认知诊断计算机自适应测验中平衡属性收敛的新方法

提出两种认知诊断计算机自适应测验下平衡属性收敛的新方法（MABI、RTA）,模拟研究系统探讨和比较了此二者与已有方法（ABI、IABI和RABI）的表现。结果发现：（1）新方法较不考虑属性收敛的方法有更高的准确率以及更均衡的题目使用率;（2）新方法较ABI和RABI有稍低的准确性,但有更平衡的题目使用率;（3）新方法与IABI的准确性和题目使用率在不同选题策略下各有合优势。总之,两种新方法较好地兼顾测量准确性、题目使用率以及题库曝光情况。     

计算机化自适应测验在认知诊断中的应用

作为认知诊断与计算机化自适应测验相结合的产物, 认知诊断计算机化自适应测验(Cognitive Diagnostic Computerized Adaptive Testing, CD-CAT)是对被试知识状态的自适应。它既有传统CAT所面临的普遍性问题, 也有在认知诊断中遇到的特殊问题：由于认知诊断中涉及属性这一概念, CD-CAT与传统CAT有很大的差别。本文紧紧围绕属性引起的差异, 分别从认知诊断模型、题库建设、起始规则、选题策略、被试知识状态估计和终止规则等几部分详细介绍CD-CAT的研究进展和存在的问题。     

基于属性掌握概率的认知诊断计算机化自适应测验选题策略

在认知诊断计算机化自适应测验(CD-CAT)中, 被试对每个属性的掌握概率更直接地反映了被试能力的当前估计值。因此, 基于被试的属性掌握概率来构建选题策略, 选择最能改变被试属性掌握概率的题目作为下一个测验项目, 这应该是一个值得尝试的方案。本文借鉴已有相关研究的数据生成模式进行探索, 模拟实验结果表明：假设属性间相互独立,在定长(长度为16)、变长(长度为16或后验属性掌握模式概率达到0.8)以及短测验(长度分别为4、6、8、10)的情况下, 基于属性掌握概率的选题策略PPWKL和PHKL有较好的分类准确率, 在题目曝光率, 题库使用均匀性等方面也有较好的表现; 与研究较多的PWKL、HKL等策略相比, 也略有优势; 当属性间存在不同程度的相关时, 在定长、变长以及较短的测验条件下, 基于PHKL和MI的测验对知识状态估计精度较好, 基于PPWKL和PHKL的测验综合表现占优。     

题目属性向量平衡策略的认知诊断测验设计

为认知诊断测验制定的题目属性向量平衡（IAVB）策略强调测验必须体现认知模型,并将题目属性向量而不是以单个属性作为考察单位。该策略克服严格属性平衡(SAB)策略仅适用于独立结构的不足,且在每个题目考察属性个数（大致）相同的条件下,以模式判准率（PMR）为衡量标准,该策略优于非IAVB策略。特别地,若属性层级结构为独立结构时,采用IAVB策略的测验最优,SAB策略次之,两种策略均未采用则最差。另IAVB矩阵可显著提高PMR。     

计算机化自适应诊断测验中原始题的属性标定

认知诊断测验项目开发成本较高, 要标定大量项目的属性相当费时费力, 专家完成这一任务也比较困难。对于在计算机化自适应诊断测验中的项目属性的标定尚未见到报导。在已有的为诊断测验开发的小型题库基础上, 本文在计算机化自适应认知诊断测验过程中, 植入原始题, 对项目属性标定的问题进行探讨, 重点研究原始题属性标定的方法及其影响因素, 除了MMLE方法和MLE方法外, 还建立了一种新的可用于所有非补偿认知诊断模型的属性标定的方法—— 交差方法。Monte Carlo模拟结果显示, MMLE方法较MLE方法好; 在知识状态估计精度较高时, 自适应植入原始题较随机植入原始题有一定的优势; 随着知识状态估计精度提高和原始题作答次数增加, 交差方法与MLE方法基本相当, 只是在发散型和无结构型表现欠佳, 但是交差方法不需要预先设定项目参数值。     

认知诊断计算机化自适应测验中的项目增补

项目的增补对认知诊断计算机化自适应测验(CD-CAT)题库的开发与维护至关重要。借鉴单维项目反应理论(IRT)中联合极大似然估计方法(JMLE)的思路, 提出联合估计算法(JEA), 仅依赖被试在旧题和新题上的作答反应联合地、自动地估计新题的属性向量和新题的项目参数。研究结果表明：当项目参数相对较小且样本量相对较大时, JEA算法在新题属性向量和新题项目参数估计精度方面表现不错; 而且样本大小、项目参数大小以及项目参数初值都影响着JEA算法的表现。     

认知诊断计算机化自适应测验中在线标定方法的开发

项目增补对认知诊断计算机化自适应测验(CD-CAT)中的题库维护至关重要。在传统CAT中, 在线标定方法经常用于估计新题的项目参数。然而直到现在, 在CD-CAT领域还没有任何关于在线标定的论文公开发表。为将传统CAT中3种有代表性的在线标定方法(Method A、OEM和 MEM)推广至CD-CAT (CD-Method A、CD-OEM和CD-MEM)建立分析基础, 并采用模拟方法对这3种方法进行比较。研究表明：CD-Method A方法在项目参数的返真性方面优于其它两种方法; 自适应标定设计较随机标定设计可以提高项目参数的返真质量。     

具有认知诊断功能的计算机化自适应测验的研究与实现

构造具有认知诊断功能的计算机化自适应测验（Computerized Adaptive Testing,CAT）,关键在于设计不同于传统CAT的选题策略。本文采用先认知诊断后估计能力的方法,在诊断阶段用状态转换图描述特定认知领域中所有知识状态及这些状态之间的联系,以图的深度优先算法为基础设计选题策略;而在能力估计精细化阶段,每个被试所测项目,不仅与其能力估计值相匹配,且只与其所掌握的属性相关。本文采用蒙特卡罗模拟针对三种不同的属性结构进行试验,结果良好     

认知诊断测验蓝图的设计

通常认为由属性和项目关联阵（即Q矩阵）的列对应的项目充任认知诊断测验中行为样本,其实这种做法不能有效防止理想反应模式的误判。如在测验之前便可确定欲测之属性及层级关系,找到可达阵,可证明可达阵的各个列对应的项目类在认知诊断测验中必不可少,否则在理想反应模式下就一定有一些被试会被误判。本文给出充分必要Q矩阵的概念,以区别Tatsuoka(1995,2009) 讨论过的充分Q矩阵概念。充分必要Q矩阵才能有效指导测验的编制。     

认知诊断计算机化自适应测验的题库使用均匀性初探

项目曝光控制是认知诊断计算机化自适应测验(CD-CAT)中亟需解决的重要问题之一。采用蒙特卡洛模拟方法对CD-CAT中五种常用选题策略(随机化方法、KL信息量方法、香农熵方法、后验加权的KL信息量方法和综合后验加权和距离加权的KL信息量方法)的题库使用情况进行探讨。结果发现:四种非随机化选题策略的题库使用均匀性较差、测验重叠率高,从而导致测验安全性较差;香农熵方法的判准率总是最高。今后可以将传统CAT中的项目曝光控制技术融入到CD-CAT选题策略中。     

定长CD-CAT中两种新的题目曝光控制方法

提出了两种适用于定长CD-CAT的题目曝光控制方法（HIRP、HIRT）,这些方法在保证较高分类准确率的同时还有较合理的题目曝光率,新方法由二分化方法和RP及RT方法进行结合并适当调整而得到。模拟研究比较了其与RP、RT、SM、SMIE、RHA和SDBS的表现,结果表明: （1）HIRP的分类准确率和题目曝光率均好于SM、SMIE和SDBS;（2）HIRT的题目曝光率较RP、SM、SMIE、RHA和SDBS稍差,但分类准确率更高;（3）HIRP的分类准确率低于RT和RP,但题目曝光控制要更好。     

On Interim Cognitive Diagnostic Computerized Adaptive Testing in Learning Context

Interim assessment occurs throughout instruction to provide feedback about what students know and have achieved. Different from the current available cognitive diagnostic computerized adaptive testing (CD-CAT) design that focuses on assessment at a single time point, the authors discuss several designs of interim CD-CAT that are suitable in the learning context. The interim CD-CAT differs from the current available CD-CAT designs primarily because students’ mastery profile (i.e., skills mastery) changes due to learning, and new attributes are added periodically. Moreover, hierarchies exist among attributes taught sequentially and such information could be used during item selection. Two specific designs are considered: The first one is when new attributes are taught in Stage II, but the student mastery status of the previously taught attributes stays the same. The second design is when both new attributes are taught, and previously taught attributes can be further learned or forgotten in Stage II. For both designs, the authors propose an individual prior, which considers a person’s learning history and population learning model, to start an interim CD-CAT. Simulation results show that the Stage II CD-CAT using individual prior outperforms the methods using population priors. The GDINA (generalized deterministic inputs, noisy, “and” gate) diagnostic index (GDI) is extended to accommodate item hierarchies, and analytic results are provided to further illustrate the types of items that are most popular during item selection. As the first study that focuses on the application of CD-CAT in a learning context, the methods and results present herein showed the great promise of using CD-CAT to monitor learning.     

认知诊断CAT中项目曝光控制方法的比较

项目曝光率关系到题库建设和测验安全,是计算机化自适应测验(Computerized Adaptive Testing, CAT)需要考虑的重要问题。在认知诊断 CAT 情形下,首先基于传统 CAT 中 a-分层方法的思想提出按项目信息量对题库分层的分层多阶段(Stratified Multistage, SM)选题方法;然后将 SM 方法与项目合格(Item Eligibility, IE)方法相结合得到SMIE方法。在此基础上,开展模拟研究比较SM、IE、SMIE、最大修正优先指标(Maximum Modified Priority Index, MMPI)方法、限制阈值(Restrictive Threshold, RT)方法和限制进度(Restrictive Progressive, RPG)方法的选题表现。总体上,它们的测量精度从高到低依次为IE、SM、SMIE、RT、RPG和MMPI方法;项目曝光分布均匀性的优劣次序为MMPI、RPG、SMIE、RT、SM和IE方法;SMIE和RT方法能较好地平衡测量精度和项目曝光均匀性要求。     

认知诊断CAT中具有非统计约束选题方法的比较

项目曝光控制和内容约束关系到测验安全、测验的信度和效度, 是计算机化自适应测验(Computerized Adaptive Testing, CAT)中两类重要的非统计约束条件。本文在认知诊断CAT中针对内容约束和项目曝光控制要求, 运用5种方法选择测验项目。它们分别是：(1) Monte Carlo方法与项目合格方法相结合, 记为MC-IE; (2) Monte Carlo方法与最大优先指标方法相结合, 记为MC-MPI; (3) Monte Carlo方法与限制阈值方法相结合, 记为MC-RT; (4) Monte Carlo方法与限制进度指标方法相结合, 记为MC-RPG以及(5) Monte Carlo方法与最大后验概率方法相结合, 记为MC-PP。然后通过在线性、收敛、发散、无结构和独立五种属性结构下构建题库并运用重参化融融统和模型模拟被试反应比较它们的选题表现。研究发现, (1) 相同选题方法在不同属性结构下项目曝光率的分布类似, 测量精度按线性、收敛、发散、无结构和独立结构的顺序依次降低; (2) 相同属性结构下, 不同方法的测量精度高低依次为MC-PP、MC-IE、MC-RT、MC-MPI和MC-RPG方法; 项目曝光均匀性优劣依次为MC-RPG、MC-MPI、MC-RT、MC-IE和MC-PP方法。统一量纲值表明, MC-RPG方法的综合表现最好, MC-MPI方法的表现次之。     

变长CD-CAT中的曝光控制与终止规则

本研究借鉴传统计算机化自适应测验的思想, 并结合认知诊断的特点, 在认知诊断框架下提出了4种变长CD-CAT的终止规则, 分别是属性标准误法(SEA)、邻近后验概率之差法(DAPP)、二等分法(HA)以及混合法(HM)。在未控制曝光和采用不同曝光控制条件下, 与HSU法及KL法进行了比较。研究结果表明：(1) 终止条件越严格, 平均测验长度越长, 按测验长度最大值终止的测验百分比越大, 模式判准率越高。(2) 当未加入曝光控制时, 4种新的终止规则均有较好表现, 与HSU法十分接近。随着最大后验概率预设值的增加或e的减小, 模式判准率呈上升趋势, 平均测验长度逐渐增加, 但在题库使用率方面均较差。(3) 当加入项目曝光控制时, 6种变长终止规则下的题库使用率有了极大的提升, 仍能保持较高的模式判准率, 并且不同的曝光控制方法对终止规则的影响是不同的。其中, 相对标准终止规则极易受到曝光控制方法的影响。(4) 综合来看, SEA、HM以及HA法在各项指标上的表现与HSU法基本一致, 其次为KL法和DAPP法。