心理与教育测量领域中认知诊断理论的兴起使得在测验中诊断被试的认知状态成为可能。运用认知诊断对学业成绩进行评价,能够超越单独的分数评定或能力指标,挖掘深层信息,对学科能力作出具体解释。现有的认知诊断应用研究大多集中在小规模领域,本文以2010年某省高考理科数学试卷为例,进行高考生能力掌握模式的诊断,尝试在大规模考试中进行认知诊断技术应用研究。研究运用规则空间模型,根据理科数学试卷的能力层级特点,分析其所包含的能力属性及其层级关系,根据被试在高考中的作答反应,将他们划归为71种不同的能力掌握模式,根据归类结果探讨学生群体的能力掌握情况和学生个体的能力掌握情况。在此基础上,进一步研究某个市、某所学校以及单个考生的诊断性报告,进而比较某所学校、其所在市及所在省在具体的能力掌握模式以及各项能力平均掌握率上的差异；并利用认知诊断反馈的信息,为教师和学生的教学实践、补救性教学及命题与试卷设计等提供指导依据。研究结果表明：1.基于规则空间模型对高考生数学能力掌握情况进行诊断,成功地将96.51%的被试判归入71种典型能力掌握模式中。2.被试在七种数学能力上的平均掌握率由高到低分别为：运算求解能力、数据处理能力、推理论证能力、创新意识、抽象概括能力、空间想象能力、应用意识。3.本研究所选取的某市被试与全省相比,在高端能力掌握模式上要好于全省平均；在各项能力上的掌握比例均明显高于全省平均。研究所选取的某学校被试与其所在市相比,在高端能力掌握模式上也好于其所在市；该学校被试在各项能力上的掌握比例除空间想象能力略低于其所在市平均外,其他能力均明显高于其所在市平均。4.不同被试的能力结构是不一样的,即使是具有相同分数或总的能力水平相当的被试,其内部认知特征及能力掌握情况也是不同的。