技術(shù)支持的基于深度認(rèn)知診斷的個(gè)性化學(xué)習(xí)效果研究

摘要：技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)是教育技術(shù)學(xué)研究的核心問(wèn)題，但其有效性備受質(zhì)疑。基于此，文章采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究方法，面向上海市兩所公立高中的607名高二學(xué)生展開研究，針對(duì)高中數(shù)學(xué)的“排列組合”章節(jié)內(nèi)容，利用深度認(rèn)知診斷得到學(xué)習(xí)者的三階認(rèn)知起點(diǎn)（表象階、理由階和信念階），同時(shí)據(jù)此設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的學(xué)習(xí)干預(yù)并結(jié)合技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以檢驗(yàn)技術(shù)支持的基于深度認(rèn)知診斷的個(gè)性化學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)提升的影響。結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)教學(xué)，技術(shù)支持的基于深度認(rèn)知診斷的個(gè)性化學(xué)習(xí)顯著提高了學(xué)習(xí)者的數(shù)學(xué)成績(jī)，且基于更深階次的認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)可以取得更加顯著的學(xué)習(xí)效果。文章通過(guò)研究，旨在為一線教學(xué)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)高效的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供實(shí)證支持和理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：深度認(rèn)知診斷；個(gè)性化學(xué)習(xí)；認(rèn)知起點(diǎn)；學(xué)業(yè)成績(jī)；信念階

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2024）12—0086—09 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.12.009

在當(dāng)前追求教育質(zhì)量與效率的背景下，個(gè)性化學(xué)習(xí)備受推崇^[1]。技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)（Technology Enhanced Learning，TEL）作為教育技術(shù)學(xué)研究的核心問(wèn)題，為個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供了重要支撐，但其在有效性、可靠性、公平性等方面一直遭受質(zhì)疑，尤其在有效性問(wèn)題上，相關(guān)研究結(jié)果的差別較大^[2][3][4][5]。這引發(fā)了研究者對(duì)學(xué)習(xí)者需求的深層次思考——技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)的有效發(fā)生何以保證？是否存在可靠的作用點(diǎn)與作用機(jī)制？^[6]此外，個(gè)性化學(xué)習(xí)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)因材施教，而對(duì)學(xué)習(xí)者的精準(zhǔn)理解是成功開展因材施教的前提，教育測(cè)評(píng)在此過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用^[7]。通過(guò)教育測(cè)評(píng)，教育工作者可以獲取學(xué)習(xí)者個(gè)體的學(xué)情信息，為個(gè)性化學(xué)習(xí)的開展提供有力支持。然而，傳統(tǒng)的教育測(cè)評(píng)方式存在諸多局限，相應(yīng)地，傳統(tǒng)教學(xué)方法在應(yīng)對(duì)學(xué)習(xí)者多樣化、隱性化的認(rèn)知狀態(tài)時(shí)也顯現(xiàn)出不足^[8]。因此，教育工作者應(yīng)嘗試尋求更加精準(zhǔn)、深入的診斷手段和干預(yù)策略。為解決上述問(wèn)題，學(xué)習(xí)技術(shù)（Culture， Technology， Content， Learner，CTCL）研究團(tuán)隊(duì)提出了“認(rèn)知起點(diǎn)”的概念，以此表征學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)系，定義為“在學(xué)習(xí)過(guò)程中，當(dāng)新的學(xué)習(xí)行為即將展開時(shí)，學(xué)習(xí)者個(gè)體對(duì)具體學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)知狀態(tài)”^[9]。通過(guò)對(duì)認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行診斷，研究者可以深入了解學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，從而為設(shè)計(jì)有效的個(gè)性化學(xué)習(xí)干預(yù)策略提供依據(jù)。鑒于此，本研究以認(rèn)知起點(diǎn)作為理解學(xué)習(xí)者認(rèn)知狀態(tài)的突破點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)研究，首先通過(guò)問(wèn)卷和訪談對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行深度認(rèn)知診斷，析出由表象階、理由階、信念階組成的認(rèn)知起點(diǎn)，探討如何基于不同階次認(rèn)知起點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)的干預(yù)策略；然后通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)施準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證基于不同階次認(rèn)知起點(diǎn)的學(xué)習(xí)干預(yù)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)成績(jī)的提升效果，以期為一線教育實(shí)踐提供可行的個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，并探索認(rèn)知視角下技術(shù)有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的作用點(diǎn)和作用機(jī)制。

一 教育測(cè)評(píng)的兩大趨勢(shì)

1 個(gè)性化趨勢(shì)：從群體層面的測(cè)驗(yàn)轉(zhuǎn)向個(gè)體層面的診斷

傳統(tǒng)的教育測(cè)評(píng)本身存在諸多問(wèn)題，如尚未形成規(guī)范的學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)體系、缺乏對(duì)考試信息的深度挖掘、未能體現(xiàn)考試的診斷和發(fā)展功能等^[10]。此外，傳統(tǒng)的測(cè)評(píng)方式也難以滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，如對(duì)得分相同的個(gè)體間差異無(wú)法進(jìn)行區(qū)分和解釋、不能得到被試做錯(cuò)試題的原因以進(jìn)行補(bǔ)救等，這使人們?cè)絹?lái)越不滿足于宏觀群體水平的測(cè)評(píng)^{[11][12][13][14]}。在此背景下，被視為“新一代測(cè)驗(yàn)理論的核心”的認(rèn)知診斷方法受到越來(lái)越多人的關(guān)注，其被認(rèn)為是克服傳統(tǒng)教育測(cè)評(píng)宏觀層次評(píng)價(jià)的一種有效方法，可以對(duì)被試個(gè)體的認(rèn)知過(guò)程、加工技能或知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷評(píng)估^[15][16]。關(guān)注學(xué)習(xí)者個(gè)體的認(rèn)知診斷方法在國(guó)內(nèi)外教育教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這也說(shuō)明了教育測(cè)評(píng)的個(gè)性化趨勢(shì)愈發(fā)明顯，研究者開始關(guān)注學(xué)習(xí)者個(gè)體的認(rèn)知。

2 人本化趨勢(shì)：從認(rèn)知水平的評(píng)測(cè)轉(zhuǎn)向認(rèn)知狀態(tài)的挖掘

相較于宏觀層次的測(cè)評(píng)，認(rèn)知診斷的出現(xiàn)顯著提升了研究者對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)體的關(guān)注，一定程度上彰顯了人本化測(cè)評(píng)的趨勢(shì)。現(xiàn)有認(rèn)知診斷模型多種多樣，如DINA模型、P-DINA模型等，其目標(biāo)是通過(guò)答題情況獲取學(xué)習(xí)者對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，以此推測(cè)出學(xué)習(xí)者個(gè)體內(nèi)在的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而反映其“認(rèn)知水平”，即通過(guò)“知識(shí)狀態(tài)建模”推測(cè)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平^[17][18]。認(rèn)知水平反映了個(gè)體在認(rèn)知能力上的基礎(chǔ)層次，具有一定的穩(wěn)定性^[19][20]。此外，也有研究者通過(guò)挖掘?qū)W習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)分析其學(xué)習(xí)需求，如學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程中的觀點(diǎn)、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為的產(chǎn)生原因等^[21][22]。認(rèn)知狀態(tài)是指?jìng)€(gè)體在特定時(shí)間點(diǎn)與特定環(huán)境下的認(rèn)知功能實(shí)際表現(xiàn)，受學(xué)習(xí)者在特定時(shí)間內(nèi)所參與活動(dòng)和思考過(guò)程的影響。相比之下，盡管認(rèn)知水平和認(rèn)知狀態(tài)都關(guān)注學(xué)習(xí)者個(gè)體，但對(duì)認(rèn)知狀態(tài)的挖掘更能體現(xiàn)出以人為本的教育理念。學(xué)習(xí)者的個(gè)性化發(fā)展應(yīng)以其學(xué)習(xí)的實(shí)際發(fā)生為起點(diǎn)，而認(rèn)知狀態(tài)能夠更深入地指向?qū)W習(xí)者當(dāng)前學(xué)習(xí)的真實(shí)發(fā)生^[23]。

可見(jiàn)，教育測(cè)評(píng)正朝著個(gè)性化和人本化的方向發(fā)展，但仍舊難以觸及深層的個(gè)性化需求。為了解決這一問(wèn)題，有必要探索更深入的認(rèn)知診斷方法和教學(xué)干預(yù)策略。因此，本研究基于深度認(rèn)知診斷，聚焦學(xué)習(xí)者的認(rèn)知起點(diǎn)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了基于認(rèn)知起點(diǎn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)干預(yù)對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)的影響，旨在為技術(shù)支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供新思路和新實(shí)踐。

二 研究設(shè)計(jì)

1 研究問(wèn)題

本研究嘗試探究基于深度認(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)干預(yù)是否可以更有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)成績(jī)，并基于此研究問(wèn)題，提出以下假設(shè)：①相比于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，基于認(rèn)知起點(diǎn)的理由階對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)行干預(yù)，可以使其獲得更好的學(xué)業(yè)成績(jī)。②相比基于認(rèn)知起點(diǎn)的理由階對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)行干預(yù)，基于認(rèn)知起點(diǎn)的理由階和信念階對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)行干預(yù)，可以使其獲得更好的學(xué)業(yè)成績(jī)。

2 研究對(duì)象

本研究在上海市隨機(jī)選取兩所公立高中開展研究，共涉及16個(gè)班級(jí)的607名高二學(xué)生。針對(duì)研究對(duì)象的分配方案如下：①隨機(jī)選取其中一所高中內(nèi)的3個(gè)班級(jí)，作為具體教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)的對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)1組和實(shí)驗(yàn)2組。②對(duì)3個(gè)班級(jí)學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)進(jìn)行前測(cè)，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)前3個(gè)班級(jí)的學(xué)生在學(xué)業(yè)成績(jī)維度上具備同質(zhì)性。若該輪次挑選的3組學(xué)生之間不具備同質(zhì)性，則重新進(jìn)行隨機(jī)挑選，直到滿足同質(zhì)性要求為止。③將剩余13個(gè)班級(jí)的學(xué)生分配為深度認(rèn)知診斷工具開發(fā)、調(diào)試等環(huán)節(jié)的對(duì)象。

3 研究方法與變量控制

本研究將通過(guò)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法、問(wèn)卷調(diào)查法和訪談法開展實(shí)踐。研究中的自變量為“學(xué)習(xí)干預(yù)方法”，包括傳統(tǒng)的講授式教學(xué)干預(yù)方法、基于認(rèn)知起點(diǎn)理由階的干預(yù)方法、基于認(rèn)知起點(diǎn)理由階和信念階的干預(yù)方法共三種。因變量為學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，具體為2022年滬教版高中數(shù)學(xué)教材中“排列組合”單元內(nèi)容的測(cè)試成績(jī)。

針對(duì)變量控制的設(shè)計(jì)如下：①隨機(jī)選取實(shí)驗(yàn)班級(jí)，以增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可推廣性。②參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生均在實(shí)驗(yàn)前接受同質(zhì)性檢驗(yàn)，以確保后續(xù)比較的公平性和可靠性。③采用單盲的實(shí)驗(yàn)方法，以避免研究對(duì)象的主觀因素帶來(lái)的影響。④確保進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的3個(gè)組在測(cè)查流程、教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)安排、授課教師等因素上的一致性，以此控制除學(xué)習(xí)干預(yù)方法之外的因素對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)的影響。

4 測(cè)查維度及其對(duì)應(yīng)測(cè)查方法

（1）深度認(rèn)知狀態(tài)維度

本研究所指的深度認(rèn)知診斷是對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)體認(rèn)知狀態(tài)的深層次診斷，此處的“認(rèn)知狀態(tài)”基于CTCL研究范式，是對(duì)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間關(guān)系的表征，即對(duì)“認(rèn)知起點(diǎn)”的描述；而此處的“深度”描述的是診斷的深入程度，具體反映在學(xué)習(xí)者認(rèn)知起點(diǎn)的階次上^[24]。本研究利用狀態(tài)與狀態(tài)之間的成因關(guān)系反映不同的階次，即更高階次的狀態(tài)是前一階次狀態(tài)的成因，將認(rèn)知起點(diǎn)劃分為三個(gè)階次：①將學(xué)習(xí)者針對(duì)具體學(xué)習(xí)內(nèi)容的具體問(wèn)題所做出的回答本身是否科學(xué)的情況，記為認(rèn)知起點(diǎn)的第一階，命名為“表象階”；②將學(xué)習(xí)者表象階的成因記為認(rèn)知起點(diǎn)的第二階，命名為“理由階”；③將學(xué)習(xí)者理由階的成因記為認(rèn)知起點(diǎn)的第三階，命名為“信念階”。理由階是導(dǎo)致表象階發(fā)生的一種事件、現(xiàn)象或情況，如學(xué)習(xí)者在具體問(wèn)題上回答不科學(xué)的原因是學(xué)習(xí)者混淆了兩個(gè)相近的概念；信念階反映了在特定情景中學(xué)習(xí)者個(gè)體主觀接受某命題為真（或假）的意愿，或個(gè)體對(duì)某事件的期望、假設(shè)和預(yù)測(cè)，如學(xué)習(xí)者認(rèn)為教師的觀點(diǎn)一定是正確的。因此，本研究所指的深度認(rèn)知診斷更關(guān)注認(rèn)知起點(diǎn)的理由階和信念階。

深度認(rèn)知診斷方法的設(shè)計(jì)基于兩個(gè)原則：①遞進(jìn)性原則。長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)可能使學(xué)習(xí)者形成內(nèi)隱的認(rèn)知狀態(tài)，且這些狀態(tài)往往難以被意識(shí)到^[25]。針對(duì)這一情況，有研究建議在設(shè)計(jì)診斷方法時(shí)從基礎(chǔ)的知識(shí)評(píng)估開始，逐漸深入到更復(fù)雜的認(rèn)知層次^[26]。因此，本研究基于“二階診斷法”的理念，通過(guò)“是什么-為什么”的二階追問(wèn)方式，由表及里地進(jìn)行逐層追問(wèn)^[27]。②完整性原則。學(xué)習(xí)者可能難以清晰地闡述其內(nèi)在的認(rèn)知狀態(tài)，這就需要通過(guò)結(jié)構(gòu)化的引導(dǎo)和反饋機(jī)制來(lái)幫助其更好地表達(dá)^[28][29]。因此，本研究采用問(wèn)卷與訪談相結(jié)合的方法來(lái)挖掘?qū)W習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)。在鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者充分表達(dá)的基礎(chǔ)上，通過(guò)支架設(shè)計(jì)使其回答更加聚焦和結(jié)構(gòu)化，從而在受控范圍內(nèi)獲取更全面的信息。

具體方法如下：①基于董玉琦等^[30]在CTCL研究范式下提出的“技術(shù)支持的基于認(rèn)知發(fā)展的個(gè)性化學(xué)習(xí)”的實(shí)踐流程，通過(guò)與一線教師的多輪溝通，確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)所涉及的學(xué)習(xí)內(nèi)容范圍并對(duì)其進(jìn)行分解，以此在學(xué)習(xí)內(nèi)容維度上支持調(diào)查問(wèn)卷的設(shè)計(jì)。②依據(jù)平時(shí)成績(jī)對(duì)13個(gè)班級(jí)中的學(xué)生進(jìn)行分層抽樣，從中抽取30名學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查的預(yù)調(diào)查。同時(shí)，利用“是什么-為什么”的二階追問(wèn)方式，對(duì)完成預(yù)調(diào)查的學(xué)生進(jìn)行第一輪訪談。基于此，綜合評(píng)定預(yù)設(shè)問(wèn)卷的難度、題量、用語(yǔ)等問(wèn)卷開發(fā)細(xì)節(jié)。③基于預(yù)調(diào)查和第一輪訪談的結(jié)果開發(fā)二階調(diào)查問(wèn)卷。該問(wèn)卷包含兩類題型，分別為面向具體學(xué)習(xí)內(nèi)容的測(cè)試題和面向?qū)W生為何如此作答的簡(jiǎn)答題。利用該工具，本研究面向13個(gè)班級(jí)中剩余的學(xué)生進(jìn)行大范圍的施測(cè)。④對(duì)參與問(wèn)卷調(diào)查的學(xué)生進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化的第二輪訪談。該訪談的目的是進(jìn)一步理解學(xué)生在問(wèn)卷中作答文字的本意，同時(shí)基于問(wèn)卷中第二階的回答進(jìn)一步追問(wèn)，找出學(xué)生信念階的認(rèn)知狀態(tài)。鑒于學(xué)生可能難以自我察覺(jué)或準(zhǔn)確表達(dá)自身的深度認(rèn)知狀態(tài)，本研究在進(jìn)一步追問(wèn)的過(guò)程中提供了回答支架，回答需以“我認(rèn)為……”的句式表達(dá)觀點(diǎn)。⑤通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分析，獲得該學(xué)生群體的深度認(rèn)知狀態(tài)，并形成可以進(jìn)行深度認(rèn)知診斷的三階診斷問(wèn)卷。

（2）學(xué)業(yè)成績(jī)維度

學(xué)業(yè)成績(jī)維度的測(cè)量基于針對(duì)學(xué)業(yè)成績(jī)的前測(cè)問(wèn)卷和后測(cè)問(wèn)卷獲得，通過(guò)對(duì)學(xué)生答卷的得分表征其在該學(xué)習(xí)內(nèi)容上的學(xué)業(yè)成績(jī)。前后測(cè)問(wèn)卷的編寫由兩所高中高二年級(jí)組的6名一線教師經(jīng)過(guò)多輪討論研制得出，問(wèn)卷內(nèi)容涵蓋實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)中“排列組合”內(nèi)容的全部知識(shí)點(diǎn)，總分值設(shè)定為100分。此外，學(xué)業(yè)成績(jī)測(cè)試的評(píng)分由2名實(shí)驗(yàn)校的教師和1名教育學(xué)的博士研究生依據(jù)同一評(píng)分細(xì)則背靠背評(píng)閱，3人的評(píng)閱結(jié)果經(jīng)內(nèi)部一致性檢驗(yàn)，顯示前后測(cè)的α值均大于0.9，即評(píng)分具有較高的可靠性。

5 研究過(guò)程

本研究中學(xué)習(xí)干預(yù)設(shè)計(jì)的基本邏輯如圖1所示，即利用具有針對(duì)性的個(gè)性化學(xué)習(xí)干預(yù)方法，作用于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)，以此探究其對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。本研究使用的干預(yù)方法借鑒了細(xì)谷純的驚訝型策略和徐緩型策略，以及近藤聰彥等針對(duì)這兩種策略進(jìn)行優(yōu)化所提出的融合法^[31]，以求更有效地針對(duì)不同階次的認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)。

具體而言，本研究將干預(yù)方法分為兩種：①“直接沖突”，面向認(rèn)知起點(diǎn)的理由階。依據(jù)認(rèn)知沖突觀，借助研究團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的針對(duì)性學(xué)習(xí)資源進(jìn)行設(shè)計(jì)。②“喚醒+沖突”，面向?qū)W習(xí)者認(rèn)知起點(diǎn)的信念階。考慮到深度認(rèn)知狀態(tài)的內(nèi)隱性，本研究先喚醒學(xué)習(xí)者待發(fā)展的信念階認(rèn)知狀態(tài)，再進(jìn)行認(rèn)知沖突。學(xué)習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)即通過(guò)深度認(rèn)知診斷獲取的三階認(rèn)知起點(diǎn)（表象階、理由階和信念階）。此外，針對(duì)“喚醒”的設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容和干預(yù)形式兩方面，其中學(xué)習(xí)內(nèi)容是基于學(xué)習(xí)者個(gè)體的具體認(rèn)知起點(diǎn)；干預(yù)形式結(jié)合了系列位置效應(yīng)和鉤子理論，在展開課堂學(xué)習(xí)和推送學(xué)習(xí)資源的初期進(jìn)行“鉤子”的安插，以此喚醒學(xué)習(xí)者的深度認(rèn)知狀態(tài)并將學(xué)習(xí)者引導(dǎo)至設(shè)計(jì)好的沖突內(nèi)容^[32]。例如，針對(duì)“列舉法可以解決所有排列組合問(wèn)題”的信念階認(rèn)知起點(diǎn)，先通過(guò)課堂練習(xí)單在課堂學(xué)習(xí)開始之初拋出“鉤子”——利用具有懸念和吸引力的文字進(jìn)行開場(chǎng)，如“恰當(dāng)使用列舉法原來(lái)這么高級(jí)！”，然后進(jìn)行具體的沖突干預(yù)。需要說(shuō)明的是，在本研究中，學(xué)習(xí)效果以學(xué)業(yè)成績(jī)進(jìn)行表征，技術(shù)支持包括“物化形態(tài)”和“智能形態(tài)”兩類，其中物化形態(tài)的技術(shù)包括視頻資源、紙質(zhì)資源、平板電腦等有形技術(shù)，智能形態(tài)的技術(shù)包括深度認(rèn)知診斷方法、技術(shù)支持的基于認(rèn)知發(fā)展的個(gè)性化學(xué)習(xí)方法等無(wú)形技術(shù)^[33]。

由此，本研究對(duì)各分組的干預(yù)形式進(jìn)行如下劃分：面向?qū)φ战M使用講授式的教學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)干預(yù)，面向?qū)嶒?yàn)1組使用基于認(rèn)知起點(diǎn)的理由階進(jìn)行學(xué)習(xí)干預(yù)，面向?qū)嶒?yàn)2組使用基于認(rèn)知起點(diǎn)的理由階和信念階進(jìn)行學(xué)習(xí)干預(yù)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)情況如圖2、圖3所示。

三 研究結(jié)果

1 深度認(rèn)知診斷結(jié)果

通過(guò)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行深度認(rèn)知診斷，本研究獲得了“加法原理概念缺失”“定序問(wèn)題重復(fù)識(shí)別”等理由階的認(rèn)知起點(diǎn)12種；“公式的形成原理是不重要的”“權(quán)威對(duì)象的觀點(diǎn)一定是正確的”等信念階的認(rèn)知起點(diǎn)5種。匯總情況如表1所示。

2 前后測(cè)學(xué)業(yè)成績(jī)結(jié)果

本研究中對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)1組和實(shí)驗(yàn)2組學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)基本數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始前進(jìn)行的前測(cè)中，三組學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)的平均分分別為31.83分、27.42分和27.73分，通過(guò)單因素方差分析得到三組之間的p值均大于0.05（如表3所示），表明教學(xué)實(shí)驗(yàn)之前各組學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)具有同質(zhì)性。

此外，由表2可知，對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)1組和實(shí)驗(yàn)2組學(xué)生后測(cè)學(xué)業(yè)成績(jī)的平均分分別為51.37分、60.88分和70.09分。通過(guò)單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)三組后測(cè)學(xué)業(yè)成績(jī)間均存在顯著差異，結(jié)果如表4所示。其中，實(shí)驗(yàn)1組的后測(cè)成績(jī)平均分比對(duì)照組高出9.51%，且兩組間存在顯著性差異（p＜0.05）；實(shí)驗(yàn)2組的后測(cè)成績(jī)平均分比實(shí)驗(yàn)1組高出9.21%，且兩組間存在顯著性差異（p＜0.05）；實(shí)驗(yàn)2組的后測(cè)成績(jī)平均分比對(duì)照組高出18.72%，且兩組間存在極其顯著性差異（p＜0.001）。此結(jié)果表明，基于深度認(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)干預(yù)對(duì)提高學(xué)習(xí)者學(xué)業(yè)成績(jī)具有顯著效果，同時(shí)也意味著本研究中基于認(rèn)知起點(diǎn)理由階和信念階進(jìn)行干預(yù)的學(xué)習(xí)效果最優(yōu)，基于認(rèn)知起點(diǎn)理由階進(jìn)行干預(yù)的學(xué)習(xí)效果次之，常態(tài)化教學(xué)干預(yù)的效果相對(duì)較差。

四 研究結(jié)論

1 深度認(rèn)知診斷方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者深度認(rèn)知狀態(tài)的獲取

本研究驗(yàn)證了深度認(rèn)知診斷方法在獲取學(xué)習(xí)者深度認(rèn)知狀態(tài)方面的可行性。在CTCL范式指導(dǎo)下，本研究以二階診斷法為基礎(chǔ)，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查和訪談，形成了深度認(rèn)知診斷方法，構(gòu)建了由表象階、理由階與信念階組成的三階認(rèn)知起點(diǎn)。同時(shí)，在具體教學(xué)實(shí)踐中基于此方法成功獲取了12種理由階和5種信念階認(rèn)知起點(diǎn)。可見(jiàn)，深度認(rèn)知診斷的核心在于其能夠揭示學(xué)習(xí)者認(rèn)知起點(diǎn)的不同階次，從而為兼具“準(zhǔn)度”和“深度”的個(gè)性化學(xué)習(xí)干預(yù)提供了抓手。

2 技術(shù)支持的基于深度認(rèn)知診斷的個(gè)性化學(xué)習(xí)可以有效提升學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)成績(jī)

通過(guò)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法，本研究證實(shí)了針對(duì)深度認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)干預(yù)的有效性。結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)教學(xué)，基于深度認(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)干預(yù)顯著提高了學(xué)習(xí)者的數(shù)學(xué)成績(jī)，其中針對(duì)認(rèn)知起點(diǎn)理由階進(jìn)行的干預(yù)相較于傳統(tǒng)教學(xué)顯著提升了9.51%（p=0.044＜0.05）；針對(duì)理由階和信念階進(jìn)行的干預(yù)相較于傳統(tǒng)教學(xué)極其顯著地提升了18.72%（p=0.000＜0.001）。此結(jié)果凸顯了深度認(rèn)知診斷在設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)干預(yù)中的重要作用。

3 針對(duì)更深階次的認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)可以更顯著地提升學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)成績(jī)

本研究發(fā)現(xiàn)，隨著對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知起點(diǎn)階次的不斷深入，針對(duì)性的學(xué)習(xí)干預(yù)所產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果也逐漸增強(qiáng)。結(jié)果顯示，相較于傳統(tǒng)教學(xué)，針對(duì)認(rèn)知起點(diǎn)理由階進(jìn)行干預(yù)能顯著提升學(xué)習(xí)效果（提高9.51%，p=0.044＜0.05），而在此基礎(chǔ)上結(jié)合認(rèn)知起點(diǎn)信念階進(jìn)行干預(yù)，學(xué)習(xí)效果進(jìn)一步得到顯著提升（再提高9.21%，p=0.046＜0.05），這表明對(duì)不同階次的認(rèn)知起點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)將差異化地影響學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)成績(jī)。同時(shí)，深度挖掘?qū)W習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)是有必要的，對(duì)認(rèn)知起點(diǎn)的干預(yù)程度越深，學(xué)習(xí)效果的提升越顯著。

綜上，兼具“深度”和“準(zhǔn)度”的認(rèn)知起點(diǎn)診斷以及對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)干預(yù)，是提升學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵，也是認(rèn)知視角下技術(shù)有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的作用機(jī)制之一。進(jìn)一步凝練此結(jié)論，本研究認(rèn)為“認(rèn)知起點(diǎn)的‘準(zhǔn)度-深度’雙維發(fā)展”即本研究指向的技術(shù)有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的機(jī)理所在。

五 結(jié)語(yǔ)

本研究驗(yàn)證了深度認(rèn)知診斷方法的可行性、基于深度認(rèn)知診斷結(jié)果進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)的有效性，以及更深度地關(guān)注學(xué)習(xí)者認(rèn)知起點(diǎn)的必要性，為一線教育實(shí)踐提供了具體的個(gè)性化診斷方案和個(gè)性化干預(yù)方案，也為后續(xù)研究提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。但本研究仍存在一定的局限性，如研究對(duì)象均來(lái)自上海、僅針對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科進(jìn)行了探索、樣本量有待持續(xù)擴(kuò)大。為此，后續(xù)研究將考慮擴(kuò)大樣本量、擴(kuò)充研究的學(xué)科數(shù)量和擴(kuò)展研究的地域范圍，以此增強(qiáng)研究結(jié)果的可推廣性；進(jìn)一步結(jié)合教育測(cè)評(píng)“從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)”的動(dòng)態(tài)化趨勢(shì)展開深入探索；探索自然語(yǔ)言處理、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)在深度認(rèn)知診斷中的應(yīng)用，以期在確保診斷深度和準(zhǔn)度的前提下提高深度認(rèn)知診斷的速度。

參考文獻(xiàn)

[1]楊重陽(yáng)，武法提.精準(zhǔn)教學(xué)與個(gè)性化學(xué)習(xí)場(chǎng)景中教學(xué)支持服務(wù)框架研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022，（1）：111-117.

[2]董玉琦，高子男，于文浩，等.學(xué)習(xí)技術(shù)（CTCL）范式下的技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)研究進(jìn)展（1）：基本認(rèn)識(shí)、研究設(shè)計(jì)與初步成果[J].中國(guó)電化教育，2021，（9）：32-41.

[3]Tamim R M， Bernard R M， Borokhovski E， et al. What forty years of research says about the impact of technology on learning： A second-order meta-analysis and validation study[J]. Review of Educational Research， 2011，（1）：4-28.

[4]Selwyn N. Minding our language： Why education and technology is full of bullshit … and what might be done about it[J]. Learning， Media and Technology， 2016，（3）：437-443.

[5]Resta P， Laferrière T. Technology in support of collaborative learning[J]. Educational Psychology Review， 2007，（1）：65-83.

[6]董玉琦，王靖，伊亮亮，等.CTCL：教育技術(shù)學(xué)研究的新范式（1）——基本構(gòu)想與初步研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012，（2）：3-14.

[7]楊宗凱.個(gè)性化學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)[J].科學(xué)通報(bào)，2019，（Z1）：493-498.

[8]J?rvel? S， Hadwin A F. New frontiers： Regulating learning in CSCL[J]. Educational Psychologist， 2013，（1）：25-39.

[9][24]董玉琦，林琳，林卓南，等.學(xué)習(xí)技術(shù)（CTCL）范式下技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)研究進(jìn)展（2）：技術(shù)支持的基于認(rèn)知發(fā)展的個(gè)性化學(xué)習(xí)[J].中國(guó)電化教育，2021，（10）：17-23、42.

[10]杜文博，馬曉梅.基于認(rèn)知診斷評(píng)估的英語(yǔ)閱讀診斷模型構(gòu)建[J].外語(yǔ)教學(xué)與研究，2018，（1）：74-88、160-161.

[11]涂冬波，蔡艷，戴海崎，等.現(xiàn)代測(cè)量理論下四大認(rèn)知診斷模型述評(píng)[J].心理學(xué)探新，2008，（2）：64-68.

[12]郭力平，呂雪，羅艷艷，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于學(xué)前兒童類比推理評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)支持的研究——基于認(rèn)知診斷方法[J].電化教育研究，2020，（9）：94-101.

[13]丁樹良，汪文義，楊淑群.認(rèn)知診斷測(cè)驗(yàn)藍(lán)圖的設(shè)計(jì)[J].心理科學(xué)，2011，（2）：258-265.

[14]Mislevy R J. Foundations of a new test theory[J]. ETS Research Report Series， 1982，（2）：i-32.

[15]劉聲濤，戴海崎，周駿.新一代測(cè)驗(yàn)理論——認(rèn)知診斷理論的源起與特征[J].心理學(xué)探新，2006，（4）：73-77.

[16]Leighton J P， Gierl M. Cognitive diagnostic assessment for education： Theory and applications[M]. Cambridge： Cambridge University Press， 2007：242-274.

[17]Junker B W， Sijtsma K. Cognitive assessment models with few assumptions， and connections with nonparametric item response theory[J]. Applied Psychological Measurement， 2001，（3）：258-272.

[18]涂冬波，蔡艷，戴海琦，等.一種多級(jí)評(píng)分的認(rèn)知診斷模型：P-DINA模型的開發(fā)[J].心理學(xué)報(bào)，2010，（10）：1011-1020.

[19]戴靜，顧小清，江波.殊途同歸：認(rèn)知診斷與知識(shí)追蹤——兩種主流學(xué)習(xí)者知識(shí)狀態(tài)建模方法的比較[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2022，（4）：88-98.

[20]Schneider W. The development of metacognitive knowledge in children and adolescents： Major trends and implications for education[J]. Mind， Brain， and Education， 2008，（3）：114-121.

[21]Linn M C， Gerard L， Matuk C， et al. Science education： From separation to integration[J]. Review of Research in Education， 2016，（1）：529-587.

[22][30]董玉琦，王靖，施智勇，等.學(xué)習(xí)技術(shù)（CTCL）范式下技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)研究進(jìn)展（3）：小學(xué)數(shù)學(xué)《中位數(shù)與眾數(shù)》單元教學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電化教育，2021，（11）：115-123.

[23]白倩，侯家英，李藝.支持個(gè)性化發(fā)展的學(xué)習(xí)者評(píng)價(jià)之哲理溯源——基于胡塞爾現(xiàn)象學(xué)的分析[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2023，（11）：97-107.

[25]Cleeremans A. The radical plasticity thesis： How the brain learns to be conscious[J]. Frontiers in Psychology， 2011，2：86.

[26]Shute V J， Rahimi S. Review of computer-based assessment for learning in elementary and secondary education[J]. Journal of Computer Assisted Learning， 2017，（1）：1-19.

[27]Peterson R， Treagust D， Garnett P. Identification of secondary students’ misconceptions of covalent bonding and structure concepts using a diagnostic instrument[J]. Research in Science Education， 1986，（1）：40-48.

[28]Molenaar I， Roda C， van Boxtel C， et al. Dynamic scaffolding of socially regulated learning in a computer-based learning environment[J]. Computers amp; Education， 2012，（2）：515-523.

[29]Nokes-Malach T J， Richey J E， Gadgil S. When is it better to learn together？ Insights from research on collaborative learning[J]. Educational Psychology Review， 2015，（4）：645-656.

[31]邊家勝，董玉琦.學(xué)科學(xué)習(xí)中的“概念轉(zhuǎn)變”策略探析——基于日本概念轉(zhuǎn)變研究的綜述[J].外國(guó)教育研究，2016，（3）：94-107.

[32]Bjork R A， Whitten W B. Recency-sensitive retrieval processes in long-term free recall[J]. Cognitive Psychology， 1974，（2）：173-189.

[33]劉美鳳.廣義教育技術(shù)定位的確立[J].中國(guó)電化教育，2003，（6）：9-16.

Research on the Effectiveness of Technology-supported Personalized Learning Based on Deep Cognitive Diagnosis

——A Case Study of the “Permutations and Combinations” Content in High School Mathematics

ZHANG Hui-Lun¹" ""DONG Yu-Qi¹" ""CHEN Xing-Ye²

ZHANG Xiao-Jie²" ""LIN Zhuo-Nan^{1[Corresponding Author]}

（1. College of Education， Shanghai Normal University， Shanghai， China

200234; 2. Shanghai Experimental School， Shanghai， China 200125）

Abstract： Technology enhanced learning is a core issue in educational technology research， yet its effectiveness has been questioned. Based on this， this paper adopted a quasi-experimental research method involving 607 second-year high school students from two public schools in Shanghai and used deep cognitive diagnosis to obtain the learners’ three-level cognitive starting points （representational stage， causal stage， and belief stage） aiming at the “Permutation and Combination” chapter in high school mathematics. Meanwhile， targeted learning interventions were accordingly designed and experimental teaching combined with technology were conducted， in order to examine the influence of technology-supported personalized learning based on deep cognitive diagnosis on academic performance improvement. The results showed that， compared with traditional teaching， technology-supported personalized learning based on deep cognitive diagnosis significantly improved learners’ mathematics scores， and interventions based on deeper cognitive starting points achieved even more significant learning effects. Through research， this paper was expected to provide empirical support and theoretical guidance for implementing efficient personalized learning in frontline teaching scenarios.

Keywords： deep cognitive diagnosis; personalized learning; cognitive starting points; academic performance

*基金項(xiàng)目：本文為全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題“學(xué)業(yè)情緒的多源數(shù)據(jù)表征及其對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響——以理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)為中心”（項(xiàng)目編號(hào)：DHA220483）的階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：張慧倫，在讀博士，研究方向?yàn)閷W(xué)習(xí)技術(shù)（CTCL）、認(rèn)知發(fā)展，郵箱為zhanghl0107@yeah.net。

編輯：小時(shí)