一、前言
110 學年度指定科目考試物理考科(簡稱「指考物理」)依據 103 學年度實施之「修正『普通高級中學課程綱要』數學、物理、化學、生物、基礎地球科學學科綱要」(簡稱「 99 課綱微調」)命題。全卷共 26 題,分為兩個部分。第壹部分為選擇題,其中單選題有 20 題,每題 3 分,多選題有 4 題,每題 5 分,共計 24 題,占 80 分;第貳部分為非選擇題,共有二大題的題組,每一大題 10 分,占 20 分。
本次試卷取材多元化,理論與實驗並重,重視物理觀念的融會貫通與理論計算。本次試卷內的計算過程所得的數值與生活情境或課堂所學相呼應,考驗考生對題意的準確理解與靈活思考,考生作答過程中,不僅印證課堂所學的知識,亦能獲取新知。以下為本次物理考科試題特色的分析與說明。
二、試題特色
(一)試題取材多元化,與生活情境相結合
本次試卷試題取材多元化,除了基本物理觀念題外,更涵蓋生活情境、科普文章,讓考生在作答過程中,不僅了解課堂所學的物理知識與日常生活息息相關,更能增進科學新知。
本次試卷有許多的試題取材與生活情境緊密連結。題組第 3-4 題,以棒球的投打情境為素材,綜合檢驗考生運動學、力學與能量相關的物理觀念。例如:投手投出的球速與施力、帶動棒球運動的距離,以及棒球被擊出後的飛行高度。考生可透過運算過程深刻體會情境中的物理。
臺灣位於板塊交界處,地震是我們日常生活中的常見經驗。第 14-15 題介紹了地震預警的應變機制原理,不但檢驗考生對文本的理解與圖表判讀的能力,更讓考生深入了解 P波、S波的性質以及進一步了解地震預警系統是如何利用這些性質進行運作。
民以食為天,食安的問題與民生息息相關。第 19 題以核安事故後的放射性元素銫-137 在大型海魚體內的殘留為題材,評量考生的閱讀理解與分析推論的能力,並透過數值運算,讓考生進一步體認放射性元素的半衰期與放射性活度,對輻射污染生物、日常食品的影響。
悠遊卡的使用相當多元,也是日常生活的必備品,悠遊卡系統使用原理-RFID(無線射頻辨識技術)在生活中更是有非常廣泛的應用,舉凡門禁管制系統、物流管理等,RFID 更是物聯網系統的重要技術,其核心概念就是課堂所學的電磁感應。第 20 題以悠遊卡系統結合 RFID 原理的短文簡介,綜合評量考生的電磁感應原理的認識、短文閱讀理解與運算的能力。
試題背後的生活情境都是我們生活中常見或熟悉的情境,而物理知識與概念都融合在其中,讓考生在作答過程中透過閱讀、運算,進一步認識生活中的物理,增進學識與科學素養。
(二)實驗題比例高,理論與實驗相互結合
物理是一門經驗科學,理論的形成需要能解釋已知的現象,並能對未知現象做預測,再經實驗證實後,才能被科學社群廣泛接受與認同。實驗是檢驗理論是否正確的重要方法,是一門學問是否為科學的重要標準,故實驗的重要性不言而喻。
本次試卷中的實驗相關題有第 8 題氣柱的共鳴、第 9 題電流天平、第 17 題水波槽實驗、第 21 題伏特計、安培計相關原理、第 23 題干涉與繞射,與非選擇題第一題「金屬的比熱」的實驗。除了測驗基本理論之外,也評量考生基礎分析問題、解決問題能力。此外,實驗題也可評量學生是否具備實驗操作、設計等能力,例如非選擇題第一題「金屬的比熱」的實驗即是如此。這些試題也鼓勵同學積極動手做實驗,實驗課程除了印證課堂所學的知識外,仔細注意並觀察每個實驗環節,亦是重要的科學態度與方法。
(三)綜合分析試題比例高,配合計算,考驗是否融會貫通與靈活思考
從今年指考物理試題的雙向細目表(參見文末附錄1)觀之,縱向為 99 課綱微調高一至高三的物理課程內容(一~五屬於高一基礎物理課程,六~十一是綜合高一到高三的課程,十二則是高一~高三所有的實驗課程),橫向為美國教育學者布盧姆(Bloom)對認知層次所做的分類,表格中打*的題號,代表該題橫跨多個課程內容。
由附錄 1 可以觀察到這份試卷題型分布。「理解層次」的題目,占總分 6 分;「應用層次」的題目,占總分 27 分;「分析層次」的題目,占總分 67 分。由此可發現本次試卷著重於分析層次。其中多數題目多需融會貫通多個概念、公式或定律,並輔以計算,方可正確答題,反應出此份試卷重視考生融會貫通所學以及邏輯演繹的思考能力。
物理量之間的關係常常以數學來描述,亦為物理定律。當要對情境進行分析時,透過物理定義、公式、定律或定理的數學運算過程亦是考驗邏輯思考、推理的能力。此次考試雖有不少計算,但在數值處理的過程中並無刻意刁難的部分,且不少題目在計算過程中所得的數值貼近真實生活情境或學術情境,與考生日常經驗與課堂所學知識相呼應。以多選題第 21 題為例,此題已電流計與電阻的搭配,評量考生伏特計與安培計的構造與工作原理,解題過程中所運用到的數值不但能印證課程中所學到儀器特性,且所求得的數值亦接近真實,透過運算加深所學印象;第 23 題,此題綜合評量單狹縫繞射與雙狹縫干涉的物理觀念,透過實際的計算過程中,從條紋間距檢驗考生對干涉、繞射現象的理解程度,而所求得的雷射光波長不但接近真實規格,更進一步由此推估狹縫的縫寬等參數,深入考驗考生對物理的邏輯推論與思維,為學習物理的重要歷程。
(四)試卷整體難度中偏難,鑑別度以中高鑑別為主
以試題全體考生得分率(P)定義試題難易度,今年物理考科不同難易度的試題分布如表 1 所示:
表 1 110 年指考物理考科試題難易度分布
答對率範圍
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難易度
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題號
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題數
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P < 25%
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難
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18, 22, 非選一, 非選二
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4
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50% > P ≥ 25%
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中偏難
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6, 7, 12, 13, 14, 15, 19, 20, 21, 23, 24
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11
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75% > P ≥ 50%
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中偏易
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1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 16, 17
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11
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P ≥ 75%
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易
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0
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以全體考生前 33%的高分群考生得分率與後 33%的低分群考生得分率之間的差值定義為鑑別度(D),不同鑑別度的試題分布如表 2 所示:
表 2 110 年指考指考物理考科試題鑑別度
鑑別度範圍
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鑑別度
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題號
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題數
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D < 0.3
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低鑑別度
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7, 12, 14, 18, 22
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5
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0.5 > D ≥ 0.3
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中鑑別度
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1, 6, 13, 19, 20, 21, 23, 24, 非選一, 非選二
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10
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D ≥ 0.5
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高鑑別度
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2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 15, 16, 17
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11
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整卷而言,整體難度為中偏難;鑑別度部分以高鑑別度的試題為主,中鑑別度以上的試題占分為 83%,代表這份試卷能有效鑑別考生程度。
此次試卷中除了實驗題與計算題外,不少試題頗具特色。例如第 10 題,此題評量考生帶電粒子在磁場中的運動行為,以氣泡室為情境,讓考生藉由圖表判讀(軌跡方向與半徑的觀察)判斷帶電粒子的電性與動量除以電量的量值,實驗情境的取材與鋪陳設計頗費心思,主要評量考生基本物理觀念以及結合圖表判讀、運算做邏輯推論的能力。本題的難易度 P=62%,鑑別度為 D=0.52,為中偏易且高鑑別度試題,試題特徵優良,命題亦與課本知識緊密結合,值得參考。
又例如第 12 題,此題評量考生對光電效應的深度理解,評量考生整合運用知識與圖表判讀作分析推論的能力,命題跳脫傳統光電效應的考法,以光強度對波長的關係圖呈現光源性質,再理解實驗情境後,需結合知識(例如截止頻率等)進一步判斷,選出選項中最適當的 I-V 關係圖。本題的難易度 P=37%,鑑別度為 D=0.20,以評量物理觀念與判斷為主,雖為中偏難且低鑑別度試題,但命題新穎且非常富創意與巧思,考生須要具備分析整合的能力並結合知識靈活思考,頗富素養精神,值得細細品味。
三、回饋高中的教與學
本次的試題偏重綜合不同物理觀念的應用、分析,以及透過計算進行邏輯推論的能力。物理的學習重視基本定義、公式、定律、原理等的基本認識、了解與融會貫通,而物理定律描述不同物理量之間的關聯性,若以數學作為表達的工具,比起語言的描述更為精準與簡潔。
當綜合運用不同物理定義、公式、定律並一步步進行運算時,此亦是進行邏輯演繹的過程,為科學技能中重要的一環。然而學習上,首要弄清楚基本物理觀念,而物理公式與定律的學習與應用不在於死記硬背,更要了解計算的本質是邏輯演繹的程序。當能清楚理解每個物理定義、公式與定律的涵義後,便能綜合運用,透過運算求出、印證、檢驗所得的結果是否與課堂所學或生活情境相呼應,能解釋情境中所觀察到的現象或解決情境中的問題,是我們學習物理需要培養的技能之一。
四、結語
綜觀上述,本次試題符合 99 課綱微調的試卷架構,命題取材多元化,貼近日常生活情境,理論與實驗兼顧,亦有科普閱讀等素材。本次試卷測驗層次高,多元評量綜合分析層次試題,並重視理論計算,考生須了解計算的本質為邏輯演繹與推理,而其基礎為理解物理基本定義、公式、定律的內涵。融會貫通所學、綜合應用與靈活思考,培養出對現實生活情境進行分析與問題解決的能力,是我們現代公民在學習科學後,所應具備的科學素養。
附錄 1 110 指考物理試題雙向細目表
測驗層次
課程內容與占分比例
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理解
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應用
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分析
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一、緒論
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物理學簡介
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物理量的單位
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2
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二、物質的組成
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物質由原子組成
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原子與原子核的組成
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三、物質間基本交互作用
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重力
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電力與磁力
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強力與弱力
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四、能量
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能量的形式
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能量間的轉換與能量守恆
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核能
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能量的有效利用與節約
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五、宇宙學簡介
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宇宙結構的認識及哈伯定律
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1*
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宇宙起源
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1*
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六、力學
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靜力學
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6
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運動學
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4
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牛頓運動定律
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15*、22*、非選二*
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動量與牛頓運動定律的應用
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5、15*、22*、非選二*
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萬有引力定律
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功與能量
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3
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7*、非選二*
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碰撞
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7*
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七、熱學
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溫度
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非選一*
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物質的三態變化與潛熱
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理想氣體方程式
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18
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氣體動力論
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八、波動
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波的傳播
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17*
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14
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振動與波
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波的重疊原理
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波的干涉與繞射
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駐波
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水波的反射與折射
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聲波
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8*
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九、光學
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幾何光學
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13
|
物理光學
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|
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23*
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十、電磁學
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靜電學
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|
24*
|
電流
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|
|
21*、24*
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電流磁效應
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|
9*
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10
|
電磁感應
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20
|
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十一、近代物理
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電子的發現
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|
|
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X射線
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|
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量子論的發現
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12
|
原子結構
|
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16
|
|
物質波
|
|
11
|
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原子核
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19
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|
十二、實驗
|
實驗
|
|
9*、17*
|
8*、21*、23*、非選一*
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