臺灣化學教育

自然科學探究與實作試題初探

翁群評、吳國良*、周建儒

大學入學考試中心  學科研究員
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• 前言

探究與實作是科學研究的必經歷程，也是培養國民科學素養的重要環節。新課綱期待透過探究與實作的學習方式，讓國民具備科學知識、能力與態度，以面對日常生活中各種與科學有關的問題。課程、教學和評量彼此關係密切，屬於總結性評量的大學入學考試（以下簡稱大考），因在大學選才中佔有一定比例的成績計算，故如何因應新課綱的變革亦受到關注。大學入學考試中心（以下簡稱大考中心）在素養導向命題上有四個重點方向，分別是情境化、整合運用能力、跨領域或跨學科、表達說明能力，在此架構下的自然科學探究與實作試題的命製亦奠定了基礎，未來的挑戰則是持續精進命題與如何測驗考生更多元的能力表現。

• 簡介

十二年國民基本教育（以下簡稱十二年國教）下的自然科學領域課程綱要（以下簡稱自然領綱）（教育部，2018），強調各學習階段應重視並貫徹「探究與實作」的精神與方法，提供學生統整的學習經驗，並強調跨領域科目間的整合。為強化上述目標，自然領綱特於高級中等學校教育階段增列「自然科學探究與實作」課程內容，並規定應佔自然科學領域部定必修學分數三分之一。

課程的實施有賴教學與評量的相輔相成。在自然科學探究與實作的教學上，課綱提出了綜合理解運用的七項跨科概念（物質與能量、構造與功能、系統與尺度、改變與穩定、交互作用、科學與生活、資源與永續性），自然科學領域課程手冊亦提供不少教學單元案例。在自然科學探究與實作的評量上，和教學一樣都強調多元與適性，課程手冊也告知自然科學探究與實作課程宜用多元評量，才能同時評量學生學習的探究歷程與成果，更提及可採用實作評量（Performance Assessment）和檔案評量（Portfolio Assessment）方式進行。

然多數人提到評量就會直接聯想到考試，也就是常見的紙筆測驗，無論是學校的小考、段考、模擬考，或是與升學有關的大考，都以紙筆測驗方式進行。紙筆測驗行之有年，是一個相對純熟的評量機制，其試題的形成與施測皆有標準化流程可以依循，並透過測驗統計來檢視其結果的信度與效度。大考中心每年都會分析試卷的信度與效度，以學測自然考科為例，信度指標（Cronbach’s alpha）更在0.9以上，屬於相當好的表現，另透過專家判斷亦具有良好的效度。但是，過於單一或不當的評量方式是影響學生學習動機與興趣的因素之一，雖本文聚焦於紙筆測驗的命題精進，但在自然科學探究與實作課程的教學上，是鼓勵老師採多元評量的。

• 題型規劃與命製

為呼應自然科學探究與實作的課程精神，大考中心召集自然科學領域各學者專家（含大學教授與高中教師）執行學測自然考科試題研發計畫，依循本中心素養導向命題的四個重點方向：(1)情境化、(2)整合運用能力、(3)跨領域或跨學科、(4)表達說明能力，進一步精進學測自然考科試題的命製。

試題研發小組在發展自然科學探究與實作試題時，認為除了傳統的選擇題與非選擇題外，「混合題型」亦適合發展自然科學探究與實作的試題。所謂混合題型是在題組各小題的組合上，混合選擇題與非選擇題，此一設計能涵蓋較多面向的測驗目標，加強測驗考生的統整、歸納、分析、說明、表達等重要核心能力，也較能對應到自然領綱中自然科學探究與實作的學習內容。而混合題型亦是大考中心在研究素養導向命題時，提出有別以往學科能力測驗與指定科目考試的新題型。

自然科學探究與實作試題的命製與發展素養導向試題一樣，其過程可概分為三階段（如圖1）。階段一：在掌握學測自然考科測驗目標與熟悉課綱探究與實作學習內容的前提下，尋找合適的命題素材（生活情境、媒體報導、期刊論文等）；階段二：設想素材如何轉化試題，試題形式不受限於單一類型，例如可單題或題組，而題組又可區分為選擇題題組、非選擇題題組及混合題題組。若為題組則需進一步適當配置試題的提問順序，例如第1小題先引導解題所需的思考方向，第2小題則深化提問內容，以結構化設問來測驗考生不同層次的能力；階段三：在命題原則的規範下完成試題的初步命製後，須經過計畫小組多次會議進行試題的討論與審修，除了試題文字校對與雙向細目表（測驗目標與學習內容）檢核外，也確保試題可以達到原先設定的測驗目標與測驗效果。另須強調的是，自然考科測驗目標的擬定是試題研發小組整合了自然領綱的「學習表現」和自然科學探究與實作的「學習內容」而成的，志在掌握新課綱的科學素養精神。

 

圖1、試題命製三階段

試題研發小組在自然科學探究與實作的命題方向上，亦能與外界呼應。大考中心於2017年選才電子報第278期，以專題型式邀請各領域專家分享對自然科學探究與實作的看法。臺灣大學陳竹亭教授（2017）在文章中認為紙筆測驗下的「非選擇題」可以呈現較寬廣的檢測彈性與空間。非選擇題的設計主要在於評量考生的表達說明能力，關於資料彙整、作圖、製表、論述、解釋、分析、建模等核心的學習表現，皆屬非選擇題的重要評量方向。如何設計合宜的非選擇題以評量考生的學習表現，以及如何提供適當的評分標準作為閱卷的基礎，在經由閱卷的評分標準訂定會議，以及試閱會議達成評分者間的一致性。這些命題與閱卷的操作流程，是在設計非選擇題時，所需要深思與考量的地方。當然，「探究與實作」也並非不可以使用選擇題，但若能伴隨以題組、題群增加內容的思考連結或思辨過程，必然會更切合學習時的情境。

另外，國立臺灣師範大學附屬高級中學洪逸文老師（2017）在文章中認為探究與實作不僅是科學研究必經的歷程，也是培養個人科學素養的起點，所以在思考怎麼對「探究與實作」進行測驗，就與素養導向的命題方式脫離不了關係。素養導向的測驗則是檢測學生在一個較開放的系統中，是否能運用其已經習得的知識、能力，在情境中進行推理、分析與統整來解決問題。因此，素養導向的考題便具有「情境化」與「生活化」的特徵。

• 試題舉例與分析

在試題研發小組奠定自然科學探究與實作試題的命製基礎後，本中心的108年學測自然考科研究用試卷、111學年度起適用之學測自然考科參考試卷、109試辦考試學測自然考科則依循此三階段流程進行相關試題的命製。以109試辦考試自然考科試題為例（大考中心https://www.ceec.edu.tw/
首頁/學科能力測驗/109試辦考試），物理和地科跨科共同命製了海洋冰（第49-52題），生物和化學跨科共同命製了塑膠材質（第53-56題），這兩道題組皆為混合題型，每道題組為2道選擇題+2道非選擇題。這兩個題組的題幹議題亦符合自然領綱中綜合理解運用的跨科概念，涵蓋了物質與能量、交互作用、資源與永續性。

進一步解析這兩道題組，可測驗考生部分的自然科學探究與實作能力，一是測驗考生是否具備探究學習內容中「發現問題–蒐集資訊」所對應的實作學習內容「閱讀與理解資訊內容，整理並提取適當的資訊」；二是測驗考生是否具備探究學習內容中「規劃與研究–尋找變因或條件」所對應的實作學習內容「判定與研究問題相關的影響因素，並分析因素間的關係」；三是測驗考生是否具備探究學習內容中「論證與建模–分析資料和呈現證據」所對應的實作學習內容「由探究過程所得的資料數據，整理出規則，提出分析結果與相關證據」。

上述能力可透過選擇題或非選擇題方式命題，然而非選擇題可進一步測驗考生是否真的理解問題並能有條理且具科學性的陳述答案，而不像選擇題有猜答的機會，或不確定答對的背後思考邏輯是否正確，這是學測自然考科導入非選擇題，並進一步整合成混合題型的主要原因。唯檢視混合題組下非選擇題的提問設計與評分原則，避免考生的作答情形過於開放不易計分，試題的提問仍偏向封閉式的簡答。

•  結論

僅從紙筆測驗結果是無法得知考生自然科學探究與實作能力的全貌，如劉湘瑤教授（2017）文章中所提，紙筆測驗雖能檢測學生形成問題、設計研究和推理的能力，但較缺乏診斷解題的動態過程以及溝通互動的能力。不過，本中心在試題的命製上會不斷改善與精進，例如在非選擇題的提問上，既會兼顧評分的公平性，又能讓考生發揮更多的探究思考與統整表述能力。

對於學生自然科學探究與實作能力的培養，我們希望依循課綱的精神往共同的方向前進，讓學測自然考科的命題不會牽絆了教學，也期待教學不以考試成績為唯一的目標。未來，⼤學招⽣選才機制會納入學生的在校學習歷程，將有助於⾃然科學探究與實作課程在⾼中落實，也可看見學生在自然科學探究與實作的多元表現。

• 參考資料

1.          洪逸文（2017）。「探究與實作」怎麼考？－以溫室效應為例。大學入學考試中心選才電子報，第278期專題。

2.          陳竹亭（2017）。探究與實作的課程評量。大學入學考試中心選才電子報，第278期專題。

3.          劉湘瑤（2017）。探究與實作重在培養學生帶得走的能力而不是考試。大學入學考試中心選才電子報，第278期專題。

4.          教育部（2018）。十二年國民基本教育課程綱要（國民中小學暨普通型高級中等學校）─自然科學領域。