基于难度系数的生物高考试题结构分析

内蒙古 薛井杰

1.教师用题背景

目前高中生物教师选择学生用题大部分是凭经验选用，没有统一的选用标准。出现这种情况的原因之一是教师缺乏对试题难度的分析标准。这时教师可通过研究生物试题结构与试题难度的关系，并结合学情最终选到难易适中、符合学情的考题。

2.生物试题结构组成的参数指标

一般情况下，生物试题是根据《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》（以下简称《课程标准》）、人教版高中生物教材和《普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明》（以下简称《考试说明》）的内容进行设计的。一道生物试题由若干显性参数指标和隐性参数指标组成。显性参数指标是可见的、决定试题质量的一类参数指标，如题号、分值、题干（字符数）、题型（选择题或填空题等）、答案（字符数）、分值分配（作答要求和评分权重）、试题解析等；隐性参数指标是不可见的，需通过试题结构分析或考试后成绩统计分析才能获得的、决定试题质量的另一类参数指标，如考查目标层次（知识深度和地位）、考查知识点数目（知识点单一和综合情况及知识本身难易情况）、思维因素（思维的层次和思维链长短）、题设表征技巧（题设情境、干扰因素、图形设置、选项或小题布序情况）、条件的充要性和隐蔽性、解题障碍点、难度系数和区分度等。实际上生物试题结构的显性参数指标和大部分隐性参数指标对试题的难度系数都会产生影响。以下笔者以2019 年高考全国卷Ⅱ生物试题中的第3 题、第29 题为例分析影响这两个试题难度系数的几个重要参数指标。

2.1 选择题难度系数分析

选择题题干字符数多，阅读量大，阅读时间消耗就越多。同时题干字符数越多含有的信息量就越大，需要转化利用的信息就越多，考查的能力就越多，试题往往越难。

2019 年高考全国卷Ⅱ生物试题的选择题题干的中文字符数如表1。

表1

第3 题字符数多达184 个，是选择题中题干最长的。审题时学生首先需要从大量的字符中提取出很多信息：H+-ATPase 具有充当H+载体和ATP 水解酶两种作用；H+跨膜是主动运输；H+-ATPase 的抑制剂能拮抗H+-ATPase 作为ATP 水解酶的作用。还需要转化题干中设计的两次对照实验信息：黑暗和蓝光照射；蓝光照射条件H+-ATPase 的抑制剂是否添加。实验结果通过测量溶液pH的变化来分析，需将此信息转化整合为“蓝光能够引起细胞内的H+转运到细胞外”等有用信息来衡量选项的正误。这些信息的设置不仅考查了学生提取转化信息的能力、对陌生信息（H+-ATPase 和H+-ATPase 的抑制剂等）的抗干扰能力，还考查了学生利用储备的实验知识分析、解决生产实践问题的能力。

按照试题难度系数把试题分为四档，2019 年高考全国卷Ⅱ生物试题的选择题题干的字符数与难度系数对应如表2。

表2

从表2 对应项分析第3 题的难度系数在（0.2，0.4）之间，这个难度系数仅从题干字符数这一指标来衡量，不能作为此题的整体难度系数，但它是决定此题整体难度系数的重要参数指标之一。其他参数指标对此题整体难度系数的影响分析如下。

本题考查单一知识：小分子物质出入细胞方式中的主动运输（此知识点在2019 年《考试说明》中属于Ⅱ类要求）。小分子物质跨膜运输的方式有三种：自由扩散、协助扩散和主动运输，考生要准确记忆不同运输方式各自的特点。此题具体考查的知识点有5 个：载体蛋白位于细胞膜或细胞质膜上；逆浓度梯度跨膜转运H+的方式是主动运输；主动运输需要载体蛋白和能量；主动运输需要的能量由ATP 水解提供；在蓝光条件下ATP 水解为H+的运输提供能量，能量是由蓝光间接提供的。上述5 个知识点包括题干信息中对照实验现象的分析，实验与物质运输知识点的结合。通过这5 个知识点考查了具有蛋白结构的H+-ATPase 具有载体和酶的结构与功能观、物质ATP 水解为主动运输供能的物质与能量观等生命观念，归纳与概括、演绎与推理等科学思维。

基于上述分析，从隐性参数指标的考查目标层次（知识深度和地位）和考查知识点数目（知识点单一和综合情况及知识本身难易情况）两方面分析，此题属于单一知识综合能力应用类的考查。根据“四层四翼”对考查内容及考查能力的设定，将试题的考查内容、考查能力和组合类型与试题的难度系数匹配，统计2019 年全国卷Ⅱ生物试题的难度系数对应如表3。

表3

从表3 对应项分析第3 题的难度系数在（0.4，0.7）之间，此难度系数仅是从隐性参数指标考查目标层次（知识深度和地位）和考查知识点数目（知识点单一和综合情况及知识本身难易情况）结合分析获得的，不能作为此题的整体难度系数指标，但此参数指标是决定其整体难度系数的又一重要依据。

综上，第3 题难度系数大约预估在（0.3，0.55），但实际考试中影响难度系数的因素还有很多，诸如学生对主动运输知识的熟悉程度、平时习题中主动运输考查的频率、授课教师对主动运输知识点的重视程度、学生主体的综合素养等，通过学生实测难度系数如表4。

表4

分析表4 实测成绩统计，参试学生涵盖了优生、中等生和弱生所有类型学生的情况，其结果具有使用2019 年全国卷Ⅱ生物试题地区考生的代表性，实测难度系数为0.70，与根据试题结构分析得出的难度系数（0.4，0.7）在一个区间内，主要原因是主动运输这一高频考点学生比较熟悉。

2.2 填空题难度系数分析

直观的显性参数指标中的答案及其字符数越多需要消耗的分析推理判断的时间就越长，组织语言所耗时间就越多，这种情况下试题考查的思维能力、试题题设表征技巧就越多，试题就越难。

2019 年全国卷Ⅱ生物试题填空题答案的字符数统计如表5。

表5

从表5 可以看出第29 题答案字符数多达112 个，是填空题中答案字符数最多的一道试题。一个填空题中3～5 个正常小题数量范围内，答案字符数多，长空数量设置越多，3～4 分的高分值空就越多，设问方式多是“原因是”“理由是”“原理是”“判断依据是”“简单的实验设计方案是”等形式。本题共3 个小题3 个空，有2 个“原因类”长空题。

统计2019 年全国卷Ⅱ生物试题的填空题的答案字符数与试题难度系数对应如表6。

表6

从表6 中对应项分析第29 题的难度系数在（0.2，0.4）之间，此难度系数仅是从参数指标答案字符数多少衡量获得的，是决定此题整体难度系数的重要参数指标之一。本题的其他参数指标分析如下。

此题以“植物生长素的发现”为基础，情境为“探究单侧光对胚芽鞘尖端生长素分布的影响”。题目设问符合学生生命观念建构的顺序，第（1）问考查学生对支持次位概念“概述科学家经过不断的探索，发现了植物生长素”的事实“极性运输”的理解。第（2）问考查对生命现象的阐释，即考查科学思维中理性思维的运用。生命现象成因分析本质上是对引起生命现象的分子机制的描述，在本小问中主要是基于图形和数据的逆向推理。第（3）问是基于实验数据对现象本质的分析，即考查学生的科学探究思维。在实验现象分析题的作答中，需首先明确实验目的、实验变量和对照实验的划分，因此探究引起实验结果差异的原因必然要回落到自变量大小上。

本题对实验结果分析的思维链考查相对完整。程序性知识是这道题的难点所在，本题以学生较熟悉的情境——温特的实验为基础，第（2）问基本重现了温特的实验，学生能说出实验结果，但作答本题需要用语简练、逻辑准确清晰并完整地使用生物学术语等，这对学生而言存在一定的难度。第（3）问是对温特实验进一步的拓展和延伸，尖端中加入云母片的阻断，引入新概念“弯曲程度”α 角，同时在带有新概念的新情境中分析实验现象，这些都会增加学生的作答难度。学生答此题时普遍存在“茶壶里煮饺子——倒不出来”的现象。解题思维链：识别题干信息→区分自变量、因变量和两组对照实验→得出实验结果→整理思维逻辑→组织语言表达，同时题干又利用图形和表格数据将琼脂块中所含生长素的量转换成α 角的大小，学生在作答时，要将表格中的数据进行信息转化，延长思维链长度。由此可知试题考查设计的思维因素越多，思维层次越高，试题就越难。从思维层次量化角度对2019 年全国卷Ⅱ生物试题的填空题的难度系数统计如表7。

表7

从表7 对应项分析，第29 题的难度系数在（0.2，0.4）之间，此难度系数仅是从隐性参数指标思维层次分析获得的，是决定29 题整体难度系数的又一重要参数指标。

综上分析，第29 题的难度系数大约预估在（0.27，0.50）之间，即29 题属于较难类考题。学生的实测难度系数如表8。

表8

分析表8 实测成绩统计，参试学生包括优生和弱生两类学习的情况，其实测难度系数为0.38，与根据试题结构分析得出来的难度系数在一个区间（0.27，0.50]内。由于第29 题在题设表征技巧中采用的图形和表格数据呈现的较为直接（甲组为空白对照，乙组出现云母片阻碍了生长素的横向运输，再进一步通过表格给出的α 角大小，即琼脂块中生长素含量的多少），学生很容易从图形和表格数据中提取出这些有效答题信息。因此第29 题受题设表征技巧因素的影响在实测中属于较难偏中等难度类的考题。

综上分析，尽管每道生物试题的结构参数指标组成基本相同，但由于命题者在命题过程中可能侧重采用不同参数指标来控制难度系数，导致决定不同试题难度系数的主要参数指标不尽相同，例如决定第3 题的难度系数的参数指标主要是题干字符数、考查目标层次（知识深度和地位）和考查知识点数目（知识点单一和综合情况及知识本身难易情况），而决定第29 题的参数指标主要是答案字符数、考查目标层次（知识深度和地位）和考查知识点数目（知识点单一和综合情况及知识本身难易情况）、思维层次及题设表征技巧中的图形和表格数据等。由此可见，命题者都是从试题结构参数指标中的字符数多少（题干字符数多少和答案字符数多少）对不同试题的难度系数进行控制，然后结合不同题型特征、不同知识本身特征、利用设置不同参数指标对试题的难度系数进行控制和预估，用题教师也可以从分析试题结构不同参数指标上对试题的难度系数进行预估从而选用到难易适中的、符合学情的考题。