以推論模式為架構分析大考化學考科非選擇題試題之探究

以推論模式為架情分析大考化學考科非選擇題試題之探究 The Investigation of Inference Skills in Problem-solving of Free-response

Chα叫stryQuesti.onsill 也ιCuUeg c.EntranccExaminatlo n.

001: 10.6249/SE.20 16.67.2.03 收稿日期:2016

/2/2

5 修訂日期: 2016

/3

/28 接受日期:2016/4/8

以推論模式為架構分析大考化學考科

非選擇題試題之探究1

吳國良* 化學科研究員

邱美虹

教授

財團法人大學入學考試中心

國立臺灣師範大學科學教育研究所

摘要

本研究嘗試由推論模式來分析大考化學考料非選擇題，以了解學生推論技能 與非選擇題表現的關像。由過去的文獻可知，推論是由已知的訊息推得未知的內 容，廣泛應用於閱讀理解。有些文獻亦指出，推論技能可能同時影響學生的閱讀

能力與科學學習成就。本研究藉由99 年大考化學考科非選擇題第一大題的3 個

小題，區分為以文本為基礎與情境模式的試題，研究發現:考生需在命題語句、 推論意涵與衍生解題之間形成相互的連結，才能順利完成解題;此外，就高、低 先備知識兩種不同的考生群，在以文本為基礎試題的表現的差距，會小於情境模 式的試題。研究結呆顯示:在回答接近情境模式的試題時，除了需具有充足的先 備知識外，亦需形成有效的推論，才得以完整地回答問題。根據此項結果，研究 者提出教學與命題的參考。 關鍵詞:推論、大考、非選擇題、以文本為基礎、情境棋式 *本篇論文通訊作者 美國良，通訊方式 KLOOOI@ceec.edu.tw 。 l 本論文保吳國民提國立臺灣師範大學科學教育研究所之博士論文的部分內容，在邱美虹教授指導下完成。

The Investigation of Inference Skills in

Problem-solving of Free-response

Chemistry Questions in the College

Entrance Examination

Kuo-Liang Wu

*

Mei-Hung Chiu

Researcher in Chemistry

Professor

College Entrance Examination Center

Graduate Institution of Science Education

,

National Taiwan Normal University

Abstract

This study is to investigate inference skills in problem-solving of free-response

chemistry questions in the college entrance examination (CEE). According to

literature reviews

,

inference skills play an important role in reading comprehension

,

and some literatures suggest inference skills may have influence on both reading

comprehension and learning achievement in science.

For exploring inference skills in problem solving of chemistry questions in CEE

,

this study has chosen

a 什ee

response query of

2010 CEE for analysis. In order to

investigate the effects of inference skills and prior-knowledge of students in

problem-solving

,

the question was divided into two categories

,

closer-to-text base

,

and

closer-to-situation-model to evaluate the performance of students. The results have

shown that the higher prior-knowledge students outperformed in situation-model

items than the low prior-knowledge students

,

while these two group students

performed closer in text base items. The implications of this study in teaching and

item-writing were also provided.

keywords: inference

,

college entrance examination(CEE)

,

free response question

,

text base

,

situation model

*

Corresponding author: Kuo-Liang Wu

,

E-mail: KLOOOI@ceec.edu.tw

以推論模式為架情分析大考化學考科非選擇題試題之探究

Thc Investigation of Infercnce Skills In Problem-solving of Free-response

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CollegcErr虹arrcc-Examlnation一一一一

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室主、 "IJ 口

學校要教什麼?考試要考什麼?考試的內容與教學內容是否相符?一直以來都是 重要的教育議題。現今的科學教育，除了培養學生基本的素養外，有愈來愈多的學者強 調，面對持續變化與不可預測的外在環境，如何使下一代能夠更有彈性地適應這樣的變 遷，其中一個重要的方向，是不僅傳授知識給學生，更重要的是學生如何學習獲得知識

的技能 (the

skills of knowledge acquisition) (Kuhn

,

2005; Noddings

,

2006) 。也就是說，

無論是學校的學習或離開學校後的終身學習，學生們能夠妥善應用心智，以獲取知識的

技能，應是教育的重要目標之一。為符合這樣的目標，探究技能 (the

skills ofinquiry)

的培養是重要的關鍵。就探究技能而言，可分為幾個主要過程技能，分別是觀察、提問、 假設、預測、研究、解釋與溝通。其中，可將提問與假設結合成推論(

inference)

，也就 是說，推論是對觀察的一種解釋，這種解釋是基於現有可獲得的資訊。科學的探究是藉 由對白然界現象的觀察，然後形成對觀察的解釋，也就是推論。由推論的結果形成預測， 藉研究來證明預測正確與否。最後，就研究結果進行自然現象的解釋，並與外界溝通。 這一連串的步驟，即為獲得知識的過程。可見，推論是探究技能中的一環，也是獲取知 識的重要技能之一。 本文嘗試以推論模式作為架構，分析大學入學考試t學考科的試題，了解學生在非 選擇題作答時，其推論的表現。這項結果，對學生在學習推論技能時有所助益、並對教 師教學與入學考試的評量提出相關的建議。

貳、文獻探討

長期以來，推論技能廣泛應用於閱讀理解，Gagne 、 Yekovich 及 Yekovich

(

1993 )

將閱讀理解歷程分成解碼 (decoding) 、文字理解 (literal comprehension) 、推論理解

(inferential

comprehension) 、理解監控 (comprehension

monitoring)

，可見推論是閱讀

理解的其中一環。就科學學習而言，推論的使用主要集中於探究過程，這衍生出一項有 趣的課題，即推論是否可能在閱讀理解與科學成就兩種不同的面向，同時扮演重要的角

色。 Cromley (2009) 利用 PISA 國際評量計畫 (The

Programme for International Student

Assessment' 簡稱 PISA) ，研究科學學習成就與閱讀能力的關條，利用2000 年至 2006

年 P1SA 的資料，計算閱讀素養與科學素養成績之間的相關，發現不同國家學生平均成

績的相關，介於 0.804 到 0.805 之間。 Cromley 提出可能的解釋認為，增強閱讀理解的知

識與技能，可能是促使科學成就較高的原因。也就是說，先備知識、字彙、推論技能這 些在閱讀理解扮演重要角色，同樣對科學成就有重要的影響。 本研究嘗試探討推論與指定科目考試(簡稱「指考 J) 化學考科非選擇題的關條， 以指定科目考試非選擇題的成績作為學習成就的一種，了解推論與科學學習成就的關 像。以下分為幾個部分進行文獻探究，並提出研究問題與研究假設。 一、推論的定義

根據 Vocabulary Com. 對推論的定義如下:

An inference is an idea or conclusion that is

drawn from evidence and reasoning.

An

inference is an educated

guess. 推論是指由證據與推

理而得到的想法或結論，推論是一種有根據的猜測。

從上述的定義中可知:推論是一種推理的過程，在這個過程中，有部分的資訊是明

確的(

expl icit)

，藉由這些明確的訊息與大腦的運作，推導而得部分不明確(implicit)

的訊息。推論的技能(skills)廣泛應用於閱讀理解(reading

comprehension)' Kispal( 2007)

對推論技能與閱誼理解的文獻回顧中發現:推論能力是閱讀理解的先決條件;也就是 說，不良的推論會造成不好的閱讀理解，可見推論對閱領理解而盲，扮演關鍵性的角色。 與推論相近的名詞是演繹(

deduction)

，在文獻上，推論與演繹通常成對出現，但單獨 探討演繹的文獻幾乎未見。演繹法是一種邏輯法則，常見到的三段式論證(syllogism)

,

即為演繹法則的一種 o Singer 等人( 199 7)提出，推論等同於解決心智上的三段式論證。 所謂三段式論證，舉個例子來說: 凡哺乳動物都是溫血的 鯨魚是哺乳動物 故鯨魚是溫血的 這種演繹法的使用，常見於科學概念的學習。也就是說，假設有一項科學界認可的 原理原則，若有某個特殊的物件符合此項原理原則，則可將此物件進行歸類，上述例子 中的哺乳動物即為此概念。本文並未探討演繹'是將演繹視為推論的一環。

二、推論與閱讀理解

(一)推論的種類 推論是閱讀文本的重要技能，影響讀者對文本的理解程度。關於推論的分類，第一

種方式是依據 Cain 及 Oakhill

(

1988) 的方式，可分為句子之間( inter-sentence) 或文本

連結 (text-connecting) 、以及間隙填滿 (gap-filling)

; Calvo

(2004) 提出相近的分類，

即連貫性(coherence) 與提供額外訊息(elabo削ive) 。文本連結的推論是將句子之間的

意思進行推論，使文章的連貫性得以維持，而間隙填滿的推論是指使用文本之外的訊

以推論模式為梨情分析大考化學考科非選擇題試題之探究

The Investigation o

rI

nference Skills 1n Problem-solving of Free-response

Ch

emistry Questions in the

CoJlege~ 缸組cc-.&xaminatlon

息，可能是讀者既存的背景知識，這些額外的訊息，使讀者對文本的心智表徵(

mental

representation) 更為豐富，以期對文本有更進一步的理解。

第二種分類的方式是依據 Graesser 、 Singer 及 Trabasso

( 1994

)提出的局部推論

(local

inferences) 及整體推論 (global inferences) 。所謂局部推論是指在句子與段落的

層次，利用局部推論的方式，使得句子或段落問的意義得以連貫;而整體推論則是需要 藉由閱讀全文之後，了解文本的主題、論點或意涵。 就上述的分類來看推論與閱讀理解的關{祟，主要分成兩個向度，一種是以文本為基 礎( text-based) 的理解，著重在字彙、句子層次的理解，也可以說，從文本之中，則可 獲得訊息;另外，則是比較偏重於先備知識為基礎(knowledge-based) 的理解，不僅需 要了解句子層次的關條，段落之間或通篇文章的大意、主旨，是這項理解的重點，而且， 這種整體性的理解，有時需要藉由讀者本身的先備知識(prior knowledge) 才能完成。 以下藉由推論所涉及的認知過程，來說明如何形成有效的推論。 (二)推論所涉及的認知過程

對於推論所涉及的認知過程，Singer 、上larkness 及 Stewart

( 1997

)提出為保持文血

完整性，推論所涉及的步驟包括:

I.在字裡行間形成想法 (formulating

a

thought) 。例如:何種想法可以將事實 A 解釋結

果 B 。

2. 將中介想法(

mediating

idea) 與長期記憶中的先備知識作比較。 3. 假設中介想法與先備知識相符，則推論是有效的。

相較於 Singer 等人( 1997)所提出的三段式論證法， Hannon 及 Daneman

( 1998 )

則是將推論視為一種推理( reasoning) 的過程，重點在於確認重要的文句，以及字句之

間的關條。事實上， Singer 等人( 199 7)與 Hannon 及 Daneman

(

1998) 的論點各具擅

長，就閱讀理解過程而言，若誼者未發現任何不連貫或不一致之處，則是一種確認文句 之間關條的過程;然而，若是在閱鑽過程中，認知到不連貫或是需對某些現象進行解釋， 則需進行如 Singer 等人的過程，將中介想法與先備知識作比較，才能確認推論的有效性。

根據 Glaesser

(

1994) 等人與 Singer 等人( 1997) 的文獻，研究者將推論的過程，

整理成流程圖的方式，如圖 l 所示。

否

事實

前提 想法 自 只三 有效 推言侖

識

口 h4 戶 其詞 J 神 I

先

A 于 ltl!ll 圖 l 閱讀理解之推論過程 根據圖 I '閱讀文本中的事實或是前提，可經由工作記憶 (working memory) 產生 具體的想法，這種想法是由讀者個人長期記憶(

long-term

memory) 的先備知識所提供。 然而，這種想法需與文本的內容及所提供的準則作判斷，3買者所提供的想法若與相關的 判準相符，則屬於有效推論;若無法符合，則需再經由工作記憶產生另一種想法，直至 通過判準的檢驗，完成有效的推論，才算是掌握文本的精神與要義。 在這個過程中，讀者的先備知識如何影響文本的解釋，即如何敢動推論機制並產生

想法，目前學界認為基模理論(

schema

theory) 是一種解釋的機制。 Rumelhart

( 1980 )

所提出的基模理論，是指大腦中大部分的知識是以一種複雜有關條的結構，即基模的方 式存在。當基模遭遇外來的訊息時，活化的基模促使合理的推論形成。由此可知，當讀 者的先備知識愈廣泛愈完備時，則可形成具有高度系統與組織的基礎，並可得到更具合 理與完善的推論。上述是根據閱讀理解的推論過程，對於科學問題的解題是否真有相對 之間的類比( analogy) 關條。 三、推論與科學問題解題的關係 首先，本文所定義的科學問題指的是長文開放式的問題 (long-text

open-ended

questions) 。開放式的問題有別於一般熟悉的選擇題(

multiple-choice)

，選擇題除了題幹 之外，尚有正確選項與誘答選項，這類的試題亦稱為限制反應式，考生只需在選項中選 出正確選項即可。相反地，開放式問題考生要自行建構(construct) 出答案，是一種創 造的過程。本研究所探討的化學考科非選擇題，屬於長文式的開放問題，這種長文式題 型，考生需先閱讀理解題意之後，方可解題，故與考生的推論技能有關。除此之外，考 34 中等教育第67 卷第 2 期

以推論模式為架情分析大考化學考科非選擇題試題之探究

Thc Investigation of Inference Skills In Problem-solving of Free-response

αlcmistry

Qucstions jn thc

CoJlcge En回nee

E'(amination

生在解題過程中，亦需具備相關的推論技能，才可正確作答。本研究嘗試以推論在閱讀 理解所扮演角色，整理出科學問題的解題過程中相關的類比關條圖，如圖 2 所示。這種 類比關條的提出，是基於以下幾篇主要的文獻。

一咕瑚一

一閉一

推論

8

圖 2 類、比關靜、 首先是由 O'Reilly 及 McNamara

(2007

)所提出，這兩位研究者利用三種認知變項，

包捐:科學知識、閱誼技能以及閱讀策略知識(

reading strategy

knowledge) 來預測高中

學生的科學學習成就。研究發現，不論是對科學文本的理解、科學課程的成績或是高風 險的科學測驗成績，此三種認知變項均能有效地預測科學學習成就的成績。就閱請能力 而吉，推論是其中重要的一環，可見，推論技能的培養，應有助於科學的學習成就。

就科學長文問題的解題而吉， Ozuru 、 Dempsey 及 McNamara (2009) 將閱讀理解

的題型，區分為兩種類型，分別是接近於文本為基礎(closer-to-text base) 以及接近於 情境模式 (closer-to-situation model) 。這種分類的方法，類似於推論的分類，是「以文 本為基礎」與「以知識為基礎」的兩種推論模式。這兩類試題，一類僅由文本的敘述內 容即可作答，另一類則是深度地整合資訊，並且與先備知識配合才能作答。Ozuru 等人 的研究 (2009 )是將接近情境模式的試題再進一步區分為局部架橋(local-bridging) 問 題與整體架橋 (global-bridging) 問題。就閱讀理解而盲，所謂局部架橋問題，解題需整 合少量資訊，答題線索在相鄰句子或5 個子句內;整體架橋問題，解題需整合大量資訊， 答題線索在 2 個句子或 5 個子句以上。就科學文本的解題時，以文本為基礎的問題，是 由文本可直接推出答案:情境模式試題包括局部架橋與整體架橋，則是根據學科知識推 論，才可獲得答案。根據圓 l 的推論過程模型，先(荷知識較深入與豐富者，其基模較完 備，有助於回答需要進行架橋處理的情境模式試題。先備知識較淺者，其基模較不完整， 對回答以文本為基礎的試題時，較不受影響，但若需回答架橋處理的情境模式試題時， 則會有較大的困難

根據上述，本研究的兩個研究假設分別為: 假設一:先備知識較優者與先備知識較弱者，兩者在回答接近情境模式的試題，會有顯 著的不同。 假設二:先備知識的高低，對回答接近以文本為基礎的試題影響較小。即先(荷知識較優 者與先備知識較弱者，兩者在回答以文本為基礎試題表現的差距，應小於回答 情境模式試題的差距。

參、研究方法

一、題型分類

本研究以 99 學年度指考他學考科非選擇題為主，了解學生的作答與推論技能的關 條 將 99 學年度指考仕學考非選擇題第一大題的 3 個小題，依文獻的內容，將閱讀理 解的題型，分為接近於以文本為基礎與情境模式，情境模式又再區分為局部架橋與整體 架橋問題。 表 l 解題類型的分類 題型 _定義 試題 以文本為基礎 整合最少量的資訊，答題的線索在文本之中。 第 l 小題 情境 局部架橋 整合少量的資訊，答題的線索需經由學科知識直接推論。 第 2 小題 模式 整體架橋 _{整合大量的資訊，答題的線索需經由學科知識間接推論。 第 3 小題} 註:此為非選擇題第一大題中的 3 個小題的試題分類，詳細試題內容請參見肆、結果與討論。

二、研究對象

本研究以 99 學年度指考他學考科考試抽樣的樣本學生為研究對象。由於各學年度 參與指考t學考科的考生人數，大概都超過 3 萬名左右。本研究從每年參與的學校中， 抽取一組適當的樣本，抽樣策略是分層抽樣法，第一層是地區，學校分布須包含臺灣的 北、中、南區，第二層為他學學科能力，須涵蓋化學考科成績高、中、低三種，結果抽

出 99 學年度 9 所高中的學生樣本，如表 2 所示。依據林光賢「高中生抽樣方法 J

(

1990)

的抽樣準則，若組合學校所有學生的成績分布與當年全體考生比較，卡方檢定值小於 23.68 者，則認為該組合學校的學生樣本可以代表全體考生的分布。本研究抽樣之9 校 組合的考生人數共計1 ，021 位，此組學校學生成績分布與全體考生相比，卡方檢定值為

17.03

'顯示此 9 校組合樣本應屬適當。 36 中等教育第 67 卷第 2 期

以推論模式為架構分析大考化學考科非選擇題試題之探究 The Investigation or Inrerenee Skills In Problem-solving or Free-response

Chemistry Questions in theCoUegeE且恤neeExamination

表 2

抽樣 9 所學校組成與考生人數

學校代碼 學校名稱 性別 合計人數 男

女

甲

12

3

、

15

2

_乙

III

111

3

丙

₄₀₁

₄₀₁

4

丁

21

5

26

5

_戊

27

13

40

6

_己

29

18

47

7

庚

165

79

244

8

_辛

64

33

97

9

去

18

22

40

註:乙校為女校，丙校為男校。

三、研究工具

本研究所要分析的資料是99 學年度指考化學考科的試題，試題與選擇題答案請參 見大考中心網站，非選擇題答案，經研究者整理後，詳細內容請參見(吳國良，2012) 。

以下就 99 學年度指考化學考科試題的信度與效度作說明。

(一)選擇題的信度 本研究就 99 學年度指考他學考科的選擇題，進行試題的一致性信度進行考驗，試 題的信度條數KR20 為 0.81 '顯見試題真有良好內部一致性信度。

(二)非選擇題閱卷的一致性

非選擇題答案卷的閱卷，採二閱方式進行。若兩閱成績差小於題分的五分之一，則 以兩閱成績之平均為其成績。若兩閱成績之差大於題分的五分之一，則進行第三(主)

閱，成績則以第三(主)閱為準。此閱卷方式，從聯考時代至今實施多年，有其一定的

公信力。 第三(主)閱率低，表示閱卷委員之間的一致性較高，需要第三(主)閱的比例較 低;反之，若是第三(主)閱率高，表示閱卷委員之間的共識較低。"學年度指考化學 考科第一大題的一致性在0.95 左右，具有相當高的閱卷一致性。

(三)效度

指考他學考科其測驗目的乃檢驗考生在高中他學的學習成就，屬於總結性的成就測 驗。指考的命題與測驗發展，均委請大學教授所組成的學科專家所編製，測驗工具的效 度以專家效度為代表，詳細內容請參見(吳國良，2012) 。 June, 2016 SecondarγEducation 37

四、資料分析

就敘述統計部分，計算樣本考生的平均分數與標準差，選擇題與非選擇題均相同。 非選擇題有三大題，各大題的平均分數與標準差也作同樣計算。此外，就非選擇題的部 分，先分析試題的命題語句、推論意涵與衍生解趣的關條，並利用考生作答的質，性資料， 進一步7 解考生常見的錯誤類型與推論間的關條，進而將考生表現分成不同層級。 另外，利用考生選擇題的表現，將考生分成高、低先備知識群的考生，以了解這兩 群考生在接近於以文本為基礎與情境模式這兩種不同類型表現的差異，考生的表現是以 該題的得分率作表示。

肆、結果與討論

以下針對統計分析的結果與考生作答情況進行說明，主要分成下列幾點主要內容， 分別是考生成績的敘述統計、試題內容與推論關條、考生作答質性資料、考生常見的錯 誤類型分析及先備知識高低對回答不同推論類型試題的影盤。

一、敘述統計

99 學年度化學考科的非選擇題共三大題，第一大題共 3 小題占 8 分，第二大題共 3

小題占 6 分，第三大題共 3 小題占 6 分，合計共占 20 分。以 9 所學校抽樣 1 ，021 位的考 生而吉，選擇題的平均得分率小於非選擇題的平均得分率，而非選擇題各大題的平均得 分率，以第二大題最高，第一大題次之，第三大題則是三題之中最低者(表 3 )。

表 3

99 學年度指考化學考料的得分情況 (N=

1

,

02

J)

項目 占分

_平均

_{標準差 得分率(%)} ﹒且以由JAJAJ、

100

39

.4

5

21.56

39

選擇題

80

30.90

17

.4

9

39

非選擇題

20

8.56

5.10

43

非選一

8

3

.4

4

1.81

43

非選二

6

3.21

2

.4

8

54

非選三

6

1.91

2.22

32

註:非選擇題第二與第三大題的內容請參見附錄。 38 中等教育第 67 卷第 2 期

以推論模式為架檔分析大考化學考科非選擇題試題之探究

The Investigation of Inference Skills In Problem-soh ing of Free-response

hemis住yQuestions 扭曲eCoUegeEn個lce E.'\:am.in延ion.

二、試題內容與推論關係 非選擇題第一大題的內容如下，先就試題內容與解題關鍵作說明，並對此大題中的 各小題的命題語句、推論意涵、衍生解題與推論性質的關條作說明。 一、稱取含有結晶水的草酸鎮 (MgC

₂

0

₄

·nH

₂

0

)樣品(代號 A) 1. 00 克後，由 25°C 徐徐加熱至 700°C 。在加熱的過程中，不斷通入一大氣壓的乾燥氫氣，結 果 A 的質量隨溫度的增高而減輕的情況如下表所示。已知 A 在 100°C 以上才 會逐漸失去結晶水，並約在 230°C 時完全失去結晶水。 溫度 cae)

25

170

230

400

450

700

質量 (g)

1.

00

0.88

0.76

0.76

0.27

0.27

I.試以溫度為橫軸(

x )

，質量為縱軸(

y )

，繪出樣品 A 的質量隨溫度而改變的圈。 (注意題幹中畫II 線的敘述) (4 分) 2. 為簡化運算，試以 Mg 的原子量為 24.0

' MgC

204 的分子量為 112 '列式計算樣品 A 中的 n ' 並寫出 A 的化學式。 (2 分) 3. 以完整的化學反應式(包括物質的狀態) ，表示在 400°C 至 450°C 間所發生的化學變 化。 (2 分) 本題利用含有結晶水的草酸鎮 (MgC

₂

0

₄

·nH

₂

0

)樣品，其加熱過程中，溫度與質 重變仕的關條，求出草酸鎮所含的結晶水，以及加熱分解後所得的犀牛勿。解題的關鍵在 於題幹畫底線的部分，即已知 A 在 looe 以上才會逐漸失去結晶水，並約在 230r e 時完 全失去結晶水，以及質量的變化是由於肋熱後有氣體產生而逸出。 第 l 小題為作圖題，由於化學考科的答案卷上有方格紙的設計，考生根據題幹上的 數據，畫出質量隨溫度變他的圓形，就可得到分數。另外，第一個推論點在，註明樣品 在 100 e 以上才會逐漸失去結晶水，故 25 e 到 100 e 的質量沒有變(仁，這是評分的重點 之一 第二個推論點是第 2 小題的重重變他是由於結晶水的消失，考生需列出計算式， 計算得到 n=2 的正確答案，才能得分。第三個推論點是第 3 小題他學反應式的書寫， 考生需先由重量組成計算推得最後的產物是 MgO 、 CO 弓及 CO '才能寫出最後的 1c學 反應首。 考生在解題時，有幾項重要的概念及推論的技能，分述如下:

【推論一】 命題語句:已知 A 在 100°C 以上才會逐漸失去結晶水。 推論意涵:在 2S0C 至 100°C 之問， A 不會失去結晶水，即 A 的質量不會產生任何變化。 衍生解題:作圖時， 2SoC 至 100°C 之間，樣品 A 的質量是水平線。 推論性質:接近以文本為基礎。 【推論二】 命題語句:約在 230°C 時完全失去結晶水。 推論意涵:加熱 A 從 100°C 到 230°C' 其所產生的質量變化，是由於結晶水的消失所產 生的結果。 衍生解題:溫度 100°C → 230°C 質量1. 00 克→ 0.76 克

反應、 MgC

₂

0

₄

.

nH

20

•

MgC

₂₀

₄ 推論性質:接近以情境模式為主(局部架橋)。 【推論三】 命題語句:以完整的化學反應式(包括物質的狀態

) ，表示在 400°C 至 4S0°C 之間所發生

的化學變化。 推論意涵: I 由表中可知， 230°C 與 400°C 的質量相同，表示 A 的質量並未改變。 2.從 400°C 到的 O°C ， A 的質量由 0.76 克變成 0.27 克，可見 A 產生了某些變

(七。

衍生解題:溫度的O°C → 4S0°C 質量 0.76 克→ 0.27 克

反應 MgC

₂

0

₄

→?

推論性質:接近以情境模式為主(整體架橋)。 從上述的命題語句、推論意涵、衍生解題與推論性質來說，推論一是接近以文本為 基礎，較不涉及學科的先備知識。先備知識低的考生應該認知到水的沸點是 100°C' 加 熱水到 100°C 前，質量不會產生變忱。推論二與推論三則是接近情境模式為主，考生除 了需要知道質量變化之外，還需要相關的先備知識，才能列式求得相關的解答。

三、考生作答質性資料

本研究提供兩個案例，分別是全對與部分答對的情況，以下為研究者根據考生作答 情況重新改寫而成。 40 中等教育第 67 卷第 2 期

以推論模式為架構分析大考化學考科非選獲題試題之探究

The Investigation of Inference Skills In Problem-solving of Pree-response

Chemistry Questionsj且theCollege EntranceBxaminatio

例一:

#7

(全對得 8 分)

完成推論一:能夠知道依試題線索繪圖。 完成推論二:能夠列式計算求得水的真耳數。 完成推論三.能夠白質量與式量關條，推演出草酸鎮於400°C至 450°C 問所發生的他學

變化。

【答題內容】

質量 (g)

0.88

0.76

0.5

0.27

25

170

230

400 450

700

溫度 cae)

2. 約 230°C 時完全失去結晶水

恥1 nil勻。

0.246

nxl8

672

一一-一=一一一=一=一一一- n= 一一口 2

心1

_MgC

，o，

0.76

19

112

342

A 的化學式為 MgC

2

0

4

·2H

2

0

3. 反應後所剩質量 O.27g

自 0.75

: 112=0.27 :

M

得 M 口 40 生成物為 MgO' 反應式如下:

MgC 20 4(S)

•

MgO(s)

+

CO(g)

+

CO?(g)

例二:

#36

(得 6 分，最後 l 小題未見到推論過程)

完成推論一:能夠知道依試題線索繪圖(略)。

完成推論二:能夠列式計算求得水的莫耳數。

未完成推論三(推論三有誤):無法由質量間的關條，推論草酸鎮於400°C至 450°C 間所

發生的化學變化。

【答題內容】 1.如例一(略) 2. 水重=

1- 0.76 = 0.24 (g)

0.76

MgC

₂

0

₄

重

_0.76

_(g)

_{=>一一 (mol)}

112

0.04

n=~= 0.04X~=2

一 一 一 一 ，

0.76

3

0.76 一

112

A : MgC

₂

0

₄

·2

1-1

₂

0

3. MgC0

4

(s)

•

MgO(s)

+

2 CO

2

(g)

四、考生常見的錯誤類型分析 考生常見的錯誤類型與命題語句、推論意涵與衍生解題有密切關係，以下就考生的 錯誤類型來說明考生在解題時，所缺少的推論技能或學科知識概念。 第 l 小題:考生未能了解題幹中 100C 以上才會逐漸失去結晶水，並在 230 C 時完全失 去結晶水的命題意涵。 例如:

0..-...- 150

C 畫成直線， 150°C 才開始失去結晶水。 也 D、 42 中等教育第 67 卷第 2 期

以推論模式為架情分析大考化學考科非選擇題試題之探究

The investigation of Inference Skills in Problem-solving of Free-response heillistry Questions inthe CollegeEnrrancc Examination

第 2 小題:考生知道草酸鎮與水的含量，但不會推論列式。 例如:

_{MgC 20}

4

·nH 20 = 1 =(112 +

!l

XI8) mol

H 勻。=

1-

0.76

=

0.24

第 3 小題:考生未能了解題幹中， 400°C 到 450°C 所發生的他學變化，是需要以質量變他 作為基礎，常見的錯誤類型如下: (一)沒有以質量變化進行推論

MgC20

4(S)

•

Mg(s) +2C02

(g)

MgC20

4(S)

•

MgO(s)

+C0

2

(且)

MgC20

4(S)

•

MgO(s) +2C02

(g) MgC

2

0

4

(S) →MgC0

3

(s)+C。他)

(二)下列反應並不會產生質量變化

MgC20

4(S)

•

MgZ)+C2ojGq)

MgC20

4(S)

•

MgC20

4(1)

MgC20

4(1)

•

MgC20

4(g) (三)考生自行衍生，題幹並未提到與水或氧進行反應 M 峙gC圳 MgC2ρ0

4咐(仿昀

s

幻

)+吃2H叫20(1)

•

Mg試(OH )z+也2C0

_2池(旭

_ω

_且

_ω

)+H叫2旭划(旭ω且ω) 研究者將考生的作答反應分成不同層級，如表 4 所示，層級由上而下共分成 5 級。 其中， 0 代表完全不會作答， 1-4 代表能夠作答的情況， I 是最初階的作答情況， 4 則是 最進階的作答情況。最高階 4 級的考生應具備的是:能夠知道試題文本的線索繪圖、能 夠列式計算求得水的莫耳數、能夠由質量的關條，推論出草酸鎮加熱分解的反應式。 表 4 考生作答反應的不同層級與推論方式的關祥、 層級 考生作答反應 得分 推論方式

O

不知道如何繪圖。

_O

知道繪圖。

1-3

文本為基礎 但未依試題所提供線索列式。

2

知道依試題線索繪圖。

4

文本為基礎 但不了解如何列式計算求得水的其耳數。 知道依試題線索繪圖。

3

能夠求得水的其耳數。

5-6

局部架橋 但不知道如何白質量關條、推演草酸鎮的分解反應式。 知道依試題線索繪圖。

4

能夠求得水的其耳數。

7-8

整體架橋 能夠由質量與分子量關條推演出草酸鎮加熱分解反應式。

五、先備知識高低對回答不同推論類型試題的影響 本研究另外嘗試回答先備知識高低對回答不同推論類型試題的影響。所謂推論技能 主要是以回答接近以文本為基礎的試題(非選第一大題第 1 小題)以及接近以情境模式 為基礎的試題(非選第一大題第 2 、 3 小題)為區分。先備知識的區分則是以抽樣考生 選擇題平均分數作為標準，選擇題成績高於 39 .45 者，稱為高先備知識群考生;選擇題

成績低於 39 .45 者，稱為低先備知識群考生(參見表 3) ，兩者的人數分別為 352 及 669

'

選擇題的平均成績分別為 50.67 及 20.50 。由表 5 中可知，不論是高、低先備知識的考生 都是以文本為基礎推論試題的得分率，優於以情境模式推論試題，可見，後者類型的試 題有較高的難度。 表 5 先備知識高低對問題回答的影響 第 l 小題 第 2 、 3 小題 考生數

平均

以文本為基礎推論 情境模式推論 分數

_平均

_平均

得分 得分率 得分 得分率 高先備知識群考生 (選擇題成績這 39 .45

)

352

50.67

3.63

91%

0.94

24%

低先備知識群考生

669

(選擇題成績 <39.4 5)

20.50

2.62

66%

0.22

6%

此外，就不同先備知識群考生，在回答兩種類型試題的差異作比較，在回答以文 為基礎的推論試題，兩類考生得分率的比較為1.38 (91%/66%); 而在回答以情境模式 為主的推論試題，兩類考生得分率的比較為4 (24%/6%) 。由這項結果可知:先備知 識高與先備知識低的考生，兩者在回答以文本為基礎推論試題表現的差距，應小於回答 情境模式推論試題的差距，即1.38 小於 4 (符合研究假設二)。至於研究假設一，先備 知識高或低的考生，在回答情境模式的推論試題，其得分率相差4 倍，應屬顯著不同。 換言之，高、低先備知識考生在回答以文本為基礎的推論試題時，彼此之間的差距 較小;但在回答以情境模式的推論試題，兩者的差距較大，符合本研究的假設。

伍、結論與建議

本研究以推論模式為架構分析大考化學考科非選擇題試題，利用99 學年度非選擇 題第一大題的 3 {固小題為研究工具，再以抽樣9 所學校的學生為樣本，抽樣學生的代表 性以卡方檢定顯示符合全國性樣本。考生非選擇題的閱卷一致性達0.95 左右，具相當高 閱卷信度。利用非選擇題的3 個小題，分別是第 l 小題屬於以文本為基礎的推論試題， 44 中等教育第67 卷第 2 期

以推論模式為架構分析大考化學考科非選擇題試題之探究

The Invesligalion

0

f In ferenee Skills In Problem-solving of Free-response

Ch

emistry Qoestions in the

Collcg巳 E副組ccEx

amination

以及第 2 、 3 小題屬於以情境模式為主的推論試題，以探討學生的表現。就研究的質性 分析結果發現，考生在解題時，需對命題語句、推論意涵、衍生解題三者之間有所連結， 才能順利完成解題。這三者之間若無法形成網絡，則可見到考生常見的各種錯誤類型， 故就解題而盲，上述三者缺一不可。就非選擇題的測驗功能而盲，可見到考生實際作答 的樣態，這些錯誤的類型也代表考生在回答問題時，某些關鍵點的連結未能完成，包括; 命題語句、推論意涵、衍生解題。這種錯誤類型的呈現，在選擇題無法見到，是非選擇 題獨特的功能，並可對學校教學有所助益。教師若能了解考生容易犯錯的部分，則可加 以補強，以提升學生這些方面的連結。若將考生的作答內容、推論方式與不同層級作分 類，則可建立區分不同層級考生的準則(表 4) 。此外，就高、低先備知識考生，在回答 以文本為基礎的推論試題時，彼此之間的差距較小;但在回答以情境模式的推論試題 時，兩者的差距較大，這項結果與 Ozuru 等人 (2009 )利用科學文本閱讀理解題型所進 行的研究結果相近。 本研究以推論的模式分析大考他學考科非選擇題的試題，就研究所得的結論而盲， 可提供教學與命題的參考。 就教學而吉，如何提昇學生的推論技能，除了加強學生的先備知識之外，應多進行 推論的練習，即科學文本中的意涵為何，提供語句分析，以監控理解及修正錯誤的方式， 逐步找到有效推論的步驟。在過程中，由教師輔導學生在工作記憶中形成想法，並與判 準進行比對，讓這種步驟如圖 l 的過程不斷重覆練習，則能舉一反三，觸類旁通，對不 熟悉的情境模式的推論亦能進行應用 就命題而吉，指考化學考科的命題，除了區分與選拔人才進入大學之外，亦可引導 高中教學。利用不同類型的推論試題，除 7 可以了解學生容易產生的錯誤類型外，並可 區分考生的表現。這種利用不同類型的推論方式的題型，可引導學生對推論技能的 視。推論技能的提升，不僅有助於閱謂理解能力，也對科學學習成就有所助益。

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以推論模式為架情分析大考化學考科非選擇題試題之探究 The Investigation of Inference Skills In Problem-solving of Free-response

I1cmis仕y Questio凶 intileCollege£ 區tranceExamination

附錄

二、圖5為接及其化合物所進行之相關反應 o

澄清石灰水

+

白色沉澱丙 圓 5

I M HCl(aq)

無色溶液 過量 NaOH(s) 白色沉涉及 T 根據上列的反應流程圈，回答下列問題。 l 寫出他合物甲加熱分解之平衡反應式。 (2 分)

2. 寫出他合物乙和 1

M

HCI 反應之平衡反應式。 (2 分)

3 寫出他合物丙和丁的化學式。 (2 分)

三、己知丙燒熱裂解後產生丙婦與氫氣，其平衡反應式如下:

CHo"

g)

'

CH"

~3"6(甚),

+

H 勻 7 將 1.0 莫耳的丙院置於一個22 .4升的密閉容器中，並使容器溫度維持在427

C

。 經一段時間，反應達平衡後，現IJ 得容器內的總壓力為 3.0 大氣壓。假設容器內每一氣體 均可視為理想氣體，試列出計算式，求出該反應達平衡後，下列各項數值。 1.容器內丙憐的莫耳數 (2 分) 2.容器內氫氣的質量 (2 分) 3. 容器內氫氣的分壓 (2 分)