高中《物理课程标准》(实验)对评价提出了新的要求:“高中物理课程应体现评价的内在激励功能和诊断功能,关注过程性评价,注意学生的个体差异,帮助学生认识自我、建立自信,促进学生在原有水平上发展”。当前我国学校的物理教学评价在诊断学生认知结构方面存在不足,削弱了评价对教育指导的促进作用。认知诊断的兴起,弥补了这方面的不足,它可以帮助人们实现对个体认知发展实况的诊断评估,可为教学与学习过程提供更多的诊断性信息。鉴于此,本研究采用较为直观、形象、便捷的概念图技术,以高中物理质点运动知识为切入点,探究运用概念图测量与诊断学生认知结构的有效性及操作性,以期为广大中学物理教师测量与诊断学生物理认知结构提供范式,为编制高中物理概念图诊断工具提供实验依据,从而进一步丰富物理教学评价方式。本研究主要运用文献法、问卷调查法、实验法等研究方法。首先,通过参阅相关文献,梳理国内外关于认知结构研究的相关理论及概念图技术的研究进展,为本研究提供理论支撑;其次,运用调查法对学生高中物理学习情况进行了分析,为后续研究提供参考;最后,实施实证研究,并对实验结果进行统计分析。实证研究包括两个实验:实验一要求学生自由构造质点运动概念图;实验二要求学生完成质点运动概念图填空任务。实验结果显示:(1)关系评分法信度为0.912,效度为0.858,信效度均较为理想;(2)概念图构造任务在呈现男女生认知结构方面没有明显差异;(3)学优生构造的概念图所含节点总数、连接线总数、命题总数比中等生、学困生的更加丰富、完善、准确,并且其差异显著(P<0.01);(4)全体被试概念图构造任务的质性分析结果表明:学生认知结构存在表征结构单一且知识贮存量不足;错误命题较多且知识有序化程度低;横向连接较少,知识开放性较差等缺陷;(5)概念图填空试题信度为α=0.742,难度为P=0.49,区分度为D=0.67,与传统选择题的相关系数为0.256,与传统填空题的相关系数为0.454,与传统计算题的相关系数为0.598,预测回归分析显示概念图填空试题对传统填空题、计算题具有极其显著的预测能力(P<0.01);(6)学生质点运动知识认知结构诊断结果为:学生对匀变速直线运动的理解存在误区,对质点运动状态改变的本质认识不清,对匀速圆周运动的速度及加速度的认识存在缺陷。通过对实验研究结果的分析及讨论,得到了以下主要研究结论:(1)概念图能够有效测量与诊断高中生物理认知结构;(2)关系评分法可普遍应用于物理构造概念图任务评分;(3)不同学业水平的学生物理认知结构差异显著;(4)概念图填空试题可用于大规模物理知识测试;(5)学生质点运动认知结构诊断结果能够为教师因材施教提供依据。最后,基于诊断结果,笔者提出了优化学生物理认知结构的教学策略:第一,了解学生原有物理认知结构,及时进行补救教学;第二,注重知识的系统性,突出物理思想方法;第三,引导学生自我评价,促进物理知识的主动构建。