臺灣化學教育

從PISA看台灣的科學教育

林煥祥

國立中山大學博雅教育中心
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n  簡介PISA評量

    經濟合作發展組織（Organization for Economic Development and Cooperation, 簡稱OECD）自西元2000年起主辦 Programme for International Student Assessment, 簡稱PISA)。其目的是測試十五歲學生是否具備參與未來社會所必需的基礎知識和基本技能，從而建立定期循環（每三年）的評量指標，為各國制定教育政策提供参考，以此來審視、評估國家以及學校教育的整体成效。PISA評量包括三個方面：閱讀素養、數學素養、和科學素養。每次的評量都以某一項素養作為主項進行深入評測，其它兩項方面則進行綜合評測。PISA2000的主項是閱讀，PISA2003是數學，PISA2006是科學，每9年形成一個大循環。有別於大部分國際評比大型計劃針對學科知識概念的評量，PISA的評量架構著重於素養的評量。藉由生活化情境式（包括個人、地區、國家、及全球性的情境）的題組，評量學生的解決問題能力。

    由圖1為PISA 2015的評量架構（OECD, 2017）可以看出素養導向的評量包括科學能力(scientific
competency)測驗卷以及學習者對科學的興趣、價值觀、自我效能、以及環境覺知、科學本質（或是科學認識論）的信念（understanding about the nature of science or epistemological belief of science）等的問卷評量。其中科技能力的評量包括：以科學解釋現象；評估與設計科學探究；以科學詮釋數據及證據等三項科學分項能力。

圖1：PISA 2015科學素養的評量架構 （OECD, 2017）

n  108新課綱內涵與PISA所強調的重點—以「生活化」與「情境式」協助學生建構科學素養

我國於2006年首次參加PISA以科學為主軸的評量。迄今為止已屆滿15年共計5次國際評比，值此新課綱已經實施三年之際，更值得檢視我國新課綱目標與PISA國際評量的走向與趨勢。

    108新課綱所強調的重點包括：

『核心素養是指一個人為了適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度。核心素養強調學習不局限於學科知識及技能，而應關注學習與生活的結合。核心素養強調培養以人為本的「終身學習者」，回應基本理念（自發、互動、共好），分為三大面向：「自主行動」、「溝通互動」、「社會參與」，此三大面向再細分為九大項目，並強調素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係。（教育部，2014, p.3）

•        自主行動：個人是學習的主體，學習者應選擇適當的學習方式，進行系統思考以解決問題，並具備創造力與行動力。』（教育部，2014, p.4）

    上述108新課綱重點所提及的「素養是與生活情境有緊密連結與互動的關係」意在鼓勵教學、學習、評量都應著重於「生活化」與「情境式」。此項強調也與PISA的評量架構（contextual assessment）互相呼應。另外九大面向之中的「系統思考與解決問題」以及「規劃執行與創新應變」所強調的「探究與實作能力」與PISA所評量的competency
of evaluating and designing scientific inquiry也彼此契合。回顧一下西元2000年左右的科學教育，可以發現學術研究及教學現場都較為著重學科知識概念的了解（e.g., Chen, Lin & Lin, 2002），鼓勵教學者務必從學生所具備或了解的學科知識概念出發進行教學（Chiu et al., 2007）。因此教學之前診斷學生的另有概念或基本概念有助於學生更高層或更深入的概念建構及應用。108新課綱素養導向的教學以及OECD所主辦的PISA則更進一步鼓勵以「生活化的情境」讓學生運用其「系統思考」等高階認知思考能力，結合其科學概念進行「問題解決」（problem-solving）（Chen et al., 2019）。如果第一線教室教學現場能夠落實新課綱所強調的上述重點，筆者相信將有助於提升學生的科學素養。

    另外由下列近年內的學測試題可以看出，生活化情境式的素養導向評量方式已經逐漸出現在我國的大型評量之中。例如：110年學測自然考科試題：

1.寒流來襲，某地發生因熱水器使用不當造成的一氧化碳（CO）中毒案例，幸經施予高壓氧及時救回。依上述說明推測，何者是CO導致死亡的主要原因？

     (A)與O2競爭血紅素，造成血氧濃度嚴重不足

     (B)與O2競爭電子傳遞鏈釋出的電子，造成有氧呼吸作用停止

     (C)阻斷神經通往肌肉的傳導，造成呼吸肌癱瘓而窒息

     (D)抑制糖解作用相關酵素功能，造成細胞呼吸作用停止

     (E)與CO2競爭血紅素，造成碳酸鹽無法排出體外而產生酸中毒

                                           （引自110年學測自然考科）

                                           

     2. 利用濾紙層析法分析紫色水性彩色筆的染料時，首先用紫色水性彩色筆在圓形濾紙  圓心部位畫一個實心圓形，如圖2
所示。其次，用滴管在圓心緩慢逐滴加水，此時部分染料隨著水漬在濾紙上呈現同心圓擴散，如圖3
所示。停止加水後，擴散至如圖4所示。 （引自110年學測自然考科）

   圖2                   圖3                   圖4

                                     

3.下列哪些敘述， 可由上述實驗結果得知？ （ 應選2項）

     (A)藍色與紅色物質均為純物質

     (B)藍色物質的分子量大於紅色物質的分子量

     (C)紫色染料為混合物，至少含有兩種不同的成分

     (D)藍色與紅色物質與濾紙附著力不同，因而造成同心圓的分布

     (E)紫色染料為純物質，與水反應後形成藍色與紅色物質（引自110年學測自然考科）

    4. 探空氣球的觀測資料，有助於瞭解環境大氣的特徵。若板橋氣象站在某星期一、    星期二量測到的大氣溫度隨高度變化垂直分布如下圖所示， 且兩天的大氣水氣含量相   同， 下列哪些敘述正確？ （ 應選2項）    （引自110年學測自然考科）

     (A)星期一的大氣較不穩定，容易發生對流

     (B)星期二的大氣較容易有垂直發展旺盛的雲層出現

     (C)星期一較不容易有垂直發展的雲層出現

     (D)星期二的大氣環境，較容易發生空氣汙染

     (E)兩天的雲層垂直發展厚度大約相同

n  結語

    當上述大型評量逐漸符合新課綱所強調的重點，筆者相信第一線教師的教學實施與學生的學習活動亦將逐漸趨於一致。另外教育部所屬的學科中心每年推動的探究與實作年會等平台，讓中學生分組報告與討論其探究與實作之專題研究成果，也是有助於新課綱目標的落實與推廣。如果第一線的教師與學生積極的投入素養導向的教學與學習，配合適當的師資培訓及教學觀摩等活動，全民科學素養的提升將更值得期待與實現。

n  參考文獻

教育部（2014）。十二年國民基本教育課程綱要。Retrived May4, 2022, from https://www.naer.edu.tw/upload/1/16/doc/288/%E5%8D%81%E4%BA%8C%E5%B9%B4%E5%9C%8B%E6%95%99%E8%AA%B2%E7%A8%8B%E7%B6%B1%E8%A6%81%E7%B8%BD%E7%B6%B1.pdf

Chen, C. C., Lin, H., & Lin, M. L. (2002). Developing a two-tier diagnostic instrument to assess high school students’ understanding- The formation of images by a plane mirror. Proceedings of the National Science Council, R.O.C., Part D: Mathematics, Science, and Technology Education, 12(3), 106-121.

Chen, Y. C., Wilson, K., & Lin, H. S. (2019). Identifying the challenging characteristics of systems thinking encountered by undergraduate students in chemistry problem-solving of gas laws. Chemistry Education Research and Practice, 20(3), 594-605. https://doi.org/10.1039/c9rp00070d

Chiu, M. H., Guo, C. J., & Treagust, D. F. (2007). Assessing students’ conceptual understanding in science: An introduction about a national project in Taiwan. International Journal of Science Education, 29(4), 379-390. https://doi.org/10.1080/09500690601072774 

OECD. (2017). PISA 2015 assessment and analytical framework: Science, reading, mathematic, financial literacy and collaborative problem solving. https://www.oecd-ilibrary.org/content/publication/9789264281820-en