（教育学原理专业论文）学生学科认知结构的测量与诊断研究——以高二生物学科为例.pdf

学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 摘要 摘要：传统测验越来越满足不了社会的需求，认知诊断测验兴起，它以不同于 传统测验的形式服务于教育指导。从根本上来讲，认知诊断测验与传统测验不 同的是它能帮助人们进一步了解个体对某一特定领域知识的认知加工过程和特 点等方面的情况，而这些是传统测验所不能实现的。本研究主要是对学生的学 科认知结构进行测量与诊断，认知结构测量的方法采用的是相对于其他方法( 例 如路径分析法、概念构图法等等) 更容易实施的且测量项目更详细一些的“f i l l 一h t h e s t n i c t i l r e ”技术( 以下简称f i t s 技术) ，通过这一技术获得学生生物知识领 域中的认知结构，并将其与指导者的认知结构进行比较从而在f i t s 技术各项认 知结构测量指标上得出一系列结果。在这一系列的指标结果基础上，本研究首 先面向全体被试进行认知结构的诊断分析；其次进行了生物知识水平两极端组 的认知结构差异比较分析；接着又进行了男女学生认知结构差异比较分析。不 仅如此，为进一步了解f i t s 技术的认知结构诊断功能及其教育指导意义，本研 究选取了一个典型个案对其进行了详细的认知结构的诊断分析；最后分别通过 对f i t s 技术中的各项认知结构测量之间及其与学生平均生物成绩之间的相关分 析，探讨了各项认知结构测量项目之间的关系和效度。经过以上一系列的研究 发现，( 1 ) f i t s 技术确实是一个很有价值的认知结构测量与诊断方法，它能比传 统测验提供更多的教与学方面的信息，为因材施教指明方向；( 2 ) 大多数测量项 目之间有一定的独立性，这说明它们测量到的内容是不一样的；( 3 ) 有些认知结 构测量项目与传统测验显著相关，这说明f i t s 技术中那些能测量至4 学生有关生 物知识方面的测量项目是有效的；然而另一方面，f i t s 技术中也有些测量项目 与传统测量相关较低，这也正好从侧面反映了认知结构测量与诊断与传统测验 的不同之处。当然，目前开发出来的各种认知结构测量与诊断的方法各有优缺 点，f i t s 技术也不例外，但若是能将f i t s 技术与其它认知结构钡4 量与诊断方法 相结合起来的话，相信认知结构诊断| 景将会更好，这也是一个值得进一步研 究的问题。 关键词：生物认知诊断认知结构 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 a b s t r a c t c 蛐t e n t ：嘲i t i o n a lt e s sc a nn o ts a l i s 黟也e 唧i f 锄e n t 溉n c i e t y 越dc o g n i t i v e d i a g n o s i st e s t sw i l i c hs e n ，f o ri i l 蛐m c t i i l l av e f yd i 丘渤tw a y 缸眦m e 仃a d m o i l a lt 锚协i sb e i l l g t 量l cr i e s s e i i t i a l l ys p e a l 【i n g ，t l l cd i f r e 瑚c eb e t 、】v e e n t h e mi si l lt l l a tc 删吐v ed i a 弘o s i st t sh e l pu sl e 锄m o 地d b o u tt h ei n d i “d l m l i s 协 c 0 鲥吐v ep r o c e 鹞卸dc h a r t 喇s 位s ac e n a i nk n o m g ef i e l d t h er e s e 批hh e r c m a i n l ym e 蜘r e d 锄dd i a g n o s c ds t i l d 觚t s c o 鲥t i v es m l c t l l l 伪o fb i 0 1 0 9 yb y 啦i n g t h ef i l l h l - n l 争s n l l c t u r et c c h n 0 1 0 9 yw h i c hi sm o 他e 勰yt ob eo p 盯a t e d 彻 dm o 舱 d e t a i l e dt h 锄o l l l 盯m e m o ds u c h 鹋p a t h f i i l d c r 瓶a _ i y s i s ，c o n c 印tm a p p i l l g 锄d a f t 盯o b 蛐gt l l es m d t s c 0 鲥t i v es 饥l c t u r e so fb i o l o g yb yt l 地f r r st c c h n o 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e m i n d 印e i l d 锄tb e t w e e a c ho t h 既i ns o m ed e g r e e a i l dt t l i s s h o w c dt l l e yw e r e 2 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为倒 l i k e l yt oh a v em e a s u r e d m e t h i n gi nd i 任b r e n ta s p c c t s ( 3 ) s 鲫e “e n l so ft 1 1 e c 0 弘i t i v es t n l c m r cm e 勰u r 锄c i l tw e r cs i g n i f i c 卸t l yr e l a t e dt ot l l ea v e r a g eb i o l o 夥 p e r f b n n 黜e ，州c hs h o w e dt h c s cm e a 飘函n gi t 锄so f l h ef i t st e c l l l l i q u e 躺v a l i d w h j l eo t l l e ri t 锄ss h o w e dl o wc o n f i d e l l c eo fc o 玎e l a t i o nw i t ht l l ea v 嗍eb i o l o 黟 p c r f o 肌锄c e ，w l l i c h 托n e c t e d m ed i 仃e r c e sb c 铆e 吼1 1 l ec o 卿t i v cs 咖c n 雌 d i a 印o s i st e s t s 觚dt h e 仃a d i t i o n a lt c s t s o fc o u r s e ，a l lm em e m o d so fc o g n i t i v e s 仇l c t i l r cm e 硒i l r e m e n t 锄d d i a 朗o s i st i a si t s a d v 锄t a 皆眵锄dd i s a d v 勰t a g e s ，i n c l u d i n g t h ef i t st e c l l i l i q u c s oi f w ec 粗c 鲫b i l l en l ef i t st e c l l i l i q u ew i mo t h e rm e t h o d s ，i b e l i e v et l i ep r o s p e c to f c o g l l i t i v es 咖c t i l r em e 鹊u r e i i l 饥t 觚dd i a 孕l o s i sw i l lb eb e t t 瓯 m e 卸w l l i l et l l ec o m b i n a t i o ni sap r o b l 啪w o n haf 咖e rr c s e a r c h k e yw o r d s ：b i o l o 留；印i 伽em a g n o s i s ；g n i t i v es t l m c 恤r e ； 学生学科认知结构的测量与诊断研究一以高二生物学科为例 前言 传统测验能很好的为被试评定成绩，比较被试之间的差异从而决定其升级 或预测哪个被试将会在某一将来的活动中表现得好。但一般来说，传统测验并 不会提供为改进行为表现而应该去学习或被教给的有关特定知识内容的有用诊 断信息。也就是说传统的测量与评价与学生的学和老师的教相分离，忽视了测 量与评价对教育指导的促进作用。而且在传统的测量与评价测验中，四选一的 选择题型为被试作答提供了2 5 的猜测机会，特别是是非判断题其猜测率高达 5 0 ，因此很难肯定某学生是否真正掌握了某一知识，因此对于那些猜测答对的 同学，老师就很难察觉，因此就必然会使老师忽略对这些学生的补救教学。还 有，传统测验测查的都是某一学科知识领域中的零散知识，不能测量到学生头 脑中所形成的关于这一领域的知识结构，我们称之为学生在某一知识领域中的 认知结构，也不能测量到学生在某一特定知识领域中的知识变化情况，而且由 于在传统测量中学生的作答都是被动反应的形式，根本不能体现学生自己主动 去建构知识的过程。现代的测量已经由传统注重选择转向注重诊断了，因此， 现代测量与评价更加注重对教育指导的促进作用，对学生学业成绩的改进提供 更多有用的反馈信息。因为有很多现代测量方法是建立在认知科学的基础上， 因此外国学者通常称之为认知诊断。认知诊断是根据一定的认知模型进行的， 然而在认知诊断中有很多不同的模型如学生模型、概念网络模型( 也称语义网 络) 、属性模型等，在本研究中主要采取的是第二种认知诊断模型一一概念网络 模型。采取这一模型主要是基于以下几方面考虑的：1 ，认知心理学认为知识是 被组织的，是有结构的，这一点是不明而喻的。2 ，生物这一学科的学习中，对 一些基本概念原理的学习比较多，因此对这些概念和原理的理解对于成功学习 这门学科尤其重要，因此更适合用概念网络模型。同时这一模型又包括不同的 方法，在本研究中采用了f i t s 技术( f i l l h 1 t l l e s 仃眦t u r et e c h n i q u e ) ，有关内 容将在正文中详细介绍。 1 文献综述 1 1 认知诊断 1 1 1 认知诊断的源起 m i s l e v yr j 指出，到目前为止，整个统计测量理论的发展可以分为两大 阶段：标准测验理论阶段( s t 锄d a r ；dt e s tt l l e 0 呦和新一代测验理论( an 州 g c n e r a t i o no ft e s t ) 阶段。经典测验理论、概化理论、项目反应理论都属于标准 测验理论，它是在能力水平的研究范式下产生的。标准化测验理论将所测的心 l e v yr j f o 诎伽o fa 螂胤t l l 哪血n f 捌c f k 蜘啦i ( e d s ) 内tn l e o r y 细an e w 6 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 理特质视为一个心理学意义并不明确的“统计结构”，其目的在于从宏观的角度 从整体上去评价个体，在单维的、线性的、连续的度量系统上指定一个标示位 置的值”。通过这个值说明被试个体在他所属的某一群体当是处于一个什么样 的地位，且这个地位是相对于这个群体当中的其他被试个体而言，或将被试能 力水平与试题难度水平定义在同一量表上后，通过这个值考察被试个体的总体 能力水平。但这些对被试的评价都是建立在统计技术的基础上的，而且又是对 被试一个总体能力水平的考察，不能具体说明他( 她) 的情况。随着科学研究 及社会生活的发展，人们越来越不满足于只能得到个体的宏观层次的评价，人 们不仅要了解个体总的来说怎么样，还需要了解个体具体来说怎么样。特别是 在教育过程中，教师和学生都希望更多地了解学生所掌握的知识、概念及其结 构、形成的技能和策略等信息从而能够基于这些信息促进教与学“1 。而此时， 实质心理学尤其是认知心理学的发展，也给人们进一步了解人的内在的心理机 制提供了可能。因此在过去的二十年期间，外国大量的教育与心理测量方面的 相关研究者认为认知科学和心理测量应该相结合起来为教育提供服务他们批 评传统的测验( 如标准测验理论) 更加注重统计技术而不是被测量着的心理结 构。他们认为假如能给与一些有关且标和教育指导方法、心理结构方面的知识， 教育评价可能对学习更加具有诊断性，对教育指导能提供更多的信息”1 。认知 诊断测验涉及被试的作答过程和机制，想通过深入到被试作答的认知加工过程 以揭示不同被试的认知加工特点“1 。认知诊断测验从认知心理学的角度探讨被 试的知识掌握情况及诊断出其错误知识的心理来源，通过认知诊断测验能更加 细致地发现被试个体的知识缺陷。这就很好解决了为传统测验给被试贴个标签 后就无所作为的问题。但此时的度量系统已不是单维的而是多维的，不是线性 的连续的而是代表质的差异，是离散性的。m i s l e v yr 将这种研究视野称之为 认知水平的研究范式( c o g n i t i v el e v e lp a r a d i 鲫) ，其目的在于认知能力结构 和性状的诊断【s l 。 删m d o ft e 出1 9 9 3 ，h i l l d a l e ，n j ：l e a ( p p l 9 扣) i l 】藏书青戴海崎丁树良现代教育与心理测量学原理江西教育出版襁1 盼8 年1 2 月第3 0 7 页 f 2 1 戴海崎，周骏。刘声涛认知诊断两大基础研究及其发展述评，全国教育与心理统计测量学术年会 论文摘要- 中国教育学会教育统计量分会中国心理学会心理测量专业委员会编2 0 0 6 南京第5 页 啪 刘声涛，戴海崎，周骏新一代测验理论一一认知诊断理论的源起与特征心理学探新2 0 0 6 年第4 期第7 3 页 h p r e 缸ch ip a u fd n i c h o k s u 娜fc i i 呻r 0 b c nlb 煳锄c o 印“i v ed i 姆l o s 心 a s s e 鼹m t l 鲫n 廿l e 订b 删a 掰o c i a t e & i n c 1 9 9 5 ( p p i x l i 习刘声涛戴海崎，周骏新一代测验理论一一认知诊断理论的源起与特征心理学探新2 0 0 6 年第4 期 第7 3 页 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 1 ，2 认知诊断的定义、特征及意义 认知诊断是认知科学与心理测量学相结合起来为教育指导服务的应用产 物，是当今心理和教育测量学研究中一个受人关注的研究方向。国外在认知诊 断方面的应用研究很多，但并没有明确给出认知诊断这一概念的定义。我国有 关学者从两个层次对认知诊断进行了定义，一个是广义的认知诊断，即指建立 起观察分数和被试内部认知特征之间的关系；另一个是狭义的认知诊断，是指 在教育教学领域中按被试有没有掌握测验所测技能或特质来对被试加以分类 【“。c o r t e rje 指出传统测验和能实现诊断功能的测验有以下不同的特征。第 一，传统测验测量广泛的能力，而诊断测验测量特定的心理特质。传统测验将 测量对象视为“统计结构”，而诊断测验试图将这一“统计结构”进行分解，更 深入地探测内部的心理特质。第二，传统测验假设不同水平的技能连续性变化， 而认知诊断测验测量的特质可能是“全或无”。在传统测验中，所测量的能力在 一个连续性的量尺上变化，测验的目的是为了将所测能力在连续性量尺上定位。 在认知诊断测验中，所测量的特质如策略、技能等可能会呈有或无的状态。第 三，传统测验中技能是单维的或多维的；认知诊断测验中的技能的组成部分可 以是任何模式联系起来的。不同的被试或在不同的情境下可用不同的策略，技 能的组成部分存在时间的或逻辑的相依。第四，传统测验应用项目一致性的几 何模型；认知诊断测验中项目一致性的离散性特征模型是合适的。认知诊断所 测量的特质之间不仅存在量的差异更存在质的差异，因此需要离散性特征模型 1 2 1 。 认知诊断是当代测验发展的新追求，对实现测验的发展性功能和提高测验 的内容效度有重大意义。当前认知诊断主要应用于两个领域，一是知识领域， 一是一般智力领域。前者的主要目的是为教育与决策提供丰富的信息；后者的 主要目的是心理学理论的构建与实现阱。认知诊断有利于有意义学习及因材施 教的实现，有利于人员测评领域中的用人决策及培训计划的制定。 1 1 3 认知诊断模型 i l l 戴海崎，周骏，刘声涛认知诊断两大基础研究及其发展述评全国教育与心理统计测量学术年会论 文摘要中国教育学会教育统计量分会中国心理学会心理测量专业委员会编，2 0 0 6 南京第5 页 田 j 印瞄b u s 啦c i u s n gt i c n l o dl o 唧l 懈t l l e 咖c t u f eo fd i 哪o s i i ct e s t s hp 钏lnn j c h 幽 s u s 锄ea l i p r 瑚皿r 炯lb 嘲柚( b 印i “v c “a g n o 砒i ca s $ 髂s 响lk m 代n e b a l 蛐a s c i 砷格h l c 1 9 9 5 ( p p 3 0 7 ) 1 3 l 藏海崎，周骏，刘声涛认知诊断两大基础研究及其发展述评全国教育与心理统计测量学术年会论 文摘要冲国教育学会教育统计量分会中国心理学会心理测量专业委员会编2 0 0 6 南京第5 页 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 认知诊断其两大基础理念下涵盖着一系列新的统计模型，国外有研究者统 计，到2 0 0 2 年为止，至少已有1 4 种认知诊断模型被开发并被用于认知诊断。 这些模型大概分为以下三大类，一是学生模型，二是概念网络模型 8 7 6 5 哟，且经过平均数差异显著性检验( 详细请见表2 3 ) 发现：学生在 填补结构任务图中的上面两个层次上的平均正确填空水平在仅卸0 1 水平上显著 高于在下面两个层次上的平均正确填空水平( 两1 9 8 ；s i g ：0 0 0 ) ，而一般认知结构 中的上层是更加抽象的一般概念，越靠底层的概念一般都是具体的概念，因此 建议指导者在帮学生复习生物知识时多注意一下具体的生物概念知识。( 3 ) 从微 观层次上来看，学生在第2 个层次上的正确填空率最高( 9 6 1 2 ) ，其次是第一层 ( 9 4 5 0 ) ，再次是第3 层( 9 1 1 7 哟，在第4 层上的正确填空率最低( 8 4 1 4 ) 。且经 过平均数差异显著性检验( 表2 3 ) 发现：学生对第4 层的概念知识的平均掌握水 平显著低于对上面三层概念知识的平均掌握水平( 鄙4 7 6 ；s i g = o o o & 御9 6 8 ；s i g = 0 0 0 & 仁5 6 2 4 ；s i g = 。o o o ) ，第2 层与第3 层之间的平均掌握水平差异 也是显著( 日6 0 9 ；s i g = 0 0 0 ) 。因此可以建议指导者重点加强学生在第4 层所涉及 的生物概念知识的学习。此外，有关概念缺失情况的数据统计几乎为o ，而概 念干扰错误还是在一定程度上存在的，图2 1 显示了学生分别在几个干扰概念 上犯错的百分比。 2 、学生填补结构任务图的次序分析：填补结构任务图中总共有3 0 个空， 相应地，填补结构任务图时的次序也就是从l 到3 0 为止，概念被填补次序接近 1 则认为次序越高。表2 1 中显示了学生在各个层次上的平均填空次序，依据在 上一章的第二节的第三部分内容当中的提到的理论即学生填写结构的次序可被 用来推断学生认知结构与易于进入( c 嚣s ) 的概念之间的联系，结合表2 一i 中实 际的数据分析结果表明：( 1 ) 第2 层中需要填补的空格的相关概念相对于其他三 层来说更加容易进入学生的认知结构当中，据此也可以推断出学生大脑在受填 补结构任务图刺激时其长时记忆当中对这些概念的提取速度比其他层次的要快 一些。且经过平均数差异显著性检验( 表2 3 ) ，第2 层的平均填空次序显著高于 其他三个层次的，同时也表明学生大脑在受填补结构任务图刺激时其长时记忆 当中对第2 层的相关填补概念提取速度明显快于对其他三个层次的相关填补概 念的提取。( 2 ) 表2 1 中显示的水平维度的认知方向测量值( 记为t 1 ) 为正的：t 1 = 层 ( 3 + 4 ) 一( 1 + 2 ) 产( 1 5 ，7 蚪1 6 5 4 h 1 3 8 8 + 1 3 o l 产5 4 5 。这个值表明上两个水平层次 的平均次序要比底下两个水平层次的平均次序要小，这意味着学生们普遍是从 上到下的方向填补结构任务图的，说明他们一般是以这样一种方式形成指导者 认知结构的。同样，也说明学生在填补结构任务图时长时记忆中对上面层次中 抽象的、更一般性的相关填补概念的提取比对下面这些层次中更加具体的相关 学生学科认知结构的测量与诊断研究一以高二生物学科为例 填补概念的提取更快一些。表2 3 中对各个水平层次的平均次序之间的差异显 著性检验的结果表明学生填写填补结构任务图上面两个水平层次的平均次序分 别显著水于下面两个水平层次，更进一步说，也就是指学生一般对一般概念的 提取速度明显要比对具体概念的提取快。( 3 ) 从垂直的维度来看，表2 一l 中显示 的垂直维度的认知方向测量值( 记为t 2 ) 为负的：t 2 = 右 l + 2 + 3 ) - 左( 1 + 2 + 3 ) = ( 1 9 2 2 + 1 3 9 7 + 1 1 2 6 h1 8 0 6 + 1 7 9 4 + 1 5 4 9 产7 0 4 。学生一般是从右到左的方向来形成 其指导者认知结构，因此，也反映出学生的长时记忆中对右边的相关填补概念 的提取要比对左边的更快，对右边的相关概念知识及其关系的掌握要比左边的 更熟练一些。( 4 ) 对填补结构任务图中各个主要组块的平均填写次序之间的差异 显著性检验的结果( 详细请见表2 3 ) 显示大多数的平均数差异是显著的，这暗含 着平均填写次序差异显著的这些主要组块所对应的相关填补概念之间进入到结 构当中的容易度差异也是显著的；而左边第1 个组块与左边第2 个组块、左边 第1 个组块与右边第1 个组块、左边第2 个组块与右边第1 个组块及左边第3 个组块与右边第2 个组块之间的平均次序差异不显著。从更加宏观的角度来看， 表2 3 中的结果也显示了学生在结构左半部分的平均填空次序显著小于右半部 分的( t = 3 1 2 3 ；s i g - 0 0 2 ) 。 以上各项测量值的计算是建立在全部被填入的概念的基础之上的，但下面 的一系列各项错误测量值的计算则不是，它们的计算是在排除被填入的干扰概 念的基础之上进行的，这样就能使得分析集中关注原始概念的结构中的位置从 而能更好的探清各种错误。 表2 4 ：各项错误测量的平均数与标准差 平均数标准差 1 、错误率 7 0 67 6 7 4 2 、错误放置 重放距离 2 8 7 2 ，4 6 其机遇水平 3 5 42 5 4 组块间内 0 6 9o 9 l 其机遇水平 2 22 9 层级间内 o 6 lo 8 2 其机遇水平 1 0 7 1 7 2 平均绝对偏差 0 3 1o 4 其机遇水平 o 8 9o 3 5 3 、错误关系 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 父子关系 a 关系完整9 2 3 7 1 1 4 6 b 仅层次关系o 5 5 2 7 7 c 仅语义联系 1 2 5 4 0 5 d 无任何关系5 8 3 l o 0 9 兄弟关系 a 关系完整7 7 1 0 1 8 3 7 b 仅层次关系o 4 9 2 2 8 c 无任何关系 2 2 4 1 1 7 7 3 表2 - 5 ：各项错误测量之间的相关分析 n c d r r e i a t i o n 8 - g pa i r1 重z 日g 色高& 重n 赋皂器翦l 遇水平 钮3 + 8 2 d a o p a f 2 组块间，内错误& 组块 闺肉错误的机遇水平 a 37 9 2o 口0 p a i r 3 层i ：豳闺内错误& 层缀 闽雌寄误的机遇水平 1 8 37 7 3 a p a 狰4平均绝对偏差& 平均绝 对偏差的机遇水平 1 日7 1 ，8 叨 p a i f 5 仅层改关系e 父子 墨 仅语义联系( 父子， d 3- 0 8 25 3 3 p a i f 8关系完整( 父子) & 关 系完整( 兄弟) ，口33 8 20 p 鲥r 7无任何关系( 父子，& 无任何关系( 兄弟 2 9 43 p a f b仅语义联系( 父子) & 仅语义联系( 兄弟) 8 34 3 日d 表2 6 ：各项错误测量之间的平均数差异显著性检验 d m 售r 朗1 c e 8 碡e a nt d f s i 口， p 新1亘玫跑高一里欢距高召l 墁 水平 - 8 7 3 1 84 5 9 2 d 2 。0 p b | r 2 组块闻内错误组块闻 内错误的机遇水平 5 0 3 5 d6 7 6 9 1 0 2 o o o p a ”3 层级闺内错误层级间 内错误韵机遇水平 - 。8 引m- 3 8 8 7t 0 2口口a p a ”4 平均绝对偏差平均绝对 偏差的机遇水平 一5 日3 日日s 7 9 5 n 2a 口a p a j r 5 仅层故关系( 父子一仅 语义联系( 父子 ，0 0 8 9 31 3 9 3，0 2，8 7 p a i r b 关系完整( 父子- 关系 完整( 兄弟， 1 5 2 b 日8 ，e 3 2 口2a p a 7 无任何关系( 父子无 任何关系( 兄弟) - 8 5 8 6g 5 毒20 2垂0 口 p a ”8 仅语义联系( 父子，仅 语义联系( 兄弟) ，d a 7 6 32 ，0 5 0 2d 3 8 3 、一般错误放置分析：( 1 ) 表2 4 中的错误率并不是相对前面所提到的全部 正确率而言的，它是排除了被填入的干扰概念之后的错误率，因此其值要比相 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 对于全部正确率而言的错误率的值更小。排除被填入的干扰概念之后的错误率 反映了原始概念被错误放置的概率，为7 0 6 ，说明学生错误放置原始概念的概 率是相当小的，同时也反映了一般学生们还是较好掌握了这些基本的生物概念 知识及其之间关系。( 2 ) 重放距离值反映了学生错误放置原始概念的一般程度， 表2 - 4 的分析结果显示学生的平均重放距离值小于其平均机遇水平值( 2 8 7 3 5 4 ) ， 且经过平均数差异显著性检验( 表2 6 ) 发现学生们的原始概念平均重放距离与其 相应的机遇水平之间差异显著( 卢4 5 9 2 ；s i g = o o o ) ，这表明被错误放置的原始概念 并不是被任意放置的，而是倾向于靠近它f 】在指导者结构中的层级上的位置来 被放置的。 4 、水平错误放置分析：对这种错误类型的分析主要是通过组间错误个数比 上组内错误个数这一指标来反映情况的，表2 4 显示学生在这一指标上的平均值 为6 9 ，小于机遇水平( 2 2 0 ) ，且经过平均数差异显著性检验，结果表明学生的组 间错误与组内错误之间的平均比值与其平均机遇水平值差异显著( 产- 6 7 6 9 ；s 远 = 0 0 ，这说明当学生错误放置一个概念时，他们一般把错误位置局限在与这一 概念正确位置相同的主要组块内，同时也表明了他们关于这些概念的结构关系 的一般知识。 5 、垂直错误放置分析：这类错误分析包括两个方面，一是通过水平问与水 平内错误之间的比率值来考察是否存垂直错误放置；二是通过绝对偏差这个指 标来考察这一错误放置的程序如何。表2 4 显示水平间与水平内错误之间的比 值为6 1 ，低于其机遇水平值( 1 0 7 ) ，且经过平均数差异显著性检验( 表2 5 ) ， 结果表明水平问与水平内错误之间的比值显著低于其机遇水平值( 3 8 8 7 ；s i g ：o o o ) ，因此，学生结构与指导者结构之间的层级差异性并不显著，他 们还是了解概念的集中性( c 朗仃a l i t yo f c o n c e p t s ) 。另一方面，学生垂直错误放置 概念的平均绝对偏差值为3 l ，显著低于其平均机遇水平值( 8 9 ) ( 净 5 7 9 5 ；s i 萨o o o ) 。这表明学生对原始概念的垂直错放的程度不高，具体来说，就 是大多数的垂直错放局限在邻近的层次水平上。 6 、错误关系分析：这类错误分析主要是想了解学生对那些具有父子关系或 兄弟关系的两个概念之间关系的理解情况。( 1 ) 父子关系：根据指导者结构，填 补结构任务图中总共考察了7 对具有父子关系的概念对，同时f n s 技术主要是 从以下四个方面来考察了学生对这些概念对的关系理解情况。保持完整关系： 表2 4 显示平均有9 2 3 7 的父子关系概念对被保持着完整关系，也就是说有 9 2 3 7 的具父子关系的概念对被学生放在了正确的位置。仅层次关系：表2 - 4 显示平均有o 5 5 的具父子关系的概念对被学生错误放置但仍然保持了它们之 自j 的层次关系，即作为父的这个概念或作为子的这个概念可能被错误放置到它 学生学科认知结构的测量与诊断研究一以高二生物学科为例 的兄弟位置上了。仅语义联系：表2 4 显示平均有1 2 5 的具父子关系的概 念对被学生错误放置但仅保持其语义联系，即具父子关系的概念对被学生错误 放置为兄弟关系了。综观两种情况的数据统计，学生对具父子关系的概念 对关系存在的不全理解更多的是倾向于语义联系的缺乏。尽管如此，这两种不 健全理解的方式仍然表明学生在一定程度上是知道它们之间有关系。无任何 关系：表2 - 4 显示平均有5 ，8 3 具父子关系的概念对被学生理解为不具任何关 系，也就是说5 8 3 具有父子关系概念对被学生分开错放在了结构中的不同部 分，这表明了学生既不知道这些概念对之间的层次关系，也不知道它们之间的 语义联系。总而言之，具父子关系概念对中被学生理解不全的或完全不理解的 概念对所占的比例很少，说明学生还是较好地掌握了这些概念之间的关系。( 2 ) 兄弟关系：根据指导者结构，填补结构任务图一共考察了学生1 2 对具兄弟关系 的概念对，同时f r r s 技术主要是从以下三个方面来考察了学生对这些概念对的 关系理解情况。保持完整关系：表2 - 4 显示平均有7 7 1 的具兄弟关系的概 念对被学生保持着完整关系，也就是说这些概念被学生放置到正确的位置上了k 仅语义联系：表2 - 4 显示平均有o 4 9 的具兄弟关系的概念对被学生仅保持 着语义上的联系，也就是说平均有o 4 9 的具兄弟关系的概念对被学生错误地 将它们作为父子关系来放置了。无任何关系：表2 - 4 显示平均有2 2 4 1 具兄 弟关系的概念对被学生理解为不具任何关系，也即有这么多具有兄弟关系的概 念对被学生分开错放在了结构中的不同部分。总的说来，学生还是能正确理解 大多数具兄弟关系的两个概念间的关系，但对父子与兄弟两种关系之间关系完 整和无任何关系两方面的平均数差异显著性检验结果显示；学生对具父子关系 的两个概念之间关系的理解明显胜过对那些具兄弟关系的两个概念间关系的理 解( 扛8 8 3 2 ；s i g = 0 0 0 & 辟- 9 5 4 2 ；s i g = o o o ) 。从这一点来看，指导者加强学生对那 些兄弟关系概念对理解的补救学习是很有必要。 2 4 2 生物知识水平两极端组的认知结构差异比较分析 本研究是用学生在开始学习生物知识以来参加的几次生物考试的平均成绩 的高低来界定学生生物知识水平高低。由于样本容量大，所以分别选取平均成 绩排在最前和最后的2 8 名学生作为高低水平两个组来考察他们在各种认知测量 项目上的差异情况。在进行高低水平组在各测量项目上的差异比较分析之前说 明几个情况：l 、本节各表格中各种认知结构测量项目的平均数差异值( m e a n d i f f e r e n c e ) 是由高水平组在这些认知结构测量项目上的平均得分减去低水平 组的平均得分。2 、在进行两独立样本的平均数差异显著性检验前要进行方差齐 性检验，检验统计量在表格中是用符号f 表示，s i g 则表示这一统计量值的相伴 概率，与平均数差异显著性检验当中的s i g 的作用一样，都是用来判断原假设 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 事件是否是小概率事件。方差是否齐性影响平均数差异显著性检验统计量的计 算，因此本节各表格中会同时出现两个t 值以供选择参考。 表2 - 7 ：高低水平两组在特定测量项目方差齐性检验 m e 昌n f 8 i g t酐 8 i g d l 仃e r e 九c e 层1 止镛怍罾毕万爱丹怔1 4 日7 3，a 0 1 7 7 25 id 日2+ d 5 9 5 2 方差非扦| 生7 7 23 5d 8 5b 5 9 5 2 层址确作答翠方差齐性9 9 2 2。d d 31 4 7 35 41 4 b0 3 5 7 1 方差非齐挂1 4 7 33 74 90 3 5 7 层耻确作答翠万羞开性2 31 2 b2 7 5 85 0 0 日0 7 5 d d 方差非卉| 生2 7 5 05 10 0 80 7 5 0 d 甚址确作答翠方差再性 3 4 45 8 015 5 55 4 2 6d 7 3 方差j e 弃陛 ，5 5 55 81 2 60 7 1 3 1 层1 2 止确作答翠方羞再性 2 7 1 211 7 3 15 40 b g口4 7 6 2 方差非弃性 17 3 13 5d 9 20 毒7 8 2 蒜3 4 止礴辉答翠方差齐性。日0 6 3 7 31 3 3 65 41 8 7 0 5 5 5 5 方差非齐往1 3 3 61 5 8 b0 5 5 8 5 仝酯止确作学翠万爱齐性3 7 d5 艏3 1 2 a5 4肋3d 7 7 3 日 方差非弃性3 1 2 d4 7a 0 3d 7 7 3 b 概怠映失个数方差再性01 a d 00 0 05 i1 a oa 0 0 0 0 方羞非齐性0 0 as 40 00 0 d 0 0 概念十扰蔽万菱再性5 2 24 7 3一 1 8 75 42 年o- 3 2 1 t 3 方差非卉眭 1 8 75 42 4 a3 2 1 4 3 表2 7 中显示的结果表明生物知识水平高低两组被试的平均正确作答率差 异( 0 7 7 3 8 ) 显著( t = 3 1 2 0 ：s i g = 0 0 3 ) ，同时表中更具体的分析结果表明高低水 平两组被试分别在认知结构第3 层上的平均正确作答率差异( 0 7 5 0 0 ) 显著 ( t - 2 7 5 0 ：s i g = 0 0 8 ) ，而在其他层次上的平均正确作答率之阀的差异不显著， 这说明高水平组对这一层上的相关知识的掌握明显优于低水平组。据此，可以 建议指导者针对生物水平低的学生对第3 层次的相关生物概念知识进行巩固学 习。由于学生几乎不存在概念缺失的情况，因此也就无法对此作进一步的分析。 从表2 7 中显示的结果看出：生物知识水平高低两组被试在概念干扰上存在的 差异并不显著( t 一1 1 8 7 ：s i g = 2 4 0 ) 。 学生学科认知结构的测量与诊断研究以高二生物学科为例 表2 8 ：高低水平两组在特定测量项目方差齐性检验 ，6 f “一 m e a n 、 f 鞘g td f s i 口。d i 仟e f e n c e 缢1 警均次纾力茬并在5 3 04 7 0一1 1 7 2 5 42 4 61 3 1 0 3 6 5 方差菲齐蛙1 7 25 42 4 6 1 3 1 0 3 8 层2 平均次痒方羞莠陛1 4 17 0 9一6 9 ，5 44 9 3一8 5 0 0 0 方差j # 并性6 9 15 4 4 9 38 5 0 0 0 菇3 平均次序方差齐性：。1 3 7，7 1 35 9 95 4 5 s 23 0 3 5 7 方差非齐性5 9 9s 4 5 5 23 0 3 耵 层4 平均谈序方羞齐往 9 8 33 2 68 3 5 4 4 o8 0 3 s 7 方差j # 齐性8 3 15 3霹1 06 0 3 5 7 屡2 平均次謦方差弃健+ ，0 0 29 6 91 0 2 55 41 9 。9 8 0 1 8 方嫠 # 弃缝1 3 2 55 4 。，搪 一。9 8 0 8 。层3 嘻平均次序方麓齐惶。j 。4 9 82 2 71 5 1 75 4伯5。4 5 3 s 7