關(guān)于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析的系統(tǒng)綜述

徐艷萍 李田田

摘要：認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法（Epistemic Network Analysis，ENA）是一種識(shí)別和量化編碼數(shù)據(jù)中元素之間的聯(lián)系，并在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型中表示它們的新方法，它是一種質(zhì)性和量化研究相結(jié)合的新型研究方法。本文通過關(guān)鍵詞檢索法對(duì)在線數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)檢索以及參考，介紹了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法的概念、理論基礎(chǔ)，重點(diǎn)探討其在各個(gè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括醫(yī)療教育、協(xié)作學(xué)習(xí)、工程教育、師生教學(xué)互動(dòng)這四大領(lǐng)域，并在此基礎(chǔ)上探討認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法的研究前景，為以后研究認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法在我國的繼續(xù)發(fā)展做鋪墊。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析;教育;認(rèn)知框架;ENA;學(xué)習(xí)分析

一、引言

在當(dāng)今的眾多研究中，采用內(nèi)容分析法是必不可少的，然而傳統(tǒng)的內(nèi)容分析法需要人工對(duì)大量的文本話語進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難進(jìn)行大規(guī)模的分析研究?；诖?，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校威斯康星州教育研究中心的教授Shaffer提出了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析方法（Epistemic Network Analysis，ENA），這是一種在語篇中識(shí)別有意義的話語量化研究方法，通過檢查編碼共現(xiàn)或編碼數(shù)據(jù)的連接并進(jìn)行建模，從而進(jìn)行可視化分析。

Shaffer等人提出認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析方法是一種量化、可視化和解釋網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的新方法，是識(shí)別和測(cè)量編碼數(shù)據(jù)中元素之間的連接，并在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型中表示它們的一組技術(shù)[1]。這些模型能夠說明連接的結(jié)構(gòu)，并測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中各元素之間的聯(lián)系強(qiáng)度。重要的是，ENA能夠直接或通過統(tǒng)計(jì)摘要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，因此，在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模式被認(rèn)為有意義的情況下，ENA可以用于探索廣泛的定性和定量研究問題。ENA的一個(gè)關(guān)鍵特性是，它使研究人員能夠比較不同的“網(wǎng)絡(luò)”，包括視覺上的以及通過反映連接權(quán)重結(jié)構(gòu)的匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

在筆者收集的文獻(xiàn)中，有關(guān)ENA大多數(shù)的研究都可以整體歸納為教育領(lǐng)域，其中，涉及最廣的是工程教育（包含16篇），其次是關(guān)于師生教學(xué)互動(dòng)（包含5篇）、還有協(xié)作學(xué)習(xí)以及醫(yī)學(xué)教育等教育中的多個(gè)方面以及凝視眼動(dòng)協(xié)調(diào)[2][3]、教師對(duì)于知識(shí)的理解[4]等等。

二、理論基礎(chǔ)：認(rèn)知框架理論

認(rèn)知框架理論是ENA不可或缺的理論基礎(chǔ)之一?！翱蚣堋痹谏鐣?huì)科學(xué)領(lǐng)域是指一系列研究個(gè)體或群體如何組織和表達(dá)現(xiàn)實(shí)的理論和概念。而這些概念、理論以及知識(shí)必須是協(xié)同發(fā)展的，不可能獨(dú)立存在。認(rèn)知框架是指學(xué)習(xí)者通過社會(huì)性學(xué)習(xí)合作，逐步建構(gòu)起自己的思維網(wǎng)絡(luò)，隨著學(xué)習(xí)的深入逐漸發(fā)展。

由Shaffer構(gòu)建的認(rèn)知框架理論認(rèn)為，每一種實(shí)踐都是技能、知識(shí)、身份、價(jià)值觀和認(rèn)識(shí)論這五部分的集合，它們共同構(gòu)成了一個(gè)認(rèn)知框架[5]。專業(yè)實(shí)踐中的成員依靠特定領(lǐng)域的技能和知識(shí)來做出決策并對(duì)決策的合理性進(jìn)行證明，他們的特點(diǎn)決定了他們作為團(tuán)隊(duì)成員的身份，以及他們用來識(shí)別該領(lǐng)域重要問題的價(jià)值觀。發(fā)展認(rèn)知框架意味著在這些技能、知識(shí)、身份、價(jià)值觀和社區(qū)特有的認(rèn)知元素之間建立一個(gè)聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)。因此，使用認(rèn)知框架理論，我們可以檢查新來者的認(rèn)知框架，以確定他們是否正在學(xué)習(xí)將知識(shí)、技能和價(jià)值觀聯(lián)系起來。

如果認(rèn)知框架是觀察專業(yè)知識(shí)的合適模型，那么就需要一種觀察認(rèn)知框架變化的方法來描繪它們的發(fā)展[6]。而認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析（ENA）則是一種量化和分析認(rèn)知框架的技術(shù)（Shaffer等人，2009）。

三、ENA的建模及分析步驟

ENA最初被開發(fā)出來是為了模擬基于話語的復(fù)雜的協(xié)作思維，或者是人們從事某種認(rèn)知任務(wù)時(shí)的行動(dòng)和互動(dòng)?，F(xiàn)在ENA已被廣泛用于學(xué)生從事復(fù)雜的問題解決時(shí)的學(xué)習(xí)研究，它非常適合建模任何系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)模式，其特征是一個(gè)相對(duì)較小的、固定的元素之間的復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的關(guān)系[3]。ENA為解釋學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為有著重要的意義，為思維等認(rèn)知行為提供了量化的方式。

ENA的分析過程首先從參與這在研究活動(dòng)中產(chǎn)生的對(duì)話、訪談、文字記錄、錄音錄像等資料中收集數(shù)據(jù)，其次，將這些數(shù)據(jù)分成若干單元進(jìn)行二進(jìn)制編碼。然后創(chuàng)建鄰接矩陣，并將需要比較的兩個(gè)單元/組的鄰接矩陣進(jìn)行累積，形成累積矩陣，累積矩陣表示為高維空間中的向量，因此，需要采用奇異值分解的方式（SVD）進(jìn)行降維。最后，形成認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型[1]。通過認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析框架圖，可以分析比較認(rèn)知框架的變化過程以及不同節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系結(jié)構(gòu)與強(qiáng)弱。

四、ENA在教學(xué)中的應(yīng)用

在目前的STEM教育中，學(xué)生專業(yè)思維的提升與進(jìn)步和各自實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累有著密不可分的聯(lián)系，在這種情況下，教師應(yīng)采取何種教學(xué)策略來引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展專業(yè)思維是非常重要的。為了評(píng)估教師采用的教學(xué)策略是否有效，研究者通常會(huì)采用對(duì)比教學(xué)活動(dòng)前后學(xué)生學(xué)習(xí)效果的方法來進(jìn)行判斷。但這種方法并不能有效反映出教學(xué)策略如何引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展自身的認(rèn)知能力，只有能清楚地了解到教師和學(xué)生在進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)期間的認(rèn)知變化規(guī)律，才能為后續(xù)教學(xué)策略的開發(fā)提供支持。因此，可采用ENA對(duì)教師和學(xué)生的話語數(shù)據(jù)分析，通過研究在課堂中學(xué)生和教師的認(rèn)知軌跡關(guān)系，對(duì)教學(xué)策略進(jìn)行評(píng)估。

五、ENA的優(yōu)勢(shì)

（一）研究結(jié)果可視化

ENA在不同領(lǐng)域的應(yīng)用表明，其是一種將質(zhì)性研究與量化研究相結(jié)合、并且使研究結(jié)果可視化的研究方法。概念的共現(xiàn)是認(rèn)知聯(lián)系的一個(gè)很好的指標(biāo)，尤其是當(dāng)共現(xiàn)頻繁時(shí)，ENA通過利用概念共現(xiàn)建立認(rèn)知聯(lián)系，來分析研究對(duì)象各個(gè)元素之間的關(guān)系，并且對(duì)元素之間的關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)表征。通過此方式，可以直觀的了解參與者的認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r，從而可以對(duì)參與者的認(rèn)知行為發(fā)展做出更加深刻的分析與評(píng)價(jià)。

（二）結(jié)合其他方法，進(jìn)行多維度認(rèn)知發(fā)展分析

在使用ENA進(jìn)行分析的過程中，可以與其他研究方法相結(jié)合進(jìn)行多維度分析，比如案例中借助主題建模與ENA結(jié)合對(duì)低成績(jī)與高成績(jī)學(xué)生的對(duì)話主題進(jìn)行分析，從而全面客觀地對(duì)參與者的行為進(jìn)行分析，不僅有助于教師了解不同成績(jī)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，也可以通過對(duì)話主題預(yù)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果和表現(xiàn)，推動(dòng)協(xié)作學(xué)習(xí)的發(fā)展。

（三）推動(dòng)科學(xué)教育發(fā)展

數(shù)字學(xué)習(xí)成為現(xiàn)在非常重要的學(xué)習(xí)方式，案例分析表明，ENA作為一種量化民族志的數(shù)據(jù)分析方法，使質(zhì)性和量化研究相融合，為最終得出的量化模型賦予了質(zhì)性數(shù)據(jù)的意義。其在技術(shù)本質(zhì)、分析層析及應(yīng)用價(jià)值等方面，為STEM教育及其它領(lǐng)域的測(cè)評(píng)提供了新范式。

六、ENA的局限性

ENA在不同領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的弊端主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）樣本容量小。在研究案例中，研究對(duì)象主要是某個(gè)學(xué)校中的部分學(xué)生或者幾位教師，樣本容量較小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不具有代表性。

（二）研究環(huán)境簡(jiǎn)單而實(shí)際環(huán)境復(fù)雜，研究往往是處于某種特定的環(huán)境中，不能完全模擬真實(shí)的環(huán)境，實(shí)際環(huán)境往往更復(fù)雜，存在許多不確定的因素和變量，因此研究結(jié)果不能完全對(duì)某研究領(lǐng)域進(jìn)行表征。

（三）ENA分析參與者的對(duì)話來模擬學(xué)習(xí)過程，沒有結(jié)果的測(cè)量，因此沒法評(píng)估該課程在多大程度上幫助參與者發(fā)展知識(shí)、技能或者其他能力。

（四）ENA可以對(duì)文本對(duì)話進(jìn)行量化處理，但是進(jìn)行后期編碼的過程卻相對(duì)來說是比較復(fù)雜的，進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估前需要有準(zhǔn)確的額編碼和明確的量化標(biāo)準(zhǔn)，以及對(duì)研究者信息素養(yǎng)的額要求較高，并且代碼元素在一定程度上存在個(gè)體主觀性，會(huì)導(dǎo)致后期的分析過程和結(jié)果存在一定的差異。

七、ENA使用的未來展望

在智能時(shí)代，教育與技術(shù)的深度融合，使得目前認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析方法（ENA）在國外已經(jīng)有了一個(gè)很好的發(fā)展，尤其是在STEM教育方面，作為新興的分析方法，它為學(xué)生群體提供了結(jié)合認(rèn)知資源和同步或異步參與任務(wù)以完成共享的學(xué)習(xí)目標(biāo)的機(jī)會(huì)，憑借其動(dòng)態(tài)、內(nèi)容豐富等的特性，在促進(jìn)美國科學(xué)教育、動(dòng)態(tài)評(píng)測(cè)STEM教育等方面起到了很大的推動(dòng)作用，且研究還大多停留在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，如虛擬實(shí)習(xí)、認(rèn)知游戲、研究特定對(duì)象的認(rèn)知方式等。但是目前，我國對(duì)于ENA的應(yīng)用研究還處于一個(gè)新興的萌芽過程，今后，在教學(xué)中和未來的研究中，通過不斷的發(fā)展與完善，我們可以進(jìn)一步將ENA應(yīng)用于真實(shí)課堂，加強(qiáng)數(shù)字學(xué)習(xí)，推動(dòng)我國科學(xué)教育的進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介

徐艷萍（1997-），女，山東省濰坊市，研究生，教育技術(shù)學(xué)。青島大學(xué)師范學(xué)院。