一种优化的多级评分认知诊断模型

本研究在P-DINA模型基础上开发了一种全新的多级评分认知诊断模型——r P-DINA模型。与P-DINA模型相比,r PDINA模型理论上更具优势:它成功克服了P-DINA模型\"将被试得分推向0分或满分两个极端\"等不足;且r P-DINA模型较P-DINA模型更为充分地利用了多级评分数据原有特征,从而大大提高了模型的诊断正确率。Monte Carlo模拟结果表明:(1)改进后的r P-DINA模型无论是在无结构还是有结构的属性层级关系下,参数估计的精度及属性诊断正确率均明显优于P-DINA模型;(2)r P-DINA模型可以处理测验属性更多的测验情景,当测验认知属性高达9个时,其属性边际判准率及模式判准率仍高达96.4%和81.6%。     

一种多级评分的认知诊断模型：P-DINA模型的开发

当前绝大多数认知诊断计量模型仅适用于0-1评分数据资料, 大大限制了认知诊断在实际中的应用, 也限制了认知诊断的进一步推广和发展。本文对具有较好发展前景的DINA模型进行拓展, 开发出适合多种评分(含0-1二级评分和多级评分)数据资料的P-DINA模型, 同时采用MCMC算法实现模型参数的估计, 并对该模型性能进行研究。结果表明：(1)本文开发的P-DINA模型无论是在无结构型属性层级关系下还是在结构型属性层级关系下, 参数估计的精度均较高, 参数估计的稳健性较强, 说明开发的P-DINA模型基本合理、可行。(2)P-DINA模型可采用MCMC算法实现参数估计, 且参数估计的精度较高。(3)整体来看, 无结构型属性层级关系和结构型属性层级关系下, P-DINA模型在项目参数的估计精度上两者基本相当; 但在被试属性判准率(MMR和PMR)上无结构型属性层级关系表现的稍差一些。(4)无结构型属性阶层关系下：模型诊断的属性个数越多, 参数 估计的精度越差、属性诊断的正确率(MMR和PMR)越低, 但参数 的估计精度越好; 若想保证属性模式判准率在80%以上, 建议诊断的属性个数不宜超过7个。总之, 本研究为拓展认知诊断在教育学和心理学中的应用提供了一种新方法、新模型。     

一种非参数化的Q矩阵估计方法：ICC-IR方法开发

摘要：相对于参数化的方法,本研究根据题目测量模式关系开发出ICC指标,并提出基于理想得分的ICC指标法进行Q矩阵估计。Monte Carlo模拟研究与实证研究发现（1）基于理想得分ICC指标法估计Q矩阵具有很好的效果,当属性个数越少、基础题个数越多,估计效果越好。（2）相对于以往方法——D2统计量的方法,ICC-IR法效果更好,并且是一种非参数化的方法,计算简单快捷。（3）实证数据分析表明,ICC-IR法估计的Q矩阵在模型拟合度上也优于D2统计量方法。     

一种简单有效的Q矩阵估计方法开发：基于非参数化方法视角

摘要：Q矩阵是认知诊断的基础,错误的Q矩阵会影响参数估计和被试诊断正确率,开发一种简单而有效的Q矩阵估计方法有助于Q矩阵的正确界定。相对于参数化的Q矩阵估计方法,本研究将海明距离（Hamming Distance,HD）用于Q矩阵估计,开发出一种简单有效的非参数化的Q矩阵估计方法。采用Monte Carlo模拟方法与实证研究相结合的研究范式,对该方法的科学性与合理性及其效果进行研究,研究结果发现（1）基于海明距离的Q矩阵估计法具有较高的估计正确率,并且该方法不受被试样本容量影响。（2）该方法简单易懂,运算时间短,是一种简单而有效的Q矩阵估计方法。（3）新方法对于Tatsuka（1990）分数减法测验的Q矩阵的估计准确率尚可,说明新方法在实践中具有较好的潜在应用前景与应用价值。     

一种多级评分的广义认知诊断模型

认知诊断是近些年教育测量研究中的热点,大多数的认知诊断模型仅适用于0～1评分的情况.本文提出一种有多个潜变量多个滑动参数的多级评分认知诊断模型——GP-D1NA,只要由评分标准和知识状态能确定理想反应模式,就可以利用此方法进行认知诊断分析.在该方法中,我们给出项目滑动矩阵的概念,将被试的观测得分均看成由某个理想得分的滑动,并采用EM算法估计滑动矩阵.在模拟研究中,采用每掌握一个属性得1分的评分标准,结果表明线性型、收敛型、发散型、无结构型和独立型五种属性层级结构均有较高的判准率.     

多维题组效应认知诊断模型

当前认知诊断领域还缺少对包含题组的测验进行诊断分析的研究, 即已开发的认知诊断模型无法合理有效地处理含有题组效应的测验数据, 且已开发的题组反应模型也不具有对被试知识结构或认知过程进行诊断的功能。针对该问题, 本文尝试性地将多维题组效应向量参数引入线性Logistic模型中, 同时开发了属性间具有补偿作用的和属性间具有非补偿作用的多维题组效应认知诊断模型。模拟研究结果显示新模型合理有效, 与线性Logistic模型和DINA模型对比研究后表明：(1)作答数据含有题组效应时, 忽略题组效应会导致项目参数的偏差估计并降低对目标属性的判准率; (2)新模型更具普适性, 即便当作答数据不存在题组效应时, 采用新模型进行测验分析亦能得到很好的项目参数估计结果且不影响对目标属性的判准率。整体来看, 新模型既具有认知诊断功能又可有效处理题组效应。     

认知诊断模型发展及其应用方法述评

认知心理学和心理测量学结合派生出的认知诊断理论, 利用现代统计方法和计算机技术作为工具, 诊断被试的认知结构和认知过程。认知诊断有多种模型, 不同的模型有不同的特点及应用条件。模型的选择和认知诊断方法的应用对认知诊断的结果有重要的影响, 因此在选择模型之时需要了解各种认知诊断模型的发展过程及优缺点。     

基于题目作答时间信息的认知诊断模型

在认知诊断评估中利用过程性数据,如作答时间信息,能进一步提升诊断精度。通过建立被试正确作答概率与个体速度参数之间的回归模型,开发了更简洁的新模型：RRT-DINA模型。采用实证与模拟研究,与JRT-DINA模型比较,探讨了新模型的性能。PISA2012数据研究表明,RRT-DINA模型的拟合效果更好。模拟研究结果表明：（1）RRT-DINA模型可采用MCMC算法实现参数估计,估计精度较高。（2）当以RRT-DINA生成数据时,RRT-DINA的题目参数估计精度优于JRTDINA;当以JRT-DINA生成数据时,JRT-DINA的题目参数估计精度稍微优于RRT-DINA。（3）当以RRT-DINA生成数据时,RRT-DINA的判准率优于JRT-DINA模型;当以JRT-DINA生成数据时,JRT-DINA的判准率稍微优于RRT-DINA,且差距较小。     

属性多级化的认知诊断模型拓展及其Q矩阵设计

本研究在传统0-1属性的基础上, 拓展出可以处理属性多级化的认知诊断模型--PA-rRUM和PA-DINA模型。Monte Carlo模拟研究表明：拓展模型具有较高的属性诊断正确率和参数估计精度, 且参数估计的稳定性较强, 说明拓展模型基本可行, 可以用于实现多级化属性的认知诊断。这弥补了传统0-1化属性认知诊断模型的不足, 具有较好的发展和应用前景|同时本研究还探讨了拓展模型性能及属性多级化下测验Q矩阵的设计。总之, 本研究对于进一步拓展认知诊断在实践中的应用提供了重要的方法和技术支持。     

一种简单有效的Q矩阵修正新方法

Q矩阵的正确性是影响题目参数估计和被试分类准确性的重要因素。针对Q矩阵修正问题, 首先提出了一种简单有效的新方法(ORDP)。然后, 模拟研究通过改变被试知识状态的分布、样本容量(N)、测验长度(L)、Q矩阵错误率(M)、项目质量(Iq)和属性层级结构, 比较了ORDP与已有方法(R、RMSEA和HD)的表现。研究表明：(1) 当知识状态服从均匀分布时, ORDP方法在所有层级结构下最优; 当知识状态服从多元正态分布时, RMSEA和ORDP表现没有明显差异, 除独立结构外, RMSEA方法均稍优于ORDP方法; (2) 各方法在多元正态分布下的修正效果不及均匀分布时的修正结果; (3) N、L、M、Iq和属性层级结构对4种方法的表现均有明显影响; (4) 基于Tatsuoka (1984)分数减法数据的修正结果表明, 采用ORDP方法修正的Q矩阵与数据拟合最优。     

基于DINA模型的Q矩阵修正方法

本研究开发了一种基于DINA模型的认知诊断测验Q矩阵修正方法—— g 法, 为侦查并修正Q矩阵中的错误提供方法学支持, 从而为保证Q矩阵的合理性提供基础, 并为进一步提高认知诊断的准确率服务。本文采用Monte Carlo模拟及与国外同类研究相比较的方法进行, 研究发现：(1)不论在何种作答失误概率(5%, 10%, 15%)情况下, 当s,g临界值为0.2, 0.25或0.3时, 本研究提出的g 法均能有效地修正错误Q矩阵; 同时, 当Q矩阵无错误时, g 法对该Q矩阵未做任何修改。表明g 法对Q矩阵是否存在错误具有较强的识别能力及修正能力。(2)与国外同类研究相比, 本研究提出的g 法具有较理想的修正率, 且与de la Torre (2008)提出d法的修正效果相当。但相比较而言, g 法较d 法更为简单。(3) g 法不仅能有效地修正错误的Q矩阵, 而且还可以进一步提高认知诊断的正确率, 尤其是对模式判准率(PMR), 诊断正确率的最高增幅高达40%, 大大改善了认知诊断的准确率。     

重参数化多分属性DINA模型的多级评分拓广——基于等级反应模型

多分属性认知诊断模型（CDMs）比传统的二分属性CDMs提供更详细的诊断反馈信息,但现有大部分多分属性CDMs并不具备直接分析多级（或混合）评分数据的功能。本文基于等级反应模型对重参数化多分属性DINA模型进行多级评分拓广,开发一个可处理多级评分数据的等级反应多分属性DINA模型。首先通过实证数据分析呈现新模型的现实可应用性;然后通过模拟研究探究新模型的参数估计返真性。结果表明,新模型满足同时处理多分属性和多级评分数据的现实需求;且具备良好的心理计量学性能,但对测验质量有一定要求（如题目质量较高且测验Qp矩阵具有完备性等）。     

哪个测验Q矩阵更合理:基于DINA模型测验Q矩阵合理性侦查指标及其比较与应用

本研究对多个测验Q矩阵的相对合理性的比较与选用开展研究,采用Monte Carlo模拟与实证研究相结合的范式,探讨R_square、HCI、-2LL、AIC、BIC、residual、ABS_residual及本研究新开发的BIC2等八项指标在测验Q矩阵合理性侦查效果及其比较。研究发现:八项指标中,除BIC和BIC2两项指标的对测验Q矩阵相对合理性的平均正确识别率在95%以上,其余指标的平均正确识别率不足90%,整体而言,考虑样本容量及参数个数双重加权的BIC和BIC2两项指标的表现总体上优于其它几项指标;各项指标在不同Q矩阵错误类型下其正确识别率也不尽相同。     

Q矩阵包含错误的诊断测验分类准确性比较

Q矩阵是认知诊断测验的重要组成部分之一,围绕Q矩阵构建的诊断模型对Q矩阵中包含的错误较敏感。贝叶斯网分类模型是基于网络结点之间的关系构建的模型,将朴素贝叶斯网作为诊断模型,与DINA模型进行比较。模拟实验结果表明：Q矩阵中是否包含可达矩阵和错误界定的项目数量对DINA模型影响较大,对贝叶斯网模型影响较小;项目数量对DINA和贝叶斯网模型影响都较大;样本大小对贝叶斯网模型影响较大,对DINA模型影响较小。模拟研究结果显示,当Q矩阵中不包含可达阵、包含5个以上错误项目或样本数较大时,贝叶斯网分类模型优于DINA模型;而当Q矩阵中包含可达阵和5个(以下)错误项目时,DINA模型优于贝叶斯分类模型。