地理方向感测量工具的开发与检验*

蔡露乔，卢晓旭

（华东师范大学教师教育学院，上海 200062）

地理空间能力是影响学生地理学习和地理问题解决效率的重要因素，也是地理素养的重要构成要素。因而，地理空间能力培养成为当前国际地理教育关注的重点和热点领域［1］。已有研究表明，地理方向感是地理空间能力中的一个重要方面［2］。地理方向感与人们的生活息息相关：人们日常出行经常需要进行方位感知，并做出相应的路径规划和空间决策，高水平的地理方向感能提高人们的寻路效率、改善人们的生活质量。为此，地理教育需要寻找有效的方式培养学生的地理方向感。要了解学生地理方向感现状、分析地理方向感的影响机制、制定培养地理方向感的策略，就需要一套科学的地理方向感水平测量工具。当前，国外地理方向感的研究成果多集中在认知心理学领域，国内对地理方向感的理论研究较少。心理学对地理方向感的测量主要是采用“寻路实验”的方式［3-4］，但对学生进行独立的寻路实验，其安全性和可行性尚未成熟。所以，本研究希望能够基于国内学生实际情况开发一套地理方向感测量工具，同时尝试丰富地理方向感在地理教育领域的概念内涵。

一、地理方向感测量工具的编制

1.理论依据

（1）地理方向感的概念界定

最早将地理方向感作为人的一种心理特质加以讨论的是认知心理学家Lynn和Kendall，他们对地理方向感的定义是：人们对位置（location）和方向（orientation）的认识［5］。Heather和Daniel认为地理方向感是人们在环境尺度的空间里寻路的假定能力［3］。Edward等认为，地理方向感是个体表征方位（bearing）的能力［6］。许琴等将地理方向感定义为一种定位当前位置、确定前往目的地的方向及选择相应路线的能力［7］。梳理上述文献，可以发现不同学者对地理方向感的定义中基本包含位置、方向、认识、表征等关键词，因此，本文将地理方向感界定为个体对自身与地理环境空间位置和方向关系的表征与建构能力。

（2）地理方向感维度的理论

现有文献尚没有系统地对地理方向感做出维度划分。从一些研究者的测查项目中可以大致推测他们对地理方向感维度的理解。Heather和Daniel从地标熟悉度（landmark familiarity）、路线排列（route ordering）、路线行动（route actions）和方向估计（direction estimation）这几个方面对地理方向感进行测试［3］。Mary等将地理方向感分为空间知识获得（acquisition of spatial knowledge）和空间更新（spatial updating）两个方面，又将这两个方面分别按照自我参照和环境参照进行细化［8］。Edward等通过指向不可见的地标（pointing to nonvisible landmarks）、绕行后重新规划路径（reversing a route with a detour）、设计捷径（devising a shortcut）、在建筑物内确定场所位置（locating site within building）这几项任务测试地理方向感，同时还测试地理方向感空间记忆、心理空间操作、编码能力（encode events along routes）等。［6］Jeanne提出了一个认知过程，有良好地理方向感的人善于想象他们周围的空间关系［9］。根据Jeanne的观点，地理方向感反映了在精神上协调自我中心和想象参照系的能力。许琴等认为地理方向感是一种复杂的心理过程，涉及感知觉、注意、学习记忆和思维决策，所以将地理方向感按照心理过程的特点划分为路标选择与加工、自我/环境参照表征、方位关系的整合。［7］

2.测量工具的编制

（1）地理方向感的维度划分

根据上述对地理方向感维度的梳理和认识，地理方向感的认知过程包括个体在感知觉阶段对方位信息的识别表征，以及在思维决策阶段对方位信息的加工处理，因此，本文将地理方向感划分为三个主要维度：方向表征、方向整合、方向更新，其中方向表征是个体以自我或者环境为参照系感知并识别方向；方向整合是对自我参照系的信息和环境参照系的信息进行对接整合；方向更新是发生转向时个体及时地调整和重构原先对方向的认识。

（2）测量工具试题编制

已有研究表明，自陈式测量与任务性测量结合是地理方向感测量中一种较为准确且有效的测量方法［2-4］。自陈式测量是通过自我报告的形式表现其水平，具有一定主观性，需要进行技术性和保障性应对；任务性测量是对个体完成任务过程中表现出的能力进行外在评估，由他人运用标准进行评价，具有相对客观性，但受评价主体和标准的影响，需要完善标准并对评价主体进行培训。有学者发现地理方向感可以通过个体的一种心理操作来反映，即沟通环境与二维图式（如鸟瞰图）的纵览知识表征［4］，这给地理方向感任务性测量项目的编制提供了方法论依据。所以测量项目中采用地图与实景图相结合的方式以激发被试形成接近真实场景的环境空间信息纵览。另外，有实验表明地理方向感的自我评估如果在行为任务之后进行，被试者会反思他们在行为任务中遇到的困难进而给出自我评价，导致行为任务对自我评估产生干涉［5］。所以测量工具编排时将自陈式测量项目先于任务性测量项目呈现。基于此，初步编制的测量工具包括23项关于地理方向感的自陈式测量项目（其中一题是内置效标）和12项地理方向感的任务性测量项目（举例如下）。

其中，任务性测量项目举例如下。C11（最终版序号为C9）：2019年11月5日早晨，高铁从上海虹桥站开出后，乘客向着行驶方向拍摄照片，7点22分和7点24分拍摄到的照片分别如图1和图2所示。请观察从车窗射入阳光的方向变化，推断在2分钟拍摄间隔内，该车是在图3中的哪一段铁轨上开行并转向？高铁可能向南京方向或杭州方向行驶，请根据现象作出判断，并在图3上画出可能的开行区段。

图1 7点22分车厢内阳光照射的情况

图2 7点24分车厢内阳光照射的情况

图3 高铁路线图

二、检测样本选择与数据分析方法

1.样本选择

样本来自扬州中学教育集团树人学校、南京师范大学附属中学、华东师范大学。扬州中学教育集团树人学校是扬州中学教育集团下的一所民办中学，在其高一年级随机选取1个班，高二年级随机选取2个班，共计156名学生。南京师范大学附属中学是江苏省最优秀的学校之一，在其高三年级随机选取4个班级的107名学生。在华东师范大学地理科学学院随机选取22名本科生，在华东师范大学教师教育学院学科教学（地理）专业随机选取8名研究生。最终获得293份学生样本数据，其中有效样本288份，样本有效率为98.29%。有效样本中高一年级50份，高二年级103份，高三年级105份，本科生22份，研究生8份；男生133份，女生155份。以上样本年龄跨度大，水平具有层次性，可以更好地代表总体。

2.数据分析方法

本研究运用SPSS 23.0软件对测量工具进行相关分析、独立样本t检验、内部一致性检验、探索性因子分析。运用Winsteps 3.72.3进行Rasch模型分析。运用Amos 22.0建立结构方程模型进行验证性因子分析。

三、测量工具的检验与修订

1.项目质量检验

相关分析的结果显示，22项自陈式测量项目（不包含效标）与12项任务性测量项目都与总分达到极其显著相关的水平，具有较好的区分度。将总分前27%的样本归为高分组，总分后27%的样本归为低分组，高低分组独立样本t检验的结果显示，22项自陈式测量项目与12项任务性测量项目t统计量的p值均达到小于0.05的标准，表明所有测量项目区分度良好。

2.信度检验

信度检验的结果显示，自陈式测量项目的科隆巴赫信度系数为0.929，达到理想标准。测量工具的科隆巴赫信度系数为0.642，也达到了大于0.60的一般标准。测量工具的内部一致性较好。

3.效度检验

（1）内容效度

通过专家咨询法检验项目的内容效度，咨询对象为1名高校地理教学论方向的副教授，3名地理教学专业的研究生。意见结果表明，测量项目中的C7、C8侧重于考查读图能力和距离判断，与地理方向感的测查内容匹配度不高。

（2）结构效度

对地理方向感自陈式测量项目和任务性测量项目分别进行探索性因子分析，检验测量工具的结构效度。结果表明，地理方向感自陈式测量项目的KMO统计量为0.922，巴特利特球形检验有统计学意义（χ2=3 086.288，P=0.000＜0.01）。采用特征值大于1提取公因子，经由最大方差法完成因子轴旋转。结果显示，测量工具呈现四因子结构，与理论预设的三个维度不符。B5、B8在所有公因子上都没有明显的载荷，B12、B15、B22独立于一个预设外的公因子上。地理方向感任务性测量项目的KMO统计量为0.744，巴特利特球形检验有统计学意义（χ2=257.762，P=0.000＜0.01）。因子结构及载荷系数显示，测量项目呈现四因子，C7、C8位于一个独立的公因子上。

4.测量工具修订

在自陈式测量项目中，B5、B8没有明显因子载荷，分析发现这两题糅合且突出了空间语言描述能力，不单纯属于地理方向感范畴，应当删去。对B12、B15、B22三题进行分析，发现测查的是环境空间能力（B12地标识别、B15路线比较、B22空间记忆），由于不属于地理方向感，所以因子结构显示它们独立于预设外的一个维度上，将这三题删去。探索性因子分析结果显示，任务性测量项目中的C7、C8属于一个单独的维度，且两题的内容效度不达标，测查内容实际不属于地理方向感，所以将这两题删去。删除不合格题项后，修订后的测量工具包含18项自陈式测量项目（其中一项为效标项目）和10项任务性测量项目。

四、修订后测量工具的质量检验

由于采用删减项目的方式进行修订，修订后的测量工具进行质量检验仍可以使用原数据。为提升质量检验的系统性和精确度，除原有方法外，进一步运用Rasch模型分析项目质量，并通过结构方程模型进行验证性因子分析。参考孙裕钰、卢晓旭等制订的测量工具检验指标及标准［10］，以表1呈现地理方向感测量工具的质量检验结果。

表1 地理方向感测量工具质量检验指标和结果

1.Rasch模型分析

测量工具第一特征根值为7.771，第二特征根值为1.193，比值为6.514，说明测量工具具备单维性，可以使用Rasch模型进行分析。

17项自陈式测量项目中难度测度的均值为0.00，跨度区间为-1.43～1.75；样本能力测度的均值为-0.26，跨度区间为-3.10～3.13，都基本位于-4～4的合理区间。项目的卡方拟合指标INFIT和OUTFIT MNSQ均值分别为0.99和1.01，样本的INFIT和OUTFIT MNSQ均值分别为1.00和1.01，都非常接近理想值1，有较好的拟合度。项目可靠度为0.97，样本可靠度为0.82，都大于0.8，说明信度较好。项目分离系数SEPARATION值为5.62，样本分离系数值为2.03，有较好区分度。

10项任务性测量项目中项目难度测度的均值为0.00，跨度区间为-2.98～8.29；样本能力测度的均值为1.51，跨度区间为-2.58～5.40。项目的卡方拟合指标INFIT和OUTFIT MNSQ均值分别为1.00和0.98，样本的INFIT和OUTFIT MNSQ均值分别为0.89和0.78，都接近且略低于理想值1，说明实际数据与Rasch模型拟合较好。项目可靠度为0.99，样本可靠度为0.43。项目分离系数SEPARATION值为11.36，样本分离系数值为0.86，说明项目的难度分层比较理想。

2.结构方程模型分析

第二轮探索性因子分析的结果显示，自陈式测量项目和任务性测量项目都呈现出与预设符合的三因子结构，项目的因子载荷都大于0.45的标准，累计方差贡献率都大于40%，呈现较好的内集聚外区分状态。进一步采用结构方程模型进行验证性因子分析，结构模型如图4、图5所示。

图4 自陈式测量项目的结构模型（除效标项目）

图5 任务性测量项目的结构模型

17项自陈式测量项目的结构方程模型输出结果显示，绝对适配度指数GFI=0.874，AGFI=0.834，RMR=0.005，RMSEA=0.085；增值适配度指数 NFI=0.860，RFI=0.836，IFI=0.901，TLI=0.883，CFI=0.900；简约适配度指数 χ2自由度比为 3.078，PNFI=0.734，PCFI=0.768，PGFI=0.662。指标中的RMSEA代表近似误差的平方根，一般认为RMSEA取值小于0.08时表明近似误差合理，自陈式测量项目在此项的实际输出值为0.085，略高于0.08的标准，仍然在可接受的范围内。

10项任务性测量项目的结构方程模型输出结果显示，绝对适配度指数GFI=0.988，AGFI=0.979，RMR=0.004，RMSEA=0.000；增值适配度指数 NFI=0.907，RFI=0.869，IFI=1.088，TLI=1.135，CFI=1.000；简约适配度指数 χ2自由度比为 0.561，PNFI=0.645，PCFI=0.711，PGFI=0.575。上述结果表明，10项任务性测量项目与模型的适配度均较好。

结构方程模型质量检验参数基本符合标准，表明修订后测量工具的结构效度得到了显著改善并基本达标。

本研究将地理方向感划分为三个主要维度：方向表征、方向整合、方向更新。据此编制了一套由18项自陈式测量项目（其中一项效标项目）与10项任务性测量项目组成的地理方向感测量工具，经检验测量工具具有较好的项目质量、整体信度、内容效度、效标效度和结构效度，可以用于测量个体的地理方向感水平。测量工具较优的结构效度同时证实了地理方向感三维结构的客观性。