生物学大规模教育考试试题难度预估的实证分析

林 莉 翁敏珍 俞如旺

(福建师范大学生命科学学院 福州 350108)

难度作为评价试题质量的一个重要的技术指标，直接影响测量功能的实现。考试中应科学设置试题及全卷的难度，以达到考试效度和信度的平衡[1]。本文以高考生物学试题为样本，借助逐步多元回归分析的手段，探讨在大规模生物学科考试中，试题难度的显著影响因素及其多元线性回归方程，为难度预估和难度调控提供参考。

1 研究过程

1.1 选取研究对象 高考生物学卷题型主要包括选择题和填空题。现以2010～2015年高考福建省生物学卷作为试题难度参照样本。样本库中，选择题共计30道；填空题以小题计数分析，共计87道(小题)。

1.2 建立影响因素的量化标准表 根据高考生物学考核要求，从“知识、能力、情境、思维、形式”5个维度出发，提出试题难度的影响因素。以影响因素为自变量F，构建影响因素的量化标准表(表1)。

表1 生物学试题难度影响因素量化标准表

(注：①试题若同时考查多个层次，按照考查的最高层次来赋值；使用者可依据实际进行更多层次的划分；②“能力要求”标准参见全国生物学高考考试大纲及相关著作[2]；“获取信息能力”的层次要求与试题中情境繁简度相关，因此没有单列；③“干扰与障碍度”指解答过程中遇到的难以跨越、容易忽视或导致失误的环节的多少等)

1.3 对试题难度参照样本库逐题量化分析 将试题实测难度值设为因变量P，依据表1对样本库中全部试题进行量化赋值，填写表2，获得难度影响因素量化数据表(略)。

量化赋值举例如下：

例1 (2014福建，4)细胞的膜蛋白具有物质运输、信息传递、免疫识别等重要生理功能。下列图中，可正确示意不同细胞的膜蛋白及其相应功能的是( )

表2 生物学试题难度影响因素量化数据表

知识：本题综合考查蛋白质的功能、物质运输的方式、免疫调节、血糖平衡调节和神经调节，知识点赋值为3；神经-体液-免疫调节是高中生物学课程的重要概念之一，该题考查的认知水平要求是理解掌握，赋值为2。

能力：本题侧重考查重述理解能力，属于理解能力的第二层次，考生需要具备图文转化的能力，能力要求赋值为2。

情境：题目以细胞膜蛋白的分布和功能为背景，以图形形式直观考查考生对蛋白质功能的理解和应用，情境呈现较新颖，赋值为2；试题涉及载体、激素受体、递质受体等众多概念，信息量大，情境繁简度赋值为3。

思维：考生容易忽视蛋白质的分布位置是否正确，而且氨基酸和葡萄糖转运载体的存在也会产生干扰，因此试题的干扰和障碍度赋值为2；考生需要同时明确示意图中的膜上蛋白的功能和分布位置的两个要素才可准确答题，分析推理步骤数记为2。

形式：本小题是识图作答题，赋值为1。

综上所述，获得该试题的量化数据表(表3)。

表3 2014年高考福建省生物学选择题第4题难度影响的量化数据表

例2 (2013福建，28)甘蓝型油菜花色性状由3对等位基因控制，3对等位基因分别位于3对同源染色体上。花色表现型与基因型之间的对应关系如表。

(2)黄花(aaBBDD)×金黄花，F1自交，F2中黄花基因型有____种，其中纯合个体占黄花的比例是____。

表现型白花乳白花黄花金黄花基因型AA____Aa____aaB____a___ D__aabbdd

知识：本小题考查考生对基因的分离规律和自由组合规律的理解和运用，以及基因与性状关系，知识点赋值为3；对知识的认知水平要求是熟练掌握并应用，赋值为3。

能力：本小题考查应用理解能力，要求考生能够准确提取表现型和基因型关系表的信息，进行相关计算，能力要求赋值为3。

情境：3对等位基因控制同一性状，分别位于3对同源染色体上，情境新颖度为2；亲代杂交，子一代再自交，情境繁简度为复杂，赋值为3。

思维：解答本题所需要的思维链条长，同时，需要注意题目的限定条件“黄花中纯合个体占黄花的比例”。考生需要先列出F2基因型及比例为9 /16aaB_ D_(黄花)∶3/16 aaB_ dd(黄花)∶3 /16aabbD_(黄花)∶1/16 aabbdd(金黄花)，即黄花共有8种基因型，再找出黄花中纯合的基因型有aaBBDD、aaBBdd、aabbDD共3种。最后得出黄花中纯合个体占黄花的比例为3/15=1/5。因此，干扰和障碍度和分析推理步骤数，均赋值为3。

形式：本小题是复合计算题，赋值为3。

综上所述，获得该试题的量化数据表(表4)。

表4 2013年高考福建省生物学填空题28(2)试题难度影响的量化数据表

2 研究结果及解释

2.1 统计分析各影响因素的相关性 利用SPSS软件进行斯皮尔曼相关检验和非参数多样本均值秩检验，相关性结果见表5。

表5 难度与影响因素的相关分析表

(注:*表示在0.05水平上差异显著；**表示在0.01水平上差异显著)

据表5可知，选择题中“F4、F5、F6和F7”的统计学意义为极其显著，经过非参数多样本均值秩检验发现，只有“F4、F5和F6”相关程度高，影响极其显著。而填空题除了“F1、F2和F8”的相关检验不具有统计意义，其余5个因素的统计意义都极其显著。通过非参数多样本均值秩检验，认为因素水平的设置是科学的。

2.2 多元逐步回归分析 选取显著影响试题的因素进行多元逐步回归分析。在a =0.05水平上，以试题难度为因变量，逐步进入选择题难度影响方程的自变量为F5和F6，进入填空题的有F4、F5和F6。模型在拟合过程中变量输入与移出的记录过程见表6。回归模型的建立和检验过程见表7、表8、表9。

由表7可得，输入的相应变量得到的回归值(预估值)与实测值之间的相关系数都较高。复相关系数的平方表示所被引入的影响因素能解释难度值的变异范围，选择题的两个自变量(F5、F6)的解释范围为89.0%，而填空题的为73.0%。可见，利用回归分析对试题难度进行预测准确度较高，回归模型具有解释意义。

表6 变量输入/移出表

表7 难度与影响因素的回归分析模型综述表

表8从左到右依次呈现方差来源、平方和、自由度、均方、F统计量以及显著性水平。整个模型的统计意义都极其显著(选择题中F=51.632，P=0.000；填空题中F=31.606，P=0.000)，说明回归效应显著。方差分析结果与复相关系数的平方一致，表明得到的两个回归方程都是有效的。

表8 难度与影响因素的方差分析表

表9 难度与影响因素的的模型系数表

表9给出了“偏回归系数B”、“标准偏回归系数Beta”以及“各因素回归系数显著性的t检验值”。t检验结果表明，显著性p值都小于0.05，两个模型的截距和回归系数都具有统计意义。综上分析，最终得出试题难度与影响因素的多元线性回归方程(表10)。

3 分析与讨论

3.1 情境新颖度 情境新颖度对填空题难度影响极其显著。试题越新颖，难度值越小，试题越难。如果试题中的问题情境与考生已有的认知经历相同或相似，考生往往能从已有的认知结构中找出相关知识并迁移到试题中，解题的难度会减小[3]。因此，命题人员在选取有关生物科技的材料作为试题情境时，需要注重材料的加工，使其贴近高中生已有的认知水平。同时，考虑到试题情境材料的呈现方式、设问手法的新颖程度，有效应用试题情境新颖的程度调控试题难度。

表10 2010～2015年高考福建省生物学卷试题难度与影响因素的多元线性回归方程

3.2 情境繁简度 情境繁简度对两种题型试题难度都有显著影响，标准化偏回归系数均为负值，表明试题情境越复杂，难度值越小，试题越难。试题背景资料的复杂程度，设问与条件关联的复杂程度、情境信息量的多少等直接影响试题的难度。因此，命题人员一方面通过评价情境的繁简度，控制试题难度；另一方面应用图形、图表等多种表达方式，降低情境复杂程度的同时提高试题情境表达的简约性、条理性。

3.3 干扰和障碍度 干扰和障碍度是影响试题难度的最大因素。试题存在的障碍和干扰越多，难度值越小，试题越难。设问与条件的关联隐蔽程度，干扰信息的强度及其数量，答案的提示等直接影响试题难度。干扰和障碍度对选择题的影响系数大于填空题，原因是选择题除正选项外，还有三个具有迷惑和干扰的错误选项，备选项的优化设计能调控试题难度。命题人员应用干扰和障碍度进行难度调控的常见命题技术有：知识点间的混淆、前科学概念的干扰、思维负迁移的作用、正确选项的清晰度等[4]。