2018 全國高中物理探究實作競賽初賽試題測驗分析研究

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2018 全國高中物理探究實作競賽初賽試題測驗分析研究

盧政良

*

1,2

_林蓓伶

3

_何興中

4 1_{高雄中學物理科} 2_{國立高雄師範大學物理學系} 3_{國立臺灣師範大學科教中心} 4_{國立高雄師範大學科環所} *通訊作者：addielu@mail.kshs.kh.edu.tw （投稿日期：108 年 9 月 26 日，接受日期：108 年 12 月 15 日）摘要：本研究旨在從質與量角度分析2018 全國高中物理探究實作競賽初賽試題，本試題由中華民國物理教育學會設立之試題小組命題，試題以物理概念和規律本質理解和應用能力的物理核心素養為主軸，基本題與素養題型各半，計有初賽參賽學生995 人作答，另有全國各地高中 36 所學校 2826 名學生的作答資料。得到以下結論: 一、此試卷整體的難度指數為 0.47(CTT)屬於難易度適中的試題。二、此試卷整體的鑑別度指數為0.33 屬於標準鑑別度試題。三、整份試卷之 KR20 值為0.711 具有不錯的信度。期刊種類：□學術論文、教學論文、□實驗設計論文、□報導專文與短篇文章關鍵詞：探究與實作、試題分析、素養試題

壹、前言

2018 年物理教育學會舉辦了第一屆的全國高中物理探究實作競賽，此項競賽規劃了初賽、複賽以及決賽三個階段，初賽規劃了紙筆測驗的方式進行，以個人賽的方式進行，複賽則開放通過初賽的同學組隊參加，學會協調了北、中、南、東各地的大學支援協助辦理，同學們可以就近到大學參賽。複賽的模式也堪稱是本競賽首創的比賽方式，主辦單位會公佈十道複賽使用的問題，並告知複賽現場提供使用的研究器材與材料規格，讓同學可以事先練習準備，但是同學們事先並不知道自己要負責的是哪一題，需要到比賽當天在比賽現場當場抽籤，從十道問題裡抽出自己要進行的研究主題，同學們在考場進行一整天的實驗研究與報告撰寫，複賽的評比主要就是以各隊的書面報告作為評分依據，最後在複賽的十道問題當中，每 10.6212/CPE.201912_20(2).0002

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一道問題挑選出全國所有研究這一題最佳的前四名進入決賽。決賽則是在八月中旬，於陸軍官校進行，競賽方式則是以辯論的方式進行，複賽挑選出的每一道問題前四名隊伍進行交叉配對的辯論比賽，各主題賽程均大會以抽籤方式決定後安排，每組均需參加三場辯論賽，三場皆勝列為金獎、二場優勝者列為銀獎，一場優勝者列為銅獎，可獲學會頒予競賽獎狀及獎金，以資鼓勵。每一道問題當中，各主題當中獲得金獎團隊頒予獎金一萬元、銀獎團隊且為同組隊伍中積分最高的隊伍可獲得獎金七千五百元、銅獎團隊同時積分最高的隊伍可獲獎金五千元，同時這些優勝隊伍都可獲得宏碁基金會贊助獲獎團隊雲教授主機乙台，並獲邀安排於「2018 全國物理教育聯合會議」中發表研究成果。 ( 詳細競賽辦法請參考： https://reurl.cc/X1D7M )

貳、初賽試題測驗分析

本文的第一作者擔任初賽試題命題召集人，負責初賽的試務命題工作，邀請了多位大學教授以及高中物理教師協助命題工作，經由多次命題會議討論與溝通，最後獲得共識：初賽試題架構為基本題與素養題型各半，命題委員們在有限的時間與資源之下，仍是產出了質與量俱佳的試卷。(試卷請參考：https://reurl.cc/4AYjR) 其中的第1 題至第 16 題為探究與實作素養試題，命題委員以 108 課綱的探究與實作學習內容的四個主要面向：發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享為基礎，發展出四個面向兼具的素養試題：表1：素養試題與探究與實作學習內容試題分佈表

素養試題與探究與實作學習內容雙向細目表

題號

發現問題

規劃與研究

論證與建模

表達與分享

1 2-2 擬定研究計畫 2 2-1 尋找變因和條件 3 3-2 解釋和推理 4 2-1 尋找變因和條件 5 2-1 尋找變因和條件 6 3-1 分析資料和呈現證據 7 4-3 評價與省思 8 1-2 蒐集資訊 9 1-2 蒐集資訊 10 4-3 評價與省思 11 3-1 分析資料和呈現證據 12 2-2 擬定研究計畫 13 1-2 蒐集資訊 14 2-1 尋找變因和條件 15 3-2 解釋和推理 16 3-2 解釋和推理小記發現問題 3 題規劃與研究 6 題論證與建模 5 題表達與分享2 題本競賽的初試在全國14 個考區 30 個考場同步實施，共有 995 位高中學生出席參加初賽

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，最後一共獲得995 份有效的作答數據，分析考生的作答數據後獲得資訊如下：表2：2018 全國高中物理探究實作競賽初賽作答數據題號題型標準答案答對率鑑別度 A 作答率 B 作答率 C 作答率 D 作答率 E 作答率 1 單選 E 88.27 0.27 4.26 1.39 3.52 2.56 88.27 2 單選 D 78.78 0.31 13.22 5.76 1.60 78.78 0.64 3 單選 E 98.29 0.06 0.32 0.21 0.53 0.64 98.29 4 單選 C 33.16 -0.06 10.34 51.07 33.16 4.05 1.49 5 單選 E 32.52 0.26 2.88 19.62 23.56 21.32 32.52 6 單選 C 79.64 0.35 14.50 2.35 79.64 1.39 2.13 7 單選 D 50.32 0.41 0.11 40.94 4.26 50.32 4.37 8 單選 A 46.38 0.61 46.38 20.68 14.50 18.34 0.00 9 單選 C 37.85 0.12 4.80 30.28 37.85 26.65 0.32 10 單選 B 34.54 0.09 43.71 34.54 8.42 10.34 2.56 11 單選 E 25.91 0.30 19.72 47.97 3.20 3.30 26.01 12 單選 C 63.65 0.45 5.44 15.67 63.65 5.01 10.23 13 單選 B 35.07 0.36 7.25 35.18 1.49 49.89 6.18 14 單選 A 76.33 0.42 76.33 4.58 7.36 3.84 7.89 15 單選 C 23.99 0.26 7.78 49.47 24.52 2.77 15.78 16 單選 C 42.11 0.32 11.62 14.29 42.22 15.03 16.84 17 單選 C 45.52 0.36 17.91 24.41 45.63 11.83 0.00 18 單選 D 25.80 0.43 10.55 34.97 27.93 26.01 0.21 19 單選 A 40.62 0.57 40.72 16.63 23.03 18.98 0.11 20 單選 C 40.60 0.56 9.59 26.97 40.72 22.28 0.11 21 單選 - - - 13.75 15.78 25.91 29.21 14.93 22 單選 D 37.63 0.43 13.54 11.41 36.14 37.74 0.53 23 單選 C 42.64 0.25 20.26 17.16 42.86 19.40 0.11 24 單選 D 50.00 0.31 9.38 17.91 22.92 50.11 0.00 25 單選 D 46.48 0.07 5.12 44.14 3.73 46.70 0.64 26 單選 C 31.66 0.20 10.98 32.84 31.66 24.52 0.00 27 單選 D 52.03 0.53 4.48 13.01 30.49 52.03 0.00 28 單選 A 42.32 0.54 42.43 16.63 24.09 15.88 0.21 29 單選 D 37.21 0.25 21.00 15.46 24.20 37.31 0.00 30 單選 B 25.27 0.02 30.81 25.27 36.67 7.04 0.00 31 單選 C 58.53 0.53 9.06 16.63 58.53 15.46 0.11

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32 單選 B 19.40 0.15 3.41 19.51 42.43 32.73 0.43 33 單選 D 50.00 0.51 14.71 27.08 7.78 50.11 0.11 34 單選 D 87.21 0.26 4.26 3.94 4.58 87.21 0.00 35 單選 B 77.19 0.39 5.54 77.40 13.97 2.99 0.11 36 單選 B 52.13 0.49 6.50 52.35 21.11 20.04 0.32 37 多重選 BE 18.87 0.30 14.93 89.13 30.60 59.17 35.39 38 多重選 CE 42.86 0.54 10.87 26.65 73.45 20.47 77.08 39 多重選 DE 28.78 0.43 28.89 30.92 34.12 61.09 61.51 40 多重選 BDE 29.32 0.34 14.29 78.04 45.74 76.01 70.68 由表 2 的數據可看出大部分試題的古典鑑別率皆達 0.25 的標準，更有 15 道試題的鑑別度達 0.4 以上的優質試題，有興趣的讀者請自行參閱初賽試卷。數據中古典鑑別度最高的幾道試題，以及一些鑑別度數據不佳的試題，值得我們來進一步探討這些試題的特性、可能影響的因素以及未來可以改進的方向。表 2 中的第 8、19、20 題(以字元框線標註)，屬於本試卷中鑑別度最高的三道試題：第 8-10 題為題組太陽能 vs 核能 根據台電官方資料，台電的核四廠原規劃可供六部核能發電機組使用，內有兩部發電量各 1350 百萬瓦特（MW）之進步型沸水式反應爐（ABWR），可推估核四廠現有兩部反應爐的年發電量約為 214.16 億度。太陽能的部分以日照量較平均的嘉義縣來計算，每千瓦太陽能系統年發電 1,277 度（擷取自工研院網站資料），而每千瓦的太陽能系統所佔面積約 10 m2_，請由以上資訊回答下列問題： 8. 若要取代核四廠目前的兩台反應爐發電機組的年發電量需要約台北市面積幾倍大的太陽能發電系統?(台北市面積約為 271.8 平方公里) (A) 0.6 (B) 1.6 (C) 3.2 (D) 6.4 19.汽車的剎車裝置是以摩擦的方式將汽車的動能轉成熱能散逸。一輛總重 37800 kgw 的砂石卡車，以 72 km/hr 的速率行駛。若以此車停止的過程所產生的熱，全數用以加熱初溫 40 o_{C 的水，估計約可將多少質量的水加熱變成 100}o_{C 的水蒸氣？ (熱功當量= 4.2 J/cal} ; 水的汽化熱 = 540 cal/g) (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6 kg 20.一人在水平地面上，分別以斜向上拉及斜向下推兩種方式使行李箱等速度往前移動，若拉力及推力與水平面的夾角皆為 𝜃，如圖所示。已知行李箱與地面的動摩擦係數為 0.40，且 𝜃 = 37°。則在行李移動相同的距離下，推力對行李所作的功約為拉力作功的幾倍? (A)小於 0.5 (B)介於 0.5~1.0 之間 (C)介於 1.0~1.5 之間 (D) 大於 1.5 。

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由以上的試題內容不難看出，這三題都屬於計算難度較高的試題，也因此較容易造成高分群學生答對率較高，而低分群學生答對率較低，使得古典鑑別度分別高達0.61、0.57 與 0.56 ，這也顯示很多高鑑別度的試題，可能只是鑑別出學生的計算能力，而素養導向試題仍需要評量學生不同面向的科學能力，因此古典鑑別度的數據並不是唯一的評估重點。另一方面，表 2 當中以粗體字呈現的數據即為古典鑑別度低於 0.25 的試題，分別為第 3 、4、9、10、25、30 題，其中還有第 21 題則是因為試題中的敘述：“假設𝑣 = 𝑚𝛼_𝑙𝛽_𝐹𝛾_{v ”，} 等號的右方多出現了一個 v，可能導致考生的誤解，因此本題送分。檢討這個部分，未來如 欲避免發生類似的問題，建議在試卷完成後需要加強審題的工作，這也列入本競賽未來改進的重要事項。接下來，我們依序來看看前述的幾道試題： 3. 小茜準備四種凹洞數目不同的保利龍球 A、B、C、D。A 為光滑球、B 球有 100 個凹洞、C 球有 300 個凹洞、D 球有 500 個凹洞。下圖表示在固定氣倉壓力(4 大氣壓)下，四個保利龍球各發射1000 次的平均飛行距離。以下哪一個陳述可以獲得圖表中數據的支持？ (A) 保利龍球的大小和飛行距離無關 (B) 只要凹洞的面積越大，飛行的距離就越遠 (C) 保利龍球的凹洞數越多，飛行的距離就越遠 (D) 只要氣倉壓力夠大，保利龍球就會飛得比較遠 (E) 保利龍球上的凹洞有助於飛行，但不是凹洞越多就會飛得比較遠本題的答案是 E，就試題的內容來看並沒有太大的問題，由數據來看就可看出癥結，主要的原因在於本題的答對率高達98.29%，也就是說本試題有超過九成八的考生都能答對，也因此無法拉開高分組與低分組的答對率之落差，然而本題會如此高的答對率也令人相當感興趣，在一些討論中有老師提出可能是因為報考本競賽的學生多數是對科學較感興趣的學生為

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主，因此本試題對這些學生而言是相對較容易的試題。也促成了後來更廣泛地對全國各地的不同背景條件的學生進行普測，詳細的結果請參考本文稍後的內容。第 4-5 題為題組將一根蠟燭固定在桌面上，點燃，因符合燃燒三要素(可燃物、助燃物、溫度達燃點)所以會燃燒一段時間。如果將一個玻璃杯罩在上面，蠟燭就會熄滅。當學生看到這個現象時，一般會認為玻璃杯罩裡面沒有助燃物(氧氣)或者是氧氣不夠。 4. 甲學生猜測【蠟燭熄滅時是因為玻璃杯罩裡面沒有任何氧氣】。他想驗證這個猜測是否正確，他應該會設計什麼樣的實驗，並且預測什麼樣的結果? (A)將蠟燭固定在塑膠臉盆中，臉盆中裝水。蠟燭燃燒時蓋上玻璃杯罩，預測當蠟燭熄滅時，玻璃杯罩裡的水面會迅速上升。 (B)將蠟燭固定在塑膠臉盆中，臉盆中裝水。蠟燭燃燒時蓋上玻璃杯罩，預測蠟燭燃燒時，玻璃杯罩裡的水面會逐漸上升；而蠟燭熄滅時，水面上升高度約為杯子高度的 1/5。 (C)在桌面上放置幾根高度不同的蠟燭，當蠟燭燃燒之後同時罩上同一個玻璃杯罩；預測所有的蠟燭會同時熄滅。 (D)在桌面上放置幾根高度不同的蠟燭，當蠟燭燃燒之後同時罩上同一個玻璃杯罩；預測蠟燭的熄滅順序是由高到低。 (E)在桌面上放置幾根高度不同的蠟燭，當蠟燭燃燒之後同時罩上同一個玻璃杯罩；預測蠟燭的熄滅順序是由低到高。本題的答案為 C，然而居然有超過一半的考生選了 B 選項，這是相當重要的訊息，顯示多數學生面對這個問題時，會以錯誤的舊有知識而發生誤判，事實上蠟燭熄滅水位會上升1/5 這個長期被誤解的實驗一直是許多科學探究的教學設計常用的主題，筆者近期也為此撰文說明(請參考 https://reurl.cc/61z65)。本題的鑑別度為-0.06，足以顯見選擇錯誤選項的考生當中有許多是能力很好的學生，也由此可以來思考，本題的古典鑑別度數據雖然是驚人的負值，卻仍不失為相當有價值的一道試題。第 8-10 題為題組太陽能 vs 核能 根據台電官方資料，台電的核四廠原規劃可供六部核能發電機組使用，內有兩部發電量各 1350 百萬瓦特（MW）之進步型沸水式反應爐（ABWR），可推估核四廠現有兩部反應爐的年發電量約為214.16 億度。太陽能的部分以日照量較平均的嘉義縣來計算，每千瓦太陽能系統年發電1,277 度（擷取自工研院網站資料），而每千瓦的太陽能系統所佔面積約10 m2，請由以上資訊回答下列問題： 8. 若要取代核四廠目前的兩台反應爐發電機組的年發電量需要約台北市面積幾倍大的太陽能發電系統?(台北市面積約為 271.8 平方公里) (A) 0.6 (B) 1.6 (C) 3.2 (D) 6.4

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9. 比利時的太陽能高速公路：

比利時有一條裝置長3.6 公里，面積 5 萬平方公尺，共 16000 片太

陽能板的太陽能板公路，總專案經費為1560 萬歐元。每片太陽能板

最高負載為245Wp(Watt peak)，一共是 3.92MW。Enfinity 裝置公司

預計該系統年發電量為3.3MWh(3300 度電)，有文章指出比利時總部將數字更正為3.3GWh(330 萬度)，但 Enfinity 公司的網站上卻仍維持3.3MWh，並未更正。請利用上一題的資訊估算這條公路年發電量為下列哪一個數據比較合理? (A) 遠小於 3.3 MWh (B) 較接近 3.3 MWh (C) 較接近 3.3 GWh (D) 遠高於 3.3 GWh 10. “有網友在臉書發文表示：「比利時一條太陽能高速公路一年發電量 330 萬千瓦，超過核四的 270 萬千瓦，且造價只要 6 億 5000 元，遠低於核四預計追加到 的3300 億元。」 不過，這篇文章立刻被其他網友「打臉」，有人算出核四一天的發電量是6480 萬千瓦 時，一年發電量高達236 億 5200 萬千瓦時，是比利時太陽能高速公路一年發電量的 7167.2 倍；若換算成投資成本，太陽能高速公路要達到核四一整年的發電量，造價高達 4 兆 1568 億元，完全不划算。” 請依上述文章及綜合以上各題的資訊，評估與判斷下列三個同學的敘述，有哪些人是正確的？小強：「一年發電量330 萬千瓦” 這句話有誤，千瓦是功率單位而不是發電量(能量)單位，應改為千瓦時。」大明：「比利時一條太陽能高速公路一年發電量330 萬千瓦，超過核四的 270 萬千瓦，其實是誤把核四廠每秒的發電量和比利時的太陽能高速公路一年發電量來做比較。」文文：「“打臉”的說法有誤，比利時太陽能高速公路發電量真的比核四廠多60 萬千瓦，造價還只是核四廠的千分之二。」 (A)只有小強是正確的 (B)只有小強、大明是正確的 (C)只有小強、文文是正確的 (D)只有大明、文文是正確的 (E)三人敘述均是正確的由於 8-10 題為題組，我們一起來看看這三題的內容與數據，這個題組的數據非常有趣，同一道題組中第8 題的鑑別度高達 0.61 屬於整份試卷最高的一題，而第 9 題與第 10 題鑑別度則屬於偏低的0.12 與 0.09，進一步探討試題的屬性，可發現第 8 題雖然設定為探究學習內容當中的發現問題試題，然而本題涉及比較有難度的計算過程，因此很明顯可以鑑別出考生科學計算能力的差異，然而第9 題與第 10 題則是屬於評價探究學習內容的蒐集資訊”能力以及“ 評價與省思”能力的試題，此類試題屬於傳統試題中比較少見的試題，因此也可看出同學在作答時的挑戰較高，第9 題除了 A 選項之外，選 B、C、D 選項的學生人數比例較接近，第10 題則是出現 C、D、E 選項選答比例較低，而選擇 A 選項的人數居然比正確答案 B 選項人數更多，其中的關鍵在於要判斷大明的論述，需要較複雜的計算驗證，也顯示出這方

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面的試題還需要多多地發展與測試，才能進一步掌握命題的技巧，同時如有更多這類的試題也有機會訓練加強學生這方面能力。接下來則是屬於傳統物理試題的部分： 25. 如右圖所示，左右兩塊完全相同的木板中間夾著兩塊完全相同的木塊A 與 B，若從兩側往中間施等大且反向的作用力F 時，則 A、B 兩木塊之間的摩擦力方向分別為何？ (A)左木塊受到向上的摩擦力，右木塊受到向下的摩擦力 (B)左木塊受到向上的摩擦力，右木塊受到向上的摩擦力 (C)左木塊受到向下的摩擦力，右木塊受到向上的摩擦力 (D)兩木塊間沒有摩擦力本題的答案是 D，然而考生中卻有相當接近的比例選擇 B 選項，皆超過四成，顯示有許多學生認為兩木塊之間的摩擦力都是向上，這是很明顯不符合牛頓第三定律的選項；另一方面，本試題的命題老師認為可能是學生沒有注意到題幹的敘述“A、B 兩木塊之間的摩擦力方向分別為何”，而兩木塊所受的摩擦力方向都是向上，然而受到的摩擦力卻是兩木板施予的，而非兩木塊間的摩擦力。命題老師表示從學生的作答數據可以審視自己的試題與學生作答的反應，進而反思命題的文字敘述與提問方式，避免學生的誤解而答錯，進而更明確地鑑別出該題希望評量的學生能力。以上的分析也提供給老師教學上可以加強說明這部分的概念，未來老師命題時也可以思考，如何在題幹中更具體清楚地說明，避免學生是因為讀題不慎而導致選錯答案。 30. 小明作沙拉油黏滯度實驗時發現，將一長玻璃管盛載帶有黏滯性的沙拉油，並將一顆小鋼球從油面靜止釋放。小鋼球在油中下降時所受的黏滯阻力會與其速率成正比。則下列哪一選項中的圖像最能表示小鋼球落下距離x 與時間 t 的關係? (A) (B) (C) (D) 第30 題的答案是 B，本題的答對率為 25.27，屬於本試卷難度較高的試題，鑑別度為 0.02 ，選項的作答率分別為A 選項 30.81、B 選項 25.27、C 選項 36.67 以及 D 選項 7.04，由試題內容來看，D 選項算是比較沒有誘達力的選項，然而 A 選項與 C 選項的作答率甚至比正確答案B 選項還高，進一步探討學生的想法，A 選項是常見關於阻力試題的 v-t 圖形，這個部份可能是考生沒有注意到y 軸的物理量是位置 x 而非速率 v；C 選項的錯誤則可能是學生沒有木板木板 A B F F

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察覺 x-t 圖初始斜率代表的是小鋼球的初速，而題幹有明確敘明小鋼球是由靜止釋放。由以上的分析可以發現，雖然本題的鑑別度數據並不理想，卻可以明顯看出學生學習上的迷思概念或是容易忽略的細節，可提供給教學現場老師們教學時可以強調的部份，仍是相當具有參考價值。

參、素養試題普測

以上針對初賽數據的分析討論，無論是對於參賽學生的科學能力、物理知識以及探究素養都有相當全面的訊息，也頗有提供老師們教學上的參考價值。有趣的是命題委員們在這次競賽初次嘗試的科學能力素養試題，除了對參賽學生們的作答反應有了初步的了解，委員們很好奇這些素養試題對不同背景條件的一般學生會有怎樣的數據，我們將初賽試卷的前 16 題探究素養試題抽離出來單獨成卷，透過多位現職在高中任教的老師們協助，在全台的北、中、南、東乃至於離島的澎湖馬公高中都有學生進行測試，在多位各地夥伴們協助之下回收了全國各地高中36 所學校 2826 名學生的作答資料，以下分析此份試卷以及這 16 題探究題型：表3. 參與樣本區域人數及百分比區域人數(人) 百分比(%) 北 659 23.3 中 569 20.1 南 1416 50.1 東 182 6.4 遺漏值 0 0 總計 2826 100 因為認識的老師以南部居多，所以在南部的學生佔多數，約略50%；北部與中部的人數相當，約各佔20%；東部也佔有少部分比例。表4. 參與樣本不同志願序人數及百分比城鄉人數(人) 百分比(%) 高排名 851 30.1 中排名 962 34 低排名 1013 35.8 遺漏值 0 0 總計 2826 100

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將學校依照地區的基測中志願序加以排名，分成高、中與低排名。由上表可看出各志願學生分布的情形大致平均。表5.各子題難度及鑑別度題組題號古典測驗理論分析(CTT) 難度(P) 鑑別度(D) 1 1 0.72 0.44 2 0.72 0.39 3 0.95 0.12 2 4 0.35 0.13 5 0.30 0.26 3 6 0.69 0.47 7 0.45 0.42 4 8 0.36 0.48 9 0.40 0.22 10 0.36 0.26 5 11 0.22 0.30 12 0.53 0.49 13 0.26 0.31 6 14 0.65 0.52 15 0.27 0.22 16 0.36 0.29 平均值 0.47 0.33 此素養試卷普測的結果，整體的難度指數為0.47(CTT)屬於難易度適中的試題，整體的鑑別度指數為0.33 屬於標準鑑別度試題。

表6. 探究學習內容四大面向題型 One Way ANOVA

四大學習內容 _題號 _N

發現問題 _8,9,13 ₂₈₂₆ 規畫與研究 _{1,2,4,5,12,14} ₂₈₂₆

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論證與建模 _3,6,11,15,16 ₂₈₂₆ 表達與分享 _7,10 ₂₈₂₆

事先依照領綱上的學習內容，將 16 題題目分成發現問題、規劃與研究、論證與建模以及表達與分享。

表7.The Results of One Way ANOVA and Post Hoc (Scheffe)

四大學習內容 Mean S.D F η2 df Post Hoc (Scheffe) 1.發現問題 0.34 0.28 377.326*** 0.12 2.48 2>3>4>1 2.規畫研究 0.55 0.22 3.論證建模 0.50 0.21 4.表達分享 _0.36 _0.36 ***p=0.000< .05 從分析中發現，如果以探究與實作的學習內容來看，學生們在規劃與研究、論證與建模的表現比較好。這件事情與現在自然科的教學是有密切關係的，因為在一般教學中就已經會強調實驗操作，但往往僅限於食譜式的實驗。若學生參加專題、科展、或是小論文寫作，其學習過程中是比較偏向規劃與研究、論證與建模的學習內容。也顯示在發現問題與表達與分享這兩方面表現是不如前兩者，這也可能和現在自然科教學有關係，因為在傳統的教學中本來就不會特別強調如何辨識科學議題，或是發現問題；至於用適當的方式傳達 0.34 0.55 0.5 0.36 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 發現問題規畫與研究論證與建模表達與分享

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科學概念，或是選擇適合的方式表達其主張，這也不是在傳統的紙筆測驗所能達到的。這一份研究報告充分表現去過往的教學太過於注重分析、計算以及獲得結論；但是對於科學發展時如何發現科學議題，如何擬出一個可以驗證的科學議題；甚至有結論之後如何做適當的表達，這些的教育是偏弱的。表8.探究與實作初試-紙筆測驗各題每個選項的答對率與正確答案(框線表示) 表 8 的數據可看出與競賽考生的資料有些不同，藉由分析這些差異，也可獲得一般學生在科學探究方面能力的情形。

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圖9.探究與實作初試-紙筆測驗各題答對率相對於不同學生的分佈圖從分佈圖中我們看到了，雖然是學生不熟悉的探究題型，但是對於高排名學生而言，在許多題目的答對率上是領先了普測的學生以及參與陸官舉辦比賽的學生。而且比對題目的型態，越接近競賽型或是超出課綱範圍的題目其答對率的差異度就越大（例如第 14,15 題），而有些題目的答對率就普遍偏低，例如第 4,5,11,13 題，這些題目的設計概念就是依據探究與實作領綱的規範，表示學生對於探究與實作的題型並不是如想像中的順利（縱使學生都說題目很簡單）。其中第 4 題非常地奇特，因為高排名學生的答對率是低於一般的學生。這個題目是談論到實驗設計的問題，因為基於某種實驗假設，所以如何設計實驗已驗證其假設？而且將近一半的學生都選了錯誤答案(B)「將蠟燭固定在塑膠臉盆中，臉盆中裝水。蠟燭燃燒時蓋上玻璃杯罩，預測蠟燭燃燒時，玻璃杯罩裡的水面會逐漸上升；而蠟燭熄滅時，水面上升高度約為杯子高度的 1/5。」事後跟學生訪談，問他們為什麼選擇了這個選項？他們的答覆是，因為在小時候曾經閱讀過這段文字，或是小學自然科教師教導這樣的概念；而且居然是程度越好的學生越是不加思索地就回答這個答案。第 11 題的答對率也是普遍偏低的，這一題是談論到雞蛋的熟度與雞蛋的密度相關聯性。將近有一半的學生選了錯誤的選項(B)「可以。A 雞蛋熟度大，B 雞蛋次之，C 雞蛋熟度小。」表示學生認為雞蛋越熟其密度越小。在訪談中詢問學生為何如此認為？他們的答覆是生活經驗，大部分的學生還說他們觀察煮水餃就是如此，水餃煮熟了就會浮起來。小時候學過、生活經驗…這些學習經驗並沒有讓學生多加思考，反而是更不加思索地 72.01% 71.91% 95.21% 35.35% 29.18% 68.38% 44.90% 34.99% 40.00% 35.61% 21.67% 52.63% 26.06% 64.32% 27.11% 35.86% 87.23% 77.78% 97.52% 32.39% 32.62% 79.20% 49.76% 46.10% 37.71% 34.28% 24.47% 63.48% 33.57% 75.41% 23.29% 41.13% 79.17% 87.50% 95.83% 23.61% 34.72% 79.17% 52.78% 54.17% 34.72% 31.94% 30.56% 66.67% 38.89% 83.33% 38.89% 41.67% 0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% 120.00% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

各題答對率分布圖

普測陸官高排名學生

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選擇了錯誤的答案。這樣的結果讓我們有更多的反思，到底什麼樣的教學才會讓學生重新思考他們認為熟悉的現象？

肆、結語

2018 全國高中物理探究實作競賽是物理教育學會第一次主辦的大型全國性科學競賽，第一屆競賽就能吸引超過一千位學生報名參賽，歸功於學會洪偉清理事長以及所有理監事的大力支持與協助，加上全台各地的老師與同學們熱情參與。本文資料僅止於初賽試題的分析研究，本競賽的複賽與決賽都還有大量的資料與數據值得探討研究。第一屆的競賽初試命題過程也感謝各位命題委員的奉獻與付出，雖然未臻完美，在這麼有限的時間、人力與資源，尤其是素養試題的研發過程中，委員們絞盡腦汁，好不容易命出試題，還不斷地討論修改，終能完成一份令人耳目一新的試題，令人感佩。比賽完成後，參賽同學的作答數據分析也提供了許多寶貴的資訊，尤其讓我們對於古典鑑別度的概念有更深一層的理解，鑑別度高的試題可能多為計算難度較高的試題，鑑別度較低的試題未必是不好的試題，反而可以從學生的答題數據思考學生的迷思概念以及未來命題調整的方向，而我們仍須發展評量不同科學能力的素養試題，才能更全面地評估學生的科學探究能力。本屆的參賽同學與指導老師們都對此項競賽給予高度的評價與肯定，尤其競賽的主軸緊扣 108 課綱的探究與實作課程，許多老師都分享在指導過程中多能培養學生探究與實作相關素養與能力，對於學生未來在升學與自然科學學習過程中都會有相當程度的助益，也是許多同學、老師乃至於家長都很支持與肯定的地方。相信未來會有更精采的比賽規劃與競賽成果可供大家參考與運用。

參考文獻

1. 教育部（2018）：十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校-自然科學領域。台北市：教育部。 2. 物理教育學會「2018 全國高中物理探究實作競賽比賽辦法」網址：https://reurl.cc/X1D7M 3. 物理教育學會「2018 全國高中物理探究實作競賽初賽試題」網址：https://reurl.cc/4AYjR 4. 盧政良(2018)：翻轉迷思─關於蠟燭燃燒。《BBC 知識 Knowledge》國際中文版 12 月號 2018 第 88 期。網址：https://reurl.cc/61z65

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The Item Analysis Study for the 2018 Preliminary Competition

of Inquiry and Practice Competition for High School in Taiwan

Cheng-Liang Lu*

1,2

_{Pei-Ling Lin}

3

_{Hsin-Chung Ho}

4

1_{Kaohsiung Municipal Kaohsiung Senior High School} 2_{Department of Physics, National Kaohsiung Normal University}

3_National_{Taiwan Normal University Science Education Center}

4_{Graduate Institute of Science Education & Environmental Education, National Kaohsiung Normal}

University

*e-mail:addielu@mail.kshs.kh.edu.tw

Abstract

This study aims to analyze the 2018 preliminary competition of inquiry and practice

competition for high school in Taiwan from the perspective of quality and quantity. The

examination committee organized by The Physics Education Society of the Republic of

China set questions for preliminary competition examination. The questions are based on the

physics concept and the essence of regular pattern. The basic questions and

competency-based questions occupy respectively one half. There are 995 students in the preliminary

competition, and other 2,826 students from 36 high schools across the country. The following

conclusions are obtained: (1) The overall difficulty index of this test is 0.47 (CTT), which is

a moderately difficult test; (2) the overall discrimination index of this test paper is 0.33,

which belongs to the standard discrimination test; (3) the KR20 value of the entire test paper

has a good reliability of 0.711.

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2018 全國高中物理探究實作競賽初賽試題測驗分析研究