科學素養的評量

科學素養的評量

提升全民科學素養是近年來各先進國家逐漸重視的議題。有鑑於此,經濟合作發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD)從西元 2000 年起,開始發展一項針對年滿 15 歲的在學學生的科學、數學和閱讀素養的評量,並進行國際評比。選擇 15 歲學生的主要原因,是多數國家的義務教育提供到這個年齡為止。

各國政府都相當關心這些即將進入社會成為公民的學生,是否具備足夠的科學素養,能夠對社會做出積極正面且具有建設性的貢獻。從 2000 年起,國際學生評量(Programme for International Student Assessment, PISA)每 3 年評量一次。PISA 2000 共有 32 個國家參與,PISA 2003 有 41 國加入,我國自 2006 年加入評比,當年參與的國家高達 57 個,可見它受重視的趨勢。藉由持續參加國際性評比,不但可以了解各國教育現況和成效,互相觀摩學習,也可由縱貫性逐年比較,評量出自己國家需要改進或加強的地方。

想要評量科學素養,首先必須針對它的定義加以明確敘述。有鑑於評量的定義和架構的重要性,OECD 的專家群在蒐集整理文獻和學者座談資料之後,擬訂了科學素養的定義和評量架構的草案,然後交由各參與國家PISA團隊審查和討論,再召開包含各國代表的審查會議尋求共識。

經由這過程訂出的科學素養內涵,包括:(1)能夠提出具有證據導向的結論,並說明它的原因,也就是所謂的「科學舉證」能力;(2)在解決日常生活困擾的過程中,能夠提出一些問題,然後透過科學探究的方式,蒐集證據進行研究來解決困擾,也就是所謂的「形成科學議題」的能力;(3)能夠充分運用所了解的科學概念和知識,對自然界發生的現象加以解釋,也就是所謂的「解釋科學現象」的能力。

由上述的定義內涵可以看出,PISA 對科學素養的評量和典型的學校考試內容及方式明顯不同。一般學校的科學學科「成就」測驗,較著重科學概念的了解與知識的獲得;PISA 的「科學素養」評量,則較注重形成科學議題、科學舉證等「能力」。這些能力的評量較少在一般學校的考試中出現,卻是學生進入社會必須具備的能力。PISA 評量的另外一項特色就是「生活化和情境化」,題目呈現的方式必定和日常生活有關,而且詳細說明試題的情境。

為了讓讀者進一步了解試題的內涵,特舉酸雨在日常生活中造成的困擾為例,說明如下(為方便讀者了解,原照片和題目內容已稍作修改)。

赤崁樓是我國著名的古蹟之一,庭園內陳列的石碑是花崗岩材質,主要成分是碳酸鈣。由於長期暴露在室外而受酸雨侵蝕,石碑上所刻的文字逐漸模糊。酸雨侵蝕石雕藝術品或古碑的現象,全世界隨處可見,為了防止侵蝕持續惡化,有些石雕藝術品因而被移入室內保存。

問題 1:

正常雨水呈弱酸性,因為雨水從空氣中吸收了一些二氧化碳。而酸雨比正常雨水更酸,因為它除了吸收二氧化碳外,同時吸收如氧化硫和氧化氮之類的氣體。空氣中的氧化硫和氧化氮是從哪裡來的?

酸雨對大理石的作用可以模擬,方法之一是把大理石薄片放在食用醋裡一整夜,食用醋和酸雨都是酸度較高的液體。當一片大理石薄片放置在食用醋裡時,氣泡便會產生,分別測量實驗前後乾燥大理石薄片的質量。

問題 2:

一片大理石薄片浸泡在食用醋裡一整夜之前的質量是 2.0 克,隔天大理石薄片被取出且乾燥後質量會是多少?(A)少於 2.0 克。(B)精確的 2.0 克。(C)在 2.0 克至 2.4 克之間。(D)多於 2.4 克。

問題 3:

當大理石薄片浸泡在食用醋裡時,為什麼會產生氣泡?(A)大理石形成時內部所包圍的細小氣囊被釋放出來。(B)製造食用醋時溶在醋中的空氣被釋放出來。(C)大理石和食用醋的原子重新組合以形成新的物質。(D)加入食用醋時大理石被蒸發成為一種氣體。

問題 4:

學生們做這項實驗時,也放置一片大理石薄片在蒸餾水中一整夜,但沒有觀察到任何改變。請解釋學生們為什麼在實驗中包含了這個步驟。

問題 5:

燃燒煤或石油發電是造成酸雨的原因之一。下列有兩項由酸雨在生活上所引起的困擾,請針對每一個困擾,各引申一個科學問題給科學家們,並預期由問題的解答可以協助解決酸雨帶來的困擾。

由以上題組的最後 2 個小題可以看出,PISA 在評量「形成科學議題」的方式,是先敘述整個實驗進行的過程,再要求學生指出實驗過程擬探討的研究問題。

這樣的評量方式,對中學師生而言的確新鮮。不過,這種形成科學議題的能力,在解決問題、大家較熟悉的科展製作或學生進行獨立研究時,卻是非常重要,但鮮少被教師拿來當成評量的項目。因此藉這個機會提出來讓讀者參考,讓我們一起關心國內科學教育的發展。

PISA 2006 測驗的結果,雖然我國學生的數學素養是全世界第1名,整體科學素養也高居第4名,但是在「形成科學議題能力」和「論證能力」兩個分項能力指標方面,我國學生的表現仍有很大的進步空間。因此如何加強這兩方面能力的教學和評量,值得努力省思。