学习评价的新方法——流程图法的原理、实施及优势

周 青，闫 春 更

(1 陕西师范大学 化学化工学院，陕西 西安 710062；2 西北工业大学 教师教学发展中心，陕西 西安 710072)



学习评价的新方法
——流程图法的原理、实施及优势

周 青1，闫 春 更2

(1 陕西师范大学 化学化工学院，陕西 西安 710062；2 西北工业大学 教师教学发展中心，陕西 西安 710072)

对学习者认知结构的探查是学生学习评价的重要方式。作为新的认知结构测查工具，流程图法克服了其他认知结构测查工具对定量化数据获取困难及对被试限制过多等缺点，通过访谈录音、文本转录、流程图绘制、信息加工分析等步骤，提供了广度、丰富度、整合度、信息检索率等认知结构的量化指标及图形化表征。其优势体现在：增强教学评价的证据支持、促进前概念研究与概念教学、提高学习者元认知能力、促进教师对课程与教学关系的认识等。

学习评价；流程图法；认知结构 ；信息加工

“以学定教”的教育理念已经逐渐被广大教师所认同和接受，教师实现“以学定教”的手段通常是经验判断或纸笔测验，这固然能反映学习者可能存在的学习问题，但其有效性在很大程度上受限于教师经验的丰富程度以及纸笔测验试题本身的编制质量。即便如此，纸笔测验所能反映的学习问题仍然是有限的。“我国教育评价领域对学生学习结果的实证研究太少”，在一定程度上“制约了课程改革的有效实施。”[1]因此，对学生学习的多元评价在教育领域受到越来越多的重视。

当前科学教育领域对学习者认知结构的有效探查成为学习评价多元化的重要突破口。认知心理学从学习者认知发展的角度提出了学习者构建合理认知结构的意义，认为这是形成学习能力的基本前提，是实现终身学习与全面发展的核心基础。基于对学生认知结构的诊断，教师将能更有针对性地组织学习材料、设计教学活动、实施教育测量和完善教育评价，最终促进其认知结构的良性“生长”，帮助学生实现有意义学习，实现学习潜能的开发。

目前，常见的认知结构测查方法包括概念图、树状图、词语联想等。这些方法在对学习者记忆中的信息提取、转化、计算、结果表征等方面各具优势，但或是由于测量实施的困难(如概念图测查一般需要经过相对严格的操作培训)，或是由于定量数据获取的困难(如树状图、词语联想方法中的复杂矩阵计算)，又或是由于信息提取的局限性(如概念图法测查时对被试思维的限制性)等原因，导致这些方法的实际应用受到了一定的限制。基于对上述局限的突破，安德森(O. Roger. Anderson)等人依据“神经科学和认知心理学的相关研究成果，开发出测量认知结构的新工具——流程图法(以下简称)，”[2]近年来已经在生物教育、物理教育、化学教育以及社会科学研究等领域获得了较多应用[3-11]。该方法克服了其他测量方法对被试的过多限制，能够让被试在相对自由的环境中完成访谈，再经由信息的转录、评价指标的确立、信息加工分析等过程，实现了对学习者认知重组过程及其在特定知识领域中采取的信息加工策略的评价，在提供更丰富有力的数据指标的同时，增强了认知结构测量的可行性和便捷性。

一、认知结构内涵及其测量概述

(一)认知结构的基本内涵

认知结构通常又被认为是知识结构或结构化的知识，也被认为是存在于个体头脑中的事实、概念、命题、理论等的组织方式，施瓦森(Shavelson)则更为明确地指出：“认知结构是代表学习者长期记忆中的各个概念之间联系的一个假想构念。”基于上述认识，学习将是一个认知结构重组的过程，而教学相应被视作教师采取有效措施间接地影响学生记忆中的认知结构，并努力实现学生的认知结构与学习材料所隐含的知识结构尽可能一致的过程。

然而无论是知识结构还是结构化的知识，在学习者头脑中的已有认知结构总是影响着个体对新信息的获取，其具体途径则是经由一系列图式来实现的。所谓图式即是指物体、事件或命题被理解或认识所需的一系列相关属性的集合。例如，关于“铅笔”的图式即包括一系列属性，诸如它的形状、功能以及它作为书写工具时需要不时地切削等。按照希尔(Seel)等人的观点，“学习者对新信息的吸收主要是通过对头脑中现存图式的激活来实现的，换言之，学习者是使用现存图式来感知新信息的。”[12]如果新信息不能与现存图式很好地匹配，图式将经历纳入(accretion)、协调(tuning)或重组(reorganization)三种方式来实现个体对新信息的适应性理解。

借助于图式所提供的框架，学习者将相关信息中的不同组分进行相互联系而形成一个概念单元。关于概念单元重要属性的陈述、概念用途、概念选择与使用的原则也是构成图式的重要组分。概念之间经过组织加工并形成具有一定关联的语义网络结构，可作为学习者认知结构的表征。这些结构化的网络一般通过节点以及连接节点的链接来表现学习者通过这一网络所获得的知识。当学习者创造了新的节点并将其与其他已有节点相联系时学习便发生了，可见，新的认知结构是在先前认知结构的基础之上“生长”起来的。

库伯(Koubek)等人基于知识结构的属性做了如下扩充：“特定领域内知识的主体是由要素、概念、程序之间相互联系组织而成的”。给定领域中的“要素”不仅涉及概念、事实等陈述性信息，也涉及“如何去做”的程序性信息，这些要素之间相互联系即形成了个体的知识结构。因此，认知结构将不仅仅是陈述性知识的存储，而更是一种概念化的知识。通过概念之间的相互联系，概念化的知识将被应用于特定领域中的问题解决过程，并最终形成程序性知识。

综上，不同学者从不同角度对认知结构做出多种解释和说明，虽尚无完全统一的认识，但已存在一些基本共识：第一，认知结构影响新信息的理解、整合，影响解决特定领域问题的能力形成过程；第二，认知结构与学习材料的知识结构存在重要联系；第三，认知结构主要涉及概念及概念间的多重联系，并具有网络化特征。

(二)常见测量方法

迄今，研究者已经开发出一些能够表征个体认知结构的测量方法，最常见的有四种：自由词语联想、受控词语联想、树状图、概念图。

1.自由词语联想

该方法要求在没有时间限制的情形下，针对某一特定知识领域由测试者提出一个主要概念(待测概念)，让被试尽可能多地自由地在纸上写下与此相关的其他概念。在完成初次测试之后，被试还要重复上述自由词语联想任务9次。最终研究者对10次结果进行统计，得出各个相关概念出现(被试提及)的频率。按照语义相似度，研究者再对各个概念之间的语义距离进行矩阵计算，最终绘制出各个概念之间的联系图谱。

2.受控词语联想

该方法同样要求测试者提出一个待测概念，但同时限制了被试联想的空间和时间。所谓限制的空间是指被试将被要求考虑各个相关概念与待测概念之间联系的紧密程度，按照紧密度由大到小依次排列；所谓限制的时间是指针对每一个待测概念的联想时间一般不能超过一分钟。与自由词语联想相比，虽然同样要用到矩阵计算，但受控词语联想在赋值中将考虑各个联想词“重要性”(即紧密程度)的价值。

3.树状图

树状图是概念图绘制的原型。该方法要求被试依据给定的概念列表，从一个概念开始写出与其相关的另一个概念，依次进行下去。与概念图类似，树状图中也要标明每对概念之间联系的紧密程度以及概念之间的等级属性。为了获得树状图中各个概念之间的内在联系仍要进行复杂的矩阵计算。

4.概念图

两个概念加上二者之间的联系即可形成一个命题，而一个命题即是组成概念图的最小单元。严格按照绘制规则得到的概念图不仅能表明概念之间的相关关系，同时也能表明概念之间的层级关系。概念图的绘制需要被试对特定领域内的概念进行整合，并有层次地呈现各个概念。由于绘制的过程受到一些原则的限制，被试必须考虑各个概念之间包含与被包含的关系，所以这一方法得到的结果有可能并不是被试最真实的认知结构。迄今为止，国内外研究已经充分表明：概念图除了作为认知结构测量之外，已经被更多地应用于实际的教学过程。

从测量过程与结果来看,四种测量方法各具优势也各有局限。如自由词语联想、受控词语联想、树状图法的定量数据均需要借助专门的计算机软件进行复杂的矩阵计算方可获得；概念图虽然可以获得被认知结构的可视化图形，但却需要花费大量时间对被试进行绘图的前期培训，且容易使最终结果存在偏见。

1993年安德森(Anderson)和迪米特里厄斯(Demetrius)测查学生在科学学习中的认知结构时，以学习者对人体消化系统的学习为例首次提出了Flow Map(流程图法)。该方法通过访谈录音的方式获取被试对特定领域知识的言语表述，借助关系连接符将其转化成能表示信息输出的线性顺序及其内在关联的图形，以此作为个体在特定领域中认知结构的形式表征。

二、流程图法的理论基础

神经科学的相关研究表明：个体在回忆时不光是简单地读取存储在记忆中的信息，而是一个信息的重组与加工的过程。建构主义支持者与信息加工研究者相应地认为：记忆时对信息的编码经历动态的信息建构过程，回忆时对信息的提取则应类似地经历动态的信息重组过程。记忆中的信息建构与回忆中的信息重组过程的理论模型如图1所示。图1左侧为记忆过程：个体通过一定的环境或语境线索感知到信息来源中的相关信息(同时滤除无关信息)，并将这些信息与记忆中已有信息进行动态的整合(双向箭头表明)以实现信息的建构过程(Construction)，最终将信息以一定的形式和结构储存在长期记忆之中。图1右侧为回忆过程：环境中伴随回忆任务的语境线索与储存在记忆中的信息相互作用(双向箭头表明)以实现信息的重组过程(Reconstruction)，“动态地影响着哪些信息将被激活，又将如何重组以及在表述(信息输出)中呈现怎样的顺序。”[2]

认知心理学研究者进一步认为，如果在回忆时确实存在信息碎片的重组，那么这些碎片应该是在长期记忆中的图式中相互联系的，并且可以按照回忆任务(问题)的要求而形成一定的结构形式。据此，不难明确认知结构的测量必然经历被试对记忆中信息的回忆过程，而以言语表述形式呈现的回忆结果又必然受到回忆语境(即回答怎样的问题)的影响，故测量时必须以介入(干扰)最小的方式提取被试头脑中的相关信息。

存储在记忆中的信息之间建立了复杂的多重联系，但交流中的言语表述显然无法全方位地、一体化地呈现这些联系，其信息的输出往往表现为一定的线性(顺序)结构。上述线性结构则可看作一种信息组织的序列模式，该模式能提供一系列用于信息重组的顺序标志或指针，帮助个体在复杂的图式中将网络结构化的信息转化(简化)为线性结构化的信息以完成信息检索。这样一种顺序控制模式为信息的检索和输出提供了一个有效的模版，提高了信息访问的效率，使得交流时信息能够有序呈现。这就如同科学实验方案的制定与呈现过程一样，虽然在实验方案的制定中决策者要依据各种复杂的影响因素综合地做出计划，但最终的呈现形式往往是嵌套在一定的线性化的标准格式之中，如化学实验方案的设计一般要经历实验目的、实验原理、实验装置与试剂、实验步骤与操作、实验结果与讨论等线性过程。

以往研究者设计的大多数测查认知结构的工具，虽然可以表现概念或信息间的多重联系，但无法描述被试信息输出时的即时顺序，即无法探查其线性结构。而流程图法的设计很好地弥补了这一缺陷。它主要针对被试的某一特定知识领域提出非提示的引导性问题，唤起被试对相关知识的回忆，并对被试回答的整个过程进行录音，完成信息的提取。绘图阶段则是将录音中被试的言语表述划分成一组相互独立的陈述语句，并按照出现的先后顺序依次排列，再用关系连接符(顺序连接符和再现连接符)标注出各个陈述语句间的关系并形成流程图。其中顺序连接符用以呈现被试在信息输出时的即时顺序，而再现连接符则通过对“概念再现”关系的标记很好地表示了概念间的相互联系。

图1 记忆中信息建构与回忆中信息重组动态过程的理论模型

三、流程图法的实施步骤

1.信息提取(访谈录音)

流程图法测查认知结构首先需要获取存储在被试长期记忆中的某一特定知识领域的信息组织情况。一般采取访谈录音的形式，被试依据研究者提出的三个引导性问题唤起对该领域知识的回忆并做出陈述。遵循对被试的回忆过程“介入最少”的原则，问题一般按照如下方式设计：

a.关于×，你认为有哪些重要的知识点或概念？

b.能否将你上述所说的知识点或概念描述得更详细(具体)一些？

c.能否告诉我上述知识点或概念之间有何联系(关系)？

上述三个问题均是非提示的引导性问题，问题a是关于某领域知识的最主要的概念或知识点的信息的了解，问题b可以发掘出在这些主要信息背后隐藏的细节认识，问题c则是为了引导出被试对这些信息之间更多相互关系的认识。但由于初次录音时被试可能因为各种不可控因素出现信息的遗漏或表述不准确的现象，为了获得尽可能详细、准确的信息，一般要在初次录音之后使用“后设听力法”进行校正。后设听力校正的过程为：在初次录音之后，研究者重放录音给被试听，以帮助被试找出自己初次叙述时遗漏或不准确的信息，并随时暂停，留给被试一定时间进行补充或修正。第二次补充和修正的内容也会以录音形式被记录下来，与第一次录音合并作为绘制流程图的原始材料(并在流程图中进行标记以和第一次录音内容相区别)。

2.流程图绘制(语句划分与连接)

依据访谈录音结果绘制流程图三个关键步骤为：独立陈述语句的判定、顺序连接符的添加、再现连接符的标注。首先将录音中被试的表述转化成文本，并依据一定的原则划分为一组独立的陈述语句。其次，将各个陈述语句按照时间先后顺序自上而下依次排列，相邻语句之间用一个顺序连接符表明前后关系。最后，当前期陈述中的概念在后期陈述中再现一次时，用一个由后期陈述指向前期陈述的再现连接符表明两者之间的联系。

图2 学生甲认知结构的流程图

图3 学生乙认知结构的流程图

图2、3是蔡今中“对某地区小学生在生物繁殖知识领域内认知结构的测查时，得到的学生甲和学生乙的认知结构流程图。”[3]图2呈现了学生甲的认知结构流程图，分析可见，该学生先后由植物的繁殖谈到动物的繁殖，共出现了5个独立陈述语句，前后关系已由顺序连接符标志。分析各个陈述之间的相互联系，即寻找“再现概念”可以发现，陈述1中的“用种子来进行繁殖”“用茎来进行繁殖”“植物的繁殖”等三组概念分别在后续的陈述2、3、4中再现一次，因此出现了三个分别由陈述2、3、4指向陈述1的再现连接符。同理，图3学生乙陈述1中的概念“用种子繁殖”“用茎繁殖”“用根繁殖”分别在陈述2中再现1次，故有三个由陈述2指向陈述1的再现连接符。陈述3中“卵生”“胎生”“卵胎生”三个概念分别在陈述5中再现1次，前二者又分别在陈述6中再现1次，因此将会出现3个由陈述5指向陈述3的再现连接符以及2个由陈述6指向陈述3的再现连接符。

除了上述三个关键步骤之外，在流程图绘制中一般还要考虑以下要素。第一，应该注明被试所有陈述所用的时间，这将可作为分析其信息检索效率的数据之一(注意后置听力阶段时间的计算应该扣除被试纯粹听录音回放的时间)。第二，后置听力阶段被试补充的陈述一般出现在流程图最后，应加以标记。第三，对于被试的错误陈述应该加以标注，这将有助于后期工作中认知结构的内容分析。经过这样的步骤，被试的认知结构就可以用流程图形象地描绘出来。

3.指标变量与数据统计

依据上述绘制的认知结构流程图，研究者可以仅从质性评价的角度对不同个体的认知结构进行比较，如不论从认知结构中概念的多少还是概念间联系的丰富程度来看，学生乙的认知结构都明显优于学生甲。上述举例中学生甲、乙的差异较为明显易于质性比较，而差异较小的学习者认知结构的比较或群体认知结构的比较则必须依赖有效的指标变量进行数据统计。

(1)指标变量

通过流程图法获得的认知结构包含2个主要变量：广度(Extent)和丰富度(Richness)。流程图中出现的陈述语句的个数即可看作是个体认知结构的广度；再现连接符的个数被认为是表征概念之间相互联系紧密程度的一种变量，称之为丰富度。图2中陈述语句为5个，再现连接符为4个，故该认知结构的广度、丰富度分别计数为5和4.同理，图3中认知结构的广度、丰富度则分别为6和11。此外，结合广度、丰富度以及流程图的形成要素，也能得到其他认知结构的参考变量：整合度(Integratedness)、信息检索率(Information retrieval rate)。其中，整合度是对认知结构中广度和丰富度之间关系的描绘，计算公式为整合度=丰富度/(广度+丰富度)。在信息提取中记录的回忆总时间，将被用来计算被试的信息检索效率：信息检索效率=广度/回忆总时间。作为认知结构探查的结果之一，信息检索效率能从一定程度上反映被试认知结构中信息组织的复杂性和信息回访的深度。

(2)信息加工过程分析

基于信息加工理论和流程图中的陈述内容，可对被试者的信息加工水平进行分析，这是流程图法的一大优势。按照信息加工理论，信息加工的水平由低到高分为定义、描述、比较和对比、情景推理和解释五个层次。定义一般是指给出概念和科学术语的定义；描述是指对一种现象或事实的描绘；比较和对比是指针对不同的事物之间的相互关系的说明；情景推理一般指描述在特定的情境下会发生什么；解释是指为两件事情或两种事实间的因果关系提供证明。上述只是针对各个水平内涵最一般的界定，在具体研究中还应该结合特定知识领域做出更为具体、更具备操作性的规定以有效区分各个不同水平而完成归类。如图3的陈述2“例如，豆类用种子、玫瑰用茎、土豆用根来进行繁殖”被归为“描述”水平；陈述4“胎生动物的营养来自母体，而卵生、卵胎生动物的营养则来自卵本身”被归为“比较和对比”水平。据此，流程图中各个信息加工水平的数量也将得到定量统计，较高信息加工水平所占的比例越大，则反映出被试在信息的组织和加工中具备了更好的认知策略。

(3)知识内容分析

除了上述定量数据的统计之外，我们还可以根据流程图进行知识内容分析。内容分析一般包括两个方面，其一是在学生群体认知结构测查中，统计特定知识领域内各个核心概念或知识点被提及的次数；其二是统计特定知识领域内被试陈述的错误概念或观念。前者将能反映学习者学习过程中的重点，后者将可能反映某些学习者学习时所面临的难点。

4.结果一致性检验

如何保证上述计算过程得到的数据是可靠的？进行数据结果的一致性检验。流程图法数据的统计中需要至少两名不同的研究者针对同一组采集的信息进行转化成图和数据统计的过程，然后再将二者所得结果进行内在一致性的检验。以广度一致性检验过程举例如下：如A、B两名研究者分别对同一个数据分析样本进行绘图和统计，A得到11条陈述，B得到12条陈述，而其中相同的陈述为10条。一致性系数计算方法为：用两次结果中相同陈述的个数之和(10+10=)20除以总陈述个数(11+12=)23即得一致性系数为0.87。其他统计值的一致性系数也可类似地得到。一般而言，广度的一致性要大于丰富度的一致性，但“只要一致性系数取值不小于0.80即可认为该结果是可靠的。”[13]

四、应用与局限

与传统的纸笔测验相比，对学生认知结构的测量能更为直接和有效地发现学生学到了什么以及学习前后的知识是如何发生变化的。基于流程图法测量学习者的认知结构将在教育教学实践的以下方面中得到应用。

第一，增强教学评价的证据支持。流程图法不仅可以获得学习者在某个学习内容领域中的认知结构的定量化结果，如广度、丰富度以及信息检索效率等，还可以从质性评价的角度认识不同学习者认知结构的具体差异，了解不同学习者群体的认知风格与差异(如用于比较学优生、学困生群体之间的认知结构差异)[7-8]。另外，在流程图知识内容分析中，基于对学生群体认知结构中概念频次的统计分析，有助于教师认识学习者对“学习重点”的把握情况；基于对学习者认知结构中出现的错误概念或错误表述的分析，有助于教师认识教学之后学生存在的相异构想或迷思概念(misconcepts)。将这一结果与常规纸笔测验成绩相结合后，“有助于更加科学、合理地分析学生的学习困难，”[4]有助于深层次教学反思的实现以及更加有针对性的教学改进的实施。

第二，促进前概念研究与概念教学。学生的学习和认知过程并不像是在白纸上作画，往往基于一定的经验背景。前概念就是这种经验背景之一，它通常是指来源于生活经验的与教师或科学家的相关认识存在明显差异并在一定程度上具有顽固不易改变特性的先验性概念，影响概念的形成和学习的进程。在正式开展教学之前，研究者通过有目的的认知结构测量可以获取学生在某一特定领域的先验知识即前概念。这将有助于了解学生在学习之前已经建构了怎样的概念或认识，以及这些前概念和学习概念之间存在多大的差异。教师可以据此来进行更为合理的教学设计，促进学生的概念形成或概念转变。

第三，提高学习者的元认知能力。认知结构的测量将为学习者提供自身及其同伴的认知结构的表征形式——流程图。学习者可以了解自身在某一特定知识领域内的概念建构情况，可以将自身现有认知结构与先前认知结构进行对比，还可以将自身的认知结构与同伴的认知结构进行对比，以此促进学习者对自身认知的认知。上述反思过程可以启发学生的思考，提高其批判思维能力，提高其元认知能力的同时促进学习者学习力的转变。

第四，促进对具体内容领域中课程与教学之关系的认识。如前文所述：教学在一定程度上可以理解为“实现学生的认知结构与学习材料所隐含的知识结构尽可能一致的过程”。在具体学科内容领域，将教材、课程标准、课程计划等文本资料中隐喻的知识结构的分析与对学习者完成学习之后认知结构的测查结果进行比较研究，有利于教师及课程开发人员在认知建构的层面把握课程、教材、教学之间的关系[13-14]，并进一步促进教师的教学反思及相关课程内容的改革。

尽管流程图法测查认知结构的定量化数据获取方法更加简便，但却需要研究者依次画出每个流程图，再对流程图反映的直接信息进行文本转录，因此需要较多的时间投入。然而，流程图法应用于学习者认知结构测量的优势是明显的，对该方法的应用有待教育实践的进一步拓展和检验。

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[责任编辑 张淑霞]

Flow Map as A New Method of Students’ Learning Evaluation:Theory, Process and Superiority

ZHOU Qing1, YAN Chun-geng2

(1CollegeofChemicalEngineering,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an710062,Shaanxi;2CenterofTeacher’sEducationandDevelopment,NorthwesternPolyteachnicalUniversity,Xi’an710062,Shaanxi)

Probing students’ cognitive structures is an important way to evaluate students’ learning. As a new cognitive structure checking tool, Flow Map overcomes the shortage of the other cognitive structure checking tools, which are more difficult to acquire quantitative data and set too many limitations to the subjects. Through interviews, text transcription, flow chart drawing and information processing and analysis, Flow Map provides the quantitative indicators and graphical representation of the cognitive structure such as breadth, richness, integration, and information retrieval rate. Its advantages are: providing more convincing evidence for teaching evaluation, promoting the research of the former concept and the concept of teaching, improving the learner’s metacognitive ability, and promoting teachers’ understanding of the relationship between curriculum and teaching.

learning evaluation; Flow Map, cognitive structure, information processing

G642

A

1674-2087(2016)04-0012-07

2016-11-07

周青，女，四川德阳人，陕西师范大学化学化工学院教授,博士研究生导师；闫春更，男，陕西周至人，西北工业大学教师教学发展中心研究助理。