- 文／簡麗賢，北一女中物理教師。
畫錯卡絕對是最令人最為懊悔的事情。圖／pxhere
每年 1、7 月的學測和指考可說是臺灣高中生的成年禮，各科試題出爐後，受訪考生、教師的反應和評論成為媒體爭相報導的題材。今（2018）年，受訪的考生和教師對物理命題的難易度反應不一，但共同點是：題目新穎、貼近生活情境，且需要閱讀理解題意才能作答，即大學入學考試中心強調的「素養導向命題」。
素養導向命題
何謂素養導向命題？閱讀今年的物理題，大概就能掌握其梗概。成績公布後，大考中心對媒體說明，未來的命題趨勢將以素養、生活及整合跨域等理念規劃命題，並呼籲學校應從期中考命題著手，讓學生適應素養命題方向。
據大考中心的說明，精進素養導向命題三大重點如下：
- 情境化：試題素材引用生活情境或學術探究情境。
- 整合運用能力：測驗學生是否能整合運用知識與技能，以處理真實世界或學術探究的問題，包含閱讀理解、邏輯推論、圖表判讀、批判思考、解釋辨析和資料證據應用等。
- 跨領域、跨學科：測驗學生是否能夠融會貫通，善用不同領域或學科所學處理一個主題中的相關問題。
圖／pixnio
以今年指考物理科選擇題「數位相機的光圈數與曝光時間的關係」為例：
照相機鏡頭透鏡的焦距和光圈直徑大小的比值稱為 f 數（也稱為光圈數或焦比），已知單位時間通過鏡頭的光能和光圈的面積成正比。某一數位照相機鏡頭透鏡的焦距固定為 50 公釐（mm），當 f 數設定為 2，可得最佳照片的正確曝光時間為 1∕450 秒，若將 f 數設定改為 6，則其最佳的曝光時間應為多少秒？
這一題被部分教師質疑「超出課綱」，其實不然，而是引用生活情境的「閱讀與理解」素養題。考生若能理解題意，以基本的數學能力，掌握 2 項關鍵「照相機鏡頭透鏡的焦距和光圈直徑大小的比值稱為 f 數」及「單位時間通過鏡頭的光能和光圈的面積成正比」，應能解出答案為 1∕50 秒。不過題目如能加上「通過鏡頭的光能不變」則會更完整。
又以今年指考非選擇題的「微波爐」為例：
題幹中清楚說明「水分子H2O的負電荷（-q，q>0）靠近氧原子，而等量的正電荷（+q）靠近2個氫原子連線的中點，正負電荷分離固定距離r」定義為「電偶極」，並引導考生以數學向量式表達「電偶極矩」。考生若能依循題意「順藤摸瓜」，根據高三學過的「電位定義」，即可回答第1小題；以學過的力矩概念可證明水分子所受的力矩量值關係式，再代入已提供的數據，則可得到第2小題「水分子所受的力矩量值」。
第3小題「微波爐產生的微波可用來加熱食物，而一般市售微波爐的微波頻率約為數個GHz」，應用前一題「電偶極矩」和「力矩」定義，可判斷命題委員「不用計算，用文字說明微波爐能迅速加熱食物最主要原因」的用意，寫出類似參考答案「食物中的水分子為極性分子具有電偶矩，在外加電場作用下受力矩而使水分子以其質心為轉軸向電場方向轉動。故微波爐產生微波波段的電磁波後，食物內的水分子隨微波電場方向的變動，每秒產生數個109次高頻率的轉動，藉此與食物中周圍的分子擠壓與摩擦，因而快速產生熱量」的核心概念。
福衛五號飛越台灣上空的想像圖。圖／wikipedia
再以今年學測自然科「福衛五號衛星」為例，此題即為學術探究的新聞時事素養題：
臺灣首枚自主研製的高解析度遙測衛星「福衛五號」，於 2017 年 8 月順利升空在距地表 720 公里處繞地球作接近圓軌道運轉。一般在此高度繞地心等速圓周運動的衛星，其週期約 100 分鐘。已知地球半徑約為 6400 公里，若為特殊目的發射一新衛星，使其沿圓軌道繞行地球一周所需時間約為 800 分鐘，則此新衛星離地面的高度約為多少公里？
上述題目結合高中物理課程內容，就新聞時事設計成短文閱讀的學術情境素養題。考生若具有「克卜勒行星運動第三定律（週期定律）」的先備知識，依據資料數據判斷，應可估算答案接近 22000 公里。
以上的物理試題顯示學生培養「閱讀與理解」能力的重要性。題目取材自生活中的科學新聞，測驗目標在評量考生的理解能力，期望能理解衛星運行軌道的概念。學生能理解和說明生活現象的原理，就是一種「素養」。素養存在生活中，生活中表現素養，因此，素養導向命題的源頭在生活經驗與新聞報導中。
以新聞時事為例，說明科學、生活與素養
我們知道颱風天會影響飛機正常起飛，然而，氣溫太高也是影響因素，為什麼？
圖／pixabay
去（2017）年6月，國際新聞報導天氣太熱，飛機不能飛，美國鳳凰城市氣溫飆升到攝氏49度，有40多個航班被迫取消。媒體進一步報導「受全球暖化影響，未來飛機不能起飛的情況或許會更嚴重」。專家學者受訪時表示：
從飛機航行的科學而言，飛機無法在真空中飛行，飛行條件之一，必須有空氣形成氣流，透過流速與壓力差而形成升力效應，讓飛機具有動力而起飛，因此，可推論飛機無法在高溫下起飛。
「氣溫多高，飛機才不能飛行？」美國哥倫比亞大學（Columbia University）的科學家曾在2015年發表「極端高溫對飛行影響」的研究報告，指出高溫天氣會限制飛機載重量。並說明「檢視美國機場的條件，丹佛機場的緯度高，空氣層原本稀薄，飛機起飛時更容易受到高溫影響，改進之道是加長跑道。」「以波音737客機而言，在攝氏 37度的高溫下，若仍要依既定航班起飛，只能減少旅客人數和託運貨物重量。」閱讀上面這一則科學新聞，筆者的腦海立即縈繞素養命題的圖像。
例如「依據上述短文和物理概念，天氣太熱，飛機不能正常起飛的最主要原因為何？」參考答案可為因熱膨脹會使大氣空氣層的氣體分子密度變低，機翼無法與足夠的空氣分子交互作用，形成機翼上下的壓力差，可能無法產生足夠的升力讓飛機起飛。其次，可繼續問學生：「因應高溫天氣，為不影響旅客權益，讓飛機能正常起飛，有何改善之道？」參考答案可為加長跑道以增加飛行初速率；減少搭乘班機的旅客人數及承載的托運貨物重量。
物理教師取材新聞報導內容作為命題素材，可延伸主題改寫短文，再從短文中設計題目，測驗學生閱讀理解能力，並繼續延伸問題，測驗學生的科學推理和表達能力。題型可為 1~2 題的選擇題，並搭配1題簡答題，混搭題型設計可達到素養導向命題的目標。
結語
有人認為命題很容易，是因為複製考古題。若要創新題目，符合素養導向命題的三大重點，可不簡單，誠如王安石的詩句：「看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛。」筆者只能說素養導向的創新命題看似容易卻實則艱辛。當我們看到大考中心設計出「漂亮」的升學試題，都該是「有讀、有回、有按讚」的現代「益者三『有』」。
〈本文選自《科學月刊》2018年9月號〉
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