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【108課綱】「探究與實作」怎麼考?以溫室效應為例

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探究與實作(inquiry and practice)不僅是科學研究必經的歷程,也是培養個人科學素養的起點。所以在思考怎麼對「探究與實作」進行測驗,就與素養導向的命題方式脫離不了關係。

素養導向測驗的本質

但講到「素養」的考題,大家最容易聯想到的便是由經濟合作暨發展組織(OECD)所發展出來的國際間學生能力的評量計畫,題型大多採用情境題,題目中提供許多的訊息,包含文字與圖表,讓學生進行判斷與推理,目的是想測得學生在科學議題的辨識、對現象的科學解釋與科學證據的運用等三個面相的表現,而這也反應出現代社會對人力素質的要求。

另一方面,強調發展素養的測驗,不只是變更測驗的題型,更是一種不同教育理念的探索,也就是探討與檢驗教育的目標究竟為何?過去台灣的考試大多是檢驗學生在一個已存在、預設的課綱中的學習成果,這是一種封閉系統的教育思維。然而,素養導向的測驗則是檢測學生在一個較開放的系統中,是否能運用其已經習得的知識、能力,在情境中進行推理、分析與統整來解決問題。因此,素養導向的考題便具有「情境化」與「生活化」的特徵。底下將以「溫室效應」為例,探討知識與素養兩種不同導向的命題方式。

知識導向與素養導向命題的差異

一般人所熟知的「溫室效應」,主要是因地面的紅外線長波輻射進入大氣後,會被大氣中的二氧化碳、水氣、臭氧、甲烷及氮氧化物等氣體分子吸收,而造成的加熱作用。但近年來,溫室氣體濃度的增加與地球氣溫的增加有著相同趨勢,大多數科學家因而認為人為的溫室氣體排放,加劇了溫室效應,進而造成了全球暖化。若以此議題為出題方向,該如何進行命題呢?

【知識導向命題】
以下是兩種知識導向命題方式:
1.溫室效應與下列哪一選項最相關? 
(A)CO2,宇宙射線 (B)CO2,紅外線 (C)CO2,紫外線 
(D)NO2,紅外線 (E)NO2,紫外線 (F)NO2,無線電波。

2.下列哪一項敘述是有關溫室效應,引起地球表面溫度逐漸升高的最主要原因? 
(A)大氣中的二氧化碳大量吸收陽光中能量較大的紫外線 
(B)大氣中的二氧化碳大量吸收紅外線,減少地球表面的熱能散逸至太空中 
(C)陽光中的紫外線破壞大氣中的臭氧層 
(D)因臭氧層的破洞,陽光中的紫外線能直接照射在地球表面。

上述的第1題的命題思維只是在測驗學生是否知道哪些是造成溫室效應的變因。第2題則是混淆了「全球暖化」與「溫室效應」兩種現象,而這也是一般大眾常見的迷思概念。隱藏在這些命題思維的背後,都是因為教學與學習都只在意「科學的最終形式」,也就是教與學的過程只在意「填充題式的答案」。於是乎,零碎化的學習成果無法有效地建構意義的理解,更遑論學生能夠對其學習成果有遷移的作用。

【素養導向命題】
那素養導向的考題形式呢?底下以修改過後的PISA 2006考題為例:
溫室效應:事實還是幻想?
  生物需要能量才能生存,而維持地球生命的能量是來自太陽。只有一小部分的太陽能量會到達地球。地球表面的大氣層,就像包裹著我們的星球表面的毯子一樣。
  大部分來自太陽的輻射能量,會透過大氣層進入地球。地球吸收了部分能量後,地球表面會以紅外線放射回去,然後被大氣層吸收。由於這個效應,地球表面的平均溫度比沒有大氣層時的溫度為高。大氣層的作用就像溫室一樣,因此有了「溫室效應」一詞。
  溫室效應在二十世紀越來越顯著。地球大氣層的平均溫度不斷上升。報章雜誌常說,二氧化碳排放量的增加,是二十世紀氣溫上升的主要原因。小德有興趣研究地球大氣層的平均溫度和地球上二氧化碳排放量之間的關係。
  他在圖書館找到兩幅曲線圖。小德從曲線圖得出結論,認為地球大氣層平均溫度的上升,顯然是由二氧化碳排放增加而引起的。

問題一:曲線圖中有什麼資料支持小德的結論?

問題二:小德的同學小妮卻不同意他的結論。她比較兩幅曲線圖,指出其中有些資料並不符合小德的結論。請從曲線圖中舉出一項不符合小德結論的資料,並解釋答案。

問題三:小德堅持自己的結論,即地球平均溫度的升高,是由於二氧化碳排放的增加而引起的,但小妮則認為他的結論太草率。她說:「在接受這個結論之前,你必須確定在大氣層內其他會影響溫室效應的因素維持不變。」請寫出小妮所指的其中一個因素。

我們可以發現從第一題到第三題都不是單純地考科學知識,而是在檢測學生是否會運用科學證據來支持自己的說法,然後是對現象的再次檢驗與提出不同的科學解釋,最後則是重新辨識科學議題,這些都是屬於科學能力(competence),當他們習得這些能力後,就有可能產生遷移,進而應用在生活中的其他領域。

素養導向的探究式教學

但是,發展素養導向考題,誠屬不易。現階段較可行的方式是透過課堂教學方式的改變,讓學生在課堂學習中重新體驗科學發現的歷程,而非僅學習到科學的最終結果。

底下是模擬未來氣溫變化趨勢的幾種結果(IPCC, 2007),其中對應的模擬情境主要分成A1、B1、A2、B2等四種,模擬情境中的影響變因分別是:世界經濟成長速率、人口成長速率與分布、經濟與科技發展模式與使用能源的種類。因此在教學的過程中,我們便可提出底下的課程核心問題:我們要如何推估一世紀後的氣溫變化情形?

若以此作為課程教學主軸,讓學生運用系統思考,逐一探索哪些變因具有較關鍵的影響,然後聚焦於探討不同模擬情境的意義與影響,並帶入永續發展的概念。最後,在評量階段更可以此為素養導向的命題依據,測驗學生是否能進行科學推論與尋找證據。更有甚者,如果能利用電腦進行操弄不同情境變因,並探討溫度變化的結果,那就是未來的電腦化測驗。總而言之,素養導向的命題是源自於素養導向的探究式教學,而這就是108課綱所能帶來最深遠的影響。


(本文反映專家作者意見,不代表本站立場)


★圖文由選才電子報同意授權轉載(節錄),原文請見:「探究與實作」怎麼考?-以溫室效應為例




文:臺灣師範大學附屬高級中學地球科學/洪逸文老師