科學素養的評量
98/06/05
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林煥祥｜
花蓮教育大學校長
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。
