TIMSS
2007 臺灣八年級學生的科學
成就及其相關因素之探討(中)
李哲迪 國立臺灣師範大學科學教育中心 【轉載自:T1
MSS
2007 國際數學與科學教育成就趨勢調查(pp.231-279)】第四節
八年級學生科學成就於國
際基準點之表現及趨勢 我國達於1憂級基準點的八年級學生 人數百分比(25%) 在所有參加國/地區中 排名第二;達高級基準點的學生人數百分 比 (60% )也是排名第二;達中級基準點 的人數百分比 (83% )排名第三;達初級 基準點的人數百分比 (96% )排名第六。 在 TIMSS 2003 ,我國八年級學生達1憂級和 高級基準點的人數百分比(分別是26%和63%
)也都是在國際上排名第二;達中級 基準點的人數百分比和韓國相同(88%)
,
並列第二;達初級基準點的人數百分比排 名第一,和第二至第四名比例相同,皆為 98% 。從百分比的變化來看,本次我國八 年級學生總體科學成就平均得分與TIMSS
2003 相比下滑 10 分,主要是因為 我國八年級學生連中級和初級基準點的人 數百分比顯著下滑所致o 我國八年級學生 在 TIMSS 1999 與 TIMSS 2007 之間達各級 基準點的人數百分比則無顯著差異O 一、各等級之國際基準點 為了對測驗得分提供有意義的詮釋, TIMSS 在整體科學成就量足上定了四個 分數作為「國際基準點 J (international
benchmark) 。這四個國際基準點代表了四 個等級的科學成就和能力。這四個基準點 分別稱為 1憂級基準點 (advanced benchmark)、高級基準點(high benchmark)、 中級基準點(intermediate benchmark)和初 級基準點(lowbenchmark)
a {憂級基準點為 625 分,高級基準點為 550 分,中級基準 點為 475 分,初級基準點為 400 分 O (一)價級國際基準點( 625 分) 達到 1憂級基準點的學生顯示其能掌 握某些複雜和抽象的科學概念。具體而盲, 在科學各分科和認知領域所具有之能力如 下 (Martinet
此, 2008,p.67) :
•
能理解生物體的複雜性及其與環境 的關條。•
能瞭解磁、聲音和光的性質。 能瞭解物質結構以及物理與化學性 質及變化。•
能正確應用太陽系的知識以及對地 球特徵與過程的認識。•
能顯示出其對重要環境議題的理解。TIMSS
2007 金灣八年級學生的科學成就及其相關因素之探討(中) 能明白某些科學探究的基本原理。•
能運用基本的物理原理來解決某些 定量的問題。.
能透過文字的解釋傳達科學知識。 範例一是在優級基準點上下 5 分的學 生至少 50% 能正確回答的題目。 TIMSS 透 過這一類題目更為具體地說明優級基準點 的意涵。這類試題稱為定錯試題(anchor item) 。本題所考的學科是他學。該題告訴 學生圖 l 中這兩種物質一起放在秤上,合 計 110 公克。學生要能預測當兩物結合、 形成新物質後,圓2 中的秤所顯示的數值, 並且要能說明理由。在所有參與調查的/ 年級學生中, 23%的學生能完全正確地運 用化學反應中質量守恆的知識來解釋該秤 還是顯示 110 公克。我國學生在這一題的 答對率達 51% '排名第三。這一題對世界 上其他各國家的學生來說,是難題,但對 我國學生而言,並非難題。 範例二也是在優級基準點上下5 分的 學生至少 50%能正確作答的試題。若能正 確回答此題,表示能瞭解磁一磁極一的性 質。試題的圍中有三塊磁鐵,其中兩塊碰 在一塊,第三塊磁鐵與相接的兩塊分開有 一段距離。學生要提出兩個解釋:其一、 為什麼磁鐵會碰在一起?其二、為什麼分 闊的那兩塊磁鐵一直保持分開?要全對, 學生必須正確運用磁極的知識(亦即,同 極相斥,異極相吸)。和範例一一樣,國際 上參加調查的所有八年級學生僅23%能在 這一題上得到滿分。這一題因為我國的評 分者信度未達 70% '因此不列人計分。 。 範例一:試題代號S042106 圓 l 圓 2 園 l 中的 2頁數顯示質量為 110 克。 圖 2 中所示的讀數為何? 使用磅秤來測量物質 A 和 B 的質量,如圖 l 所 示。把物質 B 放入大燒杯中形成了物質 c '空 燒杯再放回磅秤上,如國 2 所示。 位畫室畫出三65(2.1)
51 (2.0)
51 (2.3)
46(2
.4)
43(2.1)
39
(2.4)
39
(2.4)
39
(2.5)
38
(2.0)
37 (1.9)
. .
圈圈﹒
區圖
日本2
韓國 一.3
薑灣4
義大利5
捷克6
斯洛維尼亞7
匈牙利8
俄羅斯9
瑞典10
新加坡-
自間,l隘,囡囡
C
B
A
科學教育月刊 第 361 期 中華民國 102 年 8 月 (勾選一項。) 口大於 110 克 口 110 公克 口小於 110 克 講解釋你的答案。 。 範例二:試題代號 S042292 此圖顯示三個磁鐵穿過一枝鉛筆而放在一起後發 生的現象。 磁鐵 X 和 Y 會移動到它們碰在為止,但磁鐵 Y 和 Z 則保持分開。 1.請解釋為什麼磁鐵 X 和 Y 碰在一起。 日本
71 (2.0)
2
新加坡61 (1.8)
3
韓國52 (2.3)
4
匈牙利47(2.6)
5
英格蘭46 (2.5)
6
馬來西亞46 (2.5)
7
捷克45(2.7)
Z
Y
x
區團
自位置E屋,司主4 2. 請解釋為什麼磁鐵 Y 和 Z 保持分開。 (二)高級國際基準點( 550 分) 達到高級基准點的學生能從概念上 理解某些科學的循環、系統和原理原則。 更具體地說,他們具有以下幾種能力(Martin et a!.
,
2008
,
p.67) :
•
對於諸如細胞過程、人體生物學與健 康、以及植物與動物在生物系統中的 互動關係等等生物概念,能有某種程 度的瞭解。I
48
薑灣
- -I
-國噩噩~
23 (0.3)
能將所知運用在與光和聲音有關的 情境中,顯示其對熱和力具有基本的 認識,能瞭解物質結構,以及物理和 他學性質與變化。 能明臼太陽系、地球過程與資源、以 及關於某些重要環境議題的基本知 識。 具有某些科學探究技能。 能從已有的訊息得出結論、能詮釋圖Tl
MSS
2007 臺灣八年級學生的科學成就及其相關因素之探討(中) 和表的訊息、並能提出蘊含科學知識 的簡短解釋。 範例三和四是高級基準點的定錯試 題。這兩題是達於高級基準點的學生才比 較有可能答對的題目。範例三是單選題, 針對單選題, TIMSS 挑選定錯試題的標準 是在高級基準點上下 5 分的學生至少有 60% 能答對該題,在中級基準點上下 5 分 的學生答對的比例要低於 50% 。範例四是 簡答題, TIMSS 挑選簡答題作為定錯試題 的標準是在高級基準點上下 5 分的學生至 少有 50% 能答對該題。 範例三是物理題。該題在探究熱傳導 的情境中,要求學生在玻璃、木頭、鐵和 塑膠等材質中選出最佳的熱導體。在國際 上所有參加調查的八年級學生中,有 47% 能正確地指出鐵是最佳的導體。我國學生 有 75% 答對這一題。 範例四是生物題。該題要求學生寫出 兩項光合作用中除了葉綠體之外,還需要 的要素。學生必須要提及二氧化碳和陽光 才能在此題得到滿分。國際上參加調查的 所有八年級學生有的%能完全正確地回答 此題。我國學生有 66% 在此題得到滿分。 。 範例三:試題代號 S022002E圖
位藍雪白主 破現機 *棒 金屬機 塑膠樺 上圖表示四支大小完全相同但材質不同的細棒,緊 緊地塞住一容器底部。 每支細棒的下端均塗有等量的蠟,然後容器內倒人 沸水。哪一支細棒上的蠟將最先融他呢? 玻璃棒 @木棒 。金屬棒 @塑膠棒79(1.7)
75 (1.8)
68 (1.9)
66 (2.3)
63 (2
.4)
61(2.1)
61
(2
.4)
60 (2.5)
60 (2.3)
60(2
.4)
團軍圖畫圖. 新加坡2
薑灣 一3
日本4
英格蘭5
f我羅斯6
瑞典7
蘇格蘭8
澳大利亞9
韓國10
以色列-
EBEl怪,堅司
•
沸水 也 i姐科學教育月刊 第 361 期 中箏民國 102 年 8 月 。 範例四:試題代號 S032310 香港
81 (2
.4)
2
新加坡76 (1.6)
3
日本75 (2.0)
4
薑灣66 (2.3)
5
韓國65(2.1)
6
英格蘭57(2
.4)
7
斯洛維尼亞55 (2.3)
8
約日54 (2.3)
9
美國49 (1.5)
10
馬來西亞48 (2.6)
綠色植物行光合作用時會產生養分和氧氣。葉綠素 是行光合作用的因素之一。 請寫出行光合作用所需的其他兩項因素。2.
區圖
f這~1J .lel(噩噩圖~1lrf.3¥~
(三)中級國際基準點( 475 分) 達於中級基準點的學生對某個範圓 的主題真有基本的科學知識並能與人溝通。 具體而言,其能力如下 (Martin 叭叭, 2008 ,p.67) :
對生態系統中動物、食物綱、和族群 消長效應的特性有某種程度的瞭 解。 熟知聲音和力的某些特性,對他學變 t 有基本的知識。.
對太陽系、地球過程、資源和環境有 基本的認識。.
能從表格中提取訊息,能詮釋圖片的 意義。•
能在實際情境中運用知識,並能透過 簡短的描述來傳達知識。 範例五與範例六是中級基準點的定 錯試題。這兩題是達於中級基準點的學生 才比較可能答對的題目。範例五是生物題。 此題要求學生指出只出現在哺乳類動物身 上的特徵。國際上所有參加調查的八年級 學生有 63% 能選出正確答案一有分泌乳汁 的腺體。我國八年級學生有 91% 能正確答 對此題。從這個結果來看,此題對我國學 生而吉是簡單的題目。 範例六是物理題。學生必須要瞭解在 地球上喊叫聲可以產生回音但在月球上不 行的原因才能答對此題。在所有參加調查 的八年級學生中, 65% 的學生能正確指出 原因是「月球上沒有空氣傳播聲音」。我國 學生有 89% 能答對此題。這題對我國學生 而吉也是簡單題。1~llM噩噩圓圓
TIMSS
2007 臺灣八年級學生的科學成就及其相關因素之探討(中)。
範例五:試題代號 8032385 下列何種特徵是哺乳動物所獨有的? 辨識顏色的眼睛 @分泌乳汁的腺體 薑灣91 (1.3)
。吸收氧氣的皮膚2
香港86 (1.8)
@有鱗片保護的身體3
泰國84 (1.5)
4
土耳其82 (1.6)
5
敘利亞79 (1.9)
6
匈牙利78 (1.9)
7
立陶宛76 (1.9)
8
斯洛維尼亞76 (1.9)
9
日本75 (1.8)
10
捷克74(1.7)
E軍E軍團﹒
韓國90 (1.3)
2
畫過89 (1.3)
3
香港84 (1.9)
4
立陶宛83 (1.8)
5
日本82 (1.7)
6
瑞典81(1.7)
7
匈牙利80 (2.0)
8
斯洛維尼亞78(2.1)
9
新加坡77 (2.0)
10
英格蘭77 (2.3)
。 範例六:試題代號S022019
人們在地球上的山谷裡高聲喊叫,可聽到四周聞山 壁所反射的回聲。在月球上同樣的山谷裡喊叫,卻 聽不到回聲,這是因為... 月球上的重力太小 @月球上的溫度太低 。月球上沒有空氣傅播聲音 @月球上山壁不能反射聲音區圖
I~I.U
位重語Ifill科學教育月刊 第 361 期 中華民國 i02 年 8 月 (四)初級國際墓準點( 400 分) 達於初級基準點的學生懂得生活和 物質科學中的某些基本事實。明確地說, 他們具有下列能力 (Martin
et
此,2008
,
p.67) :
對人體有某種程度的認識。 熟知日常的物理現象。 能詮釋圖片的意義,並能在實際情境 中運用簡單的物理概念。 範例七和範例八是初級基準點的定 錯試題。這兩題滿足在初級基準點上下 5 分的八年級學生至少有 65% 能答對的標準, 因此被選作定錯試題。兩題都是單選題。 範例七是物理題。題目告訴學生功的定義, 然後要學生指出哪一張圖裡的人有作功。 就國際上所有參加調查的八年級學生來說, 有 78% 的學生能正確指出推車爬坡的人在 作功。這一題我國學生有 81% 能答對。這 一題對我國學生來說雖然答對率很高,是 簡單的題目,但是如果以國際所有學生當 作比較基準,答對的比例相差不多,因此 並不是特別容易的題目。範例八是生物題。 學生要知道傳遞訊息的細胞是神經細胞, 才能答對。國際上參加調查的所有八年級 學生有 75% 答對此題。我國學生有 97% 答 對。 。 範例1::試題代號 S032392 當一個物體沿著作用力的方向移動時,這就是對它 作了功。有一個人作了下圈所示的各種活動,在那 一個圖中的人有作功?®
--.
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96 (0.9)
91 (1.0)
91(2.1)
91 (1.3)
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開團團關
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俄羅斯5
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25
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81 (1.9)
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推車上斜坡 閉目買一本,TIMSS
2007 臺灣八年級學生的科學成就及其相關因素之探討(中)區噩噩噩.
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範例八:試題代號 S042013 能傳達訊息的細胞是 @皮膚細胞 @神經細胞~
薑灣97 (0.9)
。血球細胞2
韓國95 (0.8)
@腎臟細胞3
香港94 (1
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4
俄羅斯94 (1.3)
5
烏克蘭92 (1
.4)
6
美國92 (1.0)
7
匈牙利92 (1.3)
8
泰國91 (1.0)
9
英格蘭91 (1.5)
日本89(1.2)
二、 TIMSS 2007 八年級學生科學成
就達各等級國際基準點人數百 分比 我國達於優級基準點的八年級學生 人數百分比為 25%' 在所有參加國/地區中 排名第二;達於高級基準點的學生人數百 分比為 60% '也是排名第二;達於中級基 準點的學生人數百分比為 83% '排名第 三,達於初級基準點的學生人數百分比為95%
'排名第六(表 7-I
I) 。 達於優級基準點人數百分比前五名 的國家是新加坡、我國、日本、英格蘭、 韓國,這五個國家也就是總體科學平均得 分前五名的國家。由表7.11 可知,在達於 各個基準點的人數百分比上,我國與新加 坡的差異主要出現在達於優級基準點的學 生上。新加坡八年級學生達於優級基準點 的人數百分比為 32% '高於我國 7 個百分 點。我國與日本、英格蘭和韓國達於各基 準點的人數百分比的主要差異除7 在優級 基準點之外,在高級基準點上也有差異。 在達於優級基準點的人數百分比上,我國 高於這三個國家 8 個百分點,在達於高級 基準點的人數百分比上,我國高於日本5 個百分點,高於英格蘭 12 個百分點,高於 韓國 6 個百分點。 我國總體科學平均得分排名第二,而 且達於各基準點的人數百分比也排名在 前=未來在總體科學成就得分的這個層 面,我國若要「保持」優勢,則可根據達 於各基準點的人數百分比設定目標如下。 從表 7-11 中前十名國家達於各基準點的科學教育月刊 第 361 期 中華民國 102 年 8 月 人數百分比來看,如果我國要保持在前二 名,那麼達於高級基準點的學生人數百分 比應該保持在 60% 以上。如果我國要保持 在前五名,那麼達於高級基準點的學生要 達於 50% '而且連於優級基準點的學生要 達於 17% 。 表 7-11 、八年級學生科學成就達到各等級國際基準點人數百分比 (Martin
et a
I.,
2008
,
p.69)
新加坡 直遭 日 ?英格蘭 韓國 匈牙利 建克 斯洛維尼亞 俊羅斯 ?香港 2t 美國 亞美尼亞 澳大利亞 1 立陶宛 瑞典 約旦 馬爾他 3 保加利亞 ?蘇格 3 以色列 大利 土耳其 烏克 泰國 馬來西亞 伊朗 巴林 1 2 塞爾維亞 羅馬尼亞 挪戚 波士尼亞 普勒斯 巴勒斯坦 黎巴 敘利亞 埃及 阿 哥倫比亞 4 科成特 1 喬治亞 印尼 突尼西亞 沙烏地阿拉伯 卡這且心-4州州州州諮詢問
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-Ez--表 7-11 、八年級學生科學成就達到各等級國際基準點人數百分比(續上頁)
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鑫海參照區 2 麻塞諸鑫州(美國) 2t 明尼輩革達州(美國) 2 安大略省(加拿大) 3 卑詩省(加拿大) i.*桂魚肉 l!l伯睡合大公團) 主 3 魁北克省(加拿大) 至三 巴斯克地區(師) 直 0(0.0) 1 (0.3)
6 (0.9) 19(1.
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(0.1) 1 (0.3) 11(1.
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(0.0) 2 (0.3)
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3 (0.5) 18 (1.4) 51 (2.1)E
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0) 7(1.1)
37 (2.0)77
(1.7) 96(1.
0) 7 (0.9) 38(1.
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8) 58(1.
6) 82(1.1)
4 (0.8)27
(1.5) 68(1.
7) 94 (0.9) 3 (0.6) 24(1.
6) 64 (1.7) 91(1.
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到自區級 ~到高級 ~對中級 ~到初級 的學全人 的學生人 的學生人 的學生人 ft百分比 數百分比 數百分比 數百分比 f 僅在包括替代學校受iJlIJ2 後﹒學生參與比率才符合規定﹒(詳見國際報告 AppendixA) ﹒ *僅在包含替代學校後﹒學生,與軍才幾乎清是規定﹒(詳見國際報告 AppendixA) • ,無法激起學生參與翠的規定﹒(詳見國際報告 AppendixA) ﹒ l 回家受測學生母草草"並末全倒過藍圖險要家的Iij l羊"﹒{詳見國際報告 AppendixA) • 2 國蒙定ftlijl草涵蓋包含90%“95%的國家要~母諒﹒(詳見國際報告 AppendixA) • 3 國家定ftlij群通奮低於90%的國家要~lijl羊﹒{但﹒少77% ﹒詳見國際報告 AppendixA) • t 科服特、社拜{阿拉伯聯合大公國)與其他間家測區,同一草草學生﹒但2∞7年較II!﹒是在下徊,年初才測駿 0 括號內為撩撥設﹒因為結果是過近鐵道數的經似個﹒所以有些會不一致﹒ 三、八年級學生科學成就達各等級 國際基準點人數百分比之趨勢 變化 我國八年級學生在 TIMSS 2007 達優 級和高級基準點的人數百分比與 TIM 2003 沒有顯著差異,而達中級和初級基準 點的人數百分比顯著比 TIMSS 2003 低; 達各級基準點的人數百分比與 TIMSS 1999 相比,都沒有顯著差異。 在 TIMSS 2007 達優級基準點(625 分)人數百分比前十名的國家中,斯洛維 尼亞和俄羅斯兩國達優級基準點人數百分 比在TlMSS 2003 與 TIMSS 2007 之間顯著 增加,香港顯著減少,包含我國的其餘國 家皆無顯著差異(表7-12 )。不論是 TIMSS 2003 或是 2007 '新加坡都是排名第一,我 國緊迫在後,名列第二,兩國間有顯著差 異(雖然在 TIMSS 1999 我國與新加坡達 優級基準點人數百分比沒有顯著差異,但 這是因為該國在 TIMSS 1999 調查的標準 誤比往後兩次都來得大,將近一倍。易吉 之,之所以沒有差異是該次調查較為不準科學教育月刊 第 361 期 中華民國 102 年 8 月 所造成的〉。觀察 TIMSS 1999 到 TIMSS 2007 三次調查結果,我國八年級學生達優 級基準點之人數百分比雖然逐年下降 1%· 但是任兩次調查之間的差異均未達顯 著水準(衰 7-12 )。在 TIMSS2007 達高級 基準點( 550 分)人數百分比前十名的國 家中,同樣,斯洛維尼亞和俄羅斯兩國達 於高級基準點人數百分比在 TIMSS
2003
與TlMSS 2007 之間顯著增加,香港顯著 減少,包含我國的其餘國家皆無顯著差異 (表 7-13 )。在 TIMSS 2003 及 TIMSS2007
'我國達高級基準點的人數百分比在 兩次調查皆排名第二,新加坡排名第一, 兩國間無顯著差異;在TIMSS 1999 ,我國 第一,新加坡第二,但兩國間還是沒有顯 著差異。我國八年級學生達於高級基準點 的人數百分比從 TIMSS 1999 到 TIMSS 2007 之間沒有顯著差異(表7-13 )。 表 7-12'TIMSS 2007 達優級基準點人數百分比前十名之趨勢變化(Martin et a
l.,
2008
,
p.74)
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英格蘭17
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表 7-13 、TlMSS 2007 達高級基準點人數百分比前十名之趨勢變化 (Martinet
泣, 2008,p.74)
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A ATlM諮詢07 臺灣八年級學生的科學成就及其相關因素之探討(中) 在Tl MSS 2007 達於中級基準點(
475
分)人數百分比前十名的國家中,在TIMSS 2003 與 TIMSS 2007 之間達中級基準點人數 百分比顯著增加的同樣是斯洛維尼亞和俄 羅斯兩國,我國屬於顯著減少的這一群,包 含:香港(退步 11%) 、我國(退步 5%) 、新加 坡(退步 5%) 、韓國(退步 3%) (表 7-14 )。 在亞洲五個國家/地區中,僅日本無顯著差 異。在本次調查中,我國八年級學生達於中 級基準點人數百分比退回到與TlMSS1999
沒有顯著差異的水準(表 7-14 )。 在 T1MSS 2007 達於初級基準點(400
分)人數百分比前十名的國家中,我國是人 數百分比顯著下降的國家(退步3%) ,其他 百分比顯著下降的國家還有韓國(退步 1%) 、日本(退步 2%) 、新加坡(退步 2%) 和香港(退步 6%) ,皆為亞洲國家/地區(表7-15
)。在本次調查中,我國八年級學生達 於初級基準點人數百分比與T1MSS 1999 的 調查結果沒有顯著差異(表7-15 )。 表 7-14 、T1MSS 2007 連中級基準點人數百分比前十名之趨勢變化(Martin et a
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此, 2008 ,p.74)
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7
\I 2007 領事E較低科學教育月刊 第 361 期 中華民國 102 年 8 月 在此次調查,我國八年級學生達於中 級基準點和達於初級基準點的人數百分比 顯著減少了,這也就是表示在表現最差的 兩個「基準點區間」的人數百分比增加了。 這兩個基準點區間就是「低於初級基準點」 的區間,以及「高於初級基準點但低於中 級基準點」的區問。 事實上,我國八年級學生總體科學成 就平均得分在Tl MSS 2007 與Tl MSS