研究發展處
自然科在研討會第一天下午第一個場次舉行，由大考中心沈青嵩顧問擔任主持人，由參與試題研發計畫的國立臺灣師範大學物理學系賈至達教授、蔡志申教授、地球科學系葉孟宛教授，以及國立臺灣大學化學系楊吉水教授、生命科學系丘臺生教授擔任主講人，說明今年自然領域各科試題研發情形。
學測自然考科研擬跨科與符合課綱探究與實作學習重點的試題
首先，由賈志達教授說明學測自然考科本年度的試題研發重點。一開始，賈教授先提到自十二年國民基本教育課程綱要總綱公布後，「核心素養」一詞應已榮登教育圈關鍵字熱搜的前三名。在教學上，課程目標應與核心素養結合，落實自發、互動與共好的課程理念，而在眾所矚目的大學入學考試方面，為協助課綱的落實，大考試題同樣朝「素養導向命題」持續精進。就大考中心提出的素養導向命題方向，對自然科而言，會重視以科學方法解釋日常生活現象、評量及設計科學探究、以科學方法解釋證據與數據等。
賈教授指出，在共同的素養導向命題架構下，各學科會具備不同的學科特色。自然領域的新課綱中，「自然科學探究與實作」被突顯出來，甚至被賦予一定的課程時數（自然領域部定必修學分數的三分之一）。故今年在執行試題研發計畫時，分成兩個小組同步進行，一組是素養導向命題小組，命製跨科試題；另一組是探究與實作小組，命製符合課綱「探究與實作」學習重點的試題。
小組成員在進行試題研發前，需要充分瞭解新課綱自然領綱的內容，例如學習表現與學習內容如何搭配；物理、化學、生物及地球科學各自的學習內容；「探究與實作」各自學習內容的對應等。此外，今年計畫小組更導入命題新機制，也就是在原命題機制中，加入發展主題與設計策略的階段。因為素養試題重點在於情境化、評量整合運用能力以及跨領域跨科目，故而在開始命題前，會邀請不同領域的學者專家，共同集思廣益，就可能的評量主題進行評估探討，決定是否適合發展為試題，確認可以搜尋的題材範圍等等。
在研發過程中，起初的命題素材來源非常多元，有科普文章、學術期刊、新聞媒體、科學展覽等，經過充分說明與討論後，小組成員開始進行跨科合作命題，每一題組試題都經過多次會議的審修，定稿後才進行研究測試與問卷調查。在研究測試告一段落後，彙整學生的作答反應與問卷結果，再次檢視試題本身是否需要進行修改。
在兩個計畫小組各自完成試題命製後，發現部分素養導向試題所評量的能力，符合探究學習內容或實作學習內容；而部分探究與實作相關試題，亦符合素養導向命題的三個重點方向，因為探究的議題大都有其真實情境而非憑空捏造，所衍生的研究問題與實作過程也會倚賴跨學科的知識與能力。所以，「探究與實作」可以說是較為獨特的情境試題，所重視的是科學上的方法論。
今年計畫小組所研發的試題尚有另一個特色，就是研發「混合題型」並設計搭配作答的答題卷。混合題型是指一個題組下有選擇題與非選擇題，用以評量考生更多元的能力表現；答題卷則對應為同一作答卷上，依題號順序進行選擇題的選項畫記與非選擇題的作答書寫，也就是卷卡合一。為避免過度增加後續的閱卷負擔，亦有納入表格設計以引導學生作答書寫，這也是有別以往的嘗試。在檢視小型研究測試結果後發現，學生對混合題型與卷卡合一並不排斥。
物理科試題研發的重點分別是情境入題及探究與實作
接著蔡志申教授說明本年度物理科的試題研發情形。蔡教授說明，新課綱除了傳統的學科內容，還強調科學實作與新知識的探究，從實驗或日常現象中發現問題，提出假說、驗證結果並做結論，培養科學態度與素養。因此，如果在答題上打破傳統選擇題與非選擇題分開的形式，使試卷設計有更多自由度，可以檢驗學生在學科知識與實驗實作的學習成果。因此，今年物理科試題研發的重點有二，分別是情境入題，及探究與實作。
素養導向試題的一個重要特徵就是「情境化」，期待學生在課堂上學習的知識，可以應用在日常生活或學術探究中，以應付現今瞬息萬變的社會。作答素養導向試題必須從題目上擷取訊息，並利用先備知識分析推論，進而理解順利答題，也就是說，素養導向試題除了測驗學生學科知識、分析推理，更測驗學生閱讀理解能力。
蔡教授表示，新課綱的「探究與實作」課程，目的在於增進學生研究與實驗的能力，和以往較為被動式的學習不同。「探究與實作」課程強調學生為學習主體，能對實驗結果做出邏輯推論，培養發現科學新知的能力。新課綱中「探究與實作」的學習內容，包括發現問題、規劃與研究、論證與建模，以及表達與分享，不難發現其實這些就是科學的發展過程，事實上，這些能力不只適用於研究科學，學生未來在社會上面臨的問題，都可依照此流程尋找解決方法，因此「探究與實作」同時也是培養學生解決問題的能力。
由於在紙筆測驗上能夠測驗的向度有限，因此比較強調「實驗方法」與「過程推論」，讓學生評斷與批判，和以往的食譜式實驗有些不同，是屬於高認知層次的測驗形式。蔡教授以肉品切面的金屬光澤此一生活常見情境所設計之試題為例說明。
題幹以生活中常見肉品切面的金屬光澤為主題，利用不同鋒利程度的刀子與不同切割角度，探討產生此現象的可能發生原因。第1題是基本學科知識題，結合文本訊息與先備知識，推敲可能的物理機制；第2題測驗考生判讀實驗結果的能力，學生可以歸納出「越鋒利的刀子」、「切割方向與肌肉纖維越垂直」較容易產生金屬光澤，並且說明如此選擇的判斷依據；第3題要求描述產生金屬光澤的物理機制，將所學的知識應用在實際的現象解釋。整組試題包含了現象觀察、尋找變因或條件、解釋與推理、評價與省思等面向，符合課綱「探究與實作」的學習內容。
化學科探究與實作試題設計架構為現象描述或理論說明、實驗過程、數據資料
配合新課綱自然科「探究與實作」的課程內容，自然領域的素養導向評量應包括科學的「探究與實作」，才能構成素養評量的完整拼圖。楊吉水教授說明化學科試題研發小組在「探究與實作」部分的工作，分享試題設計理念、評量方式與試題討論。
楊教授提到經濟合作暨發展組織（OECD）曾將科學探究分成四個主要步驟：(1)形成科學議題或研究問題、(2)提出假設、(3)設計與評估科學探究、(4)詮釋科學數據與證據。這些步驟或流程，確實是科學研究者在進行科學探究或實驗時實際進行的工作。新課綱的自然科學領綱在探究與學習部分，亦分成四個主要內容：發現問題、規劃與研究、論證與建模、以及表達與分享，大致與OECD的科學探究相似，只是提供更多細目，作為教學設計之所需。
基於上述，化學科試題研發小組將素養試題情境設計與說明，轉化為「探究與實作」的設計方式，分為三個主要內容，分別是現象描述或理論說明、實驗過程、數據資料，此即化學科「探究與實作」試題設計的三個主要骨架，三者缺一不可。楊教授也以本年度試題研發小組所研發的例題為例說明。
題幹提及網路流行的史萊姆（現象描述）、初步的化學原理（初步理論說明）、接著是一連串的「實驗過程」，包括：藥品、步驟、添加的順序等，最後整理實驗結果而得到「數據資料」，符合「探究與實作」的完整題幹內容設計。各題的設計原則與目的：第1題針對「實驗過程」加入藥品的順序是否影響實驗的結果，屬於實驗操作的程序；第2題針對「實驗過程」中對照組的設計，確認實驗目的以及控制變因；第3題針對「數據資料」，提供結果的推論，可以補足實驗的資料，以確認假說與實驗結果的關係；第4題提供依據實驗結果而得到的「理論說明」，並改變實驗的條件，評估此探究設計所得到的推論是否正確。
藉由上述例題，可說明試題研發小組如何利用試題的設計，評量學生「探究與實作」課程的學習情形。建議老師們可設計「探究與實作」學習內容：先引導學生觀察現象，針對現象引發問題與設計實驗，繼而引領學生動手完成實作或實驗，再分析實驗或實作的過程與得到的數據，必能使學生了解科學探究的方法論，進而提升整體高中生的科學素養。
生物科主要依循考生探究能力、整合能力、情境化或跨領域方向研發試題
最後，丘臺生教授說明今年生物科試題研發情形。研發小組分為兩組，第一組研究新課綱的各個題型，第二組則開發新的混合題型。研究用試題主要依循考生探究能力、整合能力、情境化或跨領域與跨科之方向命題。在探究能力方面，主要分為思考智能（t）與問題解決（p）。思考智能還可細分為想像創造（i）、推理論證（r）、批判思辨（c）、建立模型（m）；問題解決則分為觀察與定題（o）、分析與發現（a）以及討論與傳達（c）。在整合能力方面，考察考生是否能整合知識和技能，處理真實情境或學術探究的問題。在情境化方面，試題引用生活或學術探究情境；而在跨領域、跨學科方面，測驗考生能否融會貫通，善用不同領域所學處理一個主題中的相關問題。
研究用試題中的閱讀一主要探討血壓相關概念，閱讀材料中將血壓=血流X阻力類比於物理科中電壓=電流X電阻，不僅結合生物及物理考科，亦評量學生問題解決（p）中的觀察與定題（o）、分析與發現（a）以及思考智能（t）中的想像創造（i）、推理論證（r）之探究能力，兼具考生整合與跨科能力的評量。
丘教授再舉另一道試題為例。本題以洋蔥根尖細胞的觀察為素材，測驗考生對於思考智能（t）中的推理論證（r）之探究能力。此題以「探究與實作」為方向，並將情境融入試題中，符合新課綱命題精神。
試題研發小組亦蒐集高中師生對於試題的意見與想法。教師們回應跨科試題能考出核心素養在生物學上的應用，並與其他領域結合；「探究與實作」題可測驗考生在閱讀理解、圖表判讀、結合學科知識方面的能力。素養導向試題確實能結合生活與生物知識，並應用於生活實務，刺激學生思考。同學們則認為閱讀題可同時學到新知識，圖表運用也有助於作答，並建議可運用圖片將情境具象化、輔助理解題意。部分學生偏好實驗題，原因是題型設計有趣，而課本沒有出現過的實驗，需要當場融入文本，理解後再進行推理。
現場與會教師的迴響
針對老師們的一些提問，丘教授綜合回應如下：十二年國教自然科課程是縱向整合，而非螺旋式，因此國中課程是高中課程的基礎，可以納入考試範圍，不過，命題時仍然會維持不超綱不偏本的原則。要評量的知識內涵有一定的範圍，即使是探究與實作，也並非漫無限制，高中教師與學生無須過於擔心。生物科的實驗題或閱讀題的設計，是希望能讓學生接收新知，是為減輕學生記憶負擔而設計，未來仍會維持這樣的精神。
