情境式能力導向評量的內涵與設計 國立中山大學通識教育中心 劉叔秋

劉叔秋 學歷： 德國University of Oldenburg 科學教育博士 英國University of York 科學教育碩士 國立中央大學地球科學系畢業 經歷： 國立中山大學通識教育中心 博士後研究員 德國University of Oldenburg 博士後研究員 國立台灣師範大學教育研究中心 助理研究員 台北縣國中物理／化學／地球科學教師 2013/4/17

情境 能力 知識 態度 2015 PISA科學素養評量架構 你知道的 科學知識 科學相關知識 科學地解釋現象 評估和設計科學探究活動 情境 能力 知識 你知道的 科學知識 科學相關知識 科學地解釋現象 評估和設計科學探究活動 科學地解釋數據與證據 與科學和科技 相關的生活情境 態度 對科學議題的 興趣 責任 支持(科學探究) 2015 PISA科學素養評量架構

PISA 的科學試題著重三種能力： 1. 科學地解釋現象 針對一系列自然與科技性現象作再認、提供與評估解釋的能力，包括： 1-1 回憶與應用合適的科學知識 1-2 辨識、使用與產生解釋性的模型及表徵 1-3 產生並證明合適的預測 1-4 提供解釋性的假說 1-5 解釋社會中科學知識的潛在影響

PISA 的科學試題著重三種能力： 2. 評估和設計科學探究活動 描述與評估科學調查活動，並提出可解決問題的科學方法，包括： 2-1 辨識出科學研究中所探索的問題 2-2 區分出能進行科學調查的問題 2-3 提出一個能進行科學探索的方法 2-4 評估進行科學探索的方法 2-5 敘述與評估一系列科學家用以確認資料的信度與解釋的客觀性和一般性之方法

PISA 的科學試題著重三種能力： 3. 科學地解釋數據與證據 利用一系列表徵進行分析並評估科學數據、主張與論證，並產生合適推論的能力，包括： 3-1 將數據作不同表徵的轉換 3-2 分析與解釋數據，並產生合適的推論 3-3 在科學相關的文本中，辨識出假說、證據與推理 3-4 區分出以科學證據和理論為基礎的論證，或以其他考量因素為基礎的論證 3-5 透過不同來源（如：新聞、網路、期刊）評估科學論證與證據

歷年來PISA 國際排名 PISA 2000 PISA 2003 PISA 2006 PISA 2009 PISA 2012 科學 1.韓國 (552) 2.日本 (550) 3.芬蘭 (538) 4.英國 (532) 5.加拿大 (529) 6.紐西蘭 (528) 6.澳大利亞 (528) 8.奧地利 (519) 9.愛爾蘭 (513) 10.瑞典 (512) 1.芬蘭 (548) 1.日本 (548) 3.香港 (540) 4.韓國 (538) 5.列支敦士登 (525) 5.澳大利亞 (525) 5.澳門 (525) 8.荷蘭 (524) 9.捷克 (523) 10.紐西蘭 (521) 1.芬蘭 (563) 2.香港 (542) 3.加拿大 (534) 4.台灣 (532) 5.愛沙尼亞 (531) 5.日本 (531) 7.紐西蘭 (530) 8.澳大利亞 (527) 9.荷蘭 (525) 10.列支敦士登/韓國 (522) 1.上海 (575) 2.芬蘭 (554) 3.香港 (549) 4.新加坡 (542) 5.日本 (539) 6.韓國 (538) 7.紐西蘭 (532) 8.加拿大 (529) 9.愛沙尼亞 (528) 10.澳洲 (527) 12.臺灣 (520) 1.上海 (580) 2.香港 (555) 3.新加坡 (551) 4.日本 (547) 5.芬蘭 (545) 6.愛沙尼亞 (541) 7.韓國 (538) 8.越南 (528) 9.波蘭 (526) 10.列支敦斯登 (525) 13.臺灣 (523) 2006年評量的主要領域為科學。根據這一次評比的細部分析，台灣學生解釋科學現象的能力在全世界排名第三，但科學舉證能力卻排名第八，形成科學議題的能力更只有第17名。而鄰近台灣的香港、韓國和日本學生在知識與探究能力的差距則不大。 2013/4/17

PISA 樣本試題討論： 大峽谷 演化 麵包的生麵糰 PISA試題的對象為15歲學生（國三或高一）

(標題／主題) (題幹) S426：大峽谷 石灰岩 A 頁岩 A 石灰岩 B 頁岩 B 片岩和花岡岩 大峽谷位於美國的一個沙漠中。它是一個十分大而深的峽谷，包含許多岩石的地層。從前一次地殼運動時，把這些地層提升。目前部分大峽谷的深度是 1.6 km。 科羅拉多河則在峽谷的底部流過。 參看以下從大峽谷南麓所拍攝的圖片，可以在峽谷壁上看到岩石的不同岩層。 石灰岩 A 頁岩 A 石灰岩 B 頁岩 B 片岩和花岡岩 (題幹)

(子題) (多重是非題) 問題 7：大峽谷 每年大約有五百萬人遊覽大峽谷國家公園。這麼多的遊客對公園所造 成的破壞受到關注。 S426Q07 每年大約有五百萬人遊覽大峽谷國家公園。這麼多的遊客對公園所造 成的破壞受到關注。 下列問題能否透過科學調查來回答？請就各項問題，圈出「是」或 「否」。 這個問題能否透過科學調查來回答？ 是或否？ 使用步行小徑會造成多大的侵蝕？ 是 ／ 否 公園地區是否像它 100 年前一樣的美麗？ (多重是非題)

大峽谷 問題 7 計分 代號 1：二個答案皆正確：答案依次序為「是、否」。

問題 3：大峽谷 S426Q03 大峽谷的氣溫範圍由 0℃以下到 40℃以上。雖然它是沙漠地區，但岩 石的裂縫間有時也會有些水。這些氣溫的變化和岩石裂縫內的水如何 幫助加速岩石的破裂？ A 結凍的水摧毀溫暖的岩石。 B 水把岩石凝固在一起。 C 冰把岩石的表面磨滑。 D 結凍的水把岩石的裂縫擴大。 (單選題)

大峽谷 問題 3 計分 代號 1：D 結凍的水把岩石的裂縫擴大。

有許多海洋生物的化石在大峽谷的石灰岩層 A 裡，如蚌、魚和珊瑚。 數百萬年前發生了什麼事使得這些化石在這裏出現？ 問題 5：大峽谷 S426Q05 有許多海洋生物的化石在大峽谷的石灰岩層 A 裡，如蚌、魚和珊瑚。 數百萬年前發生了什麼事使得這些化石在這裏出現？ A 在古老的年代，人類把海產從海洋帶到這個地區。 B 曾有一次相當猛烈的海洋風暴，巨大的波浪將海中的生物沖到內陸。 C 在那段時間有個海洋覆蓋著這地區，後來退去了。 D 一些海洋生物在移居大海前，曾經居住在陸地上。

大峽谷 問題 5 計分 代號 1：C 在那段時間有個海洋覆蓋著這該區，後來退去了。

S472：演化 今日，大部分的馬是流線型，而且可以快速奔跑。   科學家已經找到和馬類似的動物的骨骼化石。他們認為牠們是當今馬的祖先。科學家也已經能夠鑑別出化石物種所生活的年代。

下列表格提供三種這類化石和當今馬的資料。 動物名稱 始馬 漸新馬 草原古馬 現代馬 （當今馬） 生存年代 5 千 5 百至 5 千萬年前 3 千 9 百至 3 千 1 百萬年前 1 千 9 百至 1 千 1 百萬年前 2 百萬年前至當 今 腿的骨骼 ( 相 同 比 例)

(開放式問答題) 問題 1：演化 表格中什麼訊息強烈證明當今馬是由表格中其他三種動物隨時間演化 過來的？ S472Q01 – 019 表格中什麼訊息強烈證明當今馬是由表格中其他三種動物隨時間演化 過來的？  ……………………………………………………………………………… (開放式問答題)

代號 2： 答案提及腿骨結構隨時間逐漸改變（進化）。 演化 問題 1 計分 代號 2： 答案提及腿骨結構隨時間逐漸改變（進化）。 •腿骨是一樣的，但已逐漸改變。 •足趾/腳趾在 5 千 5 百萬年到 2 百萬年期間連接了起來。 •足趾數目已經減少。 代號 0： 其他答案 •腿已經改變。[不夠具體] •牠們被稱為賽馬。 •腿骨是一樣的。[需提及或暗示「逐漸改變」] •基因突變導致變形。[正確，但是沒有回答到問題]  代號 9：沒有作答

科學家可以進一步進行什麼研究，以找出馬如何隨時間演化？ 就各項 陳述，圈選「是」或「否」。 此研究會幫助找出馬如何隨時間演化嗎？ 是或否？ 問題 2：演化 S472Q02 科學家可以進一步進行什麼研究，以找出馬如何隨時間演化？ 就各項 陳述，圈選「是」或「否」。 此研究會幫助找出馬如何隨時間演化嗎？ 是或否？ 比較生活在不同時期的馬的數量。 是/否 尋找生活在 5 至 4 千萬年前的馬祖先的骨骼。

演化 問題 2 計分 代號 1：兩個答案都對，依序為：否、是。

A 這理論是不能相信的，因為不可能看到物種改變的過程。 B 演化的理論對動物而言是有可能的，但是不適用於人類。 問題 3：演化 S472Q03 下列哪一項陳述最適用於演化的科學理論？   A 這理論是不能相信的，因為不可能看到物種改變的過程。 B 演化的理論對動物而言是有可能的，但是不適用於人類。 C 演化是一個科學理論，它目前是基於為數眾多的觀察上。 D 演化是一個理論，已經透過科學實驗證明其為真。

演化 問題 3 計分 代號 1： C 演化是一個科學理論，它目前是基於為數眾多的觀察上。

S505：麵包的生麵糰 為了製作麵包的生麵糰，廚師混和了麵粉、水、鹽和酵母。混和後，廚師將生麵糰置放在一個容器中數小時，以展開發酵過程。發酵期間，生麵糰發生了化學變化：酵母（一種單細胞真菌）將麵粉中的澱粉和糖轉成二氧化碳和酒精。

發酵導致生麵糰膨脹，為什麼生麵糰會膨脹？ A 生麵糰會膨脹是因為所產生的酒精變成一種氣體。 B 生麵糰會膨脹是因為單細胞真菌在裡面繁殖。 問題 1：麵包的生麵糰 S505Q01 發酵導致生麵糰膨脹，為什麼生麵糰會膨脹？   A 生麵糰會膨脹是因為所產生的酒精變成一種氣體。 B 生麵糰會膨脹是因為單細胞真菌在裡面繁殖。 C 生麵糰會膨脹是因為產生了一種氣體，即二氧化碳。 D 生麵糰會膨脹是因為發酵將水變成水蒸氣。

麵包的生麵糰 問題 1 計分 代號 1： C 生麵糰會膨脹是因為產生了一種氣體，即二氧化碳。

混和生麵糰數小時之後，廚師量秤生麵糰的重量，發覺重量變輕了。 問題 2：麵包的生麵糰 S505Q02 混和生麵糰數小時之後，廚師量秤生麵糰的重量，發覺重量變輕了。   在以下展示的四個實驗開始之前，麵糰的重量是一樣的。如果酵母是 重量損失的原因，廚師應該比較哪兩個實驗來加以測試？

A 廚師應該比較實驗 1 和 2。 B 廚師應該比較實驗 1 和 3。 C 廚師應該比較實驗 2 和 4。 磅秤 瓶蓋 容器 麵粉、水、鹽 有酵母 磅秤 瓶塞 容器 麵粉、水、鹽 沒酵母 實驗1 實驗2 磅秤 打開著的容器 麵粉、水、鹽 有酵母 磅秤 打開著的容器 麵粉、水、鹽 沒酵母 實驗3 實驗4 A 廚師應該比較實驗 1 和 2。 B 廚師應該比較實驗 1 和 3。 C 廚師應該比較實驗 2 和 4。 D 廚師應該比較實驗 3 和 4。

麵包的生麵糰 問題 2 計分 代號 1：D 廚師應該比較實驗 3 和 4。

在生麵糰中，酵母轉化麵粉中的澱粉和糖，發生化學變化形成二氧化 碳和酒精。 問題 3：麵包的生麵糰 S505Q03 在生麵糰中，酵母轉化麵粉中的澱粉和糖，發生化學變化形成二氧化 碳和酒精。   出現在二氧化碳和酒精中的碳原子是從哪裡來的？就下列各項可能的 解釋，圈選「是」或「否」。 這是碳原子從哪裡來的正確解釋嗎？ 是或否？ 有些碳原子是從糖那裡來的。 是/否 有些碳原子是鹽分子的一部分。 有些碳原子是從水那裡來的。

麵包的生麵糰 問題 3 計分 代號 1：三個答案全對，依序為：是、否、否。

當發酵的（加了酵母的）麵包被放在烤箱內烘烤時，氣體的孔穴和水 蒸氣在生麵糰中擴張。 為什麼氣體和水蒸氣在加熱時會擴張？ 問題 4：麵包的生麵糰 S505Q04 當發酵的（加了酵母的）麵包被放在烤箱內烘烤時，氣體的孔穴和水 蒸氣在生麵糰中擴張。   為什麼氣體和水蒸氣在加熱時會擴張？ A 它們的分子變得更大。 B 它們的分子移動得更快。 C 它們的分子增加了數目。 D 它們的分子踫撞較不頻繁。

麵包的生麵糰 問題 4 計分 代號 1：B 它們的分子移動得更快。

探究能力評量：電腦化試題範例 （四年級：神秘的植物）

實作與討論 口紅膠不見了 變色口紅膠外觀和一般口紅膠相似，裡面是藍色（或紫色）的，塗抹在紙張表面會留下顏色，但塗抹數秒後，顏色就會漸漸消失，產生“無字天書”的效果。小豆與妙妙對變色口紅膠很好奇，想知道到底是什麼讓它變色了。 1分鐘後