地理方向感測量工具的開發與檢驗*

蔡露喬，盧曉旭

（華東師范大學教師教育學院，上海 200062）

地理空間能力是影響學生地理學習和地理問題解決效率的重要因素，也是地理素養的重要構成要素。因而，地理空間能力培養成為當前國際地理教育關注的重點和熱點領域［1］。已有研究表明，地理方向感是地理空間能力中的一個重要方面［2］。地理方向感與人們的生活息息相關：人們日常出行經常需要進行方位感知，并做出相應的路徑規劃和空間決策，高水平的地理方向感能提高人們的尋路效率、改善人們的生活質量。為此，地理教育需要尋找有效的方式培養學生的地理方向感。要了解學生地理方向感現狀、分析地理方向感的影響機制、制定培養地理方向感的策略，就需要一套科學的地理方向感水平測量工具。當前，國外地理方向感的研究成果多集中在認知心理學領域，國內對地理方向感的理論研究較少。心理學對地理方向感的測量主要是采用“尋路實驗”的方式［3-4］，但對學生進行獨立的尋路實驗，其安全性和可行性尚未成熟。所以，本研究希望能夠基于國內學生實際情況開發一套地理方向感測量工具，同時嘗試豐富地理方向感在地理教育領域的概念內涵。

一、地理方向感測量工具的編制

1.理論依據

（1）地理方向感的概念界定

最早將地理方向感作為人的一種心理特質加以討論的是認知心理學家Lynn和Kendall，他們對地理方向感的定義是：人們對位置（location）和方向（orientation）的認識［5］。Heather和Daniel認為地理方向感是人們在環境尺度的空間里尋路的假定能力［3］。Edward等認為，地理方向感是個體表征方位（bearing）的能力［6］。許琴等將地理方向感定義為一種定位當前位置、確定前往目的地的方向及選擇相應路線的能力［7］。梳理上述文獻，可以發現不同學者對地理方向感的定義中基本包含位置、方向、認識、表征等關鍵詞，因此，本文將地理方向感界定為個體對自身與地理環境空間位置和方向關系的表征與建構能力。

（2）地理方向感維度的理論

現有文獻尚沒有系統地對地理方向感做出維度劃分。從一些研究者的測查項目中可以大致推測他們對地理方向感維度的理解。Heather和Daniel從地標熟悉度（landmark familiarity）、路線排列（route ordering）、路線行動（route actions）和方向估計（direction estimation）這幾個方面對地理方向感進行測試［3］。Mary等將地理方向感分為空間知識獲得（acquisition of spatial knowledge）和空間更新（spatial updating）兩個方面，又將這兩個方面分別按照自我參照和環境參照進行細化［8］。Edward等通過指向不可見的地標（pointing to nonvisible landmarks）、繞行后重新規劃路徑（reversing a route with a detour）、設計捷徑（devising a shortcut）、在建筑物內確定場所位置（locating site within building）這幾項任務測試地理方向感，同時還測試地理方向感空間記憶、心理空間操作、編碼能力（encode events along routes）等。［6］Jeanne提出了一個認知過程，有良好地理方向感的人善于想象他們周圍的空間關系［9］。根據Jeanne的觀點，地理方向感反映了在精神上協調自我中心和想象參照系的能力。許琴等認為地理方向感是一種復雜的心理過程，涉及感知覺、注意、學習記憶和思維決策，所以將地理方向感按照心理過程的特點劃分為路標選擇與加工、自我/環境參照表征、方位關系的整合。［7］

2.測量工具的編制

（1）地理方向感的維度劃分

根據上述對地理方向感維度的梳理和認識，地理方向感的認知過程包括個體在感知覺階段對方位信息的識別表征，以及在思維決策階段對方位信息的加工處理，因此，本文將地理方向感劃分為三個主要維度：方向表征、方向整合、方向更新，其中方向表征是個體以自我或者環境為參照系感知并識別方向；方向整合是對自我參照系的信息和環境參照系的信息進行對接整合；方向更新是發生轉向時個體及時地調整和重構原先對方向的認識。

（2）測量工具試題編制

已有研究表明，自陳式測量與任務性測量結合是地理方向感測量中一種較為準確且有效的測量方法［2-4］。自陳式測量是通過自我報告的形式表現其水平，具有一定主觀性，需要進行技術性和保障性應對；任務性測量是對個體完成任務過程中表現出的能力進行外在評估，由他人運用標準進行評價，具有相對客觀性，但受評價主體和標準的影響，需要完善標準并對評價主體進行培訓。有學者發現地理方向感可以通過個體的一種心理操作來反映，即溝通環境與二維圖式（如鳥瞰圖）的縱覽知識表征［4］，這給地理方向感任務性測量項目的編制提供了方法論依據。所以測量項目中采用地圖與實景圖相結合的方式以激發被試形成接近真實場景的環境空間信息縱覽。另外，有實驗表明地理方向感的自我評估如果在行為任務之后進行，被試者會反思他們在行為任務中遇到的困難進而給出自我評價，導致行為任務對自我評估產生干涉［5］。所以測量工具編排時將自陳式測量項目先于任務性測量項目呈現。基于此，初步編制的測量工具包括23項關于地理方向感的自陳式測量項目（其中一題是內置效標）和12項地理方向感的任務性測量項目（舉例如下）。

其中，任務性測量項目舉例如下。C11（最終版序號為C9）：2019年11月5日早晨，高鐵從上海虹橋站開出后，乘客向著行駛方向拍攝照片，7點22分和7點24分拍攝到的照片分別如圖1和圖2所示。請觀察從車窗射入陽光的方向變化，推斷在2分鐘拍攝間隔內，該車是在圖3中的哪一段鐵軌上開行并轉向？高鐵可能向南京方向或杭州方向行駛，請根據現象作出判斷，并在圖3上畫出可能的開行區段。

圖1 7點22分車廂內陽光照射的情況

圖2 7點24分車廂內陽光照射的情況

圖3 高鐵路線圖

二、檢測樣本選擇與數據分析方法

1.樣本選擇

樣本來自揚州中學教育集團樹人學校、南京師范大學附屬中學、華東師范大學。揚州中學教育集團樹人學校是揚州中學教育集團下的一所民辦中學，在其高一年級隨機選取1個班，高二年級隨機選取2個班，共計156名學生。南京師范大學附屬中學是江蘇省最優秀的學校之一，在其高三年級隨機選取4個班級的107名學生。在華東師范大學地理科學學院隨機選取22名本科生，在華東師范大學教師教育學院學科教學（地理）專業隨機選取8名研究生。最終獲得293份學生樣本數據，其中有效樣本288份，樣本有效率為98.29%。有效樣本中高一年級50份，高二年級103份，高三年級105份，本科生22份，研究生8份；男生133份，女生155份。以上樣本年齡跨度大，水平具有層次性，可以更好地代表總體。

2.數據分析方法

本研究運用SPSS 23.0軟件對測量工具進行相關分析、獨立樣本t檢驗、內部一致性檢驗、探索性因子分析。運用Winsteps 3.72.3進行Rasch模型分析。運用Amos 22.0建立結構方程模型進行驗證性因子分析。

三、測量工具的檢驗與修訂

1.項目質量檢驗

相關分析的結果顯示，22項自陳式測量項目（不包含效標）與12項任務性測量項目都與總分達到極其顯著相關的水平，具有較好的區分度。將總分前27%的樣本歸為高分組，總分后27%的樣本歸為低分組，高低分組獨立樣本t檢驗的結果顯示，22項自陳式測量項目與12項任務性測量項目t統計量的p值均達到小于0.05的標準，表明所有測量項目區分度良好。

2.信度檢驗

信度檢驗的結果顯示，自陳式測量項目的科隆巴赫信度系數為0.929，達到理想標準。測量工具的科隆巴赫信度系數為0.642，也達到了大于0.60的一般標準。測量工具的內部一致性較好。

3.效度檢驗

（1）內容效度

通過專家咨詢法檢驗項目的內容效度，咨詢對象為1名高校地理教學論方向的副教授，3名地理教學專業的研究生。意見結果表明，測量項目中的C7、C8側重于考查讀圖能力和距離判斷，與地理方向感的測查內容匹配度不高。

（2）結構效度

對地理方向感自陳式測量項目和任務性測量項目分別進行探索性因子分析，檢驗測量工具的結構效度。結果表明，地理方向感自陳式測量項目的KMO統計量為0.922，巴特利特球形檢驗有統計學意義（χ2=3 086.288，P=0.000＜0.01）。采用特征值大于1提取公因子，經由最大方差法完成因子軸旋轉。結果顯示，測量工具呈現四因子結構，與理論預設的三個維度不符。B5、B8在所有公因子上都沒有明顯的載荷，B12、B15、B22獨立于一個預設外的公因子上。地理方向感任務性測量項目的KMO統計量為0.744，巴特利特球形檢驗有統計學意義（χ2=257.762，P=0.000＜0.01）。因子結構及載荷系數顯示，測量項目呈現四因子，C7、C8位于一個獨立的公因子上。

4.測量工具修訂

在自陳式測量項目中，B5、B8沒有明顯因子載荷，分析發現這兩題糅合且突出了空間語言描述能力，不單純屬于地理方向感范疇，應當刪去。對B12、B15、B22三題進行分析，發現測查的是環境空間能力（B12地標識別、B15路線比較、B22空間記憶），由于不屬于地理方向感，所以因子結構顯示它們獨立于預設外的一個維度上，將這三題刪去。探索性因子分析結果顯示，任務性測量項目中的C7、C8屬于一個單獨的維度，且兩題的內容效度不達標，測查內容實際不屬于地理方向感，所以將這兩題刪去。刪除不合格題項后，修訂后的測量工具包含18項自陳式測量項目（其中一項為效標項目）和10項任務性測量項目。

四、修訂后測量工具的質量檢驗

由于采用刪減項目的方式進行修訂，修訂后的測量工具進行質量檢驗仍可以使用原數據。為提升質量檢驗的系統性和精確度，除原有方法外，進一步運用Rasch模型分析項目質量，并通過結構方程模型進行驗證性因子分析。參考孫裕鈺、盧曉旭等制訂的測量工具檢驗指標及標準［10］，以表1呈現地理方向感測量工具的質量檢驗結果。

表1 地理方向感測量工具質量檢驗指標和結果

1.Rasch模型分析

測量工具第一特征根值為7.771，第二特征根值為1.193，比值為6.514，說明測量工具具備單維性，可以使用Rasch模型進行分析。

17項自陳式測量項目中難度測度的均值為0.00，跨度區間為-1.43～1.75；樣本能力測度的均值為-0.26，跨度區間為-3.10～3.13，都基本位于-4～4的合理區間。項目的卡方擬合指標INFIT和OUTFIT MNSQ均值分別為0.99和1.01，樣本的INFIT和OUTFIT MNSQ均值分別為1.00和1.01，都非常接近理想值1，有較好的擬合度。項目可靠度為0.97，樣本可靠度為0.82，都大于0.8，說明信度較好。項目分離系數SEPARATION值為5.62，樣本分離系數值為2.03，有較好區分度。

10項任務性測量項目中項目難度測度的均值為0.00，跨度區間為-2.98～8.29；樣本能力測度的均值為1.51，跨度區間為-2.58～5.40。項目的卡方擬合指標INFIT和OUTFIT MNSQ均值分別為1.00和0.98，樣本的INFIT和OUTFIT MNSQ均值分別為0.89和0.78，都接近且略低于理想值1，說明實際數據與Rasch模型擬合較好。項目可靠度為0.99，樣本可靠度為0.43。項目分離系數SEPARATION值為11.36，樣本分離系數值為0.86，說明項目的難度分層比較理想。

2.結構方程模型分析

第二輪探索性因子分析的結果顯示，自陳式測量項目和任務性測量項目都呈現出與預設符合的三因子結構，項目的因子載荷都大于0.45的標準，累計方差貢獻率都大于40%，呈現較好的內集聚外區分狀態。進一步采用結構方程模型進行驗證性因子分析，結構模型如圖4、圖5所示。

圖4 自陳式測量項目的結構模型（除效標項目）

圖5 任務性測量項目的結構模型

17項自陳式測量項目的結構方程模型輸出結果顯示，絕對適配度指數GFI=0.874，AGFI=0.834，RMR=0.005，RMSEA=0.085；增值適配度指數 NFI=0.860，RFI=0.836，IFI=0.901，TLI=0.883，CFI=0.900；簡約適配度指數 χ2自由度比為 3.078，PNFI=0.734，PCFI=0.768，PGFI=0.662。指標中的RMSEA代表近似誤差的平方根，一般認為RMSEA取值小于0.08時表明近似誤差合理，自陳式測量項目在此項的實際輸出值為0.085，略高于0.08的標準，仍然在可接受的范圍內。

10項任務性測量項目的結構方程模型輸出結果顯示，絕對適配度指數GFI=0.988，AGFI=0.979，RMR=0.004，RMSEA=0.000；增值適配度指數 NFI=0.907，RFI=0.869，IFI=1.088，TLI=1.135，CFI=1.000；簡約適配度指數 χ2自由度比為 0.561，PNFI=0.645，PCFI=0.711，PGFI=0.575。上述結果表明，10項任務性測量項目與模型的適配度均較好。

結構方程模型質量檢驗參數基本符合標準，表明修訂后測量工具的結構效度得到了顯著改善并基本達標。

本研究將地理方向感劃分為三個主要維度：方向表征、方向整合、方向更新。據此編制了一套由18項自陳式測量項目（其中一項效標項目）與10項任務性測量項目組成的地理方向感測量工具，經檢驗測量工具具有較好的項目質量、整體信度、內容效度、效標效度和結構效度，可以用于測量個體的地理方向感水平。測量工具較優的結構效度同時證實了地理方向感三維結構的客觀性。