基于難度系數(shù)的生物高考試題結(jié)構(gòu)分析

內(nèi)蒙古 薛井杰

1.教師用題背景

目前高中生物教師選擇學(xué)生用題大部分是憑經(jīng)驗選用，沒有統(tǒng)一的選用標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)這種情況的原因之一是教師缺乏對試題難度的分析標(biāo)準(zhǔn)。這時教師可通過研究生物試題結(jié)構(gòu)與試題難度的關(guān)系，并結(jié)合學(xué)情最終選到難易適中、符合學(xué)情的考題。

2.生物試題結(jié)構(gòu)組成的參數(shù)指標(biāo)

一般情況下，生物試題是根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）、人教版高中生物教材和《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明》（以下簡稱《考試說明》）的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計的。一道生物試題由若干顯性參數(shù)指標(biāo)和隱性參數(shù)指標(biāo)組成。顯性參數(shù)指標(biāo)是可見的、決定試題質(zhì)量的一類參數(shù)指標(biāo)，如題號、分值、題干（字符數(shù)）、題型（選擇題或填空題等）、答案（字符數(shù)）、分值分配（作答要求和評分權(quán)重）、試題解析等；隱性參數(shù)指標(biāo)是不可見的，需通過試題結(jié)構(gòu)分析或考試后成績統(tǒng)計分析才能獲得的、決定試題質(zhì)量的另一類參數(shù)指標(biāo)，如考查目標(biāo)層次（知識深度和地位）、考查知識點(diǎn)數(shù)目（知識點(diǎn)單一和綜合情況及知識本身難易情況）、思維因素（思維的層次和思維鏈長短）、題設(shè)表征技巧（題設(shè)情境、干擾因素、圖形設(shè)置、選項或小題布序情況）、條件的充要性和隱蔽性、解題障礙點(diǎn)、難度系數(shù)和區(qū)分度等。實(shí)際上生物試題結(jié)構(gòu)的顯性參數(shù)指標(biāo)和大部分隱性參數(shù)指標(biāo)對試題的難度系數(shù)都會產(chǎn)生影響。以下筆者以2019 年高考全國卷Ⅱ生物試題中的第3 題、第29 題為例分析影響這兩個試題難度系數(shù)的幾個重要參數(shù)指標(biāo)。

2.1 選擇題難度系數(shù)分析

選擇題題干字符數(shù)多，閱讀量大，閱讀時間消耗就越多。同時題干字符數(shù)越多含有的信息量就越大，需要轉(zhuǎn)化利用的信息就越多，考查的能力就越多，試題往往越難。

2019 年高考全國卷Ⅱ生物試題的選擇題題干的中文字符數(shù)如表1。

表1

第3 題字符數(shù)多達(dá)184 個，是選擇題中題干最長的。審題時學(xué)生首先需要從大量的字符中提取出很多信息：H+-ATPase 具有充當(dāng)H+載體和ATP 水解酶兩種作用；H+跨膜是主動運(yùn)輸；H+-ATPase 的抑制劑能拮抗H+-ATPase 作為ATP 水解酶的作用。還需要轉(zhuǎn)化題干中設(shè)計的兩次對照實(shí)驗信息：黑暗和藍(lán)光照射；藍(lán)光照射條件H+-ATPase 的抑制劑是否添加。實(shí)驗結(jié)果通過測量溶液pH的變化來分析，需將此信息轉(zhuǎn)化整合為“藍(lán)光能夠引起細(xì)胞內(nèi)的H+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外”等有用信息來衡量選項的正誤。這些信息的設(shè)置不僅考查了學(xué)生提取轉(zhuǎn)化信息的能力、對陌生信息（H+-ATPase 和H+-ATPase 的抑制劑等）的抗干擾能力，還考查了學(xué)生利用儲備的實(shí)驗知識分析、解決生產(chǎn)實(shí)踐問題的能力。

按照試題難度系數(shù)把試題分為四檔，2019 年高考全國卷Ⅱ生物試題的選擇題題干的字符數(shù)與難度系數(shù)對應(yīng)如表2。

表2

從表2 對應(yīng)項分析第3 題的難度系數(shù)在（0.2，0.4）之間，這個難度系數(shù)僅從題干字符數(shù)這一指標(biāo)來衡量，不能作為此題的整體難度系數(shù)，但它是決定此題整體難度系數(shù)的重要參數(shù)指標(biāo)之一。其他參數(shù)指標(biāo)對此題整體難度系數(shù)的影響分析如下。

本題考查單一知識：小分子物質(zhì)出入細(xì)胞方式中的主動運(yùn)輸（此知識點(diǎn)在2019 年《考試說明》中屬于Ⅱ類要求）。小分子物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞接腥N：自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸，考生要準(zhǔn)確記憶不同運(yùn)輸方式各自的特點(diǎn)。此題具體考查的知識點(diǎn)有5 個：載體蛋白位于細(xì)胞膜或細(xì)胞質(zhì)膜上；逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H+的方式是主動運(yùn)輸；主動運(yùn)輸需要載體蛋白和能量；主動運(yùn)輸需要的能量由ATP 水解提供；在藍(lán)光條件下ATP 水解為H+的運(yùn)輸提供能量，能量是由藍(lán)光間接提供的。上述5 個知識點(diǎn)包括題干信息中對照實(shí)驗現(xiàn)象的分析，實(shí)驗與物質(zhì)運(yùn)輸知識點(diǎn)的結(jié)合。通過這5 個知識點(diǎn)考查了具有蛋白結(jié)構(gòu)的H+-ATPase 具有載體和酶的結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)ATP 水解為主動運(yùn)輸供能的物質(zhì)與能量觀等生命觀念，歸納與概括、演繹與推理等科學(xué)思維。

基于上述分析，從隱性參數(shù)指標(biāo)的考查目標(biāo)層次（知識深度和地位）和考查知識點(diǎn)數(shù)目（知識點(diǎn)單一和綜合情況及知識本身難易情況）兩方面分析，此題屬于單一知識綜合能力應(yīng)用類的考查。根據(jù)“四層四翼”對考查內(nèi)容及考查能力的設(shè)定，將試題的考查內(nèi)容、考查能力和組合類型與試題的難度系數(shù)匹配，統(tǒng)計2019 年全國卷Ⅱ生物試題的難度系數(shù)對應(yīng)如表3。

表3

從表3 對應(yīng)項分析第3 題的難度系數(shù)在（0.4，0.7）之間，此難度系數(shù)僅是從隱性參數(shù)指標(biāo)考查目標(biāo)層次（知識深度和地位）和考查知識點(diǎn)數(shù)目（知識點(diǎn)單一和綜合情況及知識本身難易情況）結(jié)合分析獲得的，不能作為此題的整體難度系數(shù)指標(biāo)，但此參數(shù)指標(biāo)是決定其整體難度系數(shù)的又一重要依據(jù)。

綜上，第3 題難度系數(shù)大約預(yù)估在（0.3，0.55），但實(shí)際考試中影響難度系數(shù)的因素還有很多，諸如學(xué)生對主動運(yùn)輸知識的熟悉程度、平時習(xí)題中主動運(yùn)輸考查的頻率、授課教師對主動運(yùn)輸知識點(diǎn)的重視程度、學(xué)生主體的綜合素養(yǎng)等，通過學(xué)生實(shí)測難度系數(shù)如表4。

表4

分析表4 實(shí)測成績統(tǒng)計，參試學(xué)生涵蓋了優(yōu)生、中等生和弱生所有類型學(xué)生的情況，其結(jié)果具有使用2019 年全國卷Ⅱ生物試題地區(qū)考生的代表性，實(shí)測難度系數(shù)為0.70，與根據(jù)試題結(jié)構(gòu)分析得出的難度系數(shù)（0.4，0.7）在一個區(qū)間內(nèi)，主要原因是主動運(yùn)輸這一高頻考點(diǎn)學(xué)生比較熟悉。

2.2 填空題難度系數(shù)分析

直觀的顯性參數(shù)指標(biāo)中的答案及其字符數(shù)越多需要消耗的分析推理判斷的時間就越長，組織語言所耗時間就越多，這種情況下試題考查的思維能力、試題題設(shè)表征技巧就越多，試題就越難。

2019 年全國卷Ⅱ生物試題填空題答案的字符數(shù)統(tǒng)計如表5。

表5

從表5 可以看出第29 題答案字符數(shù)多達(dá)112 個，是填空題中答案字符數(shù)最多的一道試題。一個填空題中3～5 個正常小題數(shù)量范圍內(nèi)，答案字符數(shù)多，長空數(shù)量設(shè)置越多，3～4 分的高分值空就越多，設(shè)問方式多是“原因是”“理由是”“原理是”“判斷依據(jù)是”“簡單的實(shí)驗設(shè)計方案是”等形式。本題共3 個小題3 個空，有2 個“原因類”長空題。

統(tǒng)計2019 年全國卷Ⅱ生物試題的填空題的答案字符數(shù)與試題難度系數(shù)對應(yīng)如表6。

表6

從表6 中對應(yīng)項分析第29 題的難度系數(shù)在（0.2，0.4）之間，此難度系數(shù)僅是從參數(shù)指標(biāo)答案字符數(shù)多少衡量獲得的，是決定此題整體難度系數(shù)的重要參數(shù)指標(biāo)之一。本題的其他參數(shù)指標(biāo)分析如下。

此題以“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”為基礎(chǔ)，情境為“探究單側(cè)光對胚芽鞘尖端生長素分布的影響”。題目設(shè)問符合學(xué)生生命觀念建構(gòu)的順序，第（1）問考查學(xué)生對支持次位概念“概述科學(xué)家經(jīng)過不斷的探索，發(fā)現(xiàn)了植物生長素”的事實(shí)“極性運(yùn)輸”的理解。第（2）問考查對生命現(xiàn)象的闡釋，即考查科學(xué)思維中理性思維的運(yùn)用。生命現(xiàn)象成因分析本質(zhì)上是對引起生命現(xiàn)象的分子機(jī)制的描述，在本小問中主要是基于圖形和數(shù)據(jù)的逆向推理。第（3）問是基于實(shí)驗數(shù)據(jù)對現(xiàn)象本質(zhì)的分析，即考查學(xué)生的科學(xué)探究思維。在實(shí)驗現(xiàn)象分析題的作答中，需首先明確實(shí)驗?zāi)康?、?shí)驗變量和對照實(shí)驗的劃分，因此探究引起實(shí)驗結(jié)果差異的原因必然要回落到自變量大小上。

本題對實(shí)驗結(jié)果分析的思維鏈考查相對完整。程序性知識是這道題的難點(diǎn)所在，本題以學(xué)生較熟悉的情境——溫特的實(shí)驗為基礎(chǔ)，第（2）問基本重現(xiàn)了溫特的實(shí)驗，學(xué)生能說出實(shí)驗結(jié)果，但作答本題需要用語簡練、邏輯準(zhǔn)確清晰并完整地使用生物學(xué)術(shù)語等，這對學(xué)生而言存在一定的難度。第（3）問是對溫特實(shí)驗進(jìn)一步的拓展和延伸，尖端中加入云母片的阻斷，引入新概念“彎曲程度”α 角，同時在帶有新概念的新情境中分析實(shí)驗現(xiàn)象，這些都會增加學(xué)生的作答難度。學(xué)生答此題時普遍存在“茶壺里煮餃子——倒不出來”的現(xiàn)象。解題思維鏈：識別題干信息→區(qū)分自變量、因變量和兩組對照實(shí)驗→得出實(shí)驗結(jié)果→整理思維邏輯→組織語言表達(dá)，同時題干又利用圖形和表格數(shù)據(jù)將瓊脂塊中所含生長素的量轉(zhuǎn)換成α 角的大小，學(xué)生在作答時，要將表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化，延長思維鏈長度。由此可知試題考查設(shè)計的思維因素越多，思維層次越高，試題就越難。從思維層次量化角度對2019 年全國卷Ⅱ生物試題的填空題的難度系數(shù)統(tǒng)計如表7。

表7

從表7 對應(yīng)項分析，第29 題的難度系數(shù)在（0.2，0.4）之間，此難度系數(shù)僅是從隱性參數(shù)指標(biāo)思維層次分析獲得的，是決定29 題整體難度系數(shù)的又一重要參數(shù)指標(biāo)。

綜上分析，第29 題的難度系數(shù)大約預(yù)估在（0.27，0.50）之間，即29 題屬于較難類考題。學(xué)生的實(shí)測難度系數(shù)如表8。

表8

分析表8 實(shí)測成績統(tǒng)計，參試學(xué)生包括優(yōu)生和弱生兩類學(xué)習(xí)的情況，其實(shí)測難度系數(shù)為0.38，與根據(jù)試題結(jié)構(gòu)分析得出來的難度系數(shù)在一個區(qū)間（0.27，0.50]內(nèi)。由于第29 題在題設(shè)表征技巧中采用的圖形和表格數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的較為直接（甲組為空白對照，乙組出現(xiàn)云母片阻礙了生長素的橫向運(yùn)輸，再進(jìn)一步通過表格給出的α 角大小，即瓊脂塊中生長素含量的多少），學(xué)生很容易從圖形和表格數(shù)據(jù)中提取出這些有效答題信息。因此第29 題受題設(shè)表征技巧因素的影響在實(shí)測中屬于較難偏中等難度類的考題。

綜上分析，盡管每道生物試題的結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)組成基本相同，但由于命題者在命題過程中可能側(cè)重采用不同參數(shù)指標(biāo)來控制難度系數(shù)，導(dǎo)致決定不同試題難度系數(shù)的主要參數(shù)指標(biāo)不盡相同，例如決定第3 題的難度系數(shù)的參數(shù)指標(biāo)主要是題干字符數(shù)、考查目標(biāo)層次（知識深度和地位）和考查知識點(diǎn)數(shù)目（知識點(diǎn)單一和綜合情況及知識本身難易情況），而決定第29 題的參數(shù)指標(biāo)主要是答案字符數(shù)、考查目標(biāo)層次（知識深度和地位）和考查知識點(diǎn)數(shù)目（知識點(diǎn)單一和綜合情況及知識本身難易情況）、思維層次及題設(shè)表征技巧中的圖形和表格數(shù)據(jù)等。由此可見，命題者都是從試題結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)中的字符數(shù)多少（題干字符數(shù)多少和答案字符數(shù)多少）對不同試題的難度系數(shù)進(jìn)行控制，然后結(jié)合不同題型特征、不同知識本身特征、利用設(shè)置不同參數(shù)指標(biāo)對試題的難度系數(shù)進(jìn)行控制和預(yù)估，用題教師也可以從分析試題結(jié)構(gòu)不同參數(shù)指標(biāo)上對試題的難度系數(shù)進(jìn)行預(yù)估從而選用到難易適中的、符合學(xué)情的考題。