臺灣化學教育

素養導向評量：化學科素養導向命題之我見

楊吉水

國立台灣大學化學系
[email protected]

n  摘要

配合民國107年教育部發布之十二年國民基本教育課程綱要之實施，大學入學考試中心（以下簡稱大考中心）也針對111學年度大學入學考試提出試題精進方案，於是「素養導向命題」一時成為眾所矚目的焦點，而各方對「素養」一詞的不同解讀，造成不少的疑慮與困惑。儘管大考中心已召開多次說明會與工作坊，試圖讓第一線的高中老師們明白何謂素養導向命題，但受限於時空因素，無法擴及每一位教師。因此，我以參與大考中心試題研發者的身分，針對化學科素養導向命題的一些重要面向與觀點，以本文與大家分享。

n  素養定義

首先，要釐清「素養」是什麼？國家教育研究院的核心素養發展手冊的定義：「素養是一種能夠成功回應個人或社會的生活需求，包括使用知識、認知與技能的能力，以及態度、情意、價值與動機等。」站在教師和學生的立場，簡單的說：素養 ≡ 能活用知識。學習的本質和目的就是要獲得知識並能活用，亦即讓學到的知識成為有用的工具。工具可解決問題（生活上與專業上），工具也可開創新的工具（舉一反三並自我學習）。其相反就是死記死背的知識，存放在腦中，只在考試時才知道使用。學習的本質和目的想必人人皆知，只是大考當前，追求高分成績儼然成為首要目標，學習的樂趣與素養發展漸被遺忘，新課綱中核心素養的呼籲只是要喚回學習的本質和目的罷了。既然大家重視大考，若大考試題植入素養的精神，不啻可達到選才（能活用在校所學者）的目的，亦有助於教學端與學習端重回學習的本質。

明白素養的精神後，如何將試題素養化是下一個挑戰。一般「直問直答型」的題目，無論是僅含一個概念的簡單問題，或是綜合多個概念而成的較高難度問題，出題的困難度並不高。如何將同樣的問題轉化成具有素養成分的問題，則是過去一段時間大家在討論與探究的議題。一個常見的誤解是將「素養題」解讀成「閱讀測驗題」！會有這樣的誤解，與「試題素養化必會伴隨題幹變長」和「考題內容必須是課外知識」的錯誤認知有關。其實，題幹字數增加不是要將選項中的答案藏在題幹中讓考生擷取出來（閱讀測驗題型的概念），而是提供問題本身的情境（課本中未出現過的生活情境或專業情境）和課外的專業資訊（事實上，這些資訊有時會以圖式或表格方式呈現），而且內容不必然是課外知識。換言之，素養題的形成需要建構一座「舞台」─一座情境的舞台或一座新樣貌的舞台，舞台的建構自然需要文字，題幹字數自然會增加。考生必須能夠無懼這些課堂上從未接觸過的情境或新資訊，並能以課內所學為基礎，加以消化理解，便可正確答題，這是素養導向命題的主要原則與方向。

n  素養題設計

如何選擇合適的課外的情境與專業課題來建構一道素養題？化學與相關之自然科學雜誌是最佳的取材來源，畢竟其內容較一般報章雜誌的報導嚴謹與完整。然而，並非所有的科學論文都適合被轉化成素養題，關鍵在於內容與高中化學知識的連結是否能達到上述素養命題的原則。若學術論文部分內容是高中程度可理解的，便可直接轉成試題提問，此時考生若（1）具備相關課本基本知識，同時（2）能理解題幹提供之新資訊，即可作答。此二要件，缺一不可，方達素養精神。若是試題本身僅利用第（2）點而不必結合第（1）點之先備知識便可答題，便偏向一個閱讀測驗題，失去了考化學專業的目標。若論文題材有趣，但內容對高中程度稍嫌艱澀，可用於情境題型─題目不問論文本身的內容，而是問與該論文題材相關的課本基本知識。換言之，是否具備相關課本基本知識才是考題的核心，是否具備素養精神（能否活用知識）則是得分關鍵。素養導向命題可跳脫課內題材之束縛，使題目更活潑多樣，以達到測試知識是否靈活掌握之目的。以下各舉一例說明：

n  示例

例一（大考中心研發試題）：

二氧化碳被公認是造成全球暖化的主要溫室氣體，科學家正在開發能大量吸收二氧化碳的化合物。科學家測量甲、乙、丙、丁四種液態化合物對二氧化碳的吸收量，其化學式、結構式與代號如表1所示。在50℃時，一大氣壓的二氧化碳氣體中，此四種液體對二氧化碳吸收的重量百分比與時間的關係如圖1所示。

表1

化學式	結構式		代號
[ ][ ]			甲
[    ][  ]			乙
[  ][ ]			丙
[    ][   ]			丁

 

 依據上述實驗結果，試判斷下列敘述哪些正確？

(A) 此四種液態化合物屬於離子化合物

(B) 此四種化合物吸收二氧化碳的能力是甲＞乙＞丙＝丁

(C) 陰離子是吸收二氧化碳的主要成分

(D) 當固定陰離子為時，發現不同的陽離子對二氧化碳的吸收具有影響力

(E) 當固定陰離子為時，發現不同的陽離子對二氧化碳的吸收不具有影響力

本例算是短題幹的素養題，不計圖表，題幹僅136字，此乃因為大多資訊已由圖表顯示。本題希望利用氣候暖化的議題（生活情境），讓考生從吸收溫室氣體二氧化碳的化合物之結構以及吸收實驗的數據變化來判讀化學反應的影響變因（分析化學資料的能力）。其所涉及的基本知識，包括離子化合物、重量百分比和有機分子結構等，均是考生可理解範圍，考生經圖表判讀和推理，即可得正確答案(A)(D)(E)。

例二（107年指考試題）：

榮獲2018年諾貝爾化學獎的創新研究，是運用定向演化的方式，製造出新穎的酵素，現已被用來生產藥物和生質燃料等。化學家將一個天然的「枯草桿菌蛋白酶」酵素，改變為能在有機溶劑中進行化學反應。其策略是刻意的在酵素的基因密碼中，製造隨機的突變，然後將這些突變的基因引入細菌，因此產出數千種變體的枯草桿菌蛋白酶。再從這些眾多的不同變體中，挑出在有機溶劑：二甲基甲醯胺（簡稱DMF）中運作效率最高的那些酵素。重複進行，在第三代的枯草桿菌蛋白酶中，就找到了一個變體，在DMF 中的運作效率，比原始的酵素要高256 倍之多。根據這些敘述，回答下列問題：

1. 在枯草桿菌蛋白酶參與進行的化學反應中，此蛋白酶的作用是什麼？

2. 枯草桿菌蛋白酶是由某些單體聚合而成，這些單體的化學名稱為何？以通用取代基（ R– ）的形式，畫出單體的化學結構。

3. 枯草桿菌蛋白酶由這些單體聚合而成時，新生成的化學鍵名稱為何？畫出此化學鍵的化學結構。

本例以諾貝爾獎獲獎內容為學術情境來測驗考生有關胺基酸、蛋白質和酶（酵素）等之基本知識，獲獎內容的專業已超出考生可理解的範圍，故未出現在問題中。情境的建構使用243字，屬可接受範圍。

雖然字數增加是試題素養化不可避免之處，如何控制字數而不致浮濫是出題者須重視的原則。簡言之，在不損情境與答題的前提下，文字應盡量刪減，沒必要的資訊也不應出現在題幹中。儘管哪些文字「可刪」或「不該刪」在判斷上有許多主觀成分（如例二），命題老師可與同仁間彼此交流討論，當可達到較客觀的判斷。此外，有時一張圖或一個表可代替千言萬語（如例一），何不善用圖表？使用圖表亦可進一步考查學生閱讀非連續文本的能力。

「探究與實作試題」是另一類素養題型，其命題困難度更高，畢竟探究是一種態度，實作是一種操作過程，很難在短時間內以紙筆測驗方式評量。此外，非選題的閱卷有其侷限性，過於開放性的論述不易客觀公平給分，這類試題在大考中將會以「限縮答案的可能範圍」方式呈現。一般而言，這類題型是由實驗題型轉化而成，除上述情境導向與專業延伸之素養精神外，亦可著重於邏輯思考或訓練、圖表運用和繪製等面向。以下以例三之混合題型（含選擇題與非選題）說明之：

例三（大考中心研發試題）：

小明看到網路流行利用混合透明膠水、隱形眼鏡保養液、小蘇打來製作俗稱「史萊姆」的凝膠，想要研究看看形成史萊姆的化學原理。他先確認了膠水、隱形眼鏡保養液、小蘇打的主要成份分別為聚乙烯醇（PVA）、硼酸（）、與碳酸氫鈉（），便在實驗室製備了4%重量百分比PVA、0.01 M硼酸、0.01 M小蘇打等三種水溶液，接著他將三種溶液用不同比例充分混合均勻，果然在某些比例的配方中成功製成史萊姆。

為了測試史萊姆的黏滯性，小明將成功合成史萊姆的燒杯倒置，測量膠體在十秒內移動的距離，如圖2。實驗進行中，小明也發現只要有充分混合讓反應達到平衡，配方中溶液加入的快慢或順序並不影響生成史萊姆的性質，因此可以將硼酸水溶液先與小蘇打水混合反應後，再加入PVA水溶液中。最後小明將實驗結果整理成下方所示的表格（表2）：

表2
組別	4% PVA 水溶液體積 （mL）	0.01 M硼酸 水溶液體積 （mL）	0.01 M 小蘇打 水溶液體積 （mL）	總體積 （mL）	移動距離（cm）
1	20	0	20	40	不生成凝膠
2	20	5	15	40	13.2
3	20	10	10	40	2.6
4	20	15	5	40	＞15.0
5	20	20	0	40	不生成凝膠
6	40	10	10	60	12.8

 

1. 小明依據此一實驗的結果，作出以下推論，哪些選項是正確的？

(A)硼酸可以與膠水反應形成史萊姆凝膠

(B)小蘇打的用量並不影響生成史萊姆凝膠之性質

(C)水量的多寡會影響生成史萊姆凝膠之性質

(D)溶液體積固定下，當加入硼酸與小蘇打的莫耳數相同時，所得的凝膠黏滯性最高

(E)要形成凝膠，硼酸與小蘇打兩者缺一不可

2. 小明進行實驗時，第1組0.01 M硼酸水溶液的體積為0毫升，試問其實驗目的為何？請填入下表。

組別	4% PVA 水溶液體積（mL）	0.01 M硼酸 水溶液體積（mL）	0.01 M小蘇打 水溶液體積（mL）	實驗目的
1	20	0	20

3. 小明根據表2與以下實驗的結果，做出的推論是「要形成凝膠，PVA、硼酸與小蘇打三者缺一不可」。試完成下列所需體積。

組別	4% PVA 水溶液體積（mL）	0.01 M硼酸 水溶液體積（mL）	0.01 M小蘇打 水溶液體積（mL）
7			20

 

4. 綜合以上實驗的結果，小明推論史萊姆生成的原理是：在加入小蘇打的鹼性條件下，硼的化合物與PVA形成氫鍵。氫鍵的形成，可以讓分子間產生作用力，讓兩個分子產生緊密之結合。小明再設計以下的實驗，分別將小蘇打水溶液改成蘇打水溶液（組別8）以及將小蘇打水溶液改成醋酸水溶液（組別9）。假設小明的推論正確，試評估是否生成凝膠？請填入下表。

組別	4% PVA 水溶液體積（mL）	0.01 M硼酸 水溶液體積 （mL）	0.01 M蘇打 水溶液體積 （mL）	0.01 M醋酸 水溶液體積 （mL）	是否 形成凝膠
8	20	5	15	0
9	20	5	0	15

本例含4小題，主題幹計332字，第4小題之延伸題幹計134字，總計近500字，對一題組且為探究與實作題型而言，乃在可接受範圍。本題測驗考生由實驗結果驗證假說、控制實驗變因，並推論化學原理解決問題之能力。第2小題是有限度的開放性問題，第3小題告知三種成分之一的體積則是為了限縮答案的可能範圍。

n  結語

總之，素養導向命題的立意是健康良善的，但需要合適的題目方可彰顯其價值，而合適題目的建構需要比一般命題更費心費力，身為教育者，似乎責無旁貸，共勉之。

n  致謝

感謝大考中心吳國良研究員的邀稿和台北市中山女高化學科陸仲文老師的校閱，使本文得以付梓。文稿若有不足之處，尚祈各界指教是感。

n  參考資料

111學年度起適用之大學入學考試「考試說明」公告 https://www.ceec.edu.tw/