用問題解決理論解析生物學試題難度的探討
用知識的認知難度來解析試題，常將解題失敗歸因於學生知識、能力不足，其背後遵從的是目標分類測量理論。對考生來說，考試更主要地是一個問題解決過程，作為中介的工具—「知識」的認知難度只是其難度的一個方面。顯然，用認知的難度解析試題，窄化了試題難度的解析範圍，遮蔽了其它的能力要求。Newell和Simon基於信息加工框架提出了問題空間理論，因其「能夠成功地預測問題解決行為」[1]得到廣泛認同。在此基礎上，楊帆等人[2]從試題的問題情境、問題空間、答案表達等三方面建立了能力指標體系，為解析試題內在難度提供主要依據，並結合考生應考時問題原型的相似度和熟練度解析出試題的實際難度。如此解析解題故障，不僅能引導教師對試題情境的關注，還能促進對考生的理解和對教學指導的反思、改進。
01
解析生物學試題內在難度的三個重要觀察點
當將命題材料轉變為試題情境時，對試題的問題情境（內含問題的起始條件和目標狀態）如何呈現、應答要求如何設置等都需要對考生解答過程有較準確的把握，可見試題的命制和應考，它們都需要問題解決理論。解析試題內在難度時能力要求的分級及識別特徵列表如下：
註：表格內容據《新課程高考生物科命題研究》整理[2]
1.1通過觀察「問題情境」設置的能力等級特徵解析試題難度
在問題情境已知條件的給予方面，若呈現數據的形式有曲線、圖表等，則表明情境設置難度適中，如2017Ⅲ-30題、38題(2017表示年份，Ⅲ表示理綜課標卷卷號，以下同)。若是用實驗操作的形式呈現，因存在較多隱含條件則偏難，如2013Ⅰ-31題和2015Ⅰ-29題，前者需要從品系與基因組成的關係、後者需要從轉基因植株與非轉基因植株的關係來解讀出隱藏信息，這才是解決問題的關鍵。從近幾年高考試題上看，對問題「目標狀態」的表達通常都很清楚，因為規範表述、無歧義等是實現考試公平和提高測量效度的重要因素。在2017年的高考中，在「實驗思路」如何具體對應到實驗原理、實驗步驟等方面仍缺少約定，答題出現偏差在所難免，比如2017Ⅰ-29題、2017Ⅲ-32題。
1.2「問題空間」的大小要通過試做體驗後才能判斷難度
根據審題的體會，問題空間的大小不能在試題的表述形式上去觀察評估，相對可行的方法是背著答案試做試題，即可體驗出一道試題在深度（從起始條件到目標狀態需要轉換的次數）和廣度（制約條件下各轉換環節的多重路徑）上的空間大小。在深度上體現難度的主要是遺傳題，如2011課標-32題，答案看起來簡單，要完全推理清楚卻很複雜。在廣度上體現難度是實驗設計題。由於生物學實驗設計需要考慮具體的環境特徵，不僅需要激活的知識點多，而且在操作上還有順序合理性要求，這正是造成如2017Ⅰ-29題、2013Ⅰ-31題得分率偏低的主要原因。
1.3通過觀察「答案表達」的能力層級特徵解析試題難度
用答案的「書面表達量」來增加難度最典型的就是課標卷中特有的「3分題」現象，如20161-29題的「原因」需要回答的字數是66字，2017Ⅰ-30題中的兩個「原因」分別需要回答的字數是44、89字，2015Ⅰ-32題的「為什麼」需要回答的字數高達95字。
通過對答案中「語言表達」的規範和精準度來設置能力難度最有代表性就是要求學生書寫實驗方案，不僅文字量大，而且還有順序、層次、邏輯上的高要求，如2017Ⅰ-29題確定新病毒類型的實驗方案，其標準答案就有150字，2017Ⅲ-32題兩個實驗方案的字數高達239字。如何將思考的成果規範地、精準地表達出來，就是解決這類試題的關鍵能力。
用答案的「表達方式」來調節難度控制方面，如2017Ⅱ-32題的家族遺傳系譜圖繪製等。閱卷表明，即使學生見過無數的家族遺傳系譜圖，若是一次都沒規範性地畫過，那麼繪製時出現差錯就是必然的。類似的例子還有2017天津理綜-9題（6）小題的曲線繪製。
對一道試題來說，難度最高的指標決定試題的內在難度，且符合最高難度的指標越多，試題的內在難度就越大。目前所需要的，一是實現解析試題難度轉向到問題解決能力上，二是應用這套能力體系來解析高考試題內蘊的能力要求，以便在在日常教學落實，因為能力並非是知識的自然派生。
02
解析生物學試題實際難度還需要結合考生能力的二個評估點
常模性考試的性質決定了高考必須具備一定的實際難度，其大小應為試題的內在難度與考生應考能力的差值。
2.1 通過評估考生「問題原型」的相似度來解析試題難度
在研究中發現，因思維定勢致問題解決能力的遷移有困難，但通過類比思維的方式培養對問題的解決能力仍是主要途徑。在數學上，通常把類比前的試題及內含的知識結構稱為試題原型，若是把試題看作是問題類型中的一種，我們將其命名為「問題原型」—用來指稱學習者在應用類比推理時可以調用的認知能力綜合體—包括問題情境、問題表徵、應答等解題能力，還包括其起中介作用的知性工具—「認知結構」。若是考生的問題原型與高考的試題情境越相似，則試題相對簡單，反之也反。通過對複習期間訓練用的試卷、教輔、教學資源等信息，就能對學生「問題原型」的相似度做出適當的判斷。
從命題及閱卷中發現，對「問題原型」影響難度最大的情況是原型缺失。一是「問題情境」表徵原型的缺失，比如解決2015Ⅱ-29題需要的知識結構—「光合作用」，學生是非常熟悉的，由於缺少從「光反應與暗反應快慢」的角度表徵有機物產量的問題原型，給考生造成了很大的困難，難度係數為0.426。若是當年的考生訓練過98年上海-28題，那難度係數估計也就在0.75左右了。二是認知結構缺失，比如2015Ⅰ-2題中的「端粒酶」以及2017Ⅱ-29題的「NADP+、NADPH」（涉及的小字內容）以及2017天津理綜-9題中的「回交實驗」等。在「認知結構」上教得過死、缺乏綜合[3]，也會導致學生頻繁出錯。三是答案表述方式原型的欠缺或錯誤，如2013Ⅰ-31題的實驗方案。象2017Ⅱ-30題中關於「對照組的目的」的答案就與平時教學的隨意性有關。
2.2通過評估考生對「問題原型」的熟悉度來解析試題難度
在極端不熟的情況下，相當於「問題原型」的缺失，可從上面的「問題原型」作出一定的解釋，之所以將熟練度單獨作為一個評估點進行解析，是因解題能力的成功遷移不僅與原型的相似度有關，還與能力的熟練度高度相關。馬札諾在批判布盧姆目標分類法存在的問題時指出：心智過程的難度至少與兩個因素—心智過程本身的固有複雜性和個體對該心智過程的熟悉程度有關[4]。「相對比較複雜的內容，可因學習者熟悉而變得容易；反過來，相對比較簡單的內容可因學習者不熟悉而變得困難。所謂的『生題』是學生最感困難的題目，就是這個道理。」[4]比如2017Ⅱ-6題的內在難度很大，但由於學生訓練有素，實際難度卻並不高。熟悉度效應之所以如此，是因為練習會促進產生式系統的「組塊化」、「程序化」、「壓縮」等[1]，在解決問題時就能更好地突破工作記憶的限制，加快信息在長時記憶中的貯存與提取速度。解題時丟三落四、過失性失誤、掉入試題陷井、反覆嘗試、思維聚焦慢等都是熟練度不夠的表現。可見，對問題解決的質量、速度、準確而言，熟悉度都顯示出極重要的價值。然而，對熟練度的評估主要靠經驗，可從日常教學中投入相關練習的量、試題出現的頻度及學生的平時解題的成功率等信息來估計。
總之，雖然高考試題情境多屬原創，但就其解題所需知識和能力的重心仍與廣大的一線教學有很大交集。倘使認真分析就可發現，少量較難試題往往與「問題原型」相關能力的缺失有關，這就需要指導老師更好地把握考綱精神。但對絕大部分試題來說，如何減少教學失誤，如何通過刻意的練習來熟化相應能力，成為提高複習效果的重要策略。
參考文獻：
[1](英)艾森克，（愛爾蘭）基恩著.高定國，肖曉雲譯. 2003.認知心理學（第4版）.上海：華東師範大學出版社，648，642
[2]楊帆主編. 2010.新課程高考生物科命題研究.武漢：湖北人民出版社，46~51
[3]呂國裕.2017.若干生物情境試題隱含的知識點及對教學的啟發.生物學教學，42 (7): 63~65
[4] (美)馬札諾，肯德爾著.高凌飈等譯. 2012.教育目標的新分類學.北京：教育科學出版社，10，序9
本文發表在《生物學教學》2018年第43卷第6期
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封面植物
紅輝殿，景天科擬石蓮花屬Echeveria）。擬石蓮花屬是景天科中的一個大屬，約170種，分布於中美洲、南美洲及美國南部。擬石蓮花屬植物多具蠍尾狀聚傘花序或總狀花序，葉片呈蓮座狀排列，並能在光照充足且具一定溫差的環境下展現綺麗的色彩。擬石蓮花屬植物開花時花朵的花瓣，在近花托的地方有部分是相連的，所以花朵不能完全打開，只會是吊鐘狀。
