生物學(xué)大規(guī)模教育考試試題難度預(yù)估的實(shí)證分析

林 莉 翁敏珍 俞如旺

(福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 福州 350108)

難度作為評(píng)價(jià)試題質(zhì)量的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，直接影響測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)?？荚囍袘?yīng)科學(xué)設(shè)置試題及全卷的難度，以達(dá)到考試效度和信度的平衡[1]。本文以高考生物學(xué)試題為樣本，借助逐步多元回歸分析的手段，探討在大規(guī)模生物學(xué)科考試中，試題難度的顯著影響因素及其多元線性回歸方程，為難度預(yù)估和難度調(diào)控提供參考。

1 研究過(guò)程

1.1 選取研究對(duì)象 高考生物學(xué)卷題型主要包括選擇題和填空題?，F(xiàn)以2010～2015年高考福建省生物學(xué)卷作為試題難度參照樣本。樣本庫(kù)中，選擇題共計(jì)30道；填空題以小題計(jì)數(shù)分析，共計(jì)87道(小題)。

1.2 建立影響因素的量化標(biāo)準(zhǔn)表 根據(jù)高考生物學(xué)考核要求，從“知識(shí)、能力、情境、思維、形式”5個(gè)維度出發(fā)，提出試題難度的影響因素。以影響因素為自變量F，構(gòu)建影響因素的量化標(biāo)準(zhǔn)表(表1)。

表1 生物學(xué)試題難度影響因素量化標(biāo)準(zhǔn)表

(注：①試題若同時(shí)考查多個(gè)層次，按照考查的最高層次來(lái)賦值；使用者可依據(jù)實(shí)際進(jìn)行更多層次的劃分；②“能力要求”標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)全國(guó)生物學(xué)高考考試大綱及相關(guān)著作[2]；“獲取信息能力”的層次要求與試題中情境繁簡(jiǎn)度相關(guān)，因此沒(méi)有單列；③“干擾與障礙度”指解答過(guò)程中遇到的難以跨越、容易忽視或?qū)е率д`的環(huán)節(jié)的多少等)

1.3 對(duì)試題難度參照樣本庫(kù)逐題量化分析 將試題實(shí)測(cè)難度值設(shè)為因變量P，依據(jù)表1對(duì)樣本庫(kù)中全部試題進(jìn)行量化賦值，填寫(xiě)表2，獲得難度影響因素量化數(shù)據(jù)表(略)。

量化賦值舉例如下：

例1 (2014福建，4)細(xì)胞的膜蛋白具有物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、免疫識(shí)別等重要生理功能。下列圖中，可正確示意不同細(xì)胞的膜蛋白及其相應(yīng)功能的是( )

表2 生物學(xué)試題難度影響因素量化數(shù)據(jù)表

知識(shí)：本題綜合考查蛋白質(zhì)的功能、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆绞?、免疫調(diào)節(jié)、血糖平衡調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)，知識(shí)點(diǎn)賦值為3；神經(jīng)-體液-免疫調(diào)節(jié)是高中生物學(xué)課程的重要概念之一，該題考查的認(rèn)知水平要求是理解掌握，賦值為2。

能力：本題側(cè)重考查重述理解能力，屬于理解能力的第二層次，考生需要具備圖文轉(zhuǎn)化的能力，能力要求賦值為2。

情境：題目以細(xì)胞膜蛋白的分布和功能為背景，以圖形形式直觀考查考生對(duì)蛋白質(zhì)功能的理解和應(yīng)用，情境呈現(xiàn)較新穎，賦值為2；試題涉及載體、激素受體、遞質(zhì)受體等眾多概念，信息量大，情境繁簡(jiǎn)度賦值為3。

思維：考生容易忽視蛋白質(zhì)的分布位置是否正確，而且氨基酸和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體的存在也會(huì)產(chǎn)生干擾，因此試題的干擾和障礙度賦值為2；考生需要同時(shí)明確示意圖中的膜上蛋白的功能和分布位置的兩個(gè)要素才可準(zhǔn)確答題，分析推理步驟數(shù)記為2。

形式：本小題是識(shí)圖作答題，賦值為1。

綜上所述，獲得該試題的量化數(shù)據(jù)表(表3)。

表3 2014年高考福建省生物學(xué)選擇題第4題難度影響的量化數(shù)據(jù)表

例2 (2013福建，28)甘藍(lán)型油菜花色性狀由3對(duì)等位基因控制，3對(duì)等位基因分別位于3對(duì)同源染色體上?；ㄉ憩F(xiàn)型與基因型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表。

(2)黃花(aaBBDD)×金黃花，F(xiàn)1自交，F(xiàn)2中黃花基因型有____種，其中純合個(gè)體占黃花的比例是____。

表現(xiàn)型白花乳白花黃花金黃花基因型AA____Aa____aaB____a___ D__aabbdd

知識(shí)：本小題考查考生對(duì)基因的分離規(guī)律和自由組合規(guī)律的理解和運(yùn)用，以及基因與性狀關(guān)系，知識(shí)點(diǎn)賦值為3；對(duì)知識(shí)的認(rèn)知水平要求是熟練掌握并應(yīng)用，賦值為3。

能力：本小題考查應(yīng)用理解能力，要求考生能夠準(zhǔn)確提取表現(xiàn)型和基因型關(guān)系表的信息，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，能力要求賦值為3。

情境：3對(duì)等位基因控制同一性狀，分別位于3對(duì)同源染色體上，情境新穎度為2；親代雜交，子一代再自交，情境繁簡(jiǎn)度為復(fù)雜，賦值為3。

思維：解答本題所需要的思維鏈條長(zhǎng)，同時(shí)，需要注意題目的限定條件“黃花中純合個(gè)體占黃花的比例”?？忌枰攘谐鯢2基因型及比例為9 /16aaB_ D_(黃花)∶3/16 aaB_ dd(黃花)∶3 /16aabbD_(黃花)∶1/16 aabbdd(金黃花)，即黃花共有8種基因型，再找出黃花中純合的基因型有aaBBDD、aaBBdd、aabbDD共3種。最后得出黃花中純合個(gè)體占黃花的比例為3/15=1/5。因此，干擾和障礙度和分析推理步驟數(shù)，均賦值為3。

形式：本小題是復(fù)合計(jì)算題，賦值為3。

綜上所述，獲得該試題的量化數(shù)據(jù)表(表4)。

表4 2013年高考福建省生物學(xué)填空題28(2)試題難度影響的量化數(shù)據(jù)表

2 研究結(jié)果及解釋

2.1 統(tǒng)計(jì)分析各影響因素的相關(guān)性 利用SPSS軟件進(jìn)行斯皮爾曼相關(guān)檢驗(yàn)和非參數(shù)多樣本均值秩檢驗(yàn)，相關(guān)性結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 難度與影響因素的相關(guān)分析表

(注:*表示在0.05水平上差異顯著；**表示在0.01水平上差異顯著)

據(jù)表5可知，選擇題中“F4、F5、F6和F7”的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義為極其顯著，經(jīng)過(guò)非參數(shù)多樣本均值秩檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只有“F4、F5和F6”相關(guān)程度高，影響極其顯著。而填空題除了“F1、F2和F8”的相關(guān)檢驗(yàn)不具有統(tǒng)計(jì)意義，其余5個(gè)因素的統(tǒng)計(jì)意義都極其顯著。通過(guò)非參數(shù)多樣本均值秩檢驗(yàn)，認(rèn)為因素水平的設(shè)置是科學(xué)的。

2.2 多元逐步回歸分析 選取顯著影響試題的因素進(jìn)行多元逐步回歸分析。在a =0.05水平上，以試題難度為因變量，逐步進(jìn)入選擇題難度影響方程的自變量為F5和F6，進(jìn)入填空題的有F4、F5和F6。模型在擬合過(guò)程中變量輸入與移出的記錄過(guò)程見(jiàn)表6?；貧w模型的建立和檢驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)表7、表8、表9。

由表7可得，輸入的相應(yīng)變量得到的回歸值(預(yù)估值)與實(shí)測(cè)值之間的相關(guān)系數(shù)都較高。復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方表示所被引入的影響因素能解釋難度值的變異范圍，選擇題的兩個(gè)自變量(F5、F6)的解釋范圍為89.0%，而填空題的為73.0%。可見(jiàn)，利用回歸分析對(duì)試題難度進(jìn)行預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較高，回歸模型具有解釋意義。

表6 變量輸入/移出表

表7 難度與影響因素的回歸分析模型綜述表

表8從左到右依次呈現(xiàn)方差來(lái)源、平方和、自由度、均方、F統(tǒng)計(jì)量以及顯著性水平。整個(gè)模型的統(tǒng)計(jì)意義都極其顯著(選擇題中F=51.632，P=0.000；填空題中F=31.606，P=0.000)，說(shuō)明回歸效應(yīng)顯著。方差分析結(jié)果與復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方一致，表明得到的兩個(gè)回歸方程都是有效的。

表8 難度與影響因素的方差分析表

表9 難度與影響因素的的模型系數(shù)表

表9給出了“偏回歸系數(shù)B”、“標(biāo)準(zhǔn)偏回歸系數(shù)Beta”以及“各因素回歸系數(shù)顯著性的t檢驗(yàn)值”。t檢驗(yàn)結(jié)果表明，顯著性p值都小于0.05，兩個(gè)模型的截距和回歸系數(shù)都具有統(tǒng)計(jì)意義。綜上分析，最終得出試題難度與影響因素的多元線性回歸方程(表10)。

3 分析與討論

3.1 情境新穎度 情境新穎度對(duì)填空題難度影響極其顯著。試題越新穎，難度值越小，試題越難。如果試題中的問(wèn)題情境與考生已有的認(rèn)知經(jīng)歷相同或相似，考生往往能從已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中找出相關(guān)知識(shí)并遷移到試題中，解題的難度會(huì)減小[3]。因此，命題人員在選取有關(guān)生物科技的材料作為試題情境時(shí)，需要注重材料的加工，使其貼近高中生已有的認(rèn)知水平。同時(shí)，考慮到試題情境材料的呈現(xiàn)方式、設(shè)問(wèn)手法的新穎程度，有效應(yīng)用試題情境新穎的程度調(diào)控試題難度。

表10 2010～2015年高考福建省生物學(xué)卷試題難度與影響因素的多元線性回歸方程

3.2 情境繁簡(jiǎn)度 情境繁簡(jiǎn)度對(duì)兩種題型試題難度都有顯著影響，標(biāo)準(zhǔn)化偏回歸系數(shù)均為負(fù)值，表明試題情境越復(fù)雜，難度值越小，試題越難。試題背景資料的復(fù)雜程度，設(shè)問(wèn)與條件關(guān)聯(lián)的復(fù)雜程度、情境信息量的多少等直接影響試題的難度。因此，命題人員一方面通過(guò)評(píng)價(jià)情境的繁簡(jiǎn)度，控制試題難度；另一方面應(yīng)用圖形、圖表等多種表達(dá)方式，降低情境復(fù)雜程度的同時(shí)提高試題情境表達(dá)的簡(jiǎn)約性、條理性。

3.3 干擾和障礙度 干擾和障礙度是影響試題難度的最大因素。試題存在的障礙和干擾越多，難度值越小，試題越難。設(shè)問(wèn)與條件的關(guān)聯(lián)隱蔽程度，干擾信息的強(qiáng)度及其數(shù)量，答案的提示等直接影響試題難度。干擾和障礙度對(duì)選擇題的影響系數(shù)大于填空題，原因是選擇題除正選項(xiàng)外，還有三個(gè)具有迷惑和干擾的錯(cuò)誤選項(xiàng)，備選項(xiàng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能調(diào)控試題難度。命題人員應(yīng)用干擾和障礙度進(jìn)行難度調(diào)控的常見(jiàn)命題技術(shù)有：知識(shí)點(diǎn)間的混淆、前科學(xué)概念的干擾、思維負(fù)遷移的作用、正確選項(xiàng)的清晰度等[4]。