借鉴认知诊断原理改进初中生物学课堂测试

伯海英

(福建省厦门市教育科学研究院 厦门 361004)

日常教学中，课堂测试是与学生学习关系最密切的评价之一，包括随堂测试、单元测试等日常测试，通常由授课教师编制测试题。因此，教师是否能够合理编制试题，并对测试结果进行有效的分析、解释，获得学生学习的证据，对改进教学和帮助学生改善学习是十分重要的，直接影响教学效果。现有教学实际中，课堂测试普遍进行，但仔细分析教学效果，还存在很多值得探讨和提高的地方。

1 低效测试原因分析

各类课堂测试完成后，其效果却与愿望相差甚大，可能存在下列问题。

1.1 课堂测试与教学目标缺乏一致性 课堂测试主要用于了解学生在知识、能力等方面达成学习目标的情况，课堂测试与教学目标的一致性，直接影响教学的诊断效果。如果测试不能准确反映学习目标，基于测试的教学诊断就不准确，基于诊断改进教学也就无从谈起。因此，编制有效的课堂测试是教师基本功之一。但是初中生物学日常教学中，多数教师停留在经验和拿来主义，对测试题和教学目标的契合度鲜有考究，尤其在能力维度、测试难度等方面脱离教学要求，导致学生两种认识倾向：一是以“挖空式”背记为主的测试题，学生误认为只要死记硬背就能学好初中生物学课程；二是新授课的测试直奔中考要求，导致学生焦虑、自卑等负面情绪。

1.2 测试目标不明确，测试结果难以解释 教学目标要先转化为具体测试目标，这是编制测试题的第一步。日常教学中，多数教师对学生达标判断意识和能力不足，测试目标含糊、不具体，导致测试结果解释无法深入，对测试数据反映学生哪些学习问题、原因何在、与学生学习过程关系如何等问题不加分析，无益于改善教学。

1.3 课堂测试分析缺乏必要的技术支持 目前，大多课堂测试是成绩定向的测试，为学生提供的反馈信息主要是分数，试卷讲评多数是核对答案、订正答案，对追问学生真实的学习困难、引导学生反思成绩背后的原因等不够重视。实际上，相同成绩的背后原因各不相同。得分的学生中，有可能是猜测得分；没有得分的学生中，也有可能只是某个环节的疏忽。因此，即便是测试目标、测试题都处于良好状态时，如果对测试数据不能进行合理分析，仍然无法发挥测试为后续的教与学改进提供科学决策证据等作用。

2 借鉴认知诊断的原理改进课堂测试

欲提高课堂测试效果，教师首先要学习相关的教育心理理论，用科学理论指导实际教学。

2.1 课堂测试应该具备形成性评价的特点 形成性评价是为了改进的评价，它在评判学习有效性的同时，应提供改进教与学的信息，以促进目标的最终达成。课堂测试属于形成性评价，应该秉持改进教与学的形成性取向，而不是只给学生一个简单的分数[1]。教师只有把握形成性评价的本质特点，即所收集的信息主要用于改进，深入分析测试数据，对照目标分析学生的学习成果的进展和不足，分析其成因作为教学改进的基础，才能发挥课堂测试应有的作用，至少包括以下几个方面：①诊断问题，从不同角度诊断学生达标程度，发现存在的问题；②发现亮点，培养学生的自我效能感；③反馈改进，为教与学提供改进的信息；④明确方向，进一步明确学习目标和重点[2]。

2.2 在课堂测试中借鉴认知诊断原理 认知诊断理论是认知心理学与现代测量学相结合的产物，是心理测量学领域的一个研究热点，这一测试理论强调测试应该对学生认知结构、过程和水平做出评价，了解学习困难所在，从而调整教学策略。认知诊断理论强调对学生评价不能仅仅依靠分数作出判断，而应该对学生认知结构、认知过程和认知水平作出评价，了解学生学习困难所在，从而调整教学策略，使得教学过程“能够最大限度地适合每个儿童”。由于编制认知诊断测量学模型的参数估计程序、获取项目参数等比较复杂，需要由教育和心理测量专家来完成。因此，认知诊断目前主要用在大规模考试中，在日常形成性测试还比较少运用[2]。

为了提高课堂测试的有效性，笔者尝试借鉴认知诊断中属性及其层级的分析方法，同时简化属性模型等方面的要求，以使操作简便、贴近中学教师的日常工作。结合课程标准的要求，对初中生物学重要概念按照“进行属性分解→明确属性内涵→编制测试矩阵→根据属性设计测试题→设计测试题细目表→编制测试卷”的过程探索优化课堂测试卷的编制。通过实测和分析，可以在不同维度对学生学习状况和水平进行描述，较细致地诊断学生认知内容和技能上的优势与不足，通过集体干预和提供个体补救建议，有针对性地促进学生学习。

2.3 借鉴认知诊断原理编制课堂测试题的实例 以《义务教育生物学课程标准(2011版)》第三主题“生物与环境”为例，讨论课堂测试卷的编制过程。课标罗列的有关生物与环境的重要概念共有五项，要求学生对生物与环境的关系形成初步系统的认识。

2.3.1 分解认知属性 认知属性是认知诊断的基本单位，指的是完成任务应该具备的知识结构和加工技能。笔者主要通过研究课程标准、近年各地中考试题考查维度，来划分概念的认知属性及其内涵。根据相关原理，确定属性和属性之间的层级关系，不能只用一种方法，而要多种方法共同确认。为了能在日常教学中使用，选择最简便的方法，即由骨干教师和不同层次的学生共同确定。通过测试，进一步反思这些属性叠加起来是否反映了概念整体。也就是说，学生掌握了这些属性，是否就等于掌握了这个概念[3]。

将“生物与环境”主题的概念属性分解为两个方面：①认知内容属性，包括A1生态系统、A2生态系统的组成成分及其作用、A3食物链和食物网、A4物质循环和能量流动、A5生态因素；②认知加工技能属性，包括P1情境问题解决(分析生产、生活、研究实例)、P2图表信息识别(识读文字表、数据表、坐标图、生物结构图、实验装置图、概念图、流程图等)、P3实验方法(提出问题、做出假设、制定计划、实施计划)、P4实验分析(分析原理、方法，描述现象、分析和判断证据、数据，表达结论)。

2.3.2 确定属性层级和测试矩阵 在研究课标、中考试题的基础上，描述上述属性之间的层级关系(图1)。认知内容属性为分支型，A1到A4、 A1到A5分别为线性关系；与加工技能属性整合，认知内容属性均与情境问题、图表信息有关，A5分支常与实验相关。

图1 生物与环境主题概念属性层级关系

每个认知属性存在0(不掌握)、1(掌握)两种状态，根据属性之间的层级关系，以最左边的一支为例，A1是A2、 A3、 A4的前提，若A1未掌握，则不可能掌握A2、 A3和A4。这样，将分解的属性排列组合出可能的掌握模式，然后依据初中课标、教材、考试和教学的实际，删除不合理的掌握模式，初步得到测试矩阵(表1)，并针对各种属性及其组合编制测试题。再抽取不同水平的学生进行测试、访谈，如果学生反应符合预期，才能确定层级关系。

表1 “生物与环境”测试矩阵

(测试点说明：1～5分别为直接考查生态系统、生态系统组成成分及其作用、食物链和食物网、物质循环和能量流动、生态因素知识；6结合情境考查生态系统；7结合含有图表的情境考查生态系统；8结合情境考查生态系统组成成分；9结合含有图表的情境考查生态系统组成成分；10结合情境考查食物链和食物网；11结合含有图表的情境考查食物链和食物网；12结合情境考查物质循环和能量流动；13结合含有图表的情境考查物质循环和能量流动；14结合情境考查生态因素；15结合图表情境考查生态因素；16研究生态因素的实验方法；17有关生态因素的实验分析；18～20为生态系统综合考查)

测试矩阵设计的合理性是测试题开发的重要前提，如果测试矩阵设计不合理或不正确，在此基础上开发出的测试题即使具有高质量，整个测验的诊断效果也可能要打折扣。

反之，测试矩阵设计合理，并按照测试矩阵编写测验题，则可较好地检查测试的目标属性是否达成，保证测验的诊断效果。

2.3.3 编制测试细目表和测试题 反馈是形成性评价的重要特点，也是形成性评价发挥作用的重要机制。要使课堂测试具有解释意义，就要对测试题所承载的测试功能进行具体的设计，也就是要编制测试多向细目表(表2)。

表2 “生物与环境”测试细目表举例

(注：属性组合来自测试矩阵；知识维度、认知过程维度依据布鲁姆教育目标分类学[4]；学科能力及其水平的划分参照王健的研究成果[5])

相应测试题举例如下：

例1 厦门观鸟爱好者在翔安东埭桥水库见到最美水鸟——紫水鸡，它们生活于水库边的芦苇丛中，吃芦苇的嫩茎，也吃芦苇叶上的昆虫、水中的软体动物等。请写出一条与紫水鸡捕食昆虫有关的食物链________。

例2 根据下图，下列关于食物链的描述，正确的是

A. ①→②→③ B. ⑤→②→③→④

C. ⑤→②→③ D. ④→③→②→⑤

例3 池塘养鸭，鸭是杂食性，以浮游植物、水草、小鱼、小虾等为食。下列叙述正确的是

A. 鱼捕食虾，虾身体中的物质和能量流入鱼

B. 生态系统中，鸭所需的能量最终来自水草

C. 池塘被污染，水草体内有害物质积累最多

D. 阳光、空气不是池塘生态系统的组成部分

在测试多向细目表的指导下编制测试题，进一步明确了测试和概念属性之间的关系，也使测试数据具有多维解释性，帮助教师和学生从不同类型的知识、不同认知过程、不同学科能力等角度获得有效反馈信息。一般来讲，测试题的编制还需要满足两个基本原则：能够覆盖每个认知属性，并对每个认知属性进行多次观察。

应特别说明的是，不同于中考等大型考试的常模参照评价，课堂测验主要是检查学生达标的程度，因此它应该是标准参照评价，即对照课标，分析学习成果及水平与标准之间的差距，有利于学生反思改进。另外，对测试结果的多角度分析也是很重要的，如果只是简单比较每次测试的得分率，可能丢失测试数据背后有价值的信息。综上两点，要求教师深刻理解课程标准、具备基本的数据处理和解读能力，这都是教师应有的基本功。

诚然，将测量理论结合到课堂测试研究中，对于中学教师来说比较陌生，尤其是第一轮编制和使用会感觉比较繁琐，但是由于它的标准参照性质，一旦编制完成后可反复应用，每轮使用只需做局部的修订完善，因此具有相对持久的生命力。如果从提高改进教与学针对性的角度考虑，在课堂测验中借鉴测量理论，并适当简化技术使其使用与日常应用，能够引导师生更深刻关注学习过程、分析认知表现、发现认知缺陷等、这对于有效改进教学、增进学习效果是十分有意义的。

(基金项目：全国教育科学“十三五”规划2016年度教育部单位资助课题“中学生理科学习个性化改进：基于大数据和认知访谈的研究”，No.FHB160550)