大學入學考試與化學評量:學測和指考化學實驗試題與學生表現之探討(下)/ 吳國良

星期六 , 9, 五月 2015 Leave a comment

大學入學考試與化學評量:
學測和指考化學實驗試題與學生表現之探討(下)

吳國良

大學入學考試中心
kl0001@ceec.edu.tw

【承〈學測和指考化學實驗試題與學生表現之探討(上)〉

二、指考化學考科

相對於學測自然的化學部分,指考化學的範圍加廣、內容加深,屬於進階的考試。指考化學考科是為理工科系所設計,其報考的考生是以第二、三類考生為主。指考從91年施測至今已有13年,本文受限於篇幅,僅以103學年度指考試題作為討論範圍。103學年度的指考化學考科共有26題選擇題,其中與化學實驗相關的試題共有5題,分別是第815161824題,以下就這些試題來探討學生的表現。

103學年度指考8題】

8. 下列哪一種聚合物所製成的樹脂可直接填充於淨水系統的管柱中將硬水軟化?

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答案:B

得分率(答對率):P = 43%

選項分析:A: 1 %B: 43%C: 21%D: 20%E: 15%

試題分析:本題屬於選修化學實驗中的硬水的檢測軟化法,實驗內容有特別說明是利用離子交換法軟化硬水。一般實驗課本都會以圖示方式,說明硬水通過陽離子交換樹脂後,可使硬水軟化,如圖三所示。本題的離子交換樹脂以結構式的方式表示,可能使部分考生產生混淆。另外,有不少考生選選項(C)(D),是對陰離子與陽離子交換樹脂的定義有所誤解,選(E)的考生則是不了解硬水的定義。本題答對率43%,屬於中間略偏難的試題。本題主要是屬於定義與結構式的認識,不涉及化學實驗的操作。

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圖三:離子交換樹脂使硬水軟化的示意圖

(圖片來源:高中選修化學(上)實驗活動手冊,康熹文化,p.17

103學年度指考15-16題】

15-16題為題組

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根據上列實驗步驟,回答15-16題:

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16.   clip_image034在步驟5中溶液混合後的消失速率(M/s)為何?

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答案:15. D16. D

得分率(答對率):15. P = 66%16. P = 31%

選項分析:15. A: 7%B: 15%C: 10%D: 66%E: 2%

16. A: 31%B: 16 %C: 18%D: 31 %E: 4%

試題分析:本題屬於基礎化學(三)秒錶實驗的內容,主要是測驗考生碘酸鉀與亞硫酸氫鈉的反應速率。本實驗的步驟較繁複,學生需要了解各項試劑與其之間的作用關係。在試題設計時,第15題是直接計算反應物的莫耳數,計算較為簡易,答對率為66%。第16題則是計算反應完成時,反應物的消失速率,此題除涉及第15題需要答對外,還要考慮AB兩試管溶液體積具有加乘性,答對率不及第15題的一半。此題雖屬實驗題設計,實質上是屬於化學計量,從考生的作答狀況而言,試題設計若是屬於直接列式計算就可得到答案,會有較高的答對率,如第15題。若屬於題組,且延續上面的試題,加上計算的轉折,考生的答題狀況較差,如第16題。

103學年度指考18題】

18. 室溫下,王同學在做有機溶劑的特性實驗時,將等體積的三種溶劑:辛烷、水、乙醇共置於同一試管中,塞上試管塞並充分搖晃後,靜置觀察,將結果記錄於實驗本中,並以斜線表示分層情形,假設混合前後溶液總體積不變,試問下列哪一個圖最接近王同學實驗後紀錄的結果?

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答案:C

得分率(答對率):P = 64%

選項分析:A: 11%B: 6%C: 64%D: 14%E: 5%

試題分析:本題屬於基礎化學(二)有機物質的一般物性所進行的延伸,實驗的說明內容有提到一般有機溶劑的互溶性。本題是測驗考生三種物質,辛烷、乙醇與水互溶的情況。雖本題屬實驗題,但屬於應用相關化學原理或概念進行推理與判斷,本題判斷的規則是分子極性和氫鍵,本題的答案是(C),乙醇與水可以互溶,但其與辛烷不互溶。有部分考生誤以為辛烷與乙醇可以互溶,再加上乙醇與水可以互溶,故三者可以互溶,而誤以為(A)為正確答案。大考中心進行實測結果如圖四所示,證明選項(C)正確無誤。

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圖四:辛烷、乙醇與水互溶與否的實測結果

103學年度指考24題】

24. 在實驗室中,李同學進行製備耐綸clip_image060的實驗,所用的反應試劑為己二胺的氫氧化鈉溶液與己二醯氯的正己烷溶液。下列有關此實驗的敘述,哪些正確?

(A)室溫下,此反應必須加熱才可進行

(B)己二胺和己二醯氯進行反應,會產生clip_image062

(C)此為一聚合反應,己二胺和己二醯氯間會形成醯胺鍵

(D)反應發生於兩溶液的界面,且產生的耐綸clip_image060為白色薄膜

(E)反應試劑混合後靜置數分鐘,己二醯氯的正己烷溶液位於下層

答案:BCD

得分率(答對率):P = 46%

選項分析:A: 44 %B: 65%C: 86 %D: 82%E: 37 %

試題分析:本題屬於選修化學(下)化學合成實驗耐綸的製備。本題在設計時,除了反應物之間的反應、產物的鍵結外,也包括反應的溫度、產物產生的位置以及溶液分布的狀況,是屬於實驗題綜合的評量,應有利於實際進行操作的學生。本題的得分率為46%,屬中等略偏難的試題,但因屬整合型的試題,加上是高中化學最後的一個實驗,考生有如此表現,已經是相當不錯。

【指考部分小結】

綜合指考化學考科這些實驗題的考生答題狀況,可以得到兩點初步的結論:

1.    若是屬於直接藉由原理進行推論,或是單一列式進行計算的試題,如:第1518兩題,考生的答對率可以超過五成以上,這兩題的答對率分別是66%64%

2.    若是屬於多個概念測試,如:第8題的硬水與陽離子交換樹脂;或是兩個步驟以上的列式計算,如:第31題;或是實驗概念的整合,包括:實驗條件、步驟、結果、產物的特性等,如第24題,考生的答對率會略微下降,大約在3040%左右。

n  大考實驗題的限制以及對教學影響

化學是一門實驗的科學,實驗課程屬於高中教學一環,大考設計實驗題以評量考生,是值得長期努力的方向。然而,實驗題的設計仍有其限制,舉例來說:

1.        大考是紙筆化的標準測驗,參加人數相當龐大,無法進行真正實驗的操作評量。

2.        以紙筆測驗所設計的實驗亦可呈現不同的風貌,如前述學測和指考的試題,這些試題著重於實驗的觀察、結果分析、原理應用、數據處理等,並不等於實驗的操作能力。

3.        高中化學課綱所涵蓋的內容有限,如果每次的大考都必須包含實驗題,再加上,大考幾乎都不使用過去考過的試題,難免會有題材枯竭的時候。對大考而言,如何設計優良且不重複的實驗題,又能符合課綱的規範,是一項重大的挑戰。

雖然有上述的限制,但是大考納入實驗題對高中教學仍有一定程度正面的影響。104學年度學測考完後,全國高級中等學校產業工會即評論:未來將強化老師對於課綱實驗的教學重點,以利學生得高分;全國教師工會總聯合會亦提到:可能對學生的學習產生的影響,是讓學生更加重視課本實驗。

n  結語

本文是藉由學測和指考實驗相關試題,探討學生的表現,並討論實驗題施測的相關限制,以及對教學的正向回饋。

基本上,每年的學測和指考化學部分試題都應涵蓋實驗的課程內容,以99課綱而言,學測範圍的實驗有8個,指考範圍的實驗則再加13個(見表一和表二),這些內容是課程綱要的內容,屬於大考的命題範圍。就考生的表現而言,以學測為例,若試題是直接採用實驗內容命題,則考生的表現並不如預期,如104學測第8題;若測驗考生實驗結果的推論能力和分子模型的轉化能力,則有不錯的表現,如104學測第515354題。以指考而言,以單一概念或是單一計算步驟的試題,多重概念、兩個以上計算式或是整合型試題比較,考生的表現是前者優於後者。這些試題的設計,是以實驗的材料與概念、計算或統整方面作結合,如果考生沒有進行實際操作,也可回答相關試題。然而,大考進行大規模的實作評量,確實有其限制存在。不過,實驗相關題材的入題,有助於高中教學對實驗課程的重視。

綜合來說,除了相關實驗情境的測試外,利用實驗題進行實驗結果與推論、概念理解、計算、推論分析、分子模型判讀等相關能力的評量,也是實驗題設計目的之一。大考涵蓋這些試題,除了引導高中教學外,也希望能夠為大學選擇合適人才就讀,以達成大學入學考試設計的意義與目的。

 

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