上圖為本屆(111學測)中的一道題型,主要測試考生對於實驗設計的相關概念,亦包涵檢測考生探究與實作的素養(規劃與研究、論證與建模)。大考中心公布的標準答案為CDE。
以下,我將針對本題的內涵、選項的正確性、可能的爭議進行討論:
1. 缺乏問題意識的實驗設計題
進行科學研究的第一個重點在於「問題意識」,亦即「研究者想要問什麼問題?」。這也是為什麼108自然領綱中關於探究學習內容包含四大項:發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享。注意此四項的順序,發現問題為探究學習內容的第一步。沒有適當清楚的問題,很難設計一個清楚的實驗。當我們審視題目本身,我們會發現題目並未清楚說明研究者想要研究什麼問題,這將導致作答者在解釋題目時的困惑,也是造成本題出現瑕疵的主因。
2. 控制組到底是誰
控制組的設計,端看於實驗者想要問什麼樣的問題。從這個題目的設計推測,不外乎下列三項:
1. 有無注射疫苗,中和抗體的表現量是否具有差異?
2. 注射液疫苗的劑量多寡,是否影響了中和抗體的表現量?
3, 有無注射第二劑疫苗,是否影響了中和抗體的表現量?
但是這三個問題的答案,必須要經由適當的比較才能呈現。亦即每次只能操縱一個變因來進行比較。按照這個簡單的邏輯,這三種問題,應該會需要三種不同的對照組。
「有無注射疫苗,中和抗體的表現量是否具有差異?」這個問題的對照組,應該選取未注射疫苗的組別來進行比較,但題目沒有這個組別的資料。
「注射液疫苗的劑量多寡,是否影響了中和抗體的表現量?」這個問題的對照組,應該選取未注射疫苗的組別來當作「負控制組」、同時也可以選取注射少量疫苗的組別當作「正控制組」,也就是雙控制組的設計,從這個邏輯來看,A選項是可以考慮的合理選項,亦即作為正控制組來進行比較。
「有無注射第二劑疫苗,是否影響了中和抗體的表現量?」這個問題的對照組,應該選取未注射第二劑疫苗的組別來進行比較,但最後一組注射60ug劑量的組別並不適合作為對照組,為什麼?因為這組不論跟前面的哪一組進行比較,操縱的變因都有兩項:劑量的多寡、有無注射第二劑。這也違反實驗論證最基本的原則:一次只問一個問題,因此E選項並非是一個合理的選項。
有許多學生會以為控制組一定是指「未施加任何人為干預的組別」,這其實是負控制組的概念。但是,如果今天實驗想問的問題是「新療法有沒有比舊療法好?」「增加濃度有沒有比原來濃度好?」,那麼就應該考慮「正控制組的概念」。
從以上分析可知,此題目設計的主要爭議點在於一開始並未說明研究者想研究什麼問題,使得作答者在作答時,對於研究的主題各自解讀所致。
3. 奇怪的Y軸刻度
從Y軸的刻度推斷,起點不是0點。雖然Y軸不從0點開始是可以的,但是應該附註說明,不然讀者會覺得困惑。
而且題目的說明與題目選項似乎有點矛盾,虛線是儀器檢測的極限,亦即虛線以下的數值判讀是沒有意義的(因為已經小於儀器所能檢測的範圍)。那對於第一劑施打時(第1天)的數值判讀都是沒有意義的,因為儀器根本檢測不準。亦即位於虛線以下的部位應視為無法判讀的數值。這樣一來,B 選項的考法沒有意義。
上圖紅框標示的柱狀圖雖有高低之分,但應視為同樣的數值,因為儀器的檢測值根本不準,那麼B選項所謂的「試驗值均被校正云云.....」考生根本無從判別是否正確。
4. 論證邏輯的不周延
E選項認為「對照注射60 μg組的結果,可顯示第二劑對增強免疫原性值有其必要性」,這個論證的邏輯其實是有問題的。理由有兩個:
1. 注射60 μg組與其他組的操縱變因差異有兩個,不適合用來比較第二劑注射的必要性。充其量只能說明注射少劑量(1ug)和大劑量(60ug)的第一劑,均會導致第22天中和抗體無法達到顯著水準。但無法用來論證第二劑的必要性。亦即60 μg組別的資料只適合用來支持「第一劑的適當劑量」,與「第二劑施打必要性」根本無關。
2. 與之相反,略過60 μg組的數據不看,依然可以說明第二劑的必要性。注射第二劑後1ug組,可以從抗體未達檢測水準提升為「可檢測水準」,且其餘各組10ug、30ug、50ug均能在注射第二劑後,抗體濃度大幅提升。由此可知60 μg組的數據資料在論證「第二劑對增強免疫原性值有其必要性」並非必要,沒有參考價值。
總結
由上述分析,個人提出未來實驗設計題型的幾項淺見:
1. 建議清楚說明實驗的目的為何?欲研究了解的問題為何?以避免多重解讀造成爭議。
2. 建議繪製合理實驗數據圖形和座標,特殊刻度規劃應提示說明。
3. 對於論證邏輯的周延性,必須反覆檢視。避免邏輯不周延以造成爭議。
4. 本題的E選項並不適當,A選項是合理可以考慮的選項,B選項無法判斷正確數值。個人建議答案應為(A)CD。