96-100學年度大學入學考試化學考科試題分析研究

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(1)國立臺灣師範大學科學教育研究所博士論文. 指導教授：邱美虹博士. 96-100 學年度大學入學考試化學考科試題分析研究. 研究生：吳國良. 中華民國 101 年 6 月. .

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(3) 誌謝從民國 88 年進入大學入學考試中心工作至今，已有 13 個年頭。當初進入大考中心，是由時任研究發展處處長蕭次融教授面試進入，依稀還記得當初面談的場景，從此展開一段工作與讀書的共伴效應。在蕭處長的鼓勵下，進入科教所邱美虹教授的門下擔任博士生。在這段漫漫長路上，蕭老師與邱老師不斷給予提攜與鼓勵，若無兩位師長的厚愛，這項艱鉅的任務，將難以順利完成。對兩位師長能以最大的耐心包容學生，在此致上最大的謝意。工作與唸書期間，幾位師長的加入，給予學生相當的助益。其中，王文竹教授是學生第一位共事研究計畫的教授，王教授博學多聞，才思敏捷，從他身上學習如何表述科學概念的文字能力。其次，是陳竹亭教授，陳教授恢宏的氣度與超凡的見識，讓學生領略了典範的定義；張俊彥教授不論是參與計畫或會議，都提供了具體的創見，讓科教走出了一條創意之路。這幾位師長願意首肯擔任學生的口試委員，提供相當多的寶貴意見，讓學生論文增色不少。除了上述的委員之外，物理科的蔡尚芳教授是一起合作進行自然科研究的主持人，蔡教授對試題的創意與細緻的功力，以及統整自然科四個科目的統合能力，讓學生領略不少。心測中心曾芬蘭博士，擔任學生論文計畫書審查委員，提供了許多同行的意見，在此一併致謝。除此之外，曾博士的恩師匹茲堡大學退休教授許擇基博士，曾短暫停留中心擔任顧問一職。當初，許教授所提出試題的間接資訊影響試題難度的概念，提供了這本論文的濫觴，也藉此機會感謝許教授。博士班的同窗，世文與俊庚，在求學過程中，有著共同的喜怒哀樂。研究室裡的偉君學長、淑女學姊提供了很多寶貴的經驗，文龍也在最後階段，彼此鼓舞與勉勵。感謝他們在科教所的日子相伴，讓我不會覺得是踽踽獨行。在工作的場域中，許多同仁的默默協助，在此不一一致謝。其中，最需要感謝的是區雅倫博士，雅倫在學業即將完成的最後一年離開中心，不過，她也在我 .

(4) 最緊要的時候，提供最適切的幫助。不論是心理的鼓勵或研究方法的協助，這種亦師亦友的鼓舞，使我得以更上一層樓，也藉論文的一角，表達我的謝意。最後是家人的陪伴，燕燕與家家的成長，幾乎是在博士班求學與寫論文中渡過。雖然她們的成長，因著父親的工作與求學而失色不少，但希望他們可以體諒父親的辛勞。最辛苦的是惠鈴，在這個過程中，除了教書的工作外，還要無怨無悔照顧整個家庭，沒有她的體諒與付出，這本論文是不可能誕生的。感謝大家也感謝老天爺，讓這段旅程暫時走到了一個高峯，接著又會是一連串的學習與挑戰。. .

(5) 96-100 學年度大學入學考試化學考科試題分析研究摘要本研究利用大學入學考試中心，96-100 學年度指考化學考科的試題進行分析研究，主要的方向包括不同類別考生成績的表現、試題類型、試題難度、學生作答上較困難試題與非選擇題考生作答分析。在不同類別考生成績的表現，是以全體參與 96-100 學年度的考生為比較的基礎；而試題類型、試題難度、學生作答上較困難試題與非選擇題考生作答分析，則採取一組 9 所學校的學生，分布區域在臺灣的北、中、南三個地區，並含有指考化學考科高、中、低三種成績組合。以 100 學年度而言，此組學校學生人數共計 1,038 位，對照全體考生，其成績分布卡方檢定值為 17.03 小於 23.68，該組合學校的學生樣本，可以代表全體考生的分布。不同類別考生成績表現而言，採敘述統計方式；就試題類型，是採因素分析、階層性集群分析與專家判斷法；試題難度採多元迴歸分析；學生作答上較困難試題調查則採專家問卷調查方式；考生非選擇題作答則採類型分析方式。本研究結果顯示，指考化學考科的成績表現，就不同類別考生而言，是男生優於女生、非應屆優於應屆、公立優於私立、學校規模愈大，考生成績愈好。其中，男女與畢業別的差異，效果量小於.2、學校別差異的效果量介於.2~.5、學校規模差異的效果量則是介於.5~.8。以試題類型而言，指考化學考科有三種主要的試題類型，其試題難度呈現階層性關係並具有顯著性差異；就影響試題難度的因素而言，本研究利用四種試題的屬性，對試題難度變異的解釋力可達 64%；利用難度預估的迴歸方程式，計算化學考科 5 年 113 題所得的難度值與實測值之間比較，若以四種難度類別作區分，大部分是屬於同一類別或差別一個難度類別，僅 1 題差別兩個難度類別；關於學生作答上較困難的原因，與上述影響試題難度的變項相近，有些則是屬於學生的迷思概念；考生非選擇題的作答分析發現，不同 .

(6) 年度的非選擇題，考生的作答表現，可以分類成不同的層級，並可找出考生實際作答的例子進行驗證。未來可嘗試不同科目或不同測驗的試題難度研究，以及教學上如何增進學生較高階認知能力等方向進行。. 關鍵詞：指考、化學考科、試題類型、試題難度、試題屬性、迷思概念. .

(7) A Study of Item Analysis of Chemistry Test of DRT 2007-2011 Abstract The purpose of this study was to investigate the items in chemistry of 2007-2011 Department Required Test (DRT) of College Entrance Examination Center (CEEC). The main purposes of this study are to compare the relationships of the student’s characteristics and chemistry test grade of DRT, to analyze the item formats, item difficulty, student’s poor performance items and response patterns of open-ended questions. Except comparing the total students of 2007-2011 involving the DRT chemistry test, the researcher also sampled a group of 9 school students, which including the northern, middle, and southern areas of Taiwan, and with different DRT chemistry achievements. According to chi-square test, this sampling was an appropriate combination. By the methods of factor analysis, cluster analysis, multiple regression analysis, questionnaire analysis, and response patterns analysis, this study had following results. Firstly, the performance of students varied with gender, retaken the test or not, and school type. The male students outperformed than the female ; the retaken students got better scores than the first-taken ones; the public school students performed better than those of private schools; the larger the schools were, the better performance were the students. But, the difference of gender and taking times did not have small effect size, and the difference of school type had small to medium, and the difference of school size had medium to large effect size. Secondly, there were three item formats in various years’ tests, and the passing rate also showed hierarchical relationships of these three item formats. Thirdly, the multiple regression analysis .

(8) showed that there were four item attributes with great effect on item difficulty which accounted for 64% variance. Lastly, the reasons of student’s poor performance items were similar to those item attributes, besides that some student’s poor performance due to the misconceptions, and according to the response patterns of open-ended questions, the student’s performance has divided with different procedural and conceptual knowledge levels. Taken together, this study has provided methodology of item analysis and an example for other subjects. Furthermore, the item analysis also gives great help for school instruction and future item-writing.. Key words: DRT、chemistry test、item format、item difficulty、item attribute、 misconception. .

(9) 目次. 第壹章. 緒論............................................................................................ 1. 第一節. 研究背景與動機................................................................. 2. 第二節. 研究的重要性..................................................................... 5. 第三節. 研究目的與研究問題......................................................... 9. 第四節. 研究範圍........................................................................... 11. 第五節. 研究限制........................................................................... 12. 第六節. 名詞解釋........................................................................... 13. 第貳章. 文獻探討.................................................................................. 15. 第一節. 測驗的設計與發展........................................................... 15. 第二節. 學生的學習成就............................................................... 25. 第三節. 學習化學與測驗題型....................................................... 27. 第四節. 試題難度的探討............................................................... 41. 第五節. 學生概念的研究............................................................... 57. 第參章. 研究方法.................................................................................. 65. 第一節. 研究設計........................................................................... 65. 第二節. 研究對象........................................................................... 71. 第三節. 研究工具........................................................................... 73 I . .

(10) 第四節. 資料蒐集........................................................................... 76. 第五節. 資料分析........................................................................... 77. 第肆章. 結果與討論 ............................................................................. 84. 第一節. 96-100 學年度指考化學考科不同類別考生的學習成就 ........................................................................................... 84. 第二節. 試題類型研究的結果....................................................... 89. 第三節. 試題難度多元迴歸分析的結果 .................................... 119. 第四節. 學生作答較困難試題與非選擇題作答分析 ................ 129. 第伍章. 結論與建議 ........................................................................... 171. 第一節. 結論 ................................................................................. 171. 第二節. 建議 ................................................................................. 175. 參考文獻................................................................................................ 178 附錄........................................................................................................ 195 附錄一、96-100 學年度指定科目考試化學考科試題 ................ 195 附錄二、96-100 學年度指定科目考試化學考科選擇題答案 .... 235 附錄三、96-100 學年度指定科目考試化學科答對率及鑑別度指數表與選項分析................................................................. 240 附錄四、96-100 學年度指定科目考試化學考科非選擇題評分標準 ......................................................................................... 259 II .

(11) 附錄五、測驗和題庫設計的重要元素表 .................................... 270 附錄六、命題卡 ............................................................................. 273 附錄七、97-100 學年度指考化學考科非選擇題作答分析 ........ 275. III .

(12) 圖次. 圖 1-2-1. 大學多元入學方案的架構圖 .................................................. 5. 圖 2-1-1. 教學與學習對科學素養提昇的整合策略............................ 17. 圖 2-3-1. 學習化學的三種概念層次 .................................................... 28. 圖 2-3-2. 示意圖對學習者建立心智模式的關係................................ 28. 圖 2-3-3. 試題結構 ................................................................................ 39. 圖 2-3-4. 問題或任務不同型式的要求 ................................................ 40. 圖 2-4-1. 題庫與闈外命題流程關係圖：ABO 計畫 .......................... 44. 圖 2-4-2. 試題解題過程與試題難度的關係........................................ 48. 圖 3-1-1. 本論文的研究架構 ................................................................ 66. 圖 3-1-2. 影響試題難度因素研究的設計............................................ 69. 圖 4-2-1. 因素分析法的陡坡圖（100） .............................................. 90. 圖 4-2-2. 階層性集群分析法的樹狀圖（100）.................................. 93. 圖 4-2-3. 因素分析法的陡坡圖（99） ................................................ 96. 圖 4-2-4. 階層性集群分析法的樹狀圖（99）.................................... 98. 圖 4-2-5. 因素分析法的陡坡圖（98） .............................................. 101. 圖 4-2-6. 階層性集群分析法的樹狀圖（98）.................................. 103. 圖 4-2-7. 因素分析法的陡坡圖（97） .............................................. 106 IV . .

(13) 圖 4-2-8. 階層性集群分析法的樹狀圖（97）.................................. 109. 圖 4-2-9. 因素分析法的陡坡圖（96） ...............................................111. 圖 4-2-10. 階層性集群分析法的樹狀圖（96）................................ 113. . V .

(14) 表次. 表 2-1-1. 學測與指考的比較 ................................................................ 20. 表 2-4-1. 99 學年度指考化學考科各項指標符合程度....................... 43. 表 2-4-2. 95-100 學年度指考化學考科使用題庫題的題型題數與占分 .................................................................................................. 45. 表 2-4-3. 100 學年度指考各考科成績一覽表..................................... 46. 表 3-1-1. 試題類型的分類 .................................................................... 67. 表 3-1-2. 初擬影響指考化學考科試題難度的變項............................ 68. 表 3-2-1. 96-100 學年度指考化學考科的考生分布情況 ................... 71. 表 3-3-1. 96-100 學年度指考化學考科的主閱份數與主閱率 ........... 74. 表 3-3-2. 100 學年度指考化學考科雙向細目表................................. 75. 表 3-5-1. 抽樣 9 所學校組成與考生人數 ............................................ 80. 表 4-1-1. 100 學年度指考化學考科不同類別考生成績表現 ............ 85. 表 4-1-2. 99 學年度指考化學考科不同類別考生成績表現 .............. 86. 表 4-1-3. 98 學年度指考化學考科不同類別考生成績表現 .............. 86. 表 4-1-4. 97 學年度指考化學考科不同類別考生成績表現 .............. 87. 表 4-1-5. 96 學年度指考化學考科不同類別考生成績表現 .............. 87. 表 4-2-1. 因素分析的結果（樣本數＝1038）（100）........................ 91 VI . .

(15) 表 4-2-2. 學科專家對 100 化學考科試題類型分類結果.................... 94. 表 4-2-3. 100 化學考科試題類型分析的結果比較............................. 95. 表 4-2-4. 因素分析的結果（樣本數＝1021）（99）.......................... 97. 表 4-2-5. 學科專家對 99 化學考科試題類型分類結果...................... 99. 表 4-2-6. 99 化學考科試題類型分析的結果比較............................. 100. 表 4-2-7. 因素分析的結果（樣本數＝1105）（98） ........................ 102. 表 4-2-8. 學科專家對 98 化學考科試題類型分類結果.................... 104. 表 4-2-9. 98 化學考科試題類型分析的結果比較............................. 105. 表 4-2-10. 因素分析的結果（樣本數＝1117）（97） ...................... 107. 表 4-2-11. 學科專家對 97 化學考科試題類型分類結果 .................. 110. 表 4-2-12. 97 化學考科試題類型分析的結果比較........................... 110. 表 4-2-13. 因素分析的結果（樣本數＝1289）（96）...................... 112. 表 4-2-14. 學科專家對 96 化學考科試題類型分類結果 ................. 114. 表 4-2-15. 96 化學考科試題類型分析的結果比較........................... 115. 表 4-2-16. 96-100 學年度指考化學考科試題類型綜合結果 ........... 116. 表 4-2-17. 不同試題類型答對率的變異數分析結果........................ 117. 表 4-3-1. 試題難度的因素預估表 ...................................................... 120. 表 4-3-2. 大學教授估計影響試題難度變項與試題難度的相關矩陣 .............................................................................................. 122 VII . .

(16) 表 4-3-3. 高中教師估計影響試題難度變項與試題難度的相關矩陣 .............................................................................................. 123. 表 4-3-4. 96-100 化學考科難度與 6 種試題屬性敘述統計（題數 N＝ 113） .................................................................................... 124. 表 4-3-5. 96-100 化學考科試題難度與試題屬性的相關矩陣（題數 N ＝113） ................................................................................ 124. 表 4-3-6. 預測模式的整理結果 .......................................................... 125. 表 4-3-7. 難度參數多元迴歸預測方程式係數摘要.......................... 126. 表 4-3-8. 不同測驗試題難度預測因子與解釋力的比較.................. 127. 表 4-3-9. 96-100 化學考科預估難度與實測難度的比較 ................. 128. 表 4-4-1. 96-100 化學考科高分組誘答選項選答超過 20%的試題 . 129. 表 4-4-2. 96-100 化學考科難度值小於 50%的試題 ......................... 130. 表 4-4-3. 6 位學科專家對學生答題較困難試題原因分析結果 ...... 131. 表 4-4-4. 迷思概念試題的特質 .......................................................... 141. 表 4-4-5. 100 學年度指考化學考科各大題得分情況（N＝1038） 142. 表 4-4-6. 第一大題人數及分數百分比（100）................................ 144. 表 4-4-7. 99 學年度指考化學考科各大題得分情況（N＝1021）.. 148. 表 4-4-8. 第一大題人數及分數百分比（99）.................................. 150. 表 4-4-9. 98 學年度指考化學考科各大題得分情況（N＝1103） .. 154 VIII . .

(17) 表 4-4-10. 第一大題人數及分數百分比（98）................................ 155. 表 4-4-11. 97 學年度指考化學考科各大題得分情況（N＝1116） 159. 表 4-4-12. 第三大題人數及分數百分比（97）................................ 161. 表 4-4-13. 99-100 年非選擇題考生作答反應與不同層級的關係 ... 168. 表 4-4-14. 97-98 年非選擇題考生作答反應與不同層級的關係 ..... 169. IX .

(18) X .

(19) 第壹章. 緒論. 行政院於 1995 年成立教育改革諮議委員會（簡稱教改會），委員們經歷多次會議與諮詢，於 1996 年提出《教育改革諮議報告書》，書中提出五項綜合建議，分別是：教育鬆綁、帶好每位學生、暢通升學管道、提升教育品質以及建立終身學習社會（行政院，1996）。這五項建議，對過去十年我國的教育政策有著深遠而重大的影響。舉例來說：師資培育的開放、特殊教育的立法與對弱勢族群的照顧、高中與大學多元入學方案的實施、國家教育研究院的籌設以及廣設社區大學等，凡此種種，都可見到此諮議報告書，建構我國教育的長程藍圖。然而，並非報告書中所提出的內容都已獲得充分改善，例如：有關社會觀念的鬆綁部分，當年即提出：中學的升學率和大學聯考的排行榜，並非辦學成效的重要指標。然時至今日，每每見到放榜時的媒體報導，某某高中有幾位學生進入臺大，有幾位學生進入第一志願等；這些現象說明今日臺灣的某種考試文化，仍根深蒂固深於大多數人的心中，不易轉化。確實如此，社會上大多數人過度重視大學入學考試（大考）的成績與入學，而不願深思熟慮在學習過程中，學生究竟學到了何種知識內容？獲得了何種能力？培養了何種素養？其實這些知識、能力與素養攸關我國未來人力的培養與社會的發展，在高中課程設計與大學考試評量時均列為重要考量。要探究這些重要的知識、能力與素養，學科試題的分析是較佳的途徑，本論文以大學入學考試化學考科為例，藉由不同的面向探討學科試題與學生所習得的知識、技能與素養的關係，以作為學生學習、教師教學與大學入學考試評量的重要參考。. 1 .

(20) 第一節. 研究背景與動機. 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？一直以來就是重要的教育議題。以科學學習而言，科學素養（scientific literacy）的培養是一項重要的目標。Bybee（1997）曾提出科學素養的四種層次，分別是命名的（nominal），即知道一般的科學名詞；功能的（functional），能將科學名詞使用於情境之中；概念的與程序的（conceptual and procedural），了解科學概念，並能理解應用科學程序的方法；多元的（multidimensional），了解科學的本質、科學史以及其在文化中的多元角色。就高中階段而言，除了科學名詞的認識與應用於熟悉的情境；對概念的了解，利用程序性知識解決問題，並且能夠培養以證據為基礎作結論（evidence-based conclusion）的能力，是科學學習的重要目標；更進一步，則是了解科學對於人類文化所扮演多元的角色。此四個層次，都是科學教育中重要的一環。這些素養，不僅是成為科學家所應具備，更是公民社會中，基本且重要素養之一。舉例來說，有關核能發電廠興建與否的議題，除了是核能專家應該思索外，一般民眾亦應能對專家所提供的數據與說明，進行合理的判斷。因此，現今的科學教育，除了培養基本的素養外，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，不僅傳授知識給學生，更重要的是如何獲得知識的技能（the skills of knowledge acquisition）（Anderson, Greeno, Reder, & Simon, 2000; Kuhn, 2005; Noddings, 2006; Olson, 2003）。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他們心智，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，有學者提出了兩項廣泛的技能，分別是探究的技能（the skills of inquiry）與議論的技能（the skills of argument）。這四種層次的科學素養以及探索與議論的能力，能否藉由紙筆測驗的形式進行評量，一直是學界所關注的議題。就大學入學考試作為紙筆測驗的一種，其內容與型式是否能夠培養上述四種層次的科學素養，甚至達成訓練考生探究與議論技能的目標，是本研究嘗試要釐清的問題之一。 2 .

(21) 科學素養、探索與議論技能的培養，固然是學習的重點，然問題解決（problem solving）能力的展現，是這些素養與技能應用的成果。孔恩說：科學就是一種解謎活動。不斷地藉由問題的探究與解決，讓人類對大自然有更進一步的認識與了解，這項解謎活動屬於廣義的問題解決。在一般高中生階段，所面臨的還是屬於狹義的問題解決，即是解題。大學入學考試可比擬為其中的一種，在此過程中，應包括不同層級的知識（knowledge）、思維（thinking）與認知技能（cognitive skills）的結合與應用。就知識而言，包括陳述性知識（declarative knowledge）、程序性知識（procedural knowledge）與條件性知識（conditional knowledge）；就思維而言，包括較低階思維（lower-order thinking）、較高階思維（higher-order thinking）、創造性思維（creative thinking）與批判性思維（critical thinking）；就認知技能而言，根據 Zoller（1993）的分類可區分為兩大範疇，一是較高階認知能力（higher-order cognitive skills, HOCS），另一是較低階認知技能（lower-order cognitive skills, LOCS）。就 Zoller 的定義與分類而言，其認知技能層次是將思維內容進行具體化的應用。故就解題過程而言，其與試題所涵蓋的知識與認知技能有著密切的關係，若將這些不同層次知識與認知技能應用於試題設計中，則會影響試題的難度，故本研究將探討這些知識與認知層面，其對試題難度與解題過程的影響。就學習而言，學生所學習的不單是學科內容，且包含自我的探索。藉由不斷與外界或學科內容的互動，了解自己的價值，並進一步了解自己未來在社會上可能扮演的角色（Flume & Kaplan, 2006）。在這個互動的過程中，動機與興趣成為關鍵的因素。如何提高學生的學習動機與學習興趣，成為研究的重要課題。然而，據最近的報導，高中生不感興趣的科目中，化學是榜上有名，這給於從事化學教育工作者感到憂心。探其原因，就入學考試角度來說，是否化學科試題的難度太高，讓學生望而生懼；還是評量的內容，與學校教學有所出入，使學生難以準備，從而放棄學習化學。吳國良（2010）就入學考試的命題是否會影響學生的學習興 3 .

(22) 趣，對高中化學教師進行問卷調查。結果發現約有一半的高中化學教師認為：大學入學考試的命題無助於學生學習興趣的提昇，主要原因是學生面對大考主要為拼分數，他們重視成績而非興趣；另外，也有高中教師認為，入學考試僅此一次，學生的化學興趣是需要長期培養的。但是，也有另外一半的高中教師認為：入學考試的命題若能設計與生活相關及偏重推理思考的題型，則可提升學生的學習興趣；另外，大考試題中若有較多的基本題型，學生因此得分提高，則有助於提升他們的學習意願。從以上的結果，說明大考的命題可能會影響學生的學習興趣，藉由基本題型、設計與生活相關及偏重推理思考題型，可提昇學生對化學的學習興趣。故探究入學考試的題型，是本研究的另外一項目標。因此，本研究以大學入學考試的化學考科為標的，嘗試了解試題與科學素養、探索與議論技能的關係；探索包含不同層次知識與認知技能的試題，其對試題難度與解題過程的影響；研究考試的題型、是否符合基本題型與推理思考題型的設計目標；藉由這幾方面的研究，以了解大學入學考試，對學生科學素養、探究與議論技能、解題與學習興趣的影響，以回應這些不同面向的教育目標。. 4 .

(23) 第二節. 研究的重要性. 大學入學考試是攸關學生能否進入理想校系的重要依據，目前我國的大學入學考試，包括：學科能力測驗（簡稱學測）、指定科目考試（簡稱指考）、以及術科考試。學測與指考是由大學招生委員會聯合會（簡稱招聯會），委託大學入學考試中心（簡稱大考中心）所辦理的兩種考試。大考中心為一考試專責機構，負責學測與指考的命題、閱卷、考生成績的計算等。考生得到成績之後，再根據不同的入學管道進入大學。就 2011 年的大學多元入學方案而言，進入大學的管道可分為甄選入學與考試入學，甄選入學又分為繁星推薦與個人申請，大學多元入學方案的架構（招聯會，2011）如圖 1-2-1 所示。就入學方案與入學考試的關係而言，大體而言，甄選入學主要參考學測成績，再配合大學自辦甄試；考試入學則是以指考成績為主，部分校系輔以學測成績作為檢定。. 大學多元入學方案. 甄選入學. 考試入學. 個人申請. 繁星推薦. 圖 1-2-1 大學多元入學方案的架構圖（招聯會，2011）大考中心的這兩種考試與化學科有關者，分別是學測的自然考科與指考的化學考科。自然考科中，化學部分占四分之一的內容，測驗的範圍是高一、高二的必修課程；而指考化學考科則包括高一、高二的必修課程與高三的選修課程。本研究針對指考化學考科的內容進行探究，主要原因有二：第一是指考化學考科涵 5 .

(24) 蓋高中化學課程中的所有內容，包括三年高中化學的所有概念；其次，考生為準備指考化學考科，需對高中三年所有的內容作充分的準備，對化學課程有較完整的了解。不論就考試內容的完整性，或是考生學習的整體性而言，指考化學考科比學測自然考科，符合這兩方面的要求。對於大學入學考試指考化學考科的試題，本研究將從三個方面進行探究，分別是題型（item format）、試題難度（item difficulty）和學生的作答情況（response patterns）。從這幾個面向來探討 96-100 學年度指考化學考科的試題，有幾個重要的意涵，分述如下：一、題型的研究有助於符合計畫的測驗目標題型是指試題的外在型式或解題所需的認知技能層次，所謂外在型式，包括：文字敘述、圖形、計算、實驗，即藉由不同的型式，包裝試題所要測試的概念。若能夠區別各種試題型式的功能，在組卷時，則可考慮不同型式的試題，以符合計畫的測驗目標。例如：文字敘述的試題可以測驗考生閱讀理解的能力；圖表題可以測驗考生表徵轉化的能力；計算題可以測驗考生演算方面的能力；實驗題則可能包含實驗觀察、數據記錄整理與分析以及實驗技能的測試等。故可藉由不同型式的試題，達到不同面向的測驗目標。至於解題所需的認知技能，則可分為較高階認知技能與較低階認知技能。較低階認知技能的試題，解題僅需演算與知識回憶，可提高考生的成績，建立學習的信心。較高階認知技能的試題，需要概念深度理解與應用於較不熟悉的情境，可以區別不同層級的考生。這些不同層次認知技能的試題，符合入學考試作為篩選學生的另一項測驗目標。二、難度研究有助於試題難度的預估與整卷難度的控制大考中心的學測與指考的試題，基於保密的理由，均不得進行考前的預試（pre-test），故無法於試前取得試題的參數值，作為調整試題的參考。再加上， 6 .

(25) 指考成績是以原始分數計分，分數未經任何轉化，故各年度的平均成績難免有起伏變化。為了使各年度間的平均成績不致於差距過大，需要研究預估試題難度的指標或準則。在這方面，大考中心的數學與物理兩科已有相關研究成果，林福來等人（2001）提出預估數學科試題難度的指標，指出難易度指標為學科內容、思考策略、步驟數與熟悉度；程暐瀅（2009）說明預估物理科試題難度的指標是概念數、數學技巧、創新性與測驗層次等四個因素指標。其他國外的大型的成就測驗或能力測驗，例如：TIMSS（Trends in International Mathematics and Science Study）、PISA (the Programme for International Student Assessment)，以及國內的國民中學基本學力測驗等，都曾對試題難度的預估或分析有相當的研究成果，若能藉由這些相關的研究基礎，建立化學科預估試題難度的模式，則可預測個別試題的難度；再藉由個別試題難度的預估，作為控制整份試卷難度的基礎。三、學生作答結果的研究有助於命題與教學過去數十年，有關學生概念的研究相當地蓬勃發展，到目前為止的統計（Duit, 2011），學生概念的研究已將近有上千筆的論文。學生概念（students’ conceptions）早期稱為迷思概念（misconceptions），主要是與學界間所形成共識的科學概念（scientific conceptions）有所區隔；亦有學者稱為另有概念（alternative conceptions）或另有架構（alternative framework），強調學生自有一套自我的想法，這些另外的想法與科學家對自然現象的解釋有所不同。不論其名稱為何，就學生概念的研究而言，早期是著重於學生概念的診斷，形成原因的假設，以其藉由各種教學的模式和方法，使學生產生概念改變（conceptual change）。然而，概念改變確實是一件困難的事，可能牽涉到學生對外在世界的認識論（epistemology）、物質的本體論（ontology）以及社會或情意（societal or affective）的因素。晚近的研究，比較強調學生的學習進程（learning progression），這種研究的方式，重視學生的起始概念，以及經由學習中所獲得的進步，並呈現出學習的成果。學習進程的研究，有助於及時提供教學的介入，使學生能夠獲得正確的科學概念。 7 .

(26) 這些學生概念的研究與入學考試學生所呈現的測驗結果，其關係為何，是值得深入探究的課題。通常，學生概念的研究是採取診斷式的測驗（diagnostic assessment），這種診斷式的評量方式，可能針對學生某種特殊的概念，設計試題以評量學生瞭解與否。但入學考試是屬於總結性的評量（summative assessment），強調考生三年的學習成果（learning outcome）。雖然兩者的目的不相同，但若不同年度間的指考，考生可能在某些概念呈現類似的型態，則可說明這些錯誤的類型，是考生常犯的錯誤或是學習上的盲點，值得深入探究，以作為教學的參考。在命題時，若能評量考生常見的迷思概念，則入學考試亦可同時發揮診斷測驗的功能與效果。綜合上述，本研究是以大學入學考試指考化學考科五年的試題為研究對象，分別進行題型、試題難度與學生作答結果的研究。這些成果，不僅有助於測驗目標的達成、試題難度的控制與學生學習盲點的探究，並能夠對大學入學考試，在高中教學與學生學習的角色，作更深入的剖析。. 8 .

(27) 第三節. 研究目的與研究問題. 本研究是以大考中心 96-100 學年度指考化學考科的試題為研究對象，共有四個研究目的，分別如下：一、探討不同類別的考生，其 96-100 學年度指考化學考科學習成就的差異性。二、探討 96-100 學年度指考化學考科的試題，有哪些不同的題型；並了解相同的題型，是否具有共同的因素特徵。三、探討 96-100 學年度指考化學考科的試題，影響其試題難度的因素，作為試題設計時，難度控制的參考依據。四、探討 96-100 學年度指考化學考科的試題，學生作答結果的研究，作為教學與命題的參考。. 研究目的一，探討不同類別的考生，其 96-100 學年度指考化學考科學習成就的差異性。就此研究目的，有兩個研究問題如下： 1-1. 分析 96-100 學年度指考化學考科全體考生的成績表現為何？ 1-2. 分析不同類別的考生，是依性別、規模大小不同的學校、公私立別、應屆與非應屆等分類，其化學的學習成就是否有差異？. 研究目的二，探討指考化學考科（96-100 學年度）的試題，有哪些不同的題型，以符合組卷的需求，達成測驗目標。就此研究目的，有三個研究問題如下： 2-1. 以教學現場的高中教師與熟稔高中課程與命題之大學教授為學科專家，對指考化學試題判斷其試題類型，高中教師與大學教授間的共識與差異？ 2-2. 學科專家的判斷與統計分析的結果之異同？. 9 .

(28) 研究目的三，探討 96-100 學年度指考化學考科的試題，影響其試題難度的因素，作為試題設計時，難度控制的參考依據。在此研究目的，有三個研究問題如下： 3-1. 整理與分析文獻中所提出的影響試題難度的不同因素，有哪些可能會影響指考化學考科的試題難度？ 3-2. 由焦點座談探究學科專家對影響指考化學考科試題難度的因素的建議？ 3-3. 分析 96-100 學年度指考化學考科的試題難度與上述因素的關係，以多元迴歸分析法了解那些因素會影響試題的難度，藉此建立預測試題難度的迴歸方程式。試題難度的預估值與實測值的差異為何？. 研究目的四，探究 96-100 學年度指考化學考科的試題，考生作答反應為何，作為教學與命題的參考。在此研究目的，有兩個研究問題如下： 4-1. 探究 96-100 學年度指考化學考科，考生作答較困難試題為何？與上述試題難度的因素關係為何？與學生迷思概念的關係為何？ 4-2. 探究在不同年度間，考生非選擇題的作答狀況為何？是否具有相似性？若有相似性則其特色為何？. 10 .

(29) 第四節. 研究範圍. 一、本研究針對 96-100 學年度指定科目考試化學考科的試題作探討。二、本研究的試題類型、試題難度與學生作答反應，是指大考中心所公告的 96-100 學年度指定科目考試化學考科試題所呈現的結果。三、本研究的試題類型，分別是試題表面形式與解題所需的認知技能。試題表面形式是指文本敘述、圖形理解、演算問題解決與實驗問題解決。解題所需的認知技能是指較高階認知技能與較低階認知技能。四、本研究的影響試題難度變項，是指試題的屬性，包括解題所需的知識類別數量、解題步驟數、認知層次、選項之間的差異程度、圖表有無、試題的新穎程度。五、本研究的學生作答較困難的試題，是綜合高分組誘答選項選答超過 20%，以及全體考生的答對率在 50%以下，這兩項條件下所呈現的試題答題結果。六、本研究的考生非選擇題作答分析，是指 96-100 學年度指定科目考試化學考科，考生非選擇題所呈現的作答結果。. 11 .

(30) 第五節. 研究限制. 一、本研究結果，僅適合推論於 96-100 學年度指定科目考試化學考科等五年度的試題。二、本研究結果推論，僅適用於 96-100 學年度指定科目考試化學考科的試題類型、試題難度與考生作答結果。三、本研究試題類型研究結果的推論，僅適用於文本敘述、圖表理解、演算問題解決與實驗問題解決；以及較高階認知技能與較低階認知技能試題。四、本研究結果，不宜推論到解題所需的知識類別數量、解題步驟數、認知層次、選項之間的差異程度、圖表有無、試題的新穎程度等以外的其他影響試題難易的變項。五、本研究不宜推論到其他誘答選項或其他試題難度所呈現的學生作答結果。. 12 .

(31) 第六節. 名詞解釋. 一、檢定篩選：大考中心的學測與指考，設有「頂標」、「前標」、「均標」、「後標」及「底標」五種篩選標準，其定義如下： 1.頂標：該科成績位於第 88 百分位數之考生成績 2.前標：該科成績位於第 75 百分位數之考生成績 3.均標：該科成績位於第 50 百分位數之考生成績 4.後標：該科成績位於第 25 百分位數之考生成績 5.底標：該科成績位於第 12 百分位數之考生成績二、答對率（得分率）/通過率：單選題的答對率，指答對該題的考生在全體考生中所佔的百分比；多選題的得分率，是指該題的平均得分佔該題題分的比率。不論是答對率或得分率，都可稱為通過率（P 值）。P 值可依總成績分為兩種，總成績在前百分之三十三者為高分組的答對率，稱為 Ph 值；總成績在後百分之三十三者，為低分組答對率，稱為 Pl 值。三、鑑別度：指試題區分考生優劣功用的程度。可以用不同的指數來形容鑑別功能的大小，本文採用傳統理論的鑑別度，亦稱鑑別度指數（Discrimination Index）或 D 值。鑑別度是從高分組的通過率減去低分組的通過率所得之差，即 D＝Ph－Pl。D 值高則試題區分考生的功用強，反之則功用弱。四、選項分析：選擇題所附的可能答案稱為選項，正確的答案稱為正答，其他稱為誘答（distractors），而。選項分析亦可分為高分組（high score group，選項分析欄中以“H”表示）與低分組（low score group，在選項分析欄中以 “L”表示）的選答百分比。. 13 .

(32) 五、試題類型：本研究所指的試題類型，是將試題依試題外在型式與解題所需的認知技能分成兩大類：試題外在型式是指文本敘述（text description）、演算問題解決（algorithmic problem solving）、圖形理解（graphic understanding）與實驗問題解決（experimental problem solving）；解題所需的認知技能，分成較高階認知技能的試題與較低階認知技能的試題。六、文本敘述：試題以文本的方式呈現概念。七、演算問題解決：解題利用演算法則，包括：數學的計算或化學的計量等，對試題找到數字型式的答案。八、圖形理解：試題是以圖形、化學式或化學符號方式表徵，解題時需進行表徵的轉化，才能回答試題。九、實驗問題解決：試題評量化學實驗儀器、裝置的認識及操作；化學實驗之觀察、記錄、分析及解釋能力。十、較高階認知技能：需要知識的應用、分析、綜合的能力，以及進行聯結和評價思維，包括應用已知的原理或知識於不熟悉的情境。十一、較低階認知技能：需要簡單知識回憶的相關試題，或是應用已知的原理或知識於熟悉的情境，以及藉由固定的演算步驟即可獲得答案的試題。十二、影響試題難度的變項：是指影響試題難易的試題屬性，分別是解題所需的知識類別數量、步驟數、認知層次、概念的抽象程度、選項之間的差異程度、圖表有無與試題新穎程度。此試題屬性由焦點座談會討論，認為可刪除概念的抽象程度。十三、學生作答較困難的試題：針對高分組考生在誘答選項選答超過 20%的選項，並與各年度試題難值在 50%以下的試題作比對，交叉分析出這兩類的試題，作為代表學生作答較困難的試題。. 14 .

(33) 第貳章. 文獻探討. 本章分成五節，第一節介紹測驗的設計和發展，並說明大學入學考試（大考）測驗設計與發展。第二節敘述不同背景的考生，其成就測驗或入學考試的成績，與其背景因素的關係。第三節是探討試題類型，了解化學科的學習與試題類型的關係，試題的外在形式與學生答題的情況，亦是文獻討論的重點之一。第四節則是探究試題難度，說明大考中心穩定試題品質的方法、題庫的建置與使用以及由認知心理學的角度探討試題難度的研究。第五節介紹有關學生概念研究的文獻，針對特定主題整理出學生的反應，並作為與指考化學考科學生答題表現比較的基礎，以下就各小節逐一作介紹。 . 第一節. 測驗的設計與發展. 一、測驗的設計與發展發展教育成就測驗最重要的就是設計階段（Schmeiser ＆ Welch, 2006），這個階段必須決定測驗相關的重要事項，包括：測驗的哲學理念、測驗目的與使用方式、可能參加的考生人數、測驗的長度和時間、測驗的效度基礎、測驗的細目表等。就測驗與題庫設計而言，其重要元素如附錄五所示，包括測驗背景要求、實施要求、合理要求、效度證據、測驗細目表等五大項 21 小項與各種不同的細目要求，這些項目就測驗與題庫的發展過程中所不可或缺。以下就 Lindquist（1958）指出大學入學考試設計的哲學理念，並與大考中心入學考試的設計比較。 Lindquist 認為大學入學考試是藉由適當形式的測驗，提供進入大學的一種篩選機制。為了達成這項目標，大學入學考試必須能夠評量學生進入大學前準備的情況，或是能夠診斷學生進入大學後表現良好的程度。也就是說，大學入學考試儘可能評量學生的執行複雜作業（task）的能力，這些執行的作業與學生未來在大學的學習， 15 .

(34) 有機會所遭遇到相類似的作業。因此，大學入學考試的試題，必需評量學生批判地解釋與評估閱讀內容，這些內容是日後在進入大學時，有機會更進一步閱讀與研究。特別的是，大學入學考試會要求學生相進行複雜推理與問題解決，這些推理與解決問題的能力，是學生日後在校內或校外，面對類似情境時，可以用相同的方式解決相關的問題。簡單地說，Lindquist 定義入學考試範疇，是評量學生在高中所學的內容，作為執行大學層級工作需求所作的準備程度（that is necessary for readiness to perform college-level work）。這些準備包括：能夠批判地解釋與評估閱讀內容，以及進行複雜推理與解決問題的能力。若從此延伸至科學學習的角度來看，科學素養的培養是常被討論的議題。科學素養的內涵與大學入學考試要求學生所作的準備關係如何，Webb（2010）提出藉由教學和學習，對科學素養的提昇的整合策略。這套策略不僅可作為教學與學習的參考，亦可作為大考相關科學素養的評量項目。圖 2-1-1 是此整合性的策略，經由此圖可以說明學生的科學學習與教學大致可分成兩個階段，分別是形成階段（formative）和總結階段（summative）。經由實作（doing）、交談（talking）、閱讀（reading）、和寫作（writing）四種學習的過程，完成各項素養的提昇。就形成階段而言，由接受外界的刺激開始，藉由閱讀滿足好奇心，並觀察出一些矛盾的事件，這些與自己想法不符的事件，形成可探究的問題並進行科學性的探究。這種科學性的探究，包括進行預測（prediction）、可操作的步驟（procedure）、資料蒐集（data collection）與結論（conclusion）。除了探究之外，學校的教學與學習亦是科學素養形成的過程，在學習之中，藉由教師的演示、閱讀與教師討論等過程，學生可以產生想法（ideas）和自己的文字（words），學習到科學語言（scientific vocabulary），並將概念作新的應用（new application of concepts）以及提出新的問題（pose new questions）。在經過這些形成過程之後，學生可以有自己的想法和議論（argumentation），並將議論進行報導（reports）、發表（publications）以及進行口頭簡報（presentations）。 16 .

(35) 圖 2-1-1 教學與學習對科學素養提昇的整合策略若由科學素養的整合策略探討評量的內容，則不僅科學的語言、科學的概念及其應用，還包括：實作、交談、閱讀、寫作、探究與議論等，都應是評量的重點項目。確實如此，科學素養需強調的兩大區塊，分別是科學的概念、原理、思維的方式（ways of thinking）（Rutherford & Ahlgren, 1990）；另外，則是從事科學探究所需的精熟程度（proficiencies），閱讀、寫作推理所需的語言和文本、與從事科學的天性（dispositions of science）。這些口語與寫作的表達能力，對科學知識的建構相當重要，並對於參與大眾科學的討論有相當助益（Moje, 2007）。 Pearson、Moje 與 Greenleaf（2010）即強調讀寫能力的重要性，認為所有的科學探究都是在前人探究的基礎之上。這些內容是以文件檔案或資料的形式留傳，所以儘管讀與寫不能取代科學探究，但只要「讀寫活動是由探究的動機所驅動，學生便可以同時學習閱讀與書寫科學文章，並且從事動手做科學。」Pearson 等人（2010）認為既然科學教育要重視讀寫能力，那麼為什麼不去做呢？他們認為有一個關鍵點在於考試，考試的方式迫使老師以授課的方式來傳授科學知識，因為 17 .

(36) 這樣授課的內容較多，效率也比較高，上課聽老師講科學的方式就取代了閱讀科學。故考試制度或題型的改善，或可有效地幫助學生閱讀能力的提昇。閱讀素養（reading literacy）與科學素養確實有很高的相關性。Cromley（2009）利用 PISA 國際評量計畫（The Programme for International Student Assessment，簡稱 PISA）2000-2006 年的資料，計算閱讀素養和科學素養成績之間的相關，發現個別學生在不同國家的平均成績的相關介於 0.805 到 0.840 之間。Cromley 提出三個可以解釋的原因，其中一個較為可能的原因，是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，背景知識、字彙、推論能力這些在閱讀理解扮演重要角色的因素，同樣也對於科學成就有重要的影響。這些觀點，類似於建構主義的觀點，學生的主動理解就是學習，所以說「理解是認知的典範」（comprehension is a paradigm for cognition）（Kintsch, 1998）。綜合上述的文獻可知，就自然學科而言，大考所應該重視的不單僅是科學的詞彙、概念與概念的應用，還應包括閱讀與寫作方面的能力，閱讀是理解能力外在表現，即是認識自然世界的重要手段之一。寫作是表達自我思維與外界溝通的重要工具之一，也是評量所不可缺少的內容。但是，隨著時代的演變，大考的內容除了強調是為了進入大學的預備測驗外，有許多研究也強調高中學習內容的重要性，認為大考需要符合高中教學與學習的內容。舉例來說，吳國良、蔡尚芳與邱美虹（2008）就曾針對學測自然考科為符合 84 年課綱高二「四選一」的課程設計，而發展科學推理（science reasoning）題型以為因應，強調重視科學方法科的學推理題，來減輕修習不同科目的考生，對回答學測自然考科第貳部分試題的壓力。另外，吳國良及陳泰然（2011）針對 99 課綱高二自然科必修學分數的改變，進行學測自然考科的第壹部分與第貳部分的佔分比例調整研究，指出 99 課綱高二必修學分為 8 學分，比 95 課綱的 4~6 學分增加，建議第壹部分與第貳部分的佔分比例，應由 95 課綱的 75%：25%，調整 62.5%：37.5%。這些細節的內容，是為因應高中課程變化而進行的調整。 18 .

(37) 從測驗設計與發展的理念，再進入測驗設計的實際層面，大考是受到各方勢力的牽動。一方面是教育學者理想層面的要求，希望試卷的內容能夠符合測驗國民基本素養的要求；一方面是大學選才的需求，希望試題評量的是未來大學學習所需的知識與技能，除了學科的專業知識外，亦包括閱讀、寫作、探究、推理與議論等能力；此外，就高中教學而言，希望大考能夠有明確的規範與界定，這樣就高中教學的操作層次，會有方向可依循。為符合各方對大考的期待，兩種不同類型的考試概念蘊育而成。以下就大考的設計與發展，進一步由過去的發展脈絡之中，思索如何符合這些不同面向的需求。二、大學入學考試的設計與發展（一）兩種考試的設計理念從測驗發展的角度而言，測驗設計的哲學理念是最重要的基礎。就大考中心所設計的學測與指考兩種考試，就是由兩種不同的哲學思維架構而成。學測是測驗考生的基本知能，是進入大學的基本能力，作為初步篩選目的；指考則評量考生的進階知能，選取考生進入適合的校系就讀，故由校系指定、學生選考（曹亮吉及程暐瀅，2003）。基於這兩種不同的設計理念，學測與指考這兩種大學入學考試，在考試科目、測驗範圍、考試時間、題型、成績呈現與測驗功能等各自不同。這兩種考試的比較如表 2-1-1 所示，就考試科目而言，學測包括：國文、英文、數學、社會與自然等五考科，其中，社會與自然為綜合性質的考科。社會考科的內容包括歷史、地理、公民與社會；自然考科的內容包括物理、化學、生物、地球科學。指考則包括：國文、英文、數學甲、數學乙、歷史、地理、公民與社會、物理、化學、生物等十考科。學測的測驗範圍是高一、高二必修課程，指考的測驗範圍是高一、高二、高三必修與選修課程。至於學測的考試時間，除了國文考科 120 分鐘，其餘均為 100 分鐘；指考的考試時間各科 80 分鐘。關於題型部分，學測的國文與英文考科除了選擇題外，含有需要人工閱卷的非選擇題，數學、社會與自然則都是電腦可讀式的選擇題或選填題。指考各科的題型包括選擇 19 .

(38) 題或選填題與非選擇題，但公民與社會僅有選擇題。就成績呈現而言，學測採 15 級分，指考採 100 分的方式。就兩種考試的測驗功能而言，學測是作為甄選入學中，校系第一階段的初步篩選之用；指考則是作為考試入學中，個人成績分發評比之用。不論學測或指考，都是屬於高風險（high-stake）的大學入學考試，因其成績關係著考生能否進入大學的重要依據。表 2-1-1 學測與指考的比較學測考試科目. 指考. 國文、英文、數學、社會、自然. 國文、英文、數學甲、數學乙、歷史、地理、公民與社會、物理、化學、生物. 測驗範圍. 高一、高二必修課程. 高一、高二、高三必修與選修課程. 考試時間. 國文考科 120 分鐘. 80 分鐘. 其他考科 100 分鐘題型. 除國文與英文有人工閱卷的非選擇選擇題（單選題、多選題）、題外，其他各科都是電腦可讀的題選填題及非選擇題；除公民與社會型. 外，其餘各考科均有非選擇題. 成績呈現. 15 級分制. 100 分制. 測驗功能. 初步篩選. 分發評比. 由表 2-1-1 的比較可知，學測重視通識與基本素養，指考則要求學系的專精智能；學測除國文、英文外，其餘各科都未包括非選擇題，指考則除公民與社會外，各考科皆包括重視表達能力的非選擇題。就學測與指考的不同，從這兩種考試的總測驗目標，亦可見其端倪（大學入學考試中心，2011）。學測的總測驗目標如下： 1. 評量考生是否具備高中生應有的基本學科知能 2. 評量考生是否具備接受大學教育應有的基本知能 20 .

(39) 3. 通識導向：結合生活或整合不同領域 4. 重視理解與應用的能力指考的總測驗目標如下： 1. 測驗考生對重要學科知識的了解 2. 測驗考生資料閱讀、資料判斷、推理、分析等能力 3. 測驗考生表達的能力 4. 測驗考生應用學科知識的能力就這兩項測驗的總目標而言，學測重視基本知識、通識、整合與應用；指考則要求重要的學科知識、閱讀、分析、推理、判斷與表達能力，結合這兩種考試，一方面可以符合公民素養的基本要求，另一方面可配合進入大學準備的閱讀、推理、問題解決與表達等相關能力的要求。（二）測驗發展流程針對這兩種不同的考試，大考中心參考文獻中有關標準化測驗的發展流程，進行一序列的研究，這些發展的步驟說明如下（Landgraf, 2003）： 1. 界定測驗的目的與對象（defining purpose and objectives）在測驗發展之初，必須明確界定測驗的目的與對象，因為測驗的內容、題型、難度、試卷的長度、測試的時間以及所需的花費，都需根據其目的與對象而定。 2. 召集測驗發展委員會撰寫測驗細目表（convening development committees to write test specifications）委員會通常包含統計與學科內容專家，不僅要決定測驗內容，也需要決定測驗的形式、題數、題型及難度等。這些測驗細目是根據內容標準以及設定表現層次的要求而定。 21 .

(40) 3. 題目的撰寫與修題（question-writing and reviewing）測驗的題目可由學科專家或高中教師，根據上述的測驗細目撰寫。每個題目必須經過修題的步驟，確保題意清楚不會模擬兩可。修題者需確認命題人員所提供的正確答案與非選擇題的評分標準，以及考慮對所有的受測者都是公平的，這樣才是適當的修題過程。 4. 預試（pretesting）在大規模的正式考試之前，要有預試工作以確保測驗的公平性、效度與準確度。利用預試結果，了解試題的難度，題意是否模糊不清，是否要進行修題或棄置不用，以及答案是否需要修正或是置換等。 5. 資料分析、組卷和出版（data analysis, test assembly, and publication）組卷人員根據預試的資料，挑選合乎評量課程內容或技能的試題。在組卷時，必須要考量內容與難度，以符合測驗細目表的要求。組完卷後，由委員會成員或委員會以外的專家，確認每個題目的正確答案無誤，以及符合測驗細目表的要求。 6. 測驗實施（test administration）正式施測是按照標準的步驟進行，題目保密是相當重要的一環。對於身障生，則是參照特別的準則，給予特殊的服務。缺考的考生，則需要有補救的考試。 7. 計分（scoring）分數的範圍與切點的設立和考生精熟的程度（proficiency levels）有密切的關係。精熟程度是根據對能力程度的說明，這種能力程度是按照全國的標準，以及結合一次實際測驗，所得分數的數據而建立。 8. 分析與報告（analysis and reporting）根據測試後的結果，可以調整測驗細目表或題目，並撰寫完整的報告，以供下次測驗的參考。 22 .

(41) 根據測驗設計的哲學理論基礎與測驗發展的流程，大考中心在民國 86 年，指考化學考科推出的五年前，即開始積極從事相關的研發工作。這些命題研發流程，可由上述的八個步驟作逐步說明：關於步驟一，就界定測驗的目的與對象而言，指考的測驗目的，是以測驗高中生進階的學科知能，而測驗的對象則是高級中等學校之三年級在學學生、畢業生或具同等學力者。主要的功能是作為大學入學的分發與評比，可見目的與對象已作蠻清楚的界定。至於步驟二關於測驗細目表的部分；在民國 87 年的研究案，針對指考化學考科在能力範疇有初步的界定（王文竹等，1998）；民國 88 年的研究案，則針對學科內容作較明確的界定（王文竹等，1999）。從民國 89 到 91 年的相關研究，大部分的工作均在進行與上述步驟三、四、五相關的命題、修題、預試、組卷，並集合歷年研究所得的成果作為出版「認識指定科目考試」（指定科目考試參考試卷）這一系列叢書的依據（翁春和等，2000；陳竹亭等，2001；林如章等，2002）。至於步驟六的正式施測：在國外，大部分是以建立題庫的方式，然後篩選題目、組卷施測。在國內則以研究案的方式提供命題小組，各類相關的各項資料，包括測驗細目表、命題參考資料、預試的統計值……等，作為題目的撰寫與修題、組卷的參考，由於是在保密的情況下作業，大規模正式考試的題目均未經過預試。步驟七的計分，指考的總分是延續過去聯考採百分制，未進行任何調整，但民國 100 年，則調整答錯倒扣的計分方式。在民國 100 年之前的指考，答對某一題所得到的分數，會因答錯另外一題而被扣掉，也就是每一道試題的最低分不是 0 分，有可能是負分。但自 100 年開始，指考的計分方式改為：單選題，答錯不倒扣；多選題，答對選項多於答錯選項數，得部分分數。不論是單選題或多選題，各單題最低分均為 0 分，而學測選擇題計分方式亦比照辦理（程暐瀅等，2010）。這種計分方式的研究，首先了解各國大型入學考試的計分方式，再透過問卷調查、高中與大學的訪談了解各界看法，最後，利用理論數值計算，模擬不同計分方式對考試分發的影響，根據模擬結果與綜合各界論點，達成不倒扣的計分方式。這 23 .

(42) 種方式，從高中教育的觀點，藉由鼓勵學生利用部分知識勇於作答，希望學生因此不放棄任何一科的學習機會；從大學選才的觀點，不倒扣計分方式雖使得考生的分數提高，高低成就考生之間的分數差距縮小，但考生分數名次排序大致不變，對大學校系分發影響不大。根據這些結果，大考中心決定自 100 學年度的指考，開始實施選擇題答錯不倒扣的計分方式。指考在民國 91 年推出前的命題研究計畫，主要包括撰寫測驗的細目表，明訂課程內容及能力層次；命題、修題、預試、組卷及出版，以提供命題委員和考生適當的準備資料。對照 Landgraf（2003）所提的八項步驟，除了指考正式考試的試題未經預試外，其餘的步驟大致符合完整測驗所需進行的程序。. 24 .

(43) 第二節. 學生的學習成就. 影響學生的學習成就的變項，通常可以由許多不同的因素進行探究。就過去許多研究指出，影響學生成績表現的變因，大致分為幾大類：分別是學生、家庭、班級、學校與課程。家長是家庭經濟的重要支柱，家長的社經地位通常會影響家庭成員的文化涵養，這種文化涵養是屬於精緻文化層面，有些學者將文化資本或文化資源（cultural resource）單獨列一變項，視為影響學生學習成就的重要因素。許多研究均指出雙親教育程度、職業水平、文化資本越好，學生學業成就也越高（Dumais, 2002；Khattab, 2002；Lareau, 2002；van de Werfhorst & Kraaykamp, 2001）。例如，以補習為例，補習所代表的應是家庭社經地位的一環。愈有錢的家庭，愈有可能有支應補習所需的費用或請私人家教。因此，補習所代表的應是家庭經濟資源的指標之一。但補習對學業成就所產生結果的研究，並不盡相同：有研究指出學生補習時間，與其科學成就有正向顯著影響（張芳全，2006）；但也有針對國中基測成績，補習學生與全體學生平均相比，無顯著差異（薛荷玉，2007）。再者，以美國的大學入學考試（SAT）為例，美國大學董事會（College Board）所進行的調查發現，家庭收入與 SAT 的成績呈現出非常強烈的正相關（ R 2  0.95 ）。也就是說：考生的家境愈富有，其 SAT 的成績也愈高。而且，不論是閱讀、數學與寫作成績，皆呈現相同的趨勢。若將考生家庭的年收入由二萬美元以下到二十萬美元以上，每二萬美元做為一分界，發現考生的成績每差距一個分界點，就有平均 12 分的差距（College Board, 2009）。另外，目前學界對學生的科學信心與興趣（ self-confidence and interest in science ）與自我效能（self-efficacy）日益重視。這些也可能是影響入學考試成績的重要變因。大考中心過去曾利用研究用試卷測試的資料，再輔以自我信念的問卷，發現學生的科學學習成就與科學信心及興趣存在正向的相關，且其相關性達到中度效果量（effect size）（Chang & Cheng, 2008）。以上所述是關於學生個人與家庭因素對學習成就影響的相關研究。 25 .

(44) 此外，關於學校性質的不同，亦可能造成對學生學習成就的影響。對於就讀公私立高中學業成就的不同，國內外的研究，呈現不同的結果。Coleman 等人（1982）對全美國的公私立高中學校進行大規模調查，發現美國的私立高中學校學生，在學科測驗的成績高於公立學校，並且對接受大學以上的教育有較高的期望。然而，林大森（2002）對國內的研究指出，國內中等教育分流有階層化的現象，可區分為「公立、私立」與「高中、高職」兩種階層，並依階層排序為公立高中、私立高中、公立高職及私立高職。另外，駱明慶（2002）對進入臺灣大學的學生背景進行研究，發現進入臺大的高中學生，幾乎都來自公立高中，而且是位於都會區的明星高中。由此可以推論，就國內而言，公立高中畢業生在指考成績的表現，應明顯優於私立高中的畢業生。事實上，陳亮君（2006）曾對 91-94 年臺灣地區高中之公私、地區、規模與教育資源對學業成就的影響進行研究。該研究利用大考中心的指考國文、英文、數學甲、數學乙的成績作為依變項，其他的因素作為自變項。該研究發現，就城鄉、公私立與學校規模三個變項而言，位於城區的高中，其學業成就高於鄉區；公立學校成績高於私立；學校規模的學業成就關係依序為大、中、小型。除了探究學校的背景因素對學生學業成就的影響外，性別也是常提出的議題。不管是國內外的研究都指出，一般而言，男生在數學和自然科學的表現都優於女生，本研究亦嘗試利用指考化學考科的成績，檢驗此項學界所具有共識的研究結果。. 26 .

(45) 第三節. 學習化學與測驗題型. 一、化學科學習的概念層次就化學科的概念層次而言，過去的學者曾提出以表徵（representational）和次微觀（sub-micro）的概念層次來了解巨觀的化學現象（macroscopic phenomenon）（Johnstone, 1993, 2000, 2006）。以表徵而言，是指化學符號、化學式、化學反應式、圖形、化學計量（stoichiometry）與數學（mathematics）的部分等，以某些特殊的符號表徵，代表化學家所描述的概念；次微觀是指肉眼無法觀察到的概念，如：原子、分子、離子等，利用這兩項表徵來解釋可觀察的巨觀現象（圖 2-3-1）。舉例來說：在常溫時，鐵於潮濕空氣的環境中會生鏽，這種可觀察的化學變化，以化學的學習而言，即是鐵的氧化作用。其反應的概念可表示如下： 2Fe(s)  O2(g)  2 H2O(l)  2 Fe(OH)2(s). 由反應式可知 2 莫耳的鐵可以和 1 莫耳的氧與 2 莫耳的水作用，形成 2 莫耳的 Fe(OH) 2 ， Fe(OH) 2 即是鐵鏽。化學家可以很熟練地使用原子與分子的概念、化學符號、反應式來解釋鐵鏽的生成，故能以此三種表徵交替使用，來表達化學概念，不會產生任何困難。但就初學化學的生手而言，比較無法由巨觀的現象連結至不同型式的表徵，也就難以掌握這些表徵的意涵，故無從了解在微觀世界中所產生的變化。仔細思索此一概念層次，對於三角形的三邊或是位於三角形內部的點，Johnstone 的解釋是若接近巨觀的邊，則可能是巨觀現象為主與部分表徵與次微觀的概念；若是接近次微觀內部的點，則是同時含有三種概念層次，以次微觀為主（Johnstone, 2006）。此種模式在化學教學上有其重要的意義，如何設計不同的教材或教學方法，使學生藉由各種媒介了解巨觀現象背後的化學原理，是科學教育的重要議題。. 27 .

(46) 巨觀. 表徵. 次微觀. 圖 2-3-1 學習化學的三種概念層次（Johnstone, 1993, 2000, 2006）. 二、化學示意圖與化學學習的概念層次化學示意圖（chemical diagram）可用來代表化學的資訊，幫助描述想法、提供解釋，呈現視覺意像，進行預測、演繹與形成假說。示意圖可為靜態或動態、二維或三維、單一粒子或多重粒子。次微觀的化學示意圖包括分子、原子和次原子粒子，可以用單一原子、粒子或粒子排列而成，這些都是示意圖形的表徵（diagrammatic representations）。描述次微觀和符號層次的示意圖，可包括化學現象、化學反應式和解釋文本。化學家很容易了解這些示意圖的表示方式，但對學習化學的新手而言，卻是較高的挑戰（Gabel, 1999；Johnstone, 1993, 2000 ,2006 ; Treagust & Chittleborough, 2001）。隨著新科技的進步以及示意圖的正確性逐漸提昇，這些示意圖形，可促使心智模型的發展以及學習更密切的連結（Chittleborough & Treagust, 2007； Fiorea, Guevasa & Oser, 2003）。化學示意圖若能明確代表次微觀層次作為化學概念的解釋工具，促使概念視覺化（visulization），即可發展出概念的心智模型，而對巨觀現象的解釋有所幫助。巨觀現象. 觀察反應次微觀概念. 心智模式示意圖. 圖 2-3-2 示意圖與學習者建立心智模式的關係. 28 .

(47) 圖 2-3-2 代表化學示意圖如何提供學習者，對於次微觀概念建立適當的心智模式。對於解釋真實世界的巨觀現象，如：瓦斯燃燒，如何以次微觀的粒子概念作解釋，並不容易。瓦斯是碳氫化合物，燃燒是一種氧化作用，碳氫化合物的氧. y y 化會生成水和二氧化碳，藉由化學反應式， C x H y  ( x  )O2  xCO2  H 2O ， 4 2 可以了解此反應的進行。但對任何巨觀的現象，如何建構適當的示意圖，使學習者能有正確的心智模式，一直是學者思索的議題。就測驗而言，提供適當的示意圖，可扮演了解學生心智模式的工具，以學測 91 年補考第 20-21 題為例，其試題如下：. 20-21 題為題組在 20-21 題的圖中，以大灰球與小白球分別代表兩種不同的原子，回答第 20-21 題。. 甲. 乙. 丙. 丁. 20. 有關甲、乙、丙、丁四個圖所含的物質，下列的敘述，何者最合理？ (A)甲圖中是化合物 (C)丙圖中是純物質. (B)乙圖中是混合物 *(D)丁圖中是元素. 21. 下列的方程式，何者最適合描述下圖中的反應？ (A)A 2 +B 2 →A 2 B *(B)2A 2 +B 2 →2A 2 B (C)3A 2 +6B 2 →6A 2 B (D)12A+6B→6A 2 B (E)6A 2 +3B 2 →6AB 2. 29 .

(48) 說明：這是典型的示意圖，以大灰球和小白球代表兩種不同的原子。第 20 題由其不同的組合（化合）測驗考生對純物質/混合物，元素/化合物定義的了解。第 21 題則由示意圖測驗考生對化學反應均衡的了解。從上述的例子可知，示意圖可以幫助學生對於化學名詞定義的了解，並可以解釋化學反應中原子不滅的定律，進而了解反應前後原子種類與數量不變的概念，以解釋反應物與生成物之間的比例關係。圖形除了上述可以作為解釋的用途外，還可以擴大在模型的建立和推理。但在使用上需注意以下兩個原則（Mayer, 2002）：多媒介（multimedia）原則，即結合文字與圖表會比只單獨使用文字，在提昇深層的學習更有效；連貫性（coherence）原則，即不適當或過多的文字、聲音或圖片可能會使學習者分心，應該排除以促進更深層的學習；另外，圖形的表示方式應具有一致性和連貫性。就上述原則而言，若學習者使用圖形和文字方式以學習困難的概念，比單獨使用文字呈現資訊的學習方式，更能保留所學的概念（Mayer, 2003）。Kozma 及 Russell（2005）認為化學家和初入門的學習者，最大的不同在於表徵能力，化學家可以利用表徵將自然界的現象作連結，而與社群的人員進行溝通，故提昇初入門學生的表徵能力，是化學教育的重要目的之一。但是，使用示意圖表示次微觀粒子亦有其侷限，例如：粒子（尤其是氣體）是不斷地在運動，若是以靜態的示意圖來表示動態的氣體分子動力論，有可能造成學生對情境無法掌握，以至於對氣體的概念有所誤解（Krajcik, 1991）。此外，Bucat （2004）也強調層次的重要性，需強調的是個別粒子還是可觀察的性質。關於動態圖示的重要性，Sanger 及 Phelps（2007）重新使用 Nurrenbern 及 Pickering（1987）測試學生，關於氣體粒子的動力理論的概念理解問題時，Sanger 及 Phelps（2007）認為學生未能選擇正確答案的原因，在於靜態的圖示並無法表示溫度下降對氣體粒子的影響，但若改以動態模擬方式呈現時，則可幫助學生選出正確答案。 30 .