通用技术选考试题综合难度的应用研究——以浙江省技术选考电子控制技术试卷为例

张宏辉 王直超

《普通高中通用技术课程标准（2017年版）》中指出，“核心素养指向的测评应以学科核心素养为主线，选择真实情境、以学科内容为载体，依托具体任务或问题进行。”从2020年1月起，浙江省施行选考、学考两考分离。技术选考通用技术试题变化开始聚焦电子控制技术部分。本研究基于学科核心素养理念，对2018年11月至2020年1月3套浙江省技术选考试题（以下简称“试题”）进行横向比较，通过建立试题的综合难度模型，探究试题命制的内在联系、命题规律与变化趋势，以期有助于改进课堂教学设计，促进试题命制更加科学合理。

一、通用技术电控试题综合难度模型构建

综合难度系数模型最初应用于教材习题的难度比较，鲍建生教授在中英初中数学课程比较研究过程中，构建了包含探究、背景、运算、推理和知识含量等五因素、多水平的综合难度模型。综合难度系数模型的公式为：

公式（1）中，di（i=1，2，3，4，5，）分别为“探究水平”“背景水平”“知识含量”“推理水平”“数学认知”5个难度因素上的取值；dij为第i个难度因素的第j个水平的权重；nij则表示这组题目中属于第i个难度因素的第j个水平的题目的个数；n是题目的总数。

根据命题特点，结合本学科的五大核心素养，初步确定综合难度系数模型为：背景因素、认知水平、思维推理、逻辑运算、知识综合等5个因素。由此可以得到控制试题综合难度系数的坐标图模型，如图1所示。

根据通用技术学科的特点，对每个难度因素进行了水平划分，确定各难度因素的赋值标准（见表 1）。

图1 通用技术电控试题综合难度系数模型

表1 试题综合难度系数模型的水平划分

二、试题样本选取及综合难度案例分析

选取2020年1月浙江技术选考卷中通用技术部分的第11-12题作为案例，根据衡量试题难度的5个维度的3个水平层次对每一小题进行分析，并根据标准进行赋值。

小明为鸡蛋孵化室（正常工作温度为37℃—39℃）设计了如图所示的温度监测指示电路。其中Rt为负温度系数热敏电阻；A1、A2为电压比较器，当V+＞V-时输出高电平，当V+＜V-时输出低电平。请根据电路图及描述，完成11-12题。

11．鸡蛋孵化室温度介于37℃和39℃之间时，V5发光，V4和V6不发光，题图虚线框位置应选用的逻辑门是（）

A．与非门 B．或非门

C．与门 D．或门

12．下列关于该温度监测指示电路的分析中，恰当的是（）

A．Rp2滑动触点适当下移，指示的温度设定范围增大。

B．Rp1滑动触点适当上移，Rt阻值的变化对A1的V+影响增大。

C．孵化室温度从40℃下降到38℃过程中，由V6发光转换为V5发光。

D．孵化室温度从39℃下降到37℃过程中，V5的亮度逐渐变化。

（1）从背景因素分析，本题组以文字加电路图的形式呈现，文字题干比较简单包含了一定的技术信息，属于特定的技术情境与复杂的电路图信息提炼判读，11-12题在背景因素维度均赋值为“3”。

（2）从认知水平来分析，两题均较为复杂。学生需综合应用学科知识进行研判，并适当地罗列真值表进行解题。两题都创设了真实问题情境，考查的是解读电路图，运用所学的技术知识、思想方法迁移到现实生活情景中，解决实际问题的能力，因此属于认知水平中的 “应用”，11-12题均赋值为“3”。

（3）从思维推理角度分析，11题考查的是门电路的选择，了解NPN三极管导通的条件与比较器的功能，学生只需根据 “V5发光，V4和V6不发光”，由逻辑关系：全0出1，即可推出为或非门。因此属于“逆向思维”，赋值为2；12题考查的是电路调试，当Rp1、Rp2等作为信号输入的电阻调整后，不仅要对电阻分压、比较器转换、三极管导通等熟练掌握，D选项还需要理解模拟电路与数字电路信号的区别，C选项学生可采用极限法判定电路的状态。而对于A项的辨析，更要全面理解温度监测电路的上限、下限设定及调整方法，因此属于“创新思维”，赋值为 3。

（4）从逻辑运算角度分析，11题因为包含了三极管的导通推断，因此可以划定为 “中等逻辑运算”，赋值为2；而12题4个选项包含了整个电路各元器件的联动逻辑运算，可以划定为“复杂逻辑运算”，赋值为3。

（5）从知识综合上分析，11-12题包含了三极管、比较器、电阻分压、门电路、区间控制等多个知识点的考查，属于“需要运用三个及以上通用技术综合知识”层次，赋值为3。

至此完成了该题组在五个维度上的赋值。

三、试题综合难度案例分析

基于以上分析框架与案例分析步骤，本研究以2018年11月-2020年1月的3次浙江省技术选考通用技术电子控制试题为样本，利用综合难度系数模型进行了整体分析。表2是根据综合难度系数模型公式计算出的浙江省这三次试题的统计表。

表2 2018年11月-2020年1月试题统计

（一）背景因素

统计显示，2018年11月至2020年1月三次选考电子控制试题中，属于 “无背景”的试题分别占33%、33%和0%；属于 “公共常识”的试题分别占17%、17%和0%；属于 “技术情境”的试题分别占50%、50%和 100%（见图 2）。

图2 3套试题在背景因素方面的比较

从以上数据不难发现，3次考试“技术情境”的比例都达到了50%，2020年1月已经达到了100%。技术试题命题强调真实情境，关注基于真实情境的技术问题解决能力。

这下小家伙急了，他到处找橡皮。一会儿翻书包，一会儿钻到桌子底下。常爱兰看到周小羽这副模样，倒是产生了一点好奇心，于是一边拿起画纸，一边漫不经心的问，哪里要擦掉啊？周小羽还是不说话，只是找橡皮。

在此基础上，也要注意“技术情境”的复杂化。例如2020年1月选考卷的第17题，题干就多达215个字符（不含标点），其中不乏无效的过渡性语句，电路图的绘制、信号的传递也呈现出复杂性，题目考查的是湖水闸门的自动控制过程，其中涉及了水位差检测、浑浊度检测、组合逻辑判断与触发器等，学生需要结合题干文字与电路图的信号传递，进行判读与分析。因此如何在繁杂的信息中，对电路中信号传输的过程进行简化梳理、正确判读，成为学生解题的关键。

（二）认知水平

统计显示，三次选考电子控制试题中，属于“了解”水平的试题分别占 0%、0%和 14%；属于“理解”水平的试题分别占33%、33%和 14%；属于 “应用”水平的试题分别占67%、67%和72%（见图 3）。

图3 3套试题在认知水平方面的比较

值得关注的是，在3个认知水平上，2018年11月与2019年4月的电子控制试题完全一致，且均不包含“了解”水平的试题。而2020年1月在题量增加的基础上，3个认知水平的试题均有体现。例如选择题第10题，考查的是电路符号对应的电子元器件的引脚个数，这就需要学生在平时的学习过程中有真实的实践体验。通用技术是立足于技术实践的课程，没有真实的技术体验，就无法形成技术意识、工程思维与物化能力等方面的学科核心素养。电子控制选考试题将呈现更合理的阶梯化命制，不仅要体现对学生的认知水平、知识点深度的较高要求，也要有基于实践的基础性试题。

研究发现，3套试题对“理解”与“应用”的考查都占据了绝对多数，这充分体现了选考选拔性考试的“能力立意”考查目标。

（三）思维推理

统计显示，三套试题中属于“顺向思维”的试题分别占17%、0%和14%；属于“逆向思维”水平的试题分别占33%、50%和29%；属于“创新思维”水平的试题分别占50%、50%和57%（见图4）。

试题的思维推理方式对学生能否正确解题至关重要，电子控制系统在设计时往往包含信号输入、信号处理、信号输出3个模块，而电子控制试题的命制自然也在这三个模块中着手。2019年4月的第17题、2020年1月的第11题和第17题都出现中间信号处理部分缺失、由考生自行创新设计的情境，这往往也是失分的重灾区。学生习惯了信号由前向后传递的“顺向思维”，如何由输出信号的特点反馈推导出电子信号相应的处理方式，打通电子系统中承上启下的关键一环，这不仅需要对学科知识的机械性掌握，更需要的是学生在长期深度学习下，形成将所学的知识迁移运用到现实案例的能力，以创新思维进行创新设计，来解决真实情境中的技术现象与技术问题。如果学生审题不清，或缺乏思维推理能力与技巧，就可能无从入手或切题不准，造成丢分。

图4 3套试题在思维推理方面的比较

（四）逻辑（数值）运算

图5 3套试题在逻辑运算方面的比较

逻辑运算是数字电路的基本功能，也是电路创新设计能力的基本要求。 在电路的选择、基本触发器的应用这些常规题目之上，2018年11月的第17题和2020年1月的第17题，都出现了较为复杂的逻辑运算。其中，2018年的第17题主要是命题者对预置信号输入逻辑电路的巧妙设计，形成了不可能出现的逻辑结论。而2020年1月的第17题则是考查考生的复杂逻辑电路的设计能力，主要的难点是信号的输入由2个上升为3个，4个供选用的或非门组成的组合逻辑电路后面又紧接着1个基本触发器。这样多个逻辑前提的、连续运算的复杂逻辑，会明显增加试题的难度，考生可能因为某一细节的判断失误而影响总体的答题情况。

从试题逻辑层次的分布情况看，2019年4月试题中等逻辑题量较为突出，而其余两次试题在3个层次上分布更为均衡，但也更突出了复杂逻辑的考查。因此，“逻辑运算”与“知识水平”相似，力求让选考作为选拔性的考试，筛选出的考生尽可能地体现出合理的梯度。

（五）知识综合

统计显示，三次选考电子控制试题中，属于“1个知识点”的试题分别占17%、17%和0%；属于“2个知识点”的试题分别占33%、33%和0%；属于“3个及以上知识点”的试题分别占50%、50%和100%（见图6）。

图6 3套试题在知识综合方面的比较

选考试题综合性较强，因此在对知识点赋值时，主要是按照考查的深度来确定每题的知识点，如果只是在题目中简单地出现或包含，则不能计入知识点的数量。如2018年11月和2019年4月的第11题都出现了3种元器件，但其实主要只考查三极管的电路特性，因此只能计为1个知识点。根据以上统计数据，2020年1月在题量、分值增加的基础上，考题知识点的综合性同步提升到前所未有的高度，所有题目都已经综合了3个及以上知识点，不能自主构建起通用技术知识体系、综合运用多个知识点解题的考生，已经越来越无法应对题量、阅读量、综合性全方位提升的通用技术试题。

（六）综合难度

为了进一步分析电子控制试题的综合难度水平，研究组对各个难度因素的不同水平上的题量进行加权平均（见表2），绘制了2018年11月至2020年1月3套试题的综合难度模型（见图7）。

从整体态势上看，近3次试题在“认知水平”“思维推理”“逻辑运算”上大体相当，而2020年1月试题在“背景因素”与“知识综合”上尤为突出。

就背景因素而言，学生能否读懂且快速获取文字、电路图的技术信息是正确解题的关键。就知识综合而言，通用实践与自主构建，全面、系统地掌握电子控制知识，将极大地有助于解决试题中真实情境下的复杂问题，而机械性地记背所谓的易考点等应试作法，必将为新选考所抛弃。

四、试题综合难度分析的教学启示

（一）创设技术情境，强化技术实践

教学贵在真实，技术意在实用。在新课教学的时候，教师往往能够以真实情境创设课堂，但是在复习课中，机械性的解题训练占据了教学的大多数时间。师生在枯燥的课堂中失去了教学情趣，课堂缺失生命力。从2020年1月开始，浙江省调整两次选考时间为1月与6月，教师要依据正常的教学进度及安排，在保证新课教学与复习课时充足的前提下，坚持在课堂营造真实的技术情境，通过项目式学习引领，强化技术实践，让学生在解决技术问题的过程中，提升学科核心素养。例如在555时基芯片的教学过程中，教师引入日常家用热水壶烧水这个情景，设立 “定时烧水”“定时报警”等情境任务，引导学生对已设计成型的电路进行分析，对设定的情境任务进行电路控制系统设计的项目式学习。

物化能力作为通用技术学科培养的核心素养之一，更加注重对技术实践的要求。例如2020年1月的第10题，需要学生判断对应元器件符号的引脚个数，其对认知水平的要求在“了解”层次。学生只有经历过电子控制技术实践，才能提升自身的物化能力。因此，在日常的教学过程中，教师要强化技术实践，通过设计与加工“小铝锤”“三棒孔明锁”等金工木工项目、“光控路灯控制”“抢答器”等电子项目，促进学生物化能力的提升。

（二）围绕核心素养，科学教学评价

通用技术是立足于技术实践的课程，没有真实的技术体验，无法形成技术意识、工程思维与物化能力等方面的学科核心素养。同时，核心素养的培养也是教师评价自身教学的最佳尺度。教学评价方式直接决定了师生教学活动的方向与开展方式。通用技术电控教学评价，如果过分地强调成果性评价，而忽略了过程性评价，将不利于激发学生在课程学习过程中富有创造性的行为。例如教师在复习课中，过分强调草图训练的有效性，让学生机械性地仿画、默画已有的成熟方案，并让学生在考试过程中直接套用，这种做法同样忽视了“创新设计”这一核心素养的培养。例如2020年1月第15题的设计题是基于电机的正转与反转，结合齿轮传动与连杆传动等形式，实现窗户的关闭与开启的设计项目，它以创新的题型与设计要求，否定了前述的教学方式。单一的成熟设计，较难开展有效的课堂讨论，反观学生多元化的不成熟的设计，反而能引起其他学生的共鸣，并协作改进。这要求教师在教学过程中更加注重作品的设计和制作过程，以及对过程的及时评价，不断激发学生对技术学科的学习兴趣。

教师在教学过程中，可以组织学生以小组为单位，对电子控制模块进行体验性和项目综合性的沉浸式学习，分背景评价、输入评价、过程性评价、诊断性评价及发展性评价等五个步骤，进行学习小组内的互评、师生之间互评，形成学生个体的电子成长报告，构建基于网络的记录与反馈平台，这样将有利于电控模块教学的持续改进。通用技术在诸多高考科目中仍然显得先天不足，根基不深。教师在重视教学成果的同时，更应着重关注教学过程中学生的认知、情感和行为等多维度感官的良好体验，促进学生学科核心素养的培育。只有学生真正成长了，真正喜欢通用技术学科，学科才有蓬勃发展的生命力。

（三）开展深度学习，师生教学相长

纵览近年来的浙江省技术选考通用技术试题，试题阅读量大，加大了对背景因素（材料、电路图、设计场景）的深度阅读与理解的要求。例如2020年1月第17题的电子控制综合题，是关于东方湖水位监测与闸门开关项目设计的。从背景因素分析，涉及到光敏电阻、发光二极管等输入部分元器件，控制部分涉及到比较器、逻辑门、RS基本触发器等元器件，输出部分涉及到继电器、电机等元器件。该题分别设计了如何调节水的清澈度、水的清澈度发光显示、用继电器来控制电机正反转实现开关闸门等项目。该题加大了对背景因素阅读能力的考查。因此，教师要引导学生开展深度学习，使学生在掌握技术概念、原理内含的基础上，能够应用所学知识去分析问题、综合问题、评价问题。学生能够批判性地学习新的知识和技术思维方法，将它们融入自己原有的认知结构中，有效迁移到新的情景，才能使思维从低级向高阶发展，不断做出决策和解决新的问题。

引导学生开展深度学习的同时，教师要主动参与到学生自主构建学科知识体系的活动中，而不是把自己的学科知识强塞到学生的头脑里。只有教师与学生一起实践，共同经历知识的架构过程，通过反复的比较与分析、推理与判断、整合与内化，形成师生共同探究的课堂学习模式，才能进一步促进师生学科核心素养的提升，实现师生教学相长。