21,4
14,5
2,9
52,4
Slovenija
Švedska
6,6
9,0
74,3 10,5
61,7 21,5
7,1
5,5
1,6
2,2
74,3
61,7
Mednarodno povprečje
8,9
54,5
11,9
6,7
54,5
TIMSS za maturante
18,0
71
Besedilo naloge
Naloga preverja razumevanje branja grafov. Iz grafa x(t) je treba ugotoviti končno hitrost in nato izračunati
gibalno količino.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Nalogo je pravilno rešilo tri četrtine dijakov, kar kaže, da dijaki znajo enačbo za gibalno količino, tako da
so se zlahka domislili, da morajo s pomočjo grafa določiti hitrost kolesarja, s katero prevozi ciljno črto. Za
7,1 odstotka dijakov je hitrost kolesarja skozi ciljno črto 0, čeprav je vsak verjetno videl zaključek kolesarske
etape. Tisti, ki so odgovorili napačno, so narobe razumeli graf, ki je prikazoval odvisnost lege od časa in ne
odvisnosti hitrosti od časa. V šoli dajemo dovolj velik poudarek branju in razumevanju grafov.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Ta naloga je dober primer, kako naj bodo naloge, ki jih postavljamo dijakom, čim bolj življenjske in
predstavljive, tako da bi bili ob reševanju nalog prisiljeni več razmišljati.
Naloga je uporabna pri preverjanju in utrjevanju znanja iz grafičnih prikazov odvisnosti količin pri gibanju.
72
TIMSS za maturante
Smer električnega polja, ki ga ustvarja točkast naboj: elektrika in magnetizem (PA23034 - P7_05)
A
60°
+e
60°
–e
PA23034
Točkasta naboja mirujeta na neki medsebojni razdalji, kot kaže slika.
Iz točke A nariši puščico v smeri celotnega električnega polja, ki ga v točki A
ustvarjata točkasta naboja.
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 11.4
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
TIMSS za maturante
73
Dosežek
Koda
Odgovor
Pravilen odgovor
10
Puščica kaže desno in je vzporedna črti, ki povezuje naboja (±10°).
Napačen odgovor
70
Puščica kaže navpično navzdol ali navzgor (±10°).
71
Puščica kaže v levo in je vzporedna črti, ki povezuje naboja (±10°).
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
79
99
74
TIMSS za maturante
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
70
71
79
99
Armenija
Iran
81,2
59,1
3,2
10,0
2,8
4,4
4,2
11,9
8,5
14,6
Italija
24,5
21,3
0,9
14,0
39,3
Libanon
18,4
33,3
4,0
24,1
20,2
Nizozemska
15,3
53,6
6,6
14,9
9,6
Norveška
16,8
53,3
4,0
10,4
15,4
Rusija
37,5
28,2
2,4
16,1
15,8
Slovenija
Švedska
27,2 33,3 4,5 24,6 10,5
13,3 40,2 3,1 19,5 23,9
Mednarodno povprečje
32,6
30,7
3,6
15,5
17,5
Besedilo naloge
Naloga preverja osnovno znanje o jakosti električnega polja, ki ga ustvarjata pozitivni in negativni točkasti
naboj. Zahtevana je vektorska obravnava električnega polja (vektorsko seštevanje).
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Koncept električnega polja je za dijake težak, tudi seštevanje vektorjev nekaterim dela težave, vendar je kljub
vsemu presenetljivo malo pravilnih odgovorov glede na to, da večina najbrž pri pouku obravnava tak ali
podoben primer. Glede na veliko število napačnih odgovorov pod kodo 70 bi lahko sklepali:
• da so smeri jakosti električnega polja, ki ga ustvarjata naboja, predvideli napačno, so pa vedeli, da gre
za vektorsko vsoto,
• da so spregledali, da imata naboja različna predznaka,
• da so odgovarjali intuitivno/površno, verjetno niso narisali prispevka posameznega naboja in obeh
prispevkov sešteli, temveč preprosto narisali nekaj zanje »smiselnega«.
Analiza odgovorov kaže, da dijaki nimajo utrjenih osnovnih definicij in jih ne razumejo ter da ne razmišljajo
urejeno in po korakih, temveč pogosto ugibajo.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Preverjanje razumevanja vektorske slike električnega polja.
TIMSS za maturante
75
Indukcija: elektrika in magnetizem (PA23044 - P7_06)
PA23044
Opišite, kako bi skupini dijakov eksperimentalno predstavili “indukcijo”. Opišite
pripomočke in opremo, ki bi jo uporabili, ne pojasnjujte pa pojava indukcije.
Vsebinsko področje: elektrika in magnetizem
Kognitivno področje: uporaba znanja
Umestitev v slovenski UN: 14.2
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: srednja
Dosežek
Koda
10
Odgovor
Pravilen odgovor
Ustrezen opis, ki vsebuje vse tri naštete komponente:
1. oprema – magnet in zanka/tuljava;
2. relativno gibanje magneta glede na žico/vklapljanje in izklapljanje
elektromagneta v bližini zanke ali tuljave, da se spreminja magnetno
polje;
3. priključen merilnik na žico ali tuljavo, da zazna inducirani tok ali
napetost.
Opis drugačnega, toda ustreznega poskusa (npr. indukcijska plošča za kuhanje)
Napačen odgovor
Ustrezen opis komponent 1 in 2 iz odgovora pod kodo 10, vendar nepopoln
opis komponente 3 ali brez opisa te komponente.
Teoretična razlaga, vendar brez opisa opreme ali postopka.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
11
70
71
79
99
76
TIMSS za maturante
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
11
70
71
79
99
Armenija
Iran
19,0
10,9
1,2 0,8 1,6
1,0 4,1 3,1
4,3
39,1
73,1
41,9
Italija
10,6
1,5 2,7 2,9
24,1
58,3
Libanon
23,1
1,9 8,2 2,8
34,4
29,6
Nizozemska
28,9
4,8 5,0 0,8
45,7
14,7
Norveška
46,9
2,1 8,1 1,7
23,2
18,1
Rusija
16,0
3,7 3,1 2,0
32,2
43,0
Slovenija
Švedska
17,0 4,8 2,1 1,2 36,1 38,8
22,7 1,8 5,4 2,6 26,2 41,4
Mednarodno povprečje
21,7
2,5 4,4 2,1
29,5
39,9
Besedilo naloge
Naloga zahteva opis poskusa, s katerim bi lahko demonstrirali indukcijo, pri čemer je raba narekovajev
odveč. Ta snov spada med težja poglavja srednješolske fizike. Podobnih nalog odprtega tipa na naši maturi
skoraj ni in tudi sicer se jim učitelji izogibamo.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Malo pravilnih rezultatov bi lahko zaradi zahtevnosti in neznačilnosti naloge pričakovali. Precej dijakov
se naloge ni niti lotilo. Večina maturantov vidi eksperiment, ko magnet potisnemo v tuljavo in iz nje, ter
opazuje spremembo na voltmetru ali ampermetru. Čeprav gre pri poskusu za razumevanje osnovnega
principa indukcije, kar tri četrtine dijakov tega ne zna.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Ti rezultati kažejo, da bo treba tako v šoli kot na maturi dati večji poudarek nalogam odprtega tipa, v katerih
morajo dijaki opisati neki pojav in ga razložiti. Pri preverjanjih znanja in ocenjevanju bi morali postavljati
več kvalitativnih vprašanj. Dijaki imajo najraje računske naloge – naučijo se določen tip nalog, potem pa gre
samo še za vstavljanje pravih količin v pravilno izbrane enačbe. Še nasvet: preden pokažemo demonstracijski
poskus, spodbujajmo dijake, da napovedo izid poskusa. Po končanem poskusu naj dijaki povedo, kaj so
opazili, sledi naj diskusija, ki razjasni morebitna odstopanja med napovedmi in izidom poskusa.
TIMSS za maturante
77
Specifična toplota peska: toplota in temperatura (PA23082 - P7_07)
PA23082
V vročem sončnem dnevu je pesek na plaži zelo vroč, ponoči pa je hladen.
V nasprotju s peskom, se temperatura morja med dnevom in nočjo ne spreminja
veliko. Kaj lahko poveste o specifični toploti peska v primerjavi s specifično
toploto vode?
Vsebinsko področje: toplota in temperatura
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 10.3
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lahka
Dosežek
Koda
10
70
79
99
78
Odgovor
Pravilen odgovor
Specifična toplota peska je veliko manjša kot specifična toplota vode.
Napačen odgovor
Specifična toplota peska je večja od specifične toplote vode.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
70
79
99
Armenija
Iran
42,9
63,9
6,6
6,0
8,4
9,7
42,1
20,3
Italija
32,6
13,2
12,2 42,0
Libanon
20,3
20,7
27,7 31,3
Nizozemska
74,0
18,1
5,2
2,7
Norveška
68,5
15,9
9,8
5,8
Rusija
53,4
19,5
11,8 15,3
Slovenija
Švedska
64,7 21,0 7,1
50,1 18,7 21,4
Mednarodno povprečje
52,3
15,5
7,2
9,8
12,6 19,6
Besedilo naloge
Naloga preverja razumevanje koncepta specifične toplote.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Dve tretjini pravilnih odgovorov kažeta na to, da dijaki razumejo pomen specifične toplote. Vprašanje pa
je, ali pravilen odgovor res pomeni razumevanje pojava. Ne glede na to, ali kaj vemo o pojavu ali ne, skoraj
ni mogoče odgovoriti česa drugega kot »specifična toplota peska je manjša od specifične toplote morja«,
kar je pravilen odgovor, ali obratno »specifična toplota peska je večja od specifične toplote morja«. Skoraj
tretjina napačnih odgovorov kaže, da je veliko dijakov preprosto ugibalo med praktično edinima mogočima
odgovoroma. Najbrž je tudi v skupini dijakov, ki so pravilno odgovorili, nekaj takih, ki so odgovor samo
uganili, zato verjetno šele razlika frekvenc med obema odgovoroma res nekaj pove o tem, ali razumejo, kaj
ima specifična toplota sploh opraviti pri opisanem pojavu. Morda je tudi ta razmislek dobro upoštevati pri
sestavljanju naloge.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo uporabimo pri utrjevanju razumevanja specifične toplote kot mere za temperaturno občutljivost
telesa na dovajanje ali odvajanje toplote. Obravnavamo jo lahko v istem kontekstu kot na primer vprašanje,
zakaj nam sir pri pici lahko opeče usta, enaka masa skorje pa nam verjetno ust ne bo opekla.
TIMSS za maturante
79
Tempeartura telesa, ki seva vidno svetlobo: toplota in temperatura (PA23140 - P7_08)
Vsa telesa sevajo. Karakteristike elektromagnetnega sevanja so močno odvisne
od temperature telesa. Pri določenih temperaturah lahko sevanje opazujemo
s prostim očesom in mu pravimo vidna svetloba. Pri katerih temperaturah
sevajočega telesa je večina elektromagnetnega sevanja v obliki vidne svetlobe?
pri temperaturah velikostnega reda deset stopinj Celzija
pri temperaturah velikostnega reda sto stopinj Celzija
pri temperaturah velikostnega reda tisoč stopinj Celzija
pri temperaturah velikostnega reda milijon stopinj Celzija
PA23140
a
b
c
d
Vsebinsko področje: toplota in temperatura
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 21.9
Kategorije znanja: izbirne vsebine
Ocena zahtevnosti: težja
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
Armenija
Iran
9,7
11,7
19,9
23,9
52,9
26,0
7,2
18,8
10,3
19,5
52,9
26,0
Italija
9,4
25,4
29,5
15,3
20,4
29,5
Libanon
24,4
18,2
19,6
17,5
20,4
19,6
Nizozemska
8,8
21,1
49,0
18,6
2,5
49,0
Norveška
8,3
21,7
51,9
16,1
2,0
51,9
Rusija
12,2
26,3
45,1
12,1
4,3
45,1
Slovenija
Švedska
15,5 22,6 45,7 14,5
13,9 24,4 43,0 16,1
1,8
2,6
45,7
43,0
Mednarodno povprečje
12,7
9,3
40,3
80
22,6
40,3
15,1
Manjkajoči Pravilni
TIMSS za maturante
Besedilo naloge
V šoli neposredno o vsebini te naloge ne govorimo. Dijak lahko vsebino poveže s temperaturo Sonca, ki jo
je mogoče slišal v šoli pri obravnavi sevanja črnega telesa ali pa kje drugje.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Skoraj polovica dijakov ima občutek o tem, kolikšna naj bi bila temperatura telesa, ki seva vidno svetlobo.
Drugi odgovori so razpršeni med A, B in D, kar kaže, da je veliko dijakov ugibalo. Rezultat kaže, da
namenjamo tej temi premalo pozornosti in snov premalo utrjujemo.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Pri obravnavanju sevanja lahko nalogo uporabimo za preverjanje, koliko dijakov ima pravilen občutek o
tem, pri kateri temperaturi telesa sevajo vidno svetlobo.
TIMSS za maturante
81
Skupni tlak dveh rezervoarjev: toplota in temperatura (PA23084 - P7_09)
Ventil
10L
20L
Rezervoarja sta povezana s cevjo, ki je zaprta z ventilom. V prvem rezervoarju
je 10 l zraka pri tlaku 1 bar, v drugem rezervoarju pa je 20 l dušika pri tlaku
2 bara. Oba rezervoarja imata temperaturo 27 °C. Kolikšen bo skupni tlak v
rezervoarjih, ko bomo ventil odprli in se bosta plina pri stalni temperaturi 27 °C
med seboj pomešala?
PA23084
Postopek reševanja zapišite.
Vsebinsko področje: toplota in temperatura
Kognitivno področje: sklepanje
Umestitev v slovenski UN: 9.8
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: težja
82
TIMSS za maturante
Dosežek
Koda
20
Odgovor
Pravilen odgovor
Pravilni odgovor (p = 1,66/1,7 bar) z ustrezno razlago.
Razlaga mora vsebovati enačbo pV = nRT ali pV/T = konstanta in potek
reševanja.
Ker je T = konst., se v odgovoru lahko uporabi Daltonov zakon za zmesi, kar da
p1V1 + p2V2 = p(V1 + V2). Lahko brez enot.
Delno pravilen odgovor
Pravilno uporabljene enačbe, toda računska napaka.
Pravilen potek reševanja, a rezultat je zapisan v drugih enotah za tlak (ne v
barih).
Napačen odgovor
Uporaba enačbe pV/T = konst., vendar neustrezna razlaga.
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
10
11
70
79
99
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
70
79
99
Armenija
Iran
14,2
12,1
20
3,5 0,0
3,3 0,2
0,0
13,4
6,6
26,0
75,7
45,0
Italija
3,2
0,1 0,2
6,0
13,8
76,7
Libanon
8,7
3,0 0,5
5,2
31,8
50,8
Nizozemska
43,9
3,6 2,4
13,1
25,9
11,0
Norveška
17,4
0,7 1,3
9,8
25,1
45,7
Rusija
13,8
2,7 1,5
3,9
18,4
59,7
Slovenija
Švedska
24,8 4,4 0,0 11,6 35,5 23,7
11,0 0,9 0,2 2,7 41,5 43,7
Mednarodno povprečje
16,6
TIMSS za maturante
10
11
2,5 0,7
7,3
24,9
48,0
83
Besedilo naloge
Dijaki se srečajo s plinsko enačbo in plinskimi zakoni pri fiziki in kemiji, mešanice plinov in Daltonovega
zakona pa ni v maturitetnem katalogu za fiziko. Naloga ni zahtevna, če dijaki poznajo in razumejo Daltonov
zakon. Če ga ne poznajo, morajo nalogo reševati z uporabo plinske enačbe, le da to reševanje zahteva nekaj
več dela.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Večina dijakov, ki se je naloge lotila, jo je tudi pravilno rešila. 11,6 odstotka dijakov je plinsko enačbo
zapisalo, vendar si z njo niso znali pomagati. Pri dijakih, ki so nalogo rešili, ni razvidno, ali so poznali
Daltonov zakon (iz kemije) ali so prišli do rezultata z izpeljavo. Nekateri dijaki poznajo tudi podobne naloge,
ki obravnavajo izotermne spremembe, v drugi posodi pa je isti plin ali vakuum. Pri podobnih nalogah je
dijake dobro navajati, da si zapisujejo zveze med termodinamičnimi količinami za vsako ravnovesno stanje,
saj tako dobijo pregled, kako dobiti zvezo med končnimi količinami.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Nalogo lahko rešujemo v okviru medpredmetne povezave s kemijo.
84
TIMSS za maturante
Število nevtronov v jedru atoma: atomska in jedrska fizika (PA23059 - P7_10)
PA23059
Koliko nevtronov je v jedru atoma
a
92
b
238
c
146
d
0
238
92 U ?
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 20.3
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lažja
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
Armenija
Iran
3,0
1,3
11,7
7,0
75,2
82,3
6,4
3,8
3,7
5,5
75,2
82,3
Italija
4,1
23,6
49,2
14,4
8,8
49,2
Libanon
0,0
3,7
92,8
1,1
2,4
92,8
Nizozemska
0,0
10,1
84,3
3,6
2,0
84,3
Norveška
0,4
24,4
66,5
7,7
0,9
66,5
Rusija
0,9
11,9
79,8
7,3
0,1
79,8
Slovenija
Švedska
0,3 16,0 77,5
0,9 14,4 76,4
5,0
6,8
1,1
1,5
77,5
76,4
Mednarodno povprečje
1,2
6,2
2,9
76,0
TIMSS za maturante
13,6
76,0
Manjkajoči Pravilni
85
Besedilo naloge
Naloga je lahka, pogosto se pojavlja na maturi in se z njo preverja temeljno znanje o atomskem jedru.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Rezultat je primeren zahtevnosti naloge, zato preseneča, da 16 odstotkov dijakov ne ve, kaj povesta vrstno
in masno število.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna za preverjanje znanja o zgradbi atomskega jedra.
86
TIMSS za maturante
Opis atomskega jedra: atomska in jedrska fizika (PA23138 - P7_11)
Katera od spodnjih možnosti predstavlja NAJUSTREZNEJŠI opis atomskega
jedra?
Jedro je tesen skupek elektronov, protonov in nevtronov.
b
Jedro so elektroni in protoni, ki se gibljejo okrog sredice iz nevtronov.
c
Jedro je tesen skupek protonov in nevtronov.
d
Jedro so protoni, ki se gibljejo okrog sredice iz nevtronov.
PA23138
a
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 20.1
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lažja
Dosežek
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
A
B
C*
D
Armenija
Iran
22,0
9,9
18,4
7,8
49,8
76,2
7,5
1,7
2,3
4,4
49,8
76,2
Italija
6,7
11,5
77,2
2,4
2,3
77,2
Libanon
16,7
14,0
38,8
25,5
5,0
38,8
Nizozemska
1,7
2,2
93,1
1,0
2,0
93,1
Norveška
7,9
9,7
80,2
1,3
0,9
80,2
Rusija
17,9
14,8
62,5
3,2
1,7
62,5
Slovenija
Švedska
10,8
8,0
6,8
7,0
77,9
82,1
4,1
1,4
0,3
1,5
77,9
82,1
Mednarodno povprečje
11,3
10,2
70,9
5,3
2,3
70,9
TIMSS za maturante
Manjkajoči Pravilni
87
Besedilo naloge
Podobno kot prejšnja naloga spada tudi ta med lahke in preverja osnovno znanje o zgradbi atoma.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Rezultat je primeren zahtevnosti naloge. Podobnih nalog je bilo na maturi veliko in dijaki so jih dobro
reševali.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna za preverjanje znanja o zgradbi atomskega jedra.
88
TIMSS za maturante
Simbol atomskega jedra: atomska in jedrska fizika (PA23137 - P7_12)
Določeno atomsko jedro predstavimo s simbolom iz treh oznak. S katerim
simbolom predstavimo jedro, ki vsebuje šest protonov in osem nevtronov?
PA23137
(Prvih osem elementov, razvrščenih glede na masno število: vodik, helij, litij,
berilij, bor, barij, ogljik, dušik in kisik.)
Vsebinsko področje: atomska in jedrska fizika
Kognitivno področje: poznavanje dejstev
Umestitev v slovenski UN: 20.3
Kategorije znanja: splošna znanja
Ocena zahtevnosti: lažja
Dosežek
Koda
10
70
71
79
99
Odgovor
Pravilen odgovor
&
Napačen odgovor
Pravilna oznaka za element in obe števili, a števili nista na pravih
mestih (npr. & ) .
Napačen element, vendar pravilna oznaka za ta element (črke in obe števili na
pravem mestu, npr. %H ).
Drugi nepravilni odgovori (tudi prečrtani, zbrisani, nečitljivi ali z neustreznimi
oznakami).
Brez odgovora
Prazno.
TIMSS za maturante
89
Odstotni delež odgovorov dijakov po državah
Država
10
70
71
79
99
Armenija
Iran
82,2 0,0
24,0 4,0
0,4
28,9
3,8
13,0
13,6
30,1
Italija
10,1 1,8
2,8
16,6
68,7
Libanon
55,7 5,2
8,3
15,6
15,2
Nizozemska
64,6 0,2
9,0
20,9
5,3
Norveška
41,6 0,9
5,5
38,4
13,5
Rusija
37,9 0,7
6,2
33,4
21,7
Slovenija
Švedska
9,2 1,4 28,2 46,5 14,7
41,2 1,8 4,6 32,7 19,7
Mednarodno povprečje
40,7 1,8
10,4
24,5
22,5
Besedilo naloge
Lahka naloga iz poglavja o atomskem jedru, pri kateri je smer reševanja ravno obratna kot pri nalogi P7_10.
V priloženem seznamu elementov je napaka, saj je kot šesti po vrsti zapisan barij, ki pa ima vrstno število
56. Pri nalogi je do napake pri tisku prišlo samo pri nas, zato je treba rezultate naših dijakov gledati iz te
perspektive.
Komentarji o rezultatu, ki so ga dijaki dosegli
Zanimivo, da znajo dijaki iz oznake elementa (P7/10) razbrati število nevtronov in protonov, v obratni smeri
pa ne gre, kar kaže na pomanjkanje tovrstnih nalog pri utrjevanju znanja o atomskem jedru.
Mogoče je manj pravilnih odgovorov tudi zaradi napake v seznamu prvih šestih elementov, razvrščenih
glede na masno število.
Možnost uporabe naloge pri pouku (priporočila)
Naloga je primerna za preverjanje znanja o zgradbi atomskega jedra.
90
TIMSS za maturante