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本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文｜周玉文
• 美術設計｜林洵安

高中升學制度的跨時、跨國比較

2000 年台灣廢除高中聯招，此後多次改革，希望破除只用考試成績決定學生的未來，也減少教育機會的階層不公平。時至今日，我們的制度足夠公平嗎？升學考試篩選了哪些家庭背景、能力的學生？「研之有物」專訪中研院歐美研究所研究員黃敏雄，他針對學校之內與學校之間在認知能力、非認知能力及家庭社經地位上的差異，比較國中與高中階段的差別，並進行跨時期和跨國比較，檢視台灣升學考試制度對教育機會均等的影響。

從戶籍轉向考試入學，產生什麼改變？

不只人人有機會上學，學校教育應該創造有利的條件，竭力減少家庭背景對學習的不利影響，讓所有學生都有機會最大限度地發揮潛力──這是教育改革多年的目標。教育制度能實現這個願景嗎？中研院研究員黃敏雄試圖透過數據尋找解答。

臺灣從小學至國中依照「戶籍入學」，到了高中則採行「考試入學」，舉辦全國性學力考試，依照個人志願、表現和測驗成績分發。理論上，前者涉及居住地區的社經水準，各校會呈現社經地位的落差。後者則僅以學習表現和測驗分數決定，理當打破「階級世襲」，廣泛被視為更公平、有利於弱勢家庭。

但現實真的如此嗎？為了驗證高中入學制度，是否有利於「不分貧富、同讀一校」的公平性，黃敏雄運用兩個資料庫數據，進行國內跨時性、跨國性的比較研究，資料橫貫聯考、基測及會考三個入學政策時期。

就在地數據而言，他採用由中央研究院、教育部和科技部共同規劃的一項全國性「臺灣教育長期追蹤資料庫」（Taiwan Education Panel Survey, TEPS）。在 2001 年，TEPS 針對各約兩萬名隨機抽樣的臺灣國一及高二學生進行調查，並持續追蹤直到高中畢業，藉此可以評估聯考與基測入學政策下的差異。

跨國及跨年數據的比較，研究則運用每三年針對全球 15 歲學生抽樣調查的「國際學生能力評量計畫」（Programme for International Student Assessment, PISA）。臺灣在 2006 年加入，至今累積五輪調查資料，橫跨基測與會考階段。

透過 TEPS、PISA 數據，黃敏雄針對國中與高中生在「認知能力」、「非認知能力」、「家庭社經地位」三面向，分析各校之間是否有明顯差距，或者校內的異質性更大？也就是說，經過升學考試篩選後，家庭背景較好、認知能力較高、情緒管理較佳的學生，是分散到各校或集中在所謂的明星高中呢？

不同背景、能力的學生，分散在各國中

首先，來看看依照戶籍入學的國中狀況。

根據 TEPS 數據，2001 年國一生的家庭社經背景，各校差異占總差異的 23%，相對而言，校內差異佔總差異的 77%；升上國三後，數據沒有改變。再看看學生的認知能力，結果也很相似，2001 年的國一生，認知能力的差異校內大約占 8 成；到了國三，情況也差不多。

大體來看，國中學生的家庭社經地位、認知能力，各校之間的差距不算大，校內的差異相對較高。

進一步和其他各國地區做比較。檢視 PISA 調查（2018） ，九年級學生家庭社經地位的各校差異，臺灣為 22%，在全球 32 個國家或地區中排名倒數第 4。最高是墨西哥的 64%，明顯區隔出貴族和平民學校；最低則是南韓 16%，各校差異小。

與其他國家相比，臺灣國中階段校與校之間在家庭社經地位上的區隔，相對較不嚴重。

考試更公平？數據打破迷思

從國中升高中，對臺灣學生是第一道門檻。大家不再如同國中小時期，多數人和鄰居共讀同一間學校，學生進入哪一所高中就讀，需要經過篩選再分發。

過往二十年，這套篩選制度歷經多次改革。大致可以分成三大階段：1958-2000 年為「高中聯考」時代，一試決勝負，各校只依照聯考成績決定錄取與否。2001 年後走向多元入學，入學測驗為「國中基測」。2014 年後實施十二年基本國民教育，朝向免試入學，統一考試也更改為以級距評分的「國中會考」。

跨過這道升學門檻後，各校高中生的認知能力、家庭社經地位，出現哪些變化？不同「年代」的入學方案，究竟是越趨公平或擴大階層差距？

就家庭社經地位而言，依據 TEPS，2001 年的臺灣國一學生，各校的家庭社經地位差異佔總差異的 23％；2005 年當他們經過基測進入高中、升上高二後，各校間的差異僅降至 22%，變化非常微小。PISA 數據（2018）也顯示，九年級生的家庭社經校際差異是 22%，經過會考的十年級生則是 25%，不降反升。

那麼，年代更久遠的聯考是否比較公平？2001 年 TEPS 調查的高二生，屬於末代聯考生，他們的家庭背景各校差異為 21%，幾乎等同以戶籍入學的國中階段。

這一串數據顯示，研究結果恐怕將打破「考試更公平」的迷思！經過考試入學後，高中各校之間的社經階層差距，與國中階段相近，甚至些微高於國中階段。

原本以為能「重新分配」的升學考試，並沒有提高不同家庭社經背景學生就讀同一學校的機會，包括被認為較有利於社經弱勢的聯考，也未縮小各校的社經階層差距。

「我們會認為按照居住戶籍分發，有可能造成貧富區隔；考試應該更公平，能讓社經弱勢學生有同等機會。但數據結果並不是如此，聯考和戶籍分發相比，並沒有更有效地促成不同背景學生共讀一校。」黃敏雄分析。

聯考、基測或會考，「學科能力」都穩居重點標準

考試制度並沒有提高不同背景的學生共讀一校，那麼，升高中後同學換成了誰？從認知能力差異度的轉變，可以給出部分答案。

根據 TEPS 數據，2001 年的國一生經過基測後升上高二，在綜合學科表現上，各校差異從國一的 19% 大幅跳升至高二 63%，分析能力的校際差異從 16% 升至 45%。PISA （2018）也呈現同樣結果，不論數學、科學或閱讀能力，十年級和九年級生相比，各校差異幾乎都增加兩倍，研究顯示出：高中階段認知能力的各校差距，明顯拉大。

再透過 PISA 的跨國調查，便能突顯出這項另類的「臺灣特色」。

2006 年，臺灣十年級學生數學、科學、閱讀能力的校際差異，從國中時期 25%、21%、25% ，激增至 65%、63%、60%。2014 年實施十二年國教後，差異遽升的情況雖有趨緩，但 2018 年高中各校差異仍高達 43%、43%、40%。攀升的程度，在 32 個國家中排名數一數二！

換言之，臺灣的「高中升學制度」是一套鮮明的篩選機制，明顯依照學科能力分配到不同的高中，在世界各國顯得相當特殊。

黃敏雄解釋，2014 年後數據趨緩，來自於國中會考計分方式的改變。計分不再是鑑別度極高的精密分數，改用級距，各科只區分七個等級，增加了總分重疊的比例，鑑別度降低，因此縮小了校際差異。

從跨年度的數據來看，不論是聯考、基測或會考，高中升學以「學科表現」作為篩選分類的標準，始終沒有太大改變。

「數據會說話，我們的高中升學制度，仍然是以學科表現作為最重要的分水嶺。」黃敏雄分析，儘管十二年國教實施後，政府同時推動免試入學、繁星高中等教育改革措施，希望打破明星高中的傳統迷思，也降低學科考試的重要性，但數據反映結果並非如此。

以國中會考入學制度來看，如果某一所高中的免試入學登記者多過可以錄取的額度，北北基會採用三大計分項目進行超額比序：志願序、多元學習表現與會考成績各占 36 分。志願序絕大多數人可以得滿分，就算不慎選填失手，多數只被扣 1 分，最離譜的選填失手，也僅扣 4 分；多元學習表現涉及升學前途，早有準備的多數學生可以拿到滿分。於是，最終還是考試成績決定學生的分發。

黃敏雄進一步解讀：臺灣升學考試明顯以學科能力做篩選，但沒有提高不同家庭社經背景學生同讀一校的機會，等同間接篩選了學生的家庭社經背景。

學科強=情商高？高情緒技能沒有集中在明星高中

近年越來越多研究指出，學生的「非認知能力」（或稱社會情緒技能），對於未來成就、幸福感、健康、工作表現有顯著影響， PISA 也在 2018 年納入非認知能力的學生自評調查，例如：對失敗的負面想法、自我日常感受、努力做好工作的決心、在學校歸屬感等，總計十個面向。

幾十年來，臺灣學生日夜念書補習，為了要搶進明星高中窄門，除了必備的認知能力，也得兼顧高競爭、長時間努力、抗壓性。因此研究假設，明星學校的高中生，除了認知能力較強，也屬於社會情緒技能較佳的族群。

不過 PISA（2018）卻顯示，臺灣九年級與十年級學生自評的各項非認知能力，校際差異都低於 5%。也就是說，學校內的差異非常大，「情商」高的學生是平均分散在各學校，國中如此，高中也是如此。

黃敏雄對數據結果稍有保留，原因是，學生自評時可能拿班上、校內的同儕當作參照對象，各校標準不一，較欠缺客觀精準的依據。但 PISA 的資料仍顯示，不論是在學校或個人層次，認知能力和非認知能力的相關微弱。

未來需要的能力超出教科書之外

總的來說，這項研究反映出：臺灣的升學制度始終高度偏重認知能力，特別是學科表現；分析、解決問題等類型的認知能力，各校的差異相對較小。

原因在於，考試成績強烈左右升學結果，學校和補習班會猜題、訓練答題技巧，以及加強考題演練或背誦，因此測出的往往是學生可以專注預備考試的資源條件、意願、努力及能力，而非真實呈現出全面的認知能力。

此外，在升學主義掛帥下，教育體制對學生的期待和訓練，都集中在考試表現上，非認知能力便難以獲得重視，包括對自我的主動探索、社會價值、情緒技能。

然而黃敏雄提醒，全世界政府都積極改革學校課程，期盼培育主動學習、有創新力、具備團隊合作技能、重視內在修為，同時兼備人文關懷及環保意識的新公民，以因應全球化與科技變遷帶來的問題與挑戰。例如，OECD 的「未來教育與技能，2030」計畫（Future of Education and Skills 2030）。

「懂得溝通、相互合作，能主動尋找問題與解方，都是很重要的能力。我們也應該讓學生有機會走出學校，看見社會需要，讓學校教育跟真實世界接軌。」

OECD 網站可見到許多跨國孩子，積極表達他們對環境、社會的關切與期待。好比一名 17 歲哈薩克中學生努拉（Nurai）設定未來志向是成為「窮人的建築師」：與非營利組織仁人家園（Habitat for Humanity）合作，協助世界上人人都有房子可以住。

黃敏雄語帶關切地說：「我希望我們的學生也有這樣的機會，好奇心、充滿關懷，能和社會、國際連結，嘗試多探索自己想做的事情。教育制度應該讓學生有更多機會被啟發。」

延伸閱讀

• 中學生「課後補習率」跨國研究揭秘：戰鬥民族居冠！——台灣列全球第 7，研之有物
• 從資料分析，看見「社會不平等」的根源—家庭與學校教育，研之有物
• 黃敏雄 (2021)。〈學生認知能力、非認知能力及家庭社經背景的跨校分布：跨國、跨時期比較國中階段與高中階段的差別〉，《歐美研究》，第 51 卷第 2 期，頁357-427
• OECD Future of Education and Skills 2030 
• 黃敏雄個人網頁

今（2021）年的學測數學科被評為「史上最難」。事實上，數學科每年的難易度呈現出週期性震盪，一下容易一下難的考試，不只出題者傷透腦筋，考生更是無所適從。張鎮華認為，學測作為「基本學科能力測驗」，考題不能太過艱澀；而學測也是各大學校系初步篩選的門檻，因此各校學系更不該害怕超額篩選。不同學生對於數學的學習差異不小，只用同一份試卷進行測驗可能出現各種問題，若使用分程度測驗的方式，設計 A、B 兩卷，或許能有效解決每年難易不均的問題。

108 年與 109 年的大學學科能力測驗（以下簡稱學測），數學科滿級分人數連續兩年暴增，109 年更高達 1.4 萬人，大考中心前主任張茂桂因此下台。在下台事件過後，各界猜想今年 110 學測數學科將增加難度。果不其然，今年學測數學科被高中及補教老師評為「史上最難」，預估滿級分人數將大幅下降，五標也會比去年下修 2～5 級分左右。而讓人擔心的是，今年的考題將會打擊社會組考生。

週期震盪一年簡單一年難，考生心累累

根據歷年的學測數學科滿級分人數百分比，其中 102 年的 1.95％ 與 106 年的1.41％ 都是數學科困難的年度，再加上本次 110 年的難度，可以發現學測數學科的難易度呈現週期性震盪，容易之後轉難，難了之後又變容易。

一般對於以上現象的解讀是，考題容易的結果引發滿級分人數太多，造成前面志願學系的超額篩選，因此大考中心思考下次提升考題難度；反之，考題困難將使大量考生受挫，為了安定人心，大考中心思考下次降低考題難度。但考題難易並不容易掌控，出題團隊更是年年不同，單憑「比去年難」或「比去年簡單」的理念，無法掌控社會上對於難易度的期望。

從最根本來看，大考中心因應社會輿論（正確來說其實是少數人的看法），讓數學科考題在難易之間反覆，是因為他們忽略了學測的目標。根據大考中心網站所示：「學科能力測驗包括國文、英文、數學、社會、自然五考科，旨在測驗考生是否具有接受大學教育的基本學科能力，是大學校系初步篩選學生的門檻。」定位在「基本學科能力」，考題就不應該太難；「初步篩選門檻」就代表各學系不要怕超額篩選。

大學入學考前世今生說給你聽

要討論上述的現象，需要了解現行的大學入學選才制度。大學聯合招生從民國 43 年起至 72 年期間，大學聯招採「先填志願、後考試、再分發」的辦法，報考科系分為甲（理工）、乙（文）、丙（醫農）及丁（法商）四組。到了民國 73 年，大學聯招制度做了重大改革，其一是填志願的方式改為「先考試再填志願」，再則允許跨組選考，並將乙、丁組合併為第一類組。

第二次較重大改革是從民國 83 年開始試辦，到 91 年全面正式實施的多元入學制度。除了保留傳統的考試分發（指定科目考試，簡稱指考），83 年開始試辦「推薦甄選」入學，87 年試辦「個人申請」入學。前者由學校推薦，後者由學生自行決定，但都有推薦與申請學校數額的限制。

民國 95 年，清華大學有感於學生集中來自少數高中，向教育部提出「發掘人才、縮短城鄉差距」的繁星計畫單獨招生；從 96 年實施以來，越來越多大學加入，繁星計畫遂從試辦轉為正式的入學方式；民國 100 年以後，因為推薦甄選與繁星計畫近似，遂合併為繁星推薦。隨著歷年來制度上的演變，臺灣目前的大學多元入學包括繁星推薦、個人申請與考試分發三種主要管道。最近還有一種由 104 年臺大數學系提出的「火星人計畫」所發展出來的「特殊選才」。

數學就數學，又不是走迷宮

大家都說 109 學測的數學考題容易，筆者也花時間做了一遍，發現並不如想像中容易，還是需要用心作答才能完卷，只是大多不需要拐彎抹角，算是基本的題目。讀者可參閱 109 學測各科級分人數的百分比分布圖，會發現這份試卷是可以把學生區分開來的。

學測採用 15 級分制，平均來說每一級分應有 6～7％ 人數，數學的分布大致如此，只是 15 級分的人略多，可以解讀為我國學生的數學程度不錯。套用筆者女兒的疑問：

「學生考好了老師為何要不高興？」

反觀國文科的級分百分比分布，有六成的人集中在 10～13 級分，這樣擁擠的程度，在許多學系應該更造成超額篩選的現象，不知為何大家並不關心。

109 學測數學科若造成超額篩選，也只是對前面志願的學系影響，對大部分其他學系的影響不如國文科嚴重。學測不光只是服務前面志願的學系，不能只在乎前面志願學系的抱怨，忽略其他學系的影響。

事實上，超額篩選並不是一個嚴重的問題。申請入學制度實施多年，各學系早就有一套選才機制，以學測成績為門檻的候選人進來之後，各學系應當以自己的特色機制篩選，候選人多反而是選擇增多，對學系只有好處沒有壞處。基於此觀點，我認為 109 學測數學科能真正忠實反應學測的目標，應該嘉許，前中心主任根本不應該為此下台，做正確的事情反而獲罪，並不公道。

另外我也做了 110 學測的數學題目，整體來說，算是一份靈活的好題目。但是其中有許多問題需要多方轉折，並不算基本的題目，已經超出學測設定「基本學科能力」的目標。這樣的題目相信能解除前面志願學系的超額篩選現象，但相對要付出的代價太高。對於數學能力超群的學生必然能如魚得水；不過對於大多數的學生來說，這是一份令人感到挫敗的考題，可能成為他們日後害怕數學的原因之一。

數學是一個密度極高的學科，縱使是一個簡單的式子，也代表極多的內涵，需要多方解讀才能通曉，不同的人對其吸收能力也有極大差異。為此，數學是在中學教育中，唯一從高二就要分流教學的科目。目前學測數學科用同一份試卷測驗差異性很大的一群人，本來就會造成種種問題。出得容易，分辨不出最好的那些人；出得難，則會打擊眾多學生。希望這樣的困難，在 108 課綱後，學測改考數學A、B兩卷後能得到適當的紓解。

順帶一提，與此類似的是指考的數學。現階段數學分為數學甲、乙，分程度測驗，是正確的分流測驗。可是，不知以何根據，111 年後的指考只有數學甲，沒有數學乙。這種開倒車的作法，可以預見將產生許多後遺症。據一些朋友告知，商管學群的學系現在為了設定考科，逐漸發現問題。數學甲太難不適合他們要的學生，但是又沒有數學乙，選來選去都不合適，最後只好含淚選了公民科。

在此呼籲，招聯會和教育部應該及時修正指考的數學考科，才不會釀成大錯。

延伸閱讀

1. 109學年度學科能力測驗統計圖表。
2. 學科能力測驗統計資料。

• 〈本文選自《科學月刊》2021 年 ３ 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

本文為作者 2016 年 7 月 7 日在逢甲大學舉辦的「高中課程創新教育論壇」擔任與談人，當場以此為題對現場的高中主管們做的 10 分鐘意見分享。

文／洪士灝｜台灣大學資訊工程學系

首先我發表免責聲明：

● 大學教授未必充分理解高中教育現場，我所提出的想法或建議列入參考就好，各位需要做進一步思辨。就算是中研院院士的話，也不是聖人之言，不要緊抓著不放。

● 台大是研究型大學，而且沒有教育學院，對於高中教育的貢獻是有限的。坦白說，台大只想要最好的學生，而台灣大部分最好的學生都會到台大，所以請不要期待大多數的台大教授會致力於普及教育，他們有很多自身的教學研究工作要忙。

那我來這裡做甚麼？（笑）

身為台大教授，我能做的是突破框架

我可能稍微另類一點……雖然另類的程度遠遠不及葉丙成教授，頭髮也沒有他長，但我們以各自的方式對國民教育提出一些建言。我個人覺得台大對國民教育不能置身事外，因為國教的品質與大學教育息息相關，有些教授抱怨大學生素質每況愈下，或許可以出來為中學教育做點事情。

其實我覺得台大教授雖然不甚瞭解高中教育現場，但應該可以在創新方面注入一些能量。不是教育科班出身的好處是，我們的著眼點和思考比較不會被現有的教育框架所限制住，對於如何翻轉和創新中學教育這件事，或許可以較為天馬行空地做腦力激盪，或許可以因此激盪出一些火花。

如我在免責聲明所說的，各位不要把我們當成教育專家，而我們談創新中學教育，真正需要的是激發在座每一位教育專家的創意和創新的企圖心，才能有自發的改革和創新，而不是一直處於保守的上行下效的框架裡。

在這個時代，標準化教育面臨考驗

有人可能會問，保守有甚麼錯？

現在的教育體制，源於西方工業革命之後對於大量專業人力的需求，因此開辦學校，制定標準教材，舉辦學位或技能檢定考試，讓業界得以有效率的雇用人力。然而，業界已經進化到高度自動化的工業 4.0，以及所謂人工智慧的時代，而教育的形式也受到資訊網路和線上學習的影響，許多國家已經在重新檢視標準化教育的意義性。

各位為人師長的，是否知道這社會十年後職場上所需要的能力？很會背書、記公式、考高分的學生，是否能適應未來的社會？從我教大學生以及與業界合作的經驗，好學生未必懂得自學、團隊合作、求新求變，而這些能力到了大學再練習是否太晚？

很抱歉，各位先進從過去照本宣科、數十年如一日的教學生涯，轉為現在這種需要翻轉和創新的日子，罪魁禍首是我們這些搞資訊科技的，但我們自己也得在這個的潮流中日新又新，而且潮流影響所及，各行各業也都從數位化、網路化，進到自動化、智慧化，不斷有新的挑戰，也不斷有新的機會。

所以，資訊科技教育應該做什麼改變？

因此，資訊科技和資訊教育實在太重要了，但千頭萬緒，在有限的時間內，我想摘要幾個我所認為的重點與各位分享：

● 教育如何善用資訊科技？

● 如何以資訊教育啟發學生新時代所需的能力？

● 資訊科技是提升數理人文各領域的利器！

首先，教育如何善用資訊科技？方式很多，以下只是幾個例子：

● 翻轉教學、線上學習：老師不需要重複教同樣的課，學生可以按自己的進度學習，透過網路與世界接軌。

● 蒐集資訊、分析資料、跨領域學習：各個學門都可以結合資訊科技做資料的蒐集與分析，進行專題研究。

● 數位校園、個人化學習：根據每位學生的學習狀況，提供適合的課程與進度。

其次，如何以資訊教育啟發學生新時代所需的能力？

資訊教育不是教工具的使用，不是教用電腦做簡報、也不是教用電腦畫圖……而是讓學生在資訊科技改變人類生活的時刻，理解其幕後的原理和現象，可以巨觀和微觀去看待資訊科技與人類的互動，這是所謂的計算思維。

由寫程式入門去了解計算思維，是一種方法，但不是唯一的方法。好比我們教數學，如果不會列方程式，如何學習用數學解應用問題？但光會解方程式，並不是學數學的目的，但我們因為要應付考試，往往過度強調解題技巧；同樣的道理，在中學教育中，學習寫程式只是敲門磚，如果我們過度強調程式寫作，也會迷失了焦點。

中學資訊教育絕對不是為了培養資訊專業人才，重點在於具體訓練「語言理解與表達能力」、「抽象思考」、「解決問題」等能力。我們不要重蹈覆轍，像某些科系以自我本位的想法把過多的材料塞進中學教育裡面，造成學生貪多嚼不爛、因噎廢食的結果。

資訊科技教育不只是為了培養資訊人才

新時代所需的能力有很多，包括：

● 自學的能力

● 跨學門解決問題的能力

● 在開放原始碼的時代同中求異的能力

● 在人工智慧時代尋找出路的能力

最後，除了啟發上述能力之外，資訊科技是提升理工人文各領域的利器，所以現在台大許多科系都希望學生能夠寫程式、做資料分析。例如台大正在成立資料科學（Data Science）學程，而台大也逐步加強計算設備，因為計算模擬和資料分析對學術研究越來越重要。

幾年前，我到台大理學院、到教育部的課綱委員會談中學資訊教育，必須花力氣向與會人士解釋推動中學資訊教育不是資訊系的私心，還好這幾年進步了，我不用多說大家也懂了。剛才有先進提到考招聯動，我想將來不少科系可能採計資訊課程，不會只是資訊系。

舉個現成的例子，來台中的路上，我看到網路上有一則用機器學習技術分析紅樓夢八十回前後差異的文章。這個例子告訴我們，文學的研究也可以有創新的做法，而使用資訊科技做跨領域研究可以產生很多創新和突破，這也是為何我說資訊科技可以幫助老師和學生在中學階段進行跨領域的教學研究。

最後，我想再次強調，中學資訊課程不是為培養資訊人才而設，不是幫資訊科老師搶飯碗，應該是學校主管和所有科目的老師都需要關心的事。資訊課程的重要性與日俱增，我們在教學場域中，看的應該不僅是現在的需求，我們必須看遠、創新，研究如何為了學生的未來而教。

本文轉載自洪士灝老師臉書