作者简介：许锋华(1977- )，女，湖北巴东人，中南民族大学教育学院副教授，主要从事课程与教学论研究，E-mail:xufenghua2010@sina.com（湖北 武汉 430074）；大卫·威廉姆森·谢弗，威斯康星大学(麦迪逊校区)教育学院（美国 威斯康星州）。

　　内容提要：认知网络分析工具ENA是为测量STEM思维发展水平而设计的科学教育测评系统。该系统把“以证据为中心的设计”教育评价模式作为理论基础，把技能、知识、身份、价值、认识论等五个变量作为认知框架，通过分析学习者在认知游戏中认知框架的发展变化来完成STEM思维的动态测量。ENA认知网络分析系统可以用于测量多种形式的复杂STEM思维发展，可以比较在有无指导者帮助的情况下同一学习者认知框架的异同，并进一步测量专业人士认知框架中的元素构成形态与社会实践过程中的一致性程度。该系统对于STEM学习、STEM评估、STEM教育都有着广泛深远的影响，对我国科学教育的深入推进也具有重要的借鉴意义。

　　关 键 词：ENA 科学教育 STEM 以证据为中心的设计 教育评价模式

　　基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目“中西部民族地区代课教师问题研究”(课题编号：CSY11006)；国家留学基金委青年骨干教师出国研修项目(项目编号：201407780006)

　　[中图分类号]G434 [文献标志码]A

　　在全球化时代，青少年需要通过学习科学、技术、工程和数学(STEM)知识来开发复杂的STEM思维以适应世界范围内的工作和生活。怎样了解学生STEM思维的发展状况？如何更好地促进STEM思维的发展？怎样评判所开设的课程和实施的教育活动在促进学生STEM思维发展中的作用？为了解决这些问题，美国威斯康星大学麦迪逊校区的认知游戏团队研发了一套认知网络分析工具(Epistemic Network Analysis，简称为ENA)。本文将对ENA的理论基础、分析框架和分析过程等内容展开论述。

　　一、ENA的理论基础：“以证据为中心的设计”教育评价模式

　　“以证据为中心的设计”教育评价(EvidenceCentered Design，简称ECD)是美国教育评价领域应用非常广泛的一种模式。该模式提倡尊重学生的主体地位，关注学生的学习过程，强调在评价学生学习能力、思维发展的过程中搜集有力的证据。

　　(一)“以证据为中心的设计”教育评价模式简介

　　学生的学习评价如何关注过程，如何清楚地描述学生获得和使用知识、技能以及个人能力发展过程中的轨迹，通过什么样的方式去获取能够体现学生知识、技能等综合发展的证据，以及怎样把这些证据转化为数据及结论的相关策略。这就是“以证据为中心的设计”教育评价模式的一个基本逻辑。早在1994年美国教育心理学家迈锡克(Samuel Messick)就指出，“以证据为中心”的评价最核心的问题就是建立学生学习、行为和背景之间的联系与结构，而这个“结构”将指导相关任务的选择、建构以及最终的评价。他说：“在评价之前首先需要弄清楚哪些复杂的知识、技能及其他属性需要被评价，因为这些‘结构’将受到或明确或隐含的教学目标以及其他社会价值的束缚。其次，需要清楚什么样的行为或表现能够揭示出这一‘结构’，以及什么样的任务或处境能够激发他们的行为”。[1]随着现代数字技术的进步、信息技术的高速发展，美国教育评估与测量专家梅斯雷弗(Robert J.Mislevy)基于灵活开放的虚拟数字学习环境提出了更高级、更系统的“以证据为中心的设计”教育评价模式。该模式的核心是“概念性评价框架”，它包括学生模式、证据模式和任务模式等三个主要组成部分。

　　学生模式主要解决的问题是测量什么。该模式依据学习理论，分析“期望测量学生什么样的知识、技能和能力”。[2]该模式在厘清测量什么的基础上，还明确了所期望测量的知识、技能和能力等变量间的关系。这些变量不仅能够代表学生的学习表现，而且必须是可以观察的。针对学习状态、结构和深层复杂系统的发展，学生模式为“以证据为中心的设计”教育评价提供了一个大概的模型和框架。

　　证据模式主要解决的问题是如何测量。学生在执行具体学习任务中的互动或反应情况就是学生模式的证据。收集证据还只是证据模式的一个方面，它还需要进一步明确怎样处理证据。这首先需要说明可观察的变量如何反映学生在具体任务中的表现，再制定不同行为表现的量化评分规则，最后建立学生模式中确定的变量与证据模式中搜集可观察变量之间的联系。[3]

　　任务模式是关于“什么样的环境让学生能够说、做或创作”的一个说明，主要描述如何组织情景类型，以便让我们获得证据模式中所需要的证据种类。在这一模式中，梅斯雷弗特别指出，“数据”的收集并不仅仅局限于知识结构、纸笔测验的传统框架，它还应该包括一些关于学习者的背景、行为、历史或与特定环境的联系等信息。[4]

　　(二)ENA作为一种“以证据为中心的设计”认知网络分析系统

　　“以证据为中心的设计”的教育评价理念为认知网络分析ENA的开发提供了一种原理和方法。同时，认知网络分析ENA也为“以证据为中心的设计”在数字化时代的可行性提供了有力支撑。

　　ENA根据“以证据为中心的设计”原理，以能够促进学生发展的相关变量构建评价学生的认知框架元素，同时以开发的认知游戏替代传统的实习课，在认知游戏这样一个虚拟实践中根据学习者认知框架的变化来评价学生认知网格的性质和连贯性。学生模式本身由一些代表认知网络关键特征的变量组成，通过认知网络的密度以及相对集中的节点等来构成学习者在不同时间点的认知框架。证据模式由两部分组成：一是根据专业框架的元素进行编码的相关活动的历史记录；二是一套把学生在实习过程中的相关活动元素转化为认知框架的分析工具。认知游戏中的活动以及假定与活动相关的联系所发展的认知框架共同构成“框架板”，它可以作为任务模式中引导游戏活动和收集数据的装置。通过这种方式，认知网络分析可以以条状图形表示学习者在游戏中认知框架的发展轨迹，而且这些轨迹中的任何一个切片都是可以被量化和分析的，并能在特定的游戏活动与个体发展之间建立联系，以评估个体的发展。[5]

　　“以证据为中心的设计”教育评价模式成功解释了认知游戏和认知网络分析是如何成为有效排列和整合学生学习活动的评估策略。同时，认知游戏和认知网络分析构成的数字学习系统，充分诠释了“以证据为中心的设计”的评价模式为何会成为评价STEM复杂思维发展中的关键原则。

　　二、ENA的分析框架：“认知框架假设”

　　认知网络分析系统ENA是以“认知框架假设”为基础构建的分析框架。“认知框架假设”认为任何实习实践的群体内部都有一种文化，这种文化的语法和结构由五个部分组成(如图1所示)，它们分别是：(1)技能(Skills)，即人们在群体中所做的事情；(2)知识(Knowledge)，即人们在群体中所分享的认识；(3)身份(Identity)，即人们在群体中认识自我的途径；(4)价值(Values)，即人们在群体中共同的信仰；(5)认识论(Epistemology)，即人们在群体中证明行为或言论合法的依据。[6]

　　图1 认知框架假设

　　技能、知识、身份、价值和认识论所构成的集合就形成了群体的认知框架。“认知框架假设”理论认为，STEM思维是复杂的，它不仅仅是某些知识、技能、价值观和决策方式的简单集合。我们更重要的是了解哪些元素是在行动之前需要考虑的，而在做一些特殊决策的时候又需要用到哪些认知元素。“认知框架假设”有以下几个基本理念：(1)一个群体中的成员在参加实践活动的时候，其认知框架是将技能、知识、价值、身份、认识论绑定为一个整体的；(2)一个独立的个体转化成为群体中的一员是通过训练和教学将认知框架内化来实现的；(3)当个体认知框架内化以后，在面临众多观点(或角色)的选择时，所用方法和所做的抉择都会采用这个群体共享的认知框架。[7]如果把这一理论放到具体的情境中，我们就可以看到：想当工程师的人就会模仿工程师的举止，会自我认为他们就是工程师，会对工程相关的学习感兴趣，会懂得物理、生物力学、化学和其他工程领域的知识。这些技能、知识、习惯和理解就构成了认识世界的一种独特方式：也就是像工程师一样地思考。同样的道理，数学家、计算机科学家、科学记者等每一种职业都有一种不同的认知框架，只是不同的思维方式而已。