（基础心理学专业论文）化学试题事前难度的认知任务分析.pdf

| | u il li lli l lli i l luiil y 19 0 5 0 3 7 d i s s e r t a t i o no fm s d e g r e e ( 2 0 11 ) u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n tn o ：510 8 3 2 0 0 0 0 5 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y c t ao ft h ei t e mp r i o r d i f f i c u l t y i n c h e m i s t r y e x a m i n a t i o n r e s e a r c ha r e a ： h 坠蛩3 i 盟也! 星! ! i g 曼n 鱼曼 c a n d i d a t e ：s h u n al i m a y 2 0 11 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文 他乎试题字菌顿醋阿删坊析，是在华东师范大学攻读苌形 博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除 文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢 意。 作者签名：2 t 啤日期：矽7 年，月工日 j 华东师范大学学位论文著作权使用声明 他擎试1 题挚卣舷亩彬务分析系本人在华东师范大学 攻读学位期间在导师指导下完成的硒土博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究 成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位 论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的 印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅； 同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学 位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密”学位论文奉， 子年月 日解密，解密后适用上述授权。 ( v2 不保密，适用上述授权。 导师签名 沙f 年j - - 月多1 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过 的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有 效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开 学位论文，均适用上述授权) 。 奎互迹硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 梁宁建教授华师大心理与科学学院主席 张卫东教授华师大心理与科学学院委员 乐竟泓副教授华师大心理与科学学院委员 摘要 本研究将吉尔福特智力理论引入c t a 试题难度评定框架中，对c t a 评定框架中的要素辨 识难度，原理辨识难度，认知需要度( 认知负荷) 的评定方法进行改进，使评定指标更加客观 化、可操作化。 在新的评定体系中，将要素与原理辨识难度的等级分为单元、类别、关系、系统、转化( 或 蕴含) 五个等级进行评定，而认知需要度除原来的认知负荷外，新增认知操作作为认知需要度 的第二个指标。认知操作指的是整个题目所需的认知加工活动，分为认知、记忆、发散思维、 聚合思维、评价五种水平。 本研究由两位熟悉c t a 新的评定标准的评定者分别独立对2 0 0 7 2 0 1 0 年上海市中高考化 学试题进行事前难度评定。本方法的效度分析以2 0 0 8 年中高考试题为例进行分析，用2 0 0 8 年中考的答对率和做题时间、2 0 0 8 年高考的答对率为效标。信度分析以2 0 0 7 - - 2 0 1 0 年中高考 化学试题的评定者间相关系数为指标。此外，本研究还利用评定结果分析中高考化学试题难度 影响因素、选择题与非选择题试题难度影响因素、实验类题目与计算类题目的难度影响因素， 四年间化学试题难度的等值情况以及中高考化学试卷的难度分布特点。 通过对结果的分析与讨论，本研究得到如下结论： ( 1 ) 对于要素辨识难度与原理辨识难度两个指标已经达到客观化，主观指标认知负荷 的评定也具有一定的信度。 ( 2 ) 新的评定指标对试题难度的预测具有较高的效度。 ( 3 ) 中考化学试题难度的影响因素主要有原理个数、原理辨识难度、认知需要度，影响高 考化学试题难度的主要因素有要素辨识难度、原理个数、原理辨识难度及认知需要度。 ( 4 ) 中考选择题与非选择题事后难度与事前难度各指标都没有达到显著性负相关，原理辨 识难度、认知需要度与高考化学选择题难度显著相关，原理辨识难度与高考化学非选择题难度 显著相关。 ( 5 ) 原理个数、原理辨识难度及认知需要度与高考计算类题目的难度有着显著相关，高考 化学实验类的题目难度主要与要素个数和要素辨识难度显著相关。 ( 6 ) 本评定指标可以对中高考化学题目难度变化特点进行分析。 关键词：认知任务分析，事前难度，事后难度，三维结构理论 a b s t r a c t t h i st h e s i sw a sc o n c e r n e dw i t ht h em e t h o do fe v a l u a t i o no ft h ed i 街c u l t yo ft e s t s b y i n t r o d u c i n gt h eg u i l f o r d ss t r u c t u r e o f - i n t e l l e c tm o d e lt ot h eo l da s s e s s m e n ts y s t e m w h i c hw a sd e v e l o p e db yt h ec o g n i t i v et a s ka n a l y s i st e c h n i q u e ( c t a ) ，w ep r o p o s e da n e wa s s e s s m e n ts y s t e m ，w h i c hw a sm o r eo b i e c t i v ea n do p e r a b l e t h ep r o p o s e da s s e s s m e n ts y s t e mw a sm a i n l yc o m p o s e do ff i v ep a r t s n a m e l y , t h e n u m b e ro fe l e m e n t 。e l e m e n ti d e n t i f i c a t i o nd i 伍c u l t - y , t h en u m b e ro fp r i n c i p l e p r i n c i p l e i d e n t i f i c a t i o nd i 伍e u l t y , a n dc o g n i t i v ed e m a n d t ob ec o n c r e t e t h ee l e m e n ta n d p r i n c i p l ei d e n t i f i c a t i o nd i 伍c u l t yw e r ed i v i d e di n t of i v er a n k s ：u n i t c l a s s ，r e l a t i o n , s y s t e m t r a n s f o r m a t i o n ( i m p l i c a t i o n s ) 1 1 1 ec o g n i t i v el o a dc o n s i s t e do fd e t a i l si n s i g h t , s h o r t t e r mm e m o r y , a n dr e p r e s e n t a t i o n a n dt h e c o g n i t i v eo p e r a t i o nc o n s i s t e do f c o g n i t i o n ，m e m o r y , d i v e r g e n tp r o d u c t i o n ，c o n v e r g e n tp r o d u c t i o n ，e v a l u a t i o n w i t ht h ep r o p o s e da s s e s s m e n ts y s t e m t w oe v a l u a t o r sa s s e s s e dt h ed i 伍c u l t yo ft h e c h e m i s t r yt e s t sf r o m2 0 0 7t o2 010o fn a t i o n a lc o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o na n d m i d d l es c h o o le n t r a n c ee x a m i n a t i o n s h a n g h a i t l l i sd i 伍c u l t yw a st e r m e da sp r i o r d i f f i c u l t y i no r d e rt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e da s s e s s m e n ts y s t e m ，w e u s e dt h es c o r i n gr a t eo fa 1 1t h ee x a m i n e e sa n dt h et i m es p e n d i n go ne a c hp r o b l e ma st h e p o s t e r i o rd i f f i c u l t y b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o n sa b o u tt h ec o m p a r i s o nr e s u l t s ，w ed r e wt h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h ep r o p o s e d a s s e s s m e n t s y s t e m sr e l i a b i l i t y w a sv e r y h i g h ，t h e t h r e e i n d e x e s _ c l e m e n ti d e n t i f i c a t i o n d i f f i c u l t y , p r i n c i p l e i d e n t i f i c a t i o n d i 伍c u l t y a n d c o g n i t i v eo p e r a t i o nb e c a m em o r eo b j e c t i v e ，a n dt h ec o r r e l a t i o no fc o g n i t i v el o a d e v a l u a t i o nb e t w e e nt h et w oe v a l u a t o r sw a sv e r yh i g h ( 2 ) t h e r ew a sh i g hc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ep o s t e r i o ra n dp r i o rd i f f i c u l t y , a n dt h u st h e p r i o ra s s e s s m e n ts y s t e mc o u l db eu s e dt oe s t i m a t et h ed i f f i c u l t yo ft e s t se f f e c t i v e l y ( 3 ) t h en u m b e ro fp r i n c i p l e s ，p r i n c i p l ei d e n t i f i c a t i o nd i f f i c u l t y , c o g n i t i v eo p e r a t i o n a n dl o a dw e r et h em a i ne f f e c tf a c t o r st ot h ed i 伍c u l t yo fs h a n g h a ic h e m i s t r yo fm i d d l e s c h o o le n t r a n c ee x a m i n a t i o n m i l ef o rt l l en a t i o n a lc o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o n , s h a n g h a i ，t h ee l e m e n ti d e n t i f i c a t i o nd i f f i c u l t y , t h en u m b e ro fp r i n c i p l e s ，p r i n c i p l e i d e n t i f i c a t i o nd i 伍c u l t y , a n dc o g n i t i v ed e m a n dh a dag r e a ti m p a c to nt h ed i 伍c u l t yo f c h e m i s t r yt e s t s ( 4 ) t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt 1 1 ec h o i c eq u e s t i o n ，n o n - c h o i c eq u e s t i o na n dp o s t e r i o r d i m c u l t yo fm i d d l es c h o o le n t r a n c ee x a m i n a t i o nf c h e m i s t r y ) w a sn o tv e r yh i g h t h e p r i n c i p l ei d e n t i f i c a t i o nd i f f i c u l t ya n dc o g n i t i v ed e m a n dw e r et h em a i nf a c t o r st ot h e d i f f i c u l t yo fc h o i c eq u e s t i o no fn a t i o n a lc o l l e g ee n t r a n c e e x a m i n a t i o n ；t h ep r i n c i p l e i d e n t i f i c a t i o nd i 伍c u l t yw a st h em a i nf a c t o rt ot h ed i f f i c u l t yo fn o n c h o i c eq u e s t i o no f n a t i o n a lc o l l e g ee n t r a n c e e x a m i n a t i o n ( 5 ) t h em a i nf a c t o r st ot h ed i f f i c u l t yo fc a l c u l a t eq u e s t i o no fn a t i o n a lc o l l e g e e n t r a n c ee x a m i n a t i o n ( c h e r n i s t r y ) w e r et h en u m b e ro f p r i n c i p l e s ，p r i n c i p l e i d e n t i f i c a t i o n ，a n dc o g n i t i v ed e m a n d 。w h i l et h em a i nf a c t o r st ot h ed i 伍c u l t yo f e x p e r i m e n tq u e s t i o no fn a t i o n a lc o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o n ( c h e m i s t r y ) w e r et h e v 1 3 1 认知任务分析方法的分类8 1 3 2 认知任务分析方法在考试中的应用9 1 3 3 原c t a 事前难度评定框架的不足1 0 1 4 实验目的10 2 研究方法1l 2 1 吉尔福特智力结构理论。1 1 2 3 吉尔福特智力理论与c 1 a 评定框架1 3 2 3 1 辨识难度与智力产物的关系。1 3 2 3 2 认知负荷与认知操作的区别1 4 2 2c t a 事前难度评定框架的改进1 5 2 3 试题难度的评定程序。2 0 2 3 1 事前评定部分2 0 2 3 2 事后评定部分2 2 3 结果。2 3 3 1 评定者一致性检验一2 3 3 2 事前难度效度检验一2 4 3 3 试题难度影响因素。2 5 3 4 选择题、非选择题难度的影响因素分析2 6 3 5 化学计算题与实验题难度影响因素分析2 9 3 62 0 0 7 , - - 2 0 1 0 年中高考化学试题难度比较3l 3 6 1 2 0 0 7 2 0 1 0 中考化学试题难度比较一3 1 3 6 22 0 0 7 2 0 1 0 高考化学试题难度比较3 3 3 72 0 0 7 2 0 1 0 年上海市中高考化学题难目难度排列3 5 3 7 1 2 0 0 7 2 0 1 0 年上海市中考化学题难目难度排列3 5 3 7 22 0 0 7 2 0 1 0 年上海市高考化学题难目难度排列3 7 4 讨论3 9 4 1 评定指标的可靠性3 9 4 2 评定指标的有效性3 9 4 3 中高考化学试题难度的主要影响因素4 0 4 4 选择题和非选择题题目难度的主要影响因素4 0 4 5 实验题与计算题难度的主要影响因素。4 1 4 62 0 0 7 2 0 1 0 年上海市中高考化学试题特点4 2 4 6 12 0 0 7 2 0lo 年上海市中考化学试题难度变化特点。4 2 4 6 22 0 0 7 2 0 1 0 年上海市高考化学试题难度变化特点4 3 4 7 2 0 0 7 2 0 1 0 上海市中高化学试卷难度分布情况4 3 5 结论4 4 6 参考文献4 6 7 附录4 8 后记5 3 1 导言 试题难度对试题命题有重要影响，考试性质不同，对试题难度的要求也会不同。 而试卷中不同难度的题目的排列顺序对学生解题也有重要影响，如l e e ( 2 0 0 0 ) 指 出，试题按照从易到难的顺序排列，会更利于考查学习的真实水平，学生能够获得 更高的分数。，同时试题难度也会影响到试题区分度等指标。另外，最近几年有些 地区的初高中化学有选修模块，只有分值相同的选修模块难度相当，才能保证考试 的公平性，避免难度不等值引起考试不公平，如何保证选考模块试题难度匹配，成 为很多地方化学中高考试题编制的一个重点2 1 3 1 。 通常意义上讲的试题难度影响因素主要有两个来源，一个是题目本身的复杂 度，另一个是解题者的解题水平，本论文研究的是题目自身的复杂度，即绝对难度， 不考虑解题者本身水平。 1 1 事后难度的标定方法 目前对试题难度评定指标多采用通过率或答对率，它是在考试结束后统计的答 对该题目的人数或得分情况，我们也将之称为事后难度。 通过率：是运用在二分法计分项目中难度标定方法，以答对或通过该题目人数 的百分比来表示：尸= 肜w ( p 代表题目难度，为全体被试人数，月为答对通过的 人数) 。当被试人数较多的时候，可把被试得分按高低顺序排列，然后取2 7 的高 分组和2 7 的低分组的通过率的平均数代表整个题目的通过率。 答对率：通常运用在非二分计分题中，即题目并非只有对错之分，而是从零分 到满分都有分布。这类题目的难度常用答对率来标定：p = x r ( x 代表被试在某一 题目的得分平均值，丁代表题目的满分值) ，在化学试题中判断题目通常比较少， 所以其难度的事后标定方法多采用答对率。 通过率和答对率通常被认为是一种较客观的测量试题难度的方法，但是通过率 和答对率受学生学习训练程度、学生考试时的状态等各种因素影响，它反映的不仅 仅是题目难度，同时也反应学生的学习状况、考试状态，另外，通过率和答对率都 是事后难度，只有在考完试之后才能获得，不能在试题编制前获得，这样对试题编 制的指导作用就减小了。有些考试为了获得试题的难度等指标，编制完试题之后会 拿到教学班上去预测以此来获得试题难度等指标，但是这样做会耗费大量的人力、 物力及时间，而且试题内容有可能会泄露，最主要的是预测的目的是检验这套题的 质量，为保证正式命题与预测内容不重复，需要在预测之后重新编写试题，不但加 大工作量，也无法保证正式命题内容与预测内容各个指标是等值的，通过率或答对 率标定法显然不利于试卷的编制。 。 1 2 关于事前难度的研究 由于试题难度对试题命题的重要作用，而通过率、答对率等事后难度只能在试 题施测之后获知，不能在试题编制时进行难度预估，所以很多心理学家和学科专业 教师开始研究试题解答过程，提出了一些影响试题难度的因素和预估方法，试图在 试题命制前就能确定试题的难度。 1 2 1 化学试题解答过程与难度影响因素 化学问题的研究主要集中于对化学表征与策略的研究，程萍，李广洲和牛拥 ( 2 0 0 1 ) 等认为化学问题中表征非常重要，是问题解决的核心环节一j 。问题的表征 可分为内在表征和外在表征，内在表征是指在头脑中形成对化学问题的表征，外在 表征是指用文字、图表、模型等外在的东西将问题表示出来。问题表征通常会由外 在表征向内在表征转化，外在表征会减轻工作记忆的负荷量。化学问题常见的外在 表征主要有以下几种形式：化学用语表征、化学模型表征、数学表征、实验表征。 胡胜利，周爱保( 2 0 0 6 ) 认为化学概念的表征方式包括命题、表象、产生式和 图式等p j 。命题是词语、语句意义表达的最小单位，命题表征是指化学概念以它的 意义和属性联系在头脑中形成命题网络；表象表征是指化学概念以化学模型、情境 操作等实例或是情境在头脑中储存，化学概念不仅只用语言描述来表达其含义，更 多是借助化学实例、情境、心理图像等表象形式来表达，有些概念用语言往往很难 描述或表达，而用一些模型、实例却能够非常简洁明了地表达概念含义，如化学实 验的操作，分子的结构等，其表征都是以表象的形式在头脑中形成的。产生式系统 由产生式构成的，产生式常常以“如果，则”的形式出现，在产生式系统 2 中一个产生式完成会引起下一个产生式的产生，化学概念常常是由其它概念为条件 产生式而形成的。化学概念也常常会以命题、表象、产生式等表征方式组合来表征， 即以图式形式表征。 李广洲，任红艳和余嘉元( 2 0 0 1 ) 在参照其他学者对问题表征理解的基础上， 把计算类化学问题的表征划分为以下几种：文字表征，具体表征，抽象表征，形象 表征和数学表征旧。为分析在计算类化学题目中，化学概念对表征的影响，对高中 学生进行化学概念的测试，然后利用口语报告法分析学生在解决计算类化学问题时 的表征，结果发现学生对化学概念的理解水平显著地影响到对整个题目的正确表 征。另外，他们根据问题内容和性质把中学生解决计算类化学问题时所采取的策略 分为盲目搜索策略、情境推理策略、原理统率策略和数学模型策略。为研究在计算 类题目中，问题表征与问解解决策略的关系，利用出声思维法分析学生解题过程， 结果显示，在计算机类题目中，问题解决策略的选择由问题表征时间和正确率决定， 即问题表征程度决定问题选择策略。 g h a s s a ns i r h a n ( 2 0 0 7 ) 在前人研究的基础上总结了化学学习困难的原因：( 1 ) 化学课程中有很多微观世界的概念，而这些概念较为抽象不易理解；( 2 ) 工作记忆 负荷超载是影响化学题目解决的原因之一；( 3 ) 语言表述方面：一些在老师看来没 有必要解释的专业术语，其实学生是不理解的，这会增加学生的工作记忆负荷；( 4 ) 化学概念：化学作为一门自然科学，其中有很多的抽象概念，而这些抽象概念对后 面的化学学习非常重要，如果这些概念没有被理解，那么其它的化学理论将会非常 难理解( 5 ) 学习动机j 。 李桢( 2 0 0 5 ) 对不同年级学生进行了化学内容的分类测试，通过对解题过程、 学生解题时的口语报告分析，研究了高中生化学问题表征与解题策略的关系旧。首 先他根据辛自强对表征的分类，把表征分为由外向内的四种水平：只能部分使用的 表面特征、完全使用的表面特征、表面特征与结构特征混用、完全使用结构特征。 相应的表征类型主要有：文字表征、符号表征、图式表征、理论表征、方法表征、 数学表征等。其中基于深层结构的内部表征有理论表征、方法表征、数学表征，基 于表面结构的浅层次的外部表征包括文字表征、符号表征和图式表等形式。然后选 3 高中三个年级的学生对2 5 道化学题目进行分类( 称为分类测试) ，问题解答，通 对分类测试、解决测试的分析，发现高中生化学问题的解决不仅是问题存在状态 变化，也是表征从外部表征向内部表征转化、由浅层表征向深层表征转化的过程。 总体上来说，表征的变化过程是从简单表征向复杂表征、外部表征向内部表征转 的过程，但是具体的简单问题与复杂问题的表征变化过程还是不一样的。简单问 的解答具在一定韵阶段性，在问题解答的全部过程都包含着表征的变化，并且其 化具有一定的阶段顺序性：从浅层的外部表征如文字表征、符号表征到深层的内 表征如理论表征、方法表征、数学表征。而化学复杂问题的解决，如推断类问题 不存在完全的顺序性，而是具有一定阶段与层次的模糊和非线性的特点，在问题 解决的过程中，一些表征类型是交叉和反复出现。同时他还研究了的解决化学计算 类题目与推断类题目时的的表征与策略选择的差异，选取高一学生，在问题解决过 程中进行口语报告，分析发现，化学计算类问题解决中的符号表征主要是化学反应 方程式的书写，化学方程式回忆和复述的快慢对表征用时的多少有决定作用，而在 化学推断问题解决中，对化学反应方程式要求并不高，学生对符号的记忆程度对表 征有一定影响作用，因为这类题目主要涉及元素符号和原子结构示意简图的应用， 并且涉及的元素种类比较多，主要集中在前三个周期中。在问题选择策略上面，计 算类题目主要选择正向或逆向推理策略，而推断类题目由于题目条件丰富，其中有 些是干扰信息，所以很多学生选择了混合推理，单纯使用正或逆推理策略的不多， 另外在推断类题中很多学生还用了“顿悟”的方式。 还有一些学者对化学问题解决的过程进行研究，孙同明( 2 0 0 3 ) 选取高二、高 三学生解答化学实验题目，通过对问题解决思路的口语报告分析及活动操作分析， 研究了高中生化学实验问题解决的过程和问题解决的影响因素，化学实验问题解决 的过程分为问题确认、问题解析、实验设计、实验操作四阶段，这四个阶段相互联 系，而自我监控存在于问题解决全过程。化学实验问题解决的影响因素有表征和解 决策略、化学认知结构、自我监控，其中问题表征是关键。另外他还认为心理素质 也是影响化学实验问题解决的一个因素p 。 王磊和胡久华( 2 0 0 0 ) 随机抽取4 0 名刚升入大学的化学系学生，请被试设计 4 一项实验方案并实施，通过对设计和实施的化学实验方案的分析，认为化学实验问 题解决的心理机制分为相互联系的五个环节：问题表征，问题解析，设计实验方案， 实施实验方案，检验，反思和调整。而每个环节又有自己的主要影响因素，问题表 征受解题者具有的实验问题类型结构知识和化学知识影响，影响问题解析的主要因 素有解题者解析活动的程序性知识和技能水平、具有的各类实验任务的问题解决原 型和具体的化学知识多少，影响实验方案设计的因素有实验设计的程序性知识和操 作技能及实验设计的策略性知识，影响实验方案实施的因素主要有实验操作技能、 实验常识和具体的实验经验、实验策略，检查与反思阶段的影响因素是认知策略 e l o o 王磊和岳波( 2 0 0 2 ) 考察了原型在高中生化学问题解决中的作用“，采用两 种教学方法对两个平行班级进行对比实验( 一班用原型教学，另一班为控制班) ， 通过访谈后，得出原型经验对化学问题解决有重要作用，证明原型定向、原型操作、 原型内化等解决技能对问题解决的作用。 对于选修模块题目难度匹配的问题也引起了一些教师的思考，沈旭东( 2 0 0 8 ) 参照认知心理学家关于问题难度的判定标准，认为要使化学题目各选做试题难度相 当，要从题目的难度空间( 知识量、题型、理答方式) 、搜索空间( 复述与辩认、 判断、说明、类推与计算) 、问题的认知情景三个方面做到匹配，对应的选做题目 应该有相同数目的采分点和相同的作答方式，采分点相当的能力层级，以及选做题 的认知背景对学习不同模块的学生应该处在相同的水平上u “。 另外，也有研究表明题型对化学试题的难度也有影响，全国高考化学命题委员 会试题题型研究课题组刊将试题分为选择题与非选择题进行试测，在这两种题型 号中分别有一部分题目的考查内容相同，最后统计结果显示在回答同一知识内容 时，非选择题的答对率小于选择题的答对率，但是对于计算型的选择题，如果选项 的提示作用不明显，考查同一内容的两种题型的难度相差不大。 1 2 2 其它学科的难度影响因素及难度预估方法 在其它学科事前难度与难度影响因素的研究中，物理、数学两门学科的研究相 对较多，也有学者进一步提出物理、数学试题难度的预估方法。 杜明荣( 2 0 0 8 ) 认为影响试题统计难度的因素有两个，即试题本身的复杂度和 解题人群的水平，在此分类的基础上他主要研究了试题本身难度的影响因素【1 4 1 。 首先问卷调查高中物理老师和高中理科生对试题难度的看法，对调查结果进行分 类、整理后，提出研究假设，有1 5 个影响物理试题难度的因素，将这1 5 个影响因 素进行量化，然后请5 名专业人员按照量化标准对高中物理试题中各因素进行量化 分析并赋值，最后统计分析出影响高中物理试题难度的因素是考查知识点的多少、 物理过程的复杂性、情境特征的物理建模难度( 相当于本研究中的要素辨识难度) 、 数学过程的复杂性以及试题的情境( 相当于本研究的要素辨识难度) ，另外通过改 变试题条件进行对比测试得出：试题的表达方式、题设条件是否多于或少于解题所 需条件、开放式设问、设置阶梯问题等对试题难度也有很大影响。 葛文荣( 2 0 0 9 ) 通过文献查阅、辅导教师访谈，提出影响物理竞赛试题难度的 假设因素，量化赋值后与答对率进行统计检验，同时对一些影响因素作定性分析， 得出统计意义上显著影响物理竞赛试题难度的因素有问题情境的新颖性、知识点水 平、思维能力要求、数学过程的复杂性川。 s w e l l e r ( 1 9 9 3 ) 以认知负荷测量模型来评价问题难度，以工作记忆中语句的 数量、工作记忆中激活的产生式的数量、工作循环的次数、条件匹配的数量等来评 价问题解决过程中认知负荷的大小，并以物理动力学问题为例，对比分析了手段 目的分析法的问题解决和非特定解决所引发的认知负荷0 1 0 j 。 施铁如( 1 9 8 5 ) 选取1 2 名初一学生，分为两组进行代数方程应用题学习与练 习，其中一组学生除了进行与前一组学生相同的学习外，还要进行同类题目变式的 练习，最后请两组学生对数学应用题进行解答，解题时大声说出自己的想法，通过 收集分析被试解题进的出声材料，得出能否正确地模式辩认决定了代数方程应用题 目的解答，即辨识应用题的类型很大程度上决定着解题者能否准确快速地解题川。 朱新明( 1 9 8 3 ) 通过收集分析证题时的出声材料，得出几何问题的解决也与模 式辨识有很大相关【1 8 】。 鲁庆云( 2 0 0 9 ) 也认为试题难度分为两个影响因素，即试题本身内容影响因素 6 和被试因素【19 1 。通过文献分析和对中学教师与学生的问卷调查和访谈，提出1 0 个 影响数学试题难度的假设因素，对因素进行量化后，根据量化标准评定高考数学客 观题，对评定结果进行统计分析，发现有7 个主要因素影响着数学试题的难度：总 体思路、领会水平的关卡数量、分析水平的关卡数量、条件的隐蔽性、结论的开放 性、模块数量和知识含量等，最后基于多元回归分析，提出了一个数学试题难度系 数的预估方程。 姚孟臣( 1 9 9 3 ) 也认为试题难度主要是由试题本身固有的内容难度和考生对试 题的反应难度两个方面决定，通过分析提出影响数学试题难度的5 个项目，1 4 个 类目，并提出了一个题目难度函数公式，然后请专家依据此分类进行数学试题难度 评估，通过比较得出有6 个项目：是否常见、题目类型、运算步骤、覆盖面、技巧 性、认知层次2 0 个类目可以进行难度预测。最后把难度作为因变量，上述各影响 因素作为自变量( 各个自变量不同的情况视为类目) 建立题目难度函数公式【2 0 1 。 通过填写每个题目的类目，命题者便可得到试题难度的综合值。 付佩宣( 2 0 0 9 ) 归纳其它学者对阅读理解问题的研究，提出了影响英语阅读理 解题目难度的因素框架，利用统计提取出影响阅读理解题目的难度因素主要有题 材、文本可读性、题干、选项，然后依据人工神经网络理论建立模型，对题目难度 进行预测 2 1 1 。 1 2 3 事前难度研究现状 由上面的分析，我们可以看出目前试题事前难度的研究现状： ( 1 ) 对化学问题的研究主要集中在对化学概念、问题表征、策略及问题解答 过程的研究，选修模块试题难度匹配已经引起一些学者的注意，但大部分的研究仍 停留在经验水平上，对化学题目解答的深层心理机制的探讨比较少，目前也尚无研 究对化学试题事前难度的作出量化分析；( 2 ) 事前难度的研究主要集中于数学、物 理和语言类，对化学试题事前难度的研究较少；( 3 ) 研究方法主要是先通过专家访 谈、问卷调查或是出声思维总结出影响试题难度的因素，然后再用统计检验，验证 影响难度的因素，再依据一定的理论建立预估模型；( 4 ) 提出的影响因素主要集中 7 究、临床心理等方面有广泛应用 2 3 1 。 1 3 1 认知任务分析方法的分类 且没有考虑解题时的 经网络理论，统计回 础上，应用一系列过 作者在完成任务时的 为它能够很好地揭示 i 、医疗科学、市场研 w 萌j 和s a l v e n d y g ( 2 0 0 4 ) 【2 4 】将认知任务分析方法分为了4 大类：( 1 ) 观 察与访谈( o b s e r v a t i o n sa n di n t e r v i e w s ) ，访谈主要包括结构化与非结构化访谈，具 体的访谈技术又有很多，如关键事件法，f u l lp a r ( p r e c u r s o r ， a c t i o n ，r e s u l t ， i n t e r p r e t a t i o n ) ；( 2 ) 过程追踪技术( p r o c e s st r a c i n g ) ：分析在某一任务完成过程中 所要用的认知成分，通常会用到出声思维( t h i n ko u t ) ，言语报告( v e r b a lr e p o r t s ) ( p r o t o c o la n a l y s i s ) 等方法( 3 ) 概念技术( c o n c e p t u a lt e c h n i q u e s ) ( 4 ) 形式模型技术 ( f o r m a lm o d e l s ) ，应用比较广泛的有g o m s ( g o a l s ，o p e r a t o r s ，m e t h o d s ，s e l e c t i o n r u l e s ) 模型，a c t 模型 2 5 1 。 b e t hc r a n d a l l ，g a r y e i n 和r o b e r tr h o f f m a n ( 2 0 0 6 ) 认为认知任务分析就 是将人们完成一定过程中所用到的隐性的知识、认知成分挖掘出来【2 6 1 ，那么作为 一种挖掘认知数据的工具，数据的收集方式和关注点就成为划分认知任务方法的两 个维度，在此基础上，他们将c t a 分为访谈( i n t e r v i e w ) 、自我报告( s e l f - r e p o r t ) 、 观察法( o b s e r v a t i o n ) 和自动捕捉( a u t o m a t e dc a p t u r e ) 四个类别。 1 3 2 认知任务分析方法在考试中的应用 邵志芳( 2 0 0 7 ) 将认知任务分析方法引入到试题难度的事前分析中，设计了一 套具有一定操作性的试题认知任务分析框架：( 一) 概念地图：体现某试题涉及的 各个概念及其相互联系的图解，它的概念数、联系数等指标可用于衡量试题的知识 密度和难度。( 二) 模式辨识：模式辨识体现在问题解决的过程，是解题者辨识出 试题所用的原型以及原理的过程，涉及到解题者一系列的心理操作。( 三) 认知能 力评价：主要是指在问题解决过程中涉及到的认知因素，主要包括注意、记忆、思 维等弘川，这时的认知评定框架还比较粗略。之后邵志芳和余岚( 2 0 0 8 ) 又根据c t a 的基本原则和数学试题的特点，设计了高等数学试题难度事前评定框架 2 8 1 ，将数 学试题事前难度的评定框架定为： ( 1 ) 要素数量：题目中给出的所有有助于解题的条件个数 ( 2 ) 要素辨识难度：解题者从题目条件中辨识出有助于解题完成的要素的辨 识难度( 1 - 5 分，分别表示“非常容易 到“非常难”) ( 3 ) 原理数量：解题中需要的原理个数 ( 4 ) 原理辨识难度：个体提取解题所需定理、公式、试题原型的难易程度( 1 5 分，分别表示非常容易到非常难) ( 5 ) 认知负荷：解题过程中涉及到的认知负荷成分与负荷量( 包括细节洞察、 短时记忆、表征) ( 1 5 分，分别表示“几乎不需要到“非常需要 ) 其中( 2 ) ( 4 ) ( 5 ) 为主观评定，以1 5 等级进行重要性或难度评定，上述各 指标之和即为题目的事前难度值。根据评定框架，两名受过培训的评定者分别独立 完成对高等数学试题的评定，之后进行评定者一致性检验和效度检验，结果证明评 定指标的信度与效度。 郑毅( 2 0 0 8 ) 采用该评定框架对2 0 0 7 年上海市高考数学( 理科) 试题进行事 前难度评定，并请8 名被试解答2 0 0 7 年上海市高考数学( 理科) 试题，在解题的 同时进行出声思维，把根据言语报告整理出解题时所需要的认知负荷、关键步骤时 间及正确率作为事后难度，通过评定者相关检验和事前事后难度相关分析再次验证 c t a 评定框架的有效性【2 9 1 。邵志芳和李二霞( 2 0 0 9 ，2 0 1 0 ) 在此基础上，将事前 9 难度细分为基准难度与解决难度，并以难度指标来描述不同试题之间的相对难度， 结果都显示c t a 评定所得各试题事前难度值与其事后难度之间存在显著负相关， 评定指标之间、评定者之间也存在显著的一致性，证明c t a 是一种试题事前难度 评定的有效方法 3 0 ，3 1 1 。 1 3 3 原c t a 事前难度评定框架的不足 虽然原c t a 试题事前难度评定框架的信效度比较高，但是在评定过程中发现 评定者对要素辨识难度、原理辨识难度及认知需要度这三个评定指标的评定仅是凭 借自己的理解，其评定过程较为主观，由于对这三个要素的评定标准仅仅做了一些 说明，没有统一客观的标准，也不利于他人的