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108學年度學科能力測驗自然考科【地球科學】試題特色

臺南市立土城高級中學地球科學科教師/廖卿妃 撰
大考中心研究員/翁群評、周建儒 撰

一、前言

108學測自然考科中,地球科學題目雖然只有17題(占自然總題數的1/4,題號對照請參見下表),但其中涉及的學科概念卻很豐富。地球科學研究發展的主題特色就是跨領域問題探究與解決,很多自然現象或災害常是四大層圈交互作用下的結果,具備地球科學的重要基本知識是必要的答題條件,再來就是應用這些概念與法則去推理思考。
試卷架構
第壹部分(共10題)
第貳部分(共7題)
題號
單選題:1、2、3、4
多選題:17、18、19、20
綜合題:38、40
43、44、45、46、47、48、49
試題有下列四點特色:
(一)來自生活中常見的自然現象
讓考生活用課本知識,例如第1題的極光、第4題的波浪、第17題的空汙、第38題的颱風、第47題的空氣塊溫度與露點。
(二)跨領域或跨學科的問題
釐清此類議題需要跨領域或跨學科的核心概念,故考生需整合運用相關知識才能解題,例如第2題的聖嬰現象(大氣+海洋)、第3題的星光顏色(地科+化學)、第19題的海嘯破壞力(海洋+地質)、第39-40題的奈米表面效應(地科+物理)。
(三)利用實際研究成果來命製試題
讓考生瞭解地科的相關研究,例如第43-44題的臺灣地殼變形量。
(四)地球科學研究對象在時間和空間上都有極大的範圍
今年考題的取材上亦橫跨極大的時空尺度。例如在空間上,從第1題的太陽風時速百萬公里,到第43-44題地殼變形的每年幾公分;在時間尺度上也有類似的題目,例如第17題PM2.5沉降速率的每秒僅1毫米,卻能在歷經10天的沉降後在遠處造成空氣汙染。

二、試題取材與內容

地球科學試題取材皆來自「99課綱微調_基礎地球科學課程綱要」,以課綱的教材主題內容與題型設計來分類(如下表):
課綱主題
題幹敘述及圖表判斷
閱讀理解及綜合分析
一、人與地球環境
 
 
二、太空中的地球
 
1、3
三、動態的地球
4、38、47、49
18、19
四、天然災害
 
 
五、全球氣候變遷
 
2
六、地球古今談
20
 
七、地球環境的監測與探索
40、43、45、46、48
44
八、地球環境的特徵
 
17
九、地球資源與永續發展
 
 
題數
共10題
共7題
(一)題型特色有下列三點:
1. 題目之題幹陳述或選項設計明確,有綜合判斷作答,也有單一概念選擇,均能鑑別學科觀念。
2. 圖形判別的題型原本就是自然學科的特色,地球科學有11道試題分別附上圖片作答,配合適量的文字閱讀,增加考生觀察、推論與辨識能力的考驗。
3. 仍有一定比例的科學應用或觀念的文字閱讀理解題,但內容簡潔,條理分明,詞句均能切中要點,考驗綜合分析能力,無需耗費時間篩選有效資訊。
(二)試題內容著重的面向有下列三點:
1. 學科內容的實際應用:地下儲油構造的地質調查、易導致空汙的天氣與PM2.5沉降速率、GPS衛星定位估算地殼變形、船跡雲等,都是現今科學研究或生活實用的題材。
2. 聯結各科的探究延伸:跨科試題向來是自然科的特色,今年有關顏色產生的原理、水波曲折、颱風特性,結合了地球科學與化學或地球科學與物理觀念。
3. 科學閱讀的推理辨別:多數題目文字都在150字左右,仍有4題的題幹文字超過300字需仔細閱讀,這也是科學情境入題的必要陳述,可見閱讀能力對自然科考生依舊是不可等閒視之的重要能力。

三、試題範例

地球科學是學習地球上的大小事,和我們的生活息息相關處處脫不了關係,以下分別就取材生活化、科學知識的縱向連貫和跨學科的橫向連結三個面向,各舉一題作為範例。
(一)取材生活化
面對種種的環境議題,地球科學的知識更是解決這些問題的關鍵,例如第17題以日常生活常會接觸到的空污議題出題,這題讓考生了解到大氣穩定度影響污染微粒的擴散速度,也決定空污的嚴重度,氣象預報可以同時預報空污嚴重程度。同時讓考生了解空污不僅是人為因素,也要考慮不同時節的天氣狀況。本題反映近期熱門空污議題,是生活經驗結合學科知識的好題目。
題目和解說如第17題:
一般高壓天氣系統影響下的天氣狀態相對較穩定,尤其臺灣西部秋冬時節,晴朗無雲,夜間輻射散熱後,在近地表的大氣低層易形成局部穩定(下冷上熱)的逆溫層,使近地表大氣的擴散條件不佳。境內污染物包含硫化物、氮化物、臭氧及懸浮微粒滯留,同時高空可能有懸浮已久的境外PM2.5空污粒子抵達臺灣附近,因此發生在臺灣的空污事件往往與大氣條件有很大的關係。
本題得分率(P)為60%,屬中偏易的試題,高分群考生得分率(Pl)更高達84%,可知考生只要具備穩定天氣的概念就不難作答。另本題鑑別度D值為0.48,具中等鑑別度,表示能有效鑑別不同程度的考生。
(二)科學知識的縱向連貫
科學的知識是不斷累積而非單一歷程,尤其在面對全新問題時,會需要過去每個學習階段的知識,以第18題為例,此題相關知識點於國中、高中的地球科學課程均有提及,也算是呼應十二年國教課綱中縱向連貫的重要性;此外雖然題幹敘述是科幻小說才會出現的情節,卻可以做為趣味科學推理或延伸思考,月球運動的規律或變動對地球的影響,有著在面對未知議題時,如何用所學過的知識發現問題、認識問題、問題解決,最後提出合理的結論,不失為一個具有科學探究精神的試題。
題目和解說如第18題:
月亮從東方地平面升起,西方落下是地球自轉造成視覺現象,和月球公轉方向較無影響。潮汐是地球受到太陽及月球的重力與地球月球間運動的離心力交互作用的結果,因月球距離地球很近,因此潮汐變化受月球影響較大。月球繞地球公轉方向與地球自轉相同,地球時間決定在地球自轉的週期,而潮汐變化時間取決於月球位置。估算月球公轉週期後,隔日月升月落的時刻和滿潮時刻都會延遲約50分鐘發生,這是考生的先備知識。若其他影響潮汐變化的因素都不變,而月球公轉地球的方向相反,則月升月落及潮汐現象變成每日提早約50分鐘發生,且無論半日潮或全日潮地區都會受到影響。此觀念從國中開始便是重點,也和生物潮間帶的生態觀察息息相關,對考生來講應該是很熟悉的知識點,就看考生能否融會貫通其原理,再根據題目所設定的情境做轉換來正確選答。
本題得分率(P)為34%,屬中偏難的試題,高分群考生得分率(Pl)僅51%,主要是選項(A)誘答性高的關係,可見考生對於自轉及公轉所造成的天文現象仍容易搞混。另本題鑑別度D值為0.25,為低鑑別度,主要的鑑別效果是落在高分群考生(Pa和Pb有較顯著差異)。
(三)跨學科的橫向連結
除了單學科縱向的連貫之外,橫向連結各學科的知識更是科學素養重要的一環,以39-40題組中第40題為例(第39題為物理試題),此題組結合了與物理相關的奈米效應和可見光雲圖的知識,考生除了需要對可見光雲圖的原理有所理解而非背誦,也必須詳細閱讀題幹描述,融會貫通雲滴大小、A/V 比值及雲滴數量與雲滴總表面積的因果關係,才能順利作答。
題目和解說如第39-40題題組:
可見光雲圖為大範圍觀測雲的分布形態及判斷厚薄之依據,在現代氣象觀測及預報作業過程中是一項重要的工作,一般考生會知道厚雲的雲滴較濃密,反射日光效果佳,故在可見光衛星雲圖中呈現明亮的白色,或是直接將雲的厚度連結可見光衛星雲圖的白色而沒去思考箇中原理。在本題中,船跡雲改以另一種角度去詮釋反射陽光效果佳的例子,由於船舶航運排放出細小顆粒,成為廣闊海面的凝結核,促使較細小的雲滴沿著船跡生成。若雲內液態水均勻分布,則船跡雲產生數量較多的小顆粒雲滴,因其總表面積較大而成為反射陽光較佳的線狀雲。跡雲不但是衛星雲圖監測環境與人類活動的最有效率的工具,也證實人類活動可能會增加雲的陽光反射率,總表面積大能更有效反射日光是物理科的核心概念,所以雲滴顆粒濃密或數量差不多卻粒徑偏小,同時是增大總表面積使雲更明亮的條件。本題材相當有探究性,且具有跨領域間的橫向整合,綜合理解運用所學過的自然領域知識,去解決一個課堂上沒有出現過的議題,為一道相當不錯的跨領域探究試題。
本題得分率(P)值為51%,屬中偏易的試題,高分群考生得分率(Pl)為77%,有不錯的表現。另本題鑑別度D值為0.52,具高鑑別度,顯示在閱讀理解的能力上,高、低分群的考生會有較顯著的差異,這部分值得進一步探討。

四、結語

今年地球科學在學測自然考科中廣泛使用各種題材,除了要對基本學科內容理解透徹之外,仍需要仔細閱讀理解題幹資訊,尤其具有跨領域和科學探究的題目,考點或圖形乍看之下或許很孰悉,其實都需要謹慎的推理思考。
今年地球科學試題整體偏向高層次能力,難度上屬於中偏難,不過對高分群的考生來說,因為題幹內容完整,文句表達順暢簡潔,適當運用附圖推想應該不難拿分,這也反映在今年試題具有良好鑑別度的表現上。同時試題亦呼應自然考科的測驗目標之一:「學生能夠將所學過的原則、方法、概念、原理、定律和理論,運用到新奇的、特殊的或具體的情境中。」其實也和十二年國教課綱以「核心素養」為主軸的精神不謀而合,著重實際運用所學知識解決生活面對的種種議題,進而尋找值得探究的新議題,成為自發主動的終生學習者。
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