高中物理试题难度的影响因素研究

高中物理试题难度的影响因素研究 课程与教学论专业 博士研究生杜明荣 指导教师 廖伯琴教授 （摘 要）

考试作为教育评价的一种极为重要的方式。尽管在其发展过程中几经兴衰存废，但其存在与发展的事实却是不容置疑的。目前，我国高等学校入学考试的年参试人数已近ｌＯｏｏ万。如此大规模的考试牵涉到千家万户，牵动着社会的每一根神经，显然，提高其质量的重要性是不言而喻的。

在评价试题质量的诸多指标中，难度是其中极为重要的指标，命题过程中对试题难度的准确把握是提高命题质量的重要保证。然而，实践中对试题难度的估计和往往不能尽如人意，究其根本原因还在于对试题难度的影响因素没有充分的把握，在于缺乏对这方面的深入研究，例如物理学科方面，目前还没有针对物理试题难度的影响因素而做的系统研究。因此，从理论到实证系统地研究物理试题难度的影响因素，将对实践中的命题与教学工作提供理论指导，具有重要的理论意义和实践价值。

本研究首先以问卷调查的方式，利用开放式问卷调查了师生心目中对于物理试题难易的看法，探讨了在师生心目中有哪些因素在影响着物理试题的难易程度。在问卷调查与文献研究的基础上，提出了影响高中物理试题难度的１５条因素假设，它们分别是：阅读量、条件的非充要性、考查知识点的多少、涉及的内容模块个数、物理过程的复杂性、数学过程的复杂性、问题目标的开放性、情境特征的物理建模难度、可猜答得分的概率、提示度、问题情境的新颖性、问题的表达方式、知识点在教学中的地位、分步设问的情况以及背景知识的熟悉性。

借鉴美国教育考试服务处（ＥＴＳ）的研究者在研究试题难度时所使用的量化分析与统计检验的研究方法，本研究根据高中物理试题的具体特点，建立了本研究中提出的１５条假设因素的量化赋值标准，并根据此标准对各个因素进行了量化分析与统计检验，从统计规律上探讨了这些因素对试题难度的影响趋势。主要研究结论如下：

统计上显著影响高中物理试题难度的因素有４个，分别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以及数学过程的复杂性。这些因素普遍存在于物理试题中，其中对物理试题难度影响程度最大的是情境特征的物理建模难度，接下来依次是 西南大学博士学位论文

物理过科的复杂性、数学过程的复杂性和考奄知识点的多少。它们对试题难度的影响趋势

是：情境特征的物理建模难度越大，试题的难度也就越大；试题所涉及的物理推理（或物

理方程）个数越多，试题越难：试题涉及复杂的数算或推理有使试题难度增加的趋势； 试题考查的知识点越多，试题的难度通常越大。

在量化统计研究的基础上，本研究又借鉴英国剑桥大学考试委员会（ＵＣＬＥＳ）的研究

者在研究试题的情境化效度时所使用的对比测试研究方法，对部分影响因素作了进一步的

补充研究，以探讨利用统计方法不能得到的一些规律。主要研究结论如下：

在试题的情境特征方面：如果试题呈现给考生的是一个真实的、未经加工或抽象的复

杂情境，则由于真实情境中包含的无关信息较多，蕴含的物理模型较为隐蔽，试题的物理

建模难度就会增加。多数情况下，情境的熟悉性能够降低物理建模的难度，但从另～方面

来说，对丁熟悉的情境，考生容易受思维定势的影响。直接套用熟悉的模型解题，而忽略

了对新情境的冷静分析，最终导致对试题的错误解答。因此，对于那些情境的表面特征与

学生所熟悉的情境相似，而本质特征却悄悄起了变化的试题，情境的表面特征熟悉度越高，

对物理建模的误导越大，导致试题的难度越大。考查同一知识点的试题由于情境设置的不 同，雉度上可能存在很人的差异。

在试题的表达方式方面：文字表达的习惯以及文字措辞的选择都可能影响试题的难度。

辅助示意图的配置对考生解题可能产生正面影响、负面影响或没有影响。对丁情境复杂，

时空关系抽象的问题来说，有无辅助示意图对中等水平的考生会产生显著的影响；对于情

境清晰，时空关系简单的试题来说，有无辅助示意图对考生不会产生显著的影响；示意图

的细节问题处理不当，可能会误导考生选择错误的解题策略，从而影响试题的难度。以准

确、简洁、清晰地表达题意为宗旨，命题者可以根据表达需要选择文字的、图表的、或图 文并茂的表达方式，此时，不同的表达方式对试题难度没有显著的影响。 个别试题中的题设条件多于或少于解题所需要的条件，即题设条件为非充要条件。本

研究的对比测试结果表明，物理试题中含有非充要条件时有使试题难度增加的趋势。当题

目中含有较多的冗余信息时，考生需要排除众多冗余信息的干扰而提取有用信息，这显然

提高了对考生信息提取能力的要求，从而使试题难度增加；当试题中所给信息不足，即试

题中没有明确给出解题所需要的全部信息时，要求考生自己根据解题需要补充必要的信息，

而这些需要补充的信息可能淹没在考生头脑中储存的大量信息之中，因此，这种情况本质 上也是提高了对考生信息提取能力的要求，从而使试题难度增加。

个别试题采用开放式的设问方式，使得问题的正确答案不是唯一确定的。本研究的对 比测试结果表明，采用开放式的设问方式有使物理试题难度增加的趋势。

在题目的设问方面，设置阶梯问题和分步设问是两个概念。如果分步设问的几个小问题之间是互不相关的，本质上只是几个小问题的集合，则与一步设问没有本质上的区别，

在统计上对难度没有显著影响。如果分步设问的各个小问题之间相互联系，前面问题的解

决能够为后面问题的解决搭建阶梯，即分步设问的各个小问题之间是循序渐进的、阶梯式ＩＩ

捅要的，则可以有效帮生理清解题思路，从而使试题难度降低。本研究的对比测试结果表明设置阶梯问题有使物理试题难度降低的趋势。

最后，针对本研究的结论对专家／教师进行了认同度调查，结果表明，本研究的研

究结论得到了绝大多数专家／教师的认同。利用本研究中得到的４个统计显著因素对试题进行量化赋值与统计分析，结果表明，由这４个因素所决定的试题难度等级顺序与教师对试题的估计难度以及试题的实测难度之间的斯皮尔曼等级相关系数非常显著，说明本研究中提出的４个统计显著因素及其量化标准在试题难度预测中有着极高的参考价值。关键词：高中 物理试题 难度 影响因素 西南大学博士学位论文ＩＶ 独创性声明

本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。学位论文作者．。和以营） 签字日期：加。孑年牛月胭日 学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院（筹）可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印ｉ缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：日不保密，口保密期限至 年 月止）。学位论支作者张缸以节勒张签字日期：洳９酽年月／８日 签字日期： 第１章绪论 第１章绪论１．１问题的提出

当前我国的考试规模、参试人数、考试种类以及公众的重视程度是世界上没有哪个国家能与之相比的。目前，由教育部考试中心承担的国家教育考试，年参试人数已达到了４０００万，其中，仅参加高等学校入学考试的人数每年已近ｌｏｏＯ万（新华社，２００６）。如此大规模的考试牵涉到千家万户，牵动着社会的每一根神经，显然，提高其质量的重要性是不言而喻的。

在评价试题质量的诸多指标中，难度是其中极为重要的指标，命题过程中对试题难度的准确把握是提高命题质量的重要保证。

首先，从教育测量学的角度看，在大规模常模参照考试和标准参照考试的命题中，难度设置的恰当与否都会直接影响测量目的能否顺利达成。常模参照考试命题设计的主要原则是使试题的区分能力最大化，使对考生进行的教育决策误差尽可能地小。这一原则决定了常模参照考试中试题必须达到一定的区分度，而试题的区分度与难度有密切的关系（雷新勇，２００６）。试题难度过大或过小，其区分度都较低。所以，调整试题难度是改变考生的成绩分布、提高试题区分度的重要方法。标准参照考试的主要目的是确定考生是否达到了学校的培养目标以及达到什么等第水平，这一目的决定了考试结果在不同类型分界处应该具有最高精度，即划界分数的误差应该最小，为此，对试题难度的准确把握也是必不可少的。

第二，新课程强调课程内容的可选择性，而课程内容的可选择性在评价与测试中必然体现在测试试题的可选择性上。在近年的上海高考试卷中，已经出现了一期课改和二期课改的考生选做分值相同的不同题目。２００７年第一次实施新课程高考的山东、广东、海南和宁夏四省的高考试题也必然涉及试题的可选择性。试卷中存在可选作的试题时，命题者必须保证分值相同的可选作试题之间的难度相当，只有如此，测试结果才是可靠有效的 （ＬＥＯＮＧ Ｓｅｅ

Ｃｈｅｎｇ，２００６），才能保证选作不同题目的考生所得分值的可比性。显然，要达到这一目标，命题者在命题过程中必须对可选作的试题难度有准确地把握。 第三，对试题难度的把握是合理安排试题顺序的重要保证。从试题的编排顺序来看，如果试题按照从易到难的顺序排列则更有利于考生真实水平的发挥，这一点已经得到普遍的认同（Ｌｅｅ，Ｆ Ｌ．ｅｔ

ａｌ，１９９９）。其中的原冈我们可以从心理学的角度来加以说明，考生在首先解决了前面的容易题之后，会产生掌握感和成就感，因此获得更强的动机去继续解

决后面的难题。相反，如果考生首先面对的是自己无法解决的难题，自信心就会受到打击而在心理上产生挫折感，这必然会影响到对后面问题的解答。教育测量的目的是要测量学生会什么和能做什么，而不是不会什么和不能做什么。因此，试题的编排顺序应该尽可能地有利丁．学生展示他们的实际水平，这就要求命题者必须准确把握每一道试题的难易水平，以便 西南大学博士学位论文 合理安排它们在试卷中的早现顺序。

可见，试题的难度是试题质量的重要指标，是科学化命题的重要组成部分。正如教育 测量学家Ｓｔｅｎｎｅｒ（Ｓｔｅｎｎｅｒ，Ａ．Ｊ．ｅｔ ａｌ，１９８３）所说：如果命题者不能说出这道试题为什么比那

道试题难，那么他就根本不知道他在测量什么（Ｉｆｙｏｕ ｃａｎ’ｔ ｔｅｌｌ ｍｅ ｗｈｙ ｔｈｉｓ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｄｉｍｃｕｌｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｎｅ ｔｈｅｎ ｙｏｕ ｄｏｎ’ｔ ｋｎｏｗ ｗｈａｔ ｙｏｕ’ｒｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ）。可见，对试题难度的把握 在命题过程中是多么重要的环节。

在大规模教育考试中，试题的难度问题不仅是一个科学性的问题，而且还是一个社会

性的问题。特别是在我国的大规模教育考试中，试题的难度问题更是一个非常敏感的问题。

社会调查表明，社会各界（学校、家长、考生和教育主管部门等）对高考试卷难度都非常

关注。历年高考每一个学科的考试刚结束，家长、老师迫不及待地询问考生的第一个问题

就是“难不难”，教育行政部门对高考命题关心的第一个问题也是“难不难”。可以说。

试卷难度是考生、家长及社会对高考命题质量的第一评价和反应，敏感度极高，甚至将其 作为评价命题成败的重要指标。究其原因，主要有三点：

第～，试卷难度对考生的应试心理具有较大的影响。考生的解题过程，实际上就是对所学知识和技能进行回忆、联想、重现的一系列心理活动，如果试卷过难，会对考生的应

试心理产生干扰，造成情绪低落，心理过度紧张，不仅可能会影响本学科的考试成绩，甚

至还会影响到一卜ｌ一个学科的考试成绩。对那些心理素质不太好的考生，影响则会更大，可 能会使其信心大减，以致弃考。

第二，试卷难度对中学教学、特别是复习应考的导向性较强。在社会用人过于偏重学历和“千军万马过独木桥”的情况下，中学教学还不可能摆脱应试教育的倾向，考什么教什么、考多难教多难的问题在一段时间内还会在一定程度上存在。在这种情况下，试卷过难不利于中学实施素质教育，同时也会加重学生的备考负担。

第三，试卷难度对录取工作的顺利进行有一定影响。在采用原始分报告制度的情况下，如果每年高考试卷难度波动较大，就会使各批次录取分数线及各学校的录取分数线相应发生较大波动。这在一定程度上会影响到考生的志愿填报和录取工作的顺利进行。无论是估分或填报志愿，考生都是以近一两年相关学校的录取成绩作为参照填报志愿的。如果当年高考试卷难度变化较大，可能会使得一部分考生的志愿填报产生偏差。长期以来，一个省市的各批次录取分数线、不同层次高校的录取分数线以及“高分考生”等概念在考生、家长以及高校中已经有了基本的心理认同。如在天津市，６００分以上的考生被普遍认为是高分考生，南开大学理科的录取分数线一般被认为在５９０分至６００分之间（岳伟，２００７）。如果现实与这种心理

认同产生较大的差距，考生和家长可能会产生不稳定的情绪。

综上所述，如果高考试卷中难度的设计不恰当。不仅会对高考上作本身产生影响，共至会在～定程度上影响社会稳定。可见，高考试卷难度的设计与控制不仅是科学性问题，也是社会性问题。因此，不管从提高命题科学性的角度考虑，还是从保证社会稳定性的角度考虑，做好试题难度的预测和，准确把握试题的难度都意义重大。２ 第１章绪论

然而，实践中对试题难度的估计和往往不能尽如人意，究其根本原冈还在丁．对难度的影响因素没有充分的把握。各因素对难度的影响是非常复杂的，例如，图表对问题难度的影响：Ｌａｒｋｉｎ，Ｊ．Ｈ．锄ｄ

Ｓｉｍｏｎ，Ｈ．Ａ．于１９８７年在ＣｏｇＩｌｉｔｉｖｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ上发表了题目为朋ｌｙ

ｎＤｆ昭朋ｍ尽伽ｍＰｆ咖ｅ砂肋一ＪｊＩ

７砀砌Ｄ淞册ｄ肋胁的文章认为，图表直观简洁，有助于对问题的理解和解决（Ｌａｒｋｉｎ，Ｊ．Ｈ．ｅｔ ａｌ，１９８７）：而ｖｉｃｔｏｒｉａ Ｃ订ｓｐ ａｎｄ Ｅｚｅｋｉｅｌ Ｓｗｅ岫于２００５年在Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｍａｔｔｅｒｓ上发表了题目为Ｃ锄口ｐｆｃｆ“陀蹦ｆｎ口砌Ｄ“ｓ口蒯ｗＤ胁７鼬矽＾∞，口印Ｐｃ如矿历Ｐｗ缈伽ｍ倒懿“Ｄｎｓ口旭肠谢Ｄ斫鲫ｄ

ｆ７ｌＰ帅口ｃｆ矿幽口咖髓绷的文章认为，由于图表的凸显性，可能会误导对问题的理解，告诫命题者在使用图表的时候要格外小心ｍｃｔｏｒｉａ Ｃｒｉｓｐ ｅｔａｌ，２００３）。再如，问题的情境化对问题难度影响也有许多不确定的因素……因此，对试题难度的影响冈素做深入细致的研究是非常有必要的。

在现有的研究中，心理学家对问题难度的研究侧重于对问题解决过程中心理机制的研究，对影响问题难度的具体因素并没有太多的分析；教学实践者对问题难度的认识比较具体，但人多是根据经验提出的，缺乏实证和理论分析；考试研究者相对米说对问题难度的研究较为深入，但大多是针对数学和语言测试的研究。目前还没有针对物理试题难度的影响因素而做的系统研究，因此，本文拟以物理问题解决的思维理论为基础，采用实证与理论分析相结合的方法，对高中物理试题难度的影响因素做出系统的研究。一方面深入挖掘有哪些冈素在影响高中物理试题的难度，另一方面透彻分析这些因素是怎样影响高中物理试题难度的。该研究将进一步地丰富和完善科学化的命题理论，并为实践中的命题＿【：作和教学工作提供理论上的指导和方法上的借鉴。１．２关键词的界定１．２．１物理试题

何谓试题？《教育大辞典》（顾明远，１９９８）中对试题的解释为“考试时应试人须按规定要求进行回答的题目”，《现代汉语词典》（中国社会科学院语言研究所词典编辑室，１９９８）对题目的解释为“练习或考试要求解答的问题”，二者整合在一起，试题就可以解释为“考试时需要解答的问题”。可见，一道试题本质上就是一个问题。

何谓问题？简单地说，当一个人想做一件事情，却又不知道怎样去做时，便产生了问题。格式塔心理学家唐克尔（Ｋａｒｌ

Ｄｕｌｌｌ（ｅｒ）在１９４５年给出了一个较为完善的定义至今仍然可以采用，他说：“一个问题产生于一个活着的人，他有一个目标。但又不知道怎样做才能达到这个目标之时。每当他不能通过简单的行动从一种情境达到另一种需要的情境时，他就求助于思考……这种思考的任务是设计某种行动，这种行动能使其从当前的情境达到需要的情境。”（Ｓ．１ａｎ

ＲｏｂｅｎＳ０ｎ著，张奇等译，２００４）。这个定义包含如下三个要点，第一，一个任务是否构成问题，依赖于被试的知识及使用相关知识的能力；第二，如果一个人改变了目标，该问题就不再存在，或者不用解决；第三，只有当这个人辨别

出他的目标与他 ３ 两南人学博士学位论文

所处情境的差异时，才真正形成问题（辛自强，２００５）。可见，问题是一种相对存在。

问题的一个根本特点就是障碍。有障碍才会有问题，障碍越大，问题的难度就越大，

不存在没有障碍的问题。障碍引起疑惑，疑惑产生问题。然而，客观的障碍并不是问题本

身，问题是由遇到障碍的个体提出来的。它总是以一定的方式被理解和表述。问题～方面

可以由别人来表述，另一方面可以由问题解决者自己来表述。正确地理解和表述问题是问 题解决的第一步。

从结构上看，问题含有三个基本的成分：一是给定的条件，这是～组已知的关于问题

的条件的描述，即问题的起始状态。二是要达到的目标，即问题要求的答案或目标状态。

三是存在的或障碍，起始状态到目标状态之间不是直接的，必须通过一定的认知活动

或思维活动才能找到答案。为此可以把问题定义为：给定信息和要达到的目标之间有某些 障碍需要被克服的刺激情境。

问题的种类是纷繁复杂的，可以从多种不慕嵌然虿嗝娑云浼右怨槔唷４游侍獾慕饩?是否需要专门领域的知识这一角度来分，可以将闯题分为专门领域问题（ｄｏｍａｉｎ．ｓｐｅｃｉｆｉｃ

ｐｒｏｂｌｅｍ）和非专门领域问题（ｄｏｍａｉｎ．ｆｒｅｅ ｐｒｏｂｌｅｍ）；从给定状态和目标状态是否被明确界定的

角度来分，可将问题分为界定良好问题（ｗｅｌＩ．ｄｅｆｉｎｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ）和界定不良问题（ｉ１１．ｄｅ６ｎｅｄ

ｐｒｏｂｌｅｍ）。非专门领域问题对于问题解答者不要求有专门的专业训练，如河内塔问题等。而

专门领域问题是与问题解决者的知识基础和教育训练有关的问题，如物理问题、数学问题

等（辛自强，２００５）。如果问题有一个明确定义的初始状态和目标状态，和一系列可能被用

来缩小和消除两种状态之间差异的操作过程，那么这个问题就是界定良好的问题。比如，

中国象棋，初始状态都是同样的棋子布局，目标都是将死对方，中闻是在一定规则支配下

的～系列操作过程，因此，棋手面对的是界定良好的问题。然而在日常生活中人们所要应

对的问题更多的是界定不良问题，这类问题的初始状态、目标状态和操作过程的一个方面 或多个方面存在不同程度的模糊性和不确定性。

物理试题是指在考试过程中需要用物理学的知识解答的题目，本研究中的物理试题限

定在使用普通高中物理学知识所能解决的范围内。根据心理学中对问题的分类，本研究中

的物理试题需要具备高中物理知识才能解答，因此属于专门领域的问题，而且本研究中的

物理试题一般都有明确的初始状态、目标状态和操作过程，因此绝大多数情况下属于界定 良好的问题，但也有个别试题属于界定不良的问题。 １．２．２难度 （１）难度的概念

难度是一个具有双重特性的概念。一是难度具有客观性，一个问题的固有难度是由其本身的复杂性决定的，问题越复杂，问题的难度就越大，它不因问题解决者的水平不同而变化，否则，我们就不能用同样的问题来鉴别不同解题者的水平高低。二是难度具有相对性，同一个问题对于不同水平的问题解决者，感觉到的难度不同，问题解决者的水平越高，４

第１章绪论感觉的难度越低。这止是我们通过训练学生的思维技能来提高解决问题水平的依据。问题 ’难度的两重性是我们对问题难度进行研究的理论基础和依据。 在问题解决心理学中，从时间和正确率两个维度来描述问题的难度，粗略地讲，问题解决者在解决问题的过程中所花费的时间越长、正确率越低，说明问题越难，反之，则说明问题相对容易。

在经典的测试理论中，难度是指试题的统计难度，其含义为通过率，定义为通过的人数与全体参试人数的比值或全体参试人数的平均得分与该题满分的比值。显然，统计难度的高低是受试人群在一定的测试环境中与测试题相互作用的结果。同一.