Od grzyba do drożdżówki

Poprawna odpowiedź

1. Fałsz

2. Fałsz

3. Prawda

Wymaganie ogólne

1.1 Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł z wykorzystaniem technologii informacyjno – komunikacyjnych.
2.1 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg prostych procesów chemicznych;
2.2 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zna związek właściwości różnorodnych substancji z ich zastosowaniami i ich wpływ na środowisko naturalne;

Wymaganie szczegółowe

3.2 Reakcje chemiczne. Uczeń opisuje, na czym polega reakcja syntezy, analizy i wymiany/ podaje przykłady różnych typów reakcji i zapisuje odpowiednie równania/ wskazuje substraty i produkty/ dobiera współczynniki w równaniach reakcji chemicznych/ obserwuje doświadczenia ilustrujące typy reakcji i formułuje wnioski.
4.2 Powietrze i inne gazy. Uczeń opisuje właściwości fizyczne i chemiczne azotu, tlenu, wodoru, tlenku węgla(IV)/ odczytuje z układu okresowego pierwiastków i innych źródeł wiedzy informacje o azocie, tlenie i wodorze/ planuje i wykonuje doświadczenia dotyczące badania właściwości wymienionych gazów.
9.16 Pochodne węglowodorów. Substancje chemiczne o znaczeniu biologicznym. Uczeń podaje wzór sumaryczny sacharozy/ bada i opisuje właściwości fizyczne sacharozy/ wskazuje na jej zastosowania/ zapisuje równanie reakcji sacharozy z wodą (za pomocą wzorów sumarycznych).
9.17 Pochodne węglowodorów. Substancje chemiczne o znaczeniu biologicznym. Uczeń opisuje występowanie skrobi i celulozy w przyrodzie/ podaje wzory sumaryczne tych związków/ wymienia różnice w ich właściwościach/ opisuje znaczenie i zastosowania tych cukrów/ wykrywa obecność skrobi w różnych produktach spożywczych.

Komentarz

W procesie fermentacji alkoholowej skrobia zawarta w mące oraz sacharoza dodana do ciasta drożdżowego ulegają hydrolizie do cukrów prostych (glukozy), a następnie są przekształcane w alkohol etylowy i tlenek węgla(IV) w wyniku działania enzymów (zymaz) produkowanych przez drożdże. Etanol i tlenek węgla(IV) są głównymi, choć nie jedynymi, produktami procesu fermentacji alkoholowej. Uwalnianie pęcherzyków gazu w cieście powoduje zwiększenie objętości ciasta i jego spulchnianie (ciasto „rośnie”). Przebieg fermentacji alkoholowej katalizowanej enzymami wytwarzanymi przez drożdże można przedstawić w następujący sposób:

W wyniku tego beztlenowego procesu powstaje również szereg produktów ubocznych, między innymi: gliceryna, kwas bursztynowy i kwas octowy oraz wyższe alkohole i estry, które nadają ciastu charakterystyczny zapach i smak.

Pieczenie ciasta drożdżowego jest sytuacją dobrze uczniom znaną z życia codziennego, zatem chemiczne aspekty tego procesu mogą wzbudzić ich zainteresowanie. Warto podkreślić, że jest to jeden z niewielu eksperymentów, który uczniowie mogą przeprowadzić sami w domu. Uczniowie powinni mieć także świadomość, że fermentacja alkoholowa to niezwykle wydajna metoda syntezy etanolu, powszechnie wykorzystywana w produkcji wina, piwa i innych napojów alkoholowych.

Jak odpowiadali uczniowie?  

Standaryzację zadania przeprowadzono na grupie 97 uczniów z III klasy gimnazjum. W poniższej tabeli przedstawiono rozkład procentowy odpowiedzi uczniów na poszczególne wiersze w poleceniu (właściwe odpowiedzi zaznaczono pogrubioną czcionką).

Do prawidłowego rozwiązania tego zadania niezbędne były: analiza informacji zawartych w tekście oraz poprawne wnioskowanie. Przydatna mogła się też okazać wiedza z biologii (znajomość zarówno samego procesu fermentacji alkoholowej, jak i praktycznego zastosowania drożdży są wymagane w podstawie programowej tego przedmiotu) oraz wiedza z życia codziennego.

Odsetek uczniów, którzy udzielili prawidłowej odpowiedzi w wierszu 1, wyniósł 54,6%, czyli nieco więcej niż wynosiło prawdopodobieństwo przypadkowego udzielenia prawidłowej odpowiedzi (równe 50%). Odpowiedź na to pytanie jest zawarta we wstępie do zadania („głównymi produktami są etanol i dwutlenek węgla”). Uczniowie, którzy wybrali błędną odpowiedź, nie rozumieli w pełni pojęcia „fermentacja alkoholowa”, nie wiedzieli, że etanol to nazwa systematyczna alkoholu etylowego lub nie przeczytali uważnie wstępu.

W przypadku drugiego wiersza tabeli uczeń powinien rozumieć, że cukier jest substratem w procesie fermentacji alkoholowej i wywnioskować, że jego ilość będzie miała wpływ na ilość produktów reakcji odpowiedzialnych za puszystość ciasta tj. tlenku węgla(IV). Odsetek odpowiedzi prawidłowych był taki sam jak w wierszu 1. Podpunkt ten wymagał od uczniów umiejętności rozumowania i wyciągania wniosków. Przyczyną odpowiedzi błędnych mógł być brak wiadomości o cukrach, brak spójności w rozumieniu wpływu ilości substratu na ilość produktu (tlenku węgla(IV)) lub nie dość wnikliwa analiza tekstu.  Z rozmów z uczniami wynika, że niektórzy z nich byli przekonani, że cukier w ogóle nie bierze udział w tej reakcji.

Najmniej problemów uczniowie mieli z ostatnim podpunktem – prawidłowej odpowiedzi w tym wierszu udzieliło 80,4% uczniów. Aby odpowiedzieć prawidłowo, należało przeczytać uważnie tekst i wyciągnąć wniosek, że wydzielający się w procesie fermentacji gaz to właśnie dwutlenek węgla. Wydaje się, że największy wpływ na wyniki w tym wierszu miała wiedza szkolna uczniów, również ta z wcześniejszych etapów edukacyjnych. Informacja o tym, że „powstający dwutlenek węgla spulchnia ciasto”, jest często powtarzanym przykładem praktycznego zastosowanie drożdży i być może tę właśnie formułkę uczniowie zapamiętali najlepiej. Wyniki w pozostałych wierszach wskazują natomiast, że uczniowie tak naprawdę nie zrozumieli istoty całego procesu. Problemy z tym podpunktem mogli mieć zarówno uczniowie, którzy nie wiedzieli, co jest substratem, a co produktem fermentacji alkoholowej, jak i uczniowie nie posiadający wiadomości o właściwościach tlenku węgla(IV).

Odsetek uczniów, którzy prawidłowo rozwiązali całe zadanie, wyniósł 17,5%, przy czym prawdopodobieństwo przypadkowego rozwiązania całego zadania wynosiło 12,5%. Uczniowie mieli trudności z rozwiązaniem zarówno podpunktu 1, jak i 2, co wskazuje na brak wiadomości z zakresu nazewnictwa alkoholi, brak elementarnej wiedzy odnośnie substratów i produktów w procesie fermentacji alkoholowej lub na problemy z logicznym rozumowaniem (podpunkt 2).

Słowa kluczowe