基于学生考试发作情况的认知诊断与分层指导

基于学生考试发作情况的认知诊断与分层指导

1基于“智能题库系统”的热价评估在中国，考试侧重于对考生的认可和选择，成为“评估”和“团队”的有效工具，削弱了“诊断和指导”的职能。实际上,考试的目的应是促进学生学习,促进个人发展。学生、家长以及使用分数的机构已不满足于一个简单的测验分数,而希望考试能够提供诊断信息,反映学生的认知结构。只考试不诊断或者只诊断而不作补救教学,都是不负责任的行为。2001年,美国通过法案《不让一个孩子掉队》(NoChildLeftBehind),该法案规定,美国所有实施的测验必须提供诊断信息给家长、老师和学生。显然,只有“总分反馈”的传统考试评价模式已经无法满足学生学习与发展的需要。因此,基于学生的考试作答情况对其进行认知诊断并提供分层提高的研究势在必行。全面提高全体学生的科学素养,为学生终身发展奠定基础,是普通高中新课程物理教学的根本目的。学业水平是学生科学素养的重要表现,因此,提高高中生物理学业水平是提高其科学素养的一条有效途径。广东省从2004年起在全国率先开展高中新课程改革试验,但从近几年高二学生的学业水平测试结果来看,学生的物理学业水平还没有得到应有的提高。这显然不利于学生的终身发展。因此,在新课改的背景下,根据高中新课程标准、高中物理学业评价标准、教育学、心理学和认知诊断理论,系统研究如何对高中生物理学业水平进行综合诊断,从而有针对性地进行分层提高就显得尤为重要和迫切。综合诊断是指从智力因素和非智力因素的角度,从基础、能力、心理、学习兴趣、学习态度、学习习惯、学习方法等多角度,对学生进行全方位的立体诊断。分层提高是指利用诊断信息,有针对性地对不同层次的学生提出不同的提高目标和提高建议,或者针对同一学生的目标需求,对其进行循环诊断(训练—诊断—训练—提高),直到达成目标为止。将学业水平综合诊断和分层提高当成一个相互关联的系统,通过理论研究和实践探索,提出对高中生的物理学业水平进行综合诊断的框架和对应的分层提高建议、方法和措施。通过“智能题库系统”的开发,实现以上诊断和提高功能。在运用过程中不断优化和完善系统,以期实现更好、更广泛的运用。2内容和方法的研究2.1本研究2.1.1编制诊断测试根据项目反应理论、认知诊断理论、规则空间模型和其他相关诊断模型,本研究构建“高中物理学业水平综合诊断模型”(如图1所示)。要诊断被试解决某一问题或完成某项任务的能力和水平,首先要确定诊断目标,然后确定实现这一目标所需的认知属性;对各属性进行详尽描述;确定各属性的阶层关系;由属性和阶层关系算出Q矩阵和R矩阵;由Q矩阵和R矩阵编制诊断测试题;进行小规模测试,验证属性和属性阶层关系及诊断测试题的有效性(如果不合理就重复以上步骤,直到合理、有效为止);再进行大规模实际测试;对诊断结果进行测量学模型分析;得出诊断结果分析报告。2.1.2基于计算机的分层分层提高通过诊断测试,可以得到被试群体或个体的大量信息。对一些相关诊断数据与常模测试参数进行对比分析后,可以诊断出被试群体和个体的一系列问题。根据计算机自适应测试理论和相关计算机逻辑分析理论,构建“高中物理学业水平分层提高系统”(如图2所示)。要实现物理学业水平的分层提高,首先借助计算机,自动分析被试群体或个体的诊断信息;依据诊断信息,计算机自动提供被试群体或个体的诊断报告和补救策略;被试个体自主选择查看每道测试题的属性编码、详细解答过程、思路点拨、易错点分析等;计算机自动提供相关的学习资料,供被试学习提高;计算机自动提供相应的训练题,供被试再练提高;根据被试水平或被试个性化要求,计算机自动组卷,提供二次诊断测试题;计算机得出新的诊断信息(如果被试对测试结果满意就结束本单元的诊断和提高过程;如果被试对测试结果还不满意就重复以上步骤,直到满意为止)。2.2以等隐性内容为中心的学习过程以高中物理“共点力平衡”问题的诊断研究为例,依据课程标准、考试大纲和教材确定该问题的知识属性如下:A1:重力的理解和运用A2:弹力的理解和运用A3:摩擦力的初步了解A4:摩擦力的理解和运用A5:受力分析方法的掌握A6:力的合成与分解方法的掌握A7:共点力平衡条件的简单运用A8:共点力平衡问题的综合求解过程技能属性是指解题中时常用到的方法、技能等隐性内容,也可以认为是对一道题个性特点的描述。确定”共点力平衡”问题的过程技能属性如下:P1:三角、几何知识的掌握P2:解方程方法的掌握P3:整体法与隔离法的掌握P4:正交分解法的掌握P5:仔细审题,抓住关键词,理解题意P6:情景转换能力,空间想象知识内容属性间是容易构建阶层关系的,但过程技能属性间一般是相互独立的,也难与知识内容属性构建阶层关系。那么,怎样将以上14个属性构建成阶层关系呢?为了解决这一难题,本研究引入一个A0属性:力的基本概念。这是一个默认已掌握、无需诊断的属性。有了A0属性,就能确定以上14个属性间的阶层关系(如图3所示)。确定属性和阶层关系后,根据属性间的层级关系可以导出Q矩阵,从Q矩阵得出“命题蓝图表”。根据命题蓝图表,选编共点力试题25道(25道试题的属性见表1)。测试题命制完成后,分别在东莞中学、东莞一中、实验中学、东华高级中学、东莞中学松山湖学校、石龙中学、第八高级中学、厚街中学、玉兰中学、常平中学等11所学校,对高一和高三共1500多位学生进行了测试。测试后采用江西师范大学开发的Anote程序计算基于IRT模型的试题难度和区分度,采用HO-DINA模型的MCMC算法估计s和g参数。3被试和测试需要传统的互补策略经计算,项目参数如表2所示。其中b和a分别为IRT模型的试题难度和区分度,s和g分别是DI-NA模型的失误参数(slippingparameter)和猜测参数(guessingparameter)。在此基础上,计算参数R2=0.61(R2代表题目考核属性对难度的影响,取值介于0~1,其值越大说明测验测量的属性对题目的难度影响越大)。从测量学的角度来讲,这一数值比较理想,即说明本研究确定的每道试题的属性基本正确。下面以某一被试(松山湖学校的×××同学)为例,诠释如何运用通过诊断测试后获取的大量诊断信息来实现分层提高。测试后,电脑自动生成×××同学各属性的掌握情况与常模平均值(指所有参与测试学生对每个属性掌握概率的平均值,它是通过DINA模型估计出来的结果)的对比(如表3所示)。通过表3的数据对比分析,可以得出以下诊断报告:诊断报告:×××同学,您本次测试成绩是72分,接近良好水平,您的能力水平是0.51,超过48%的被试。您的第1、3、21、24题出现漏选,第8、10、17、23、25题出现错选。您的各属性的具体掌握概率是:(见表3)诊断得出,您对“A4、A8、P2、P5”的掌握程度高出所有被试平均值10%以上。您对“整体法、隔离法、正交分解法”的掌握情况远低于所有被试的平均水平;另外您的“将实际题设情景转化为物理模型的能力以及空间想象能力”也远低于所有被试的平均水平。补救策略:×××同学,本次测试诊断出,您对“整体法、隔离法、正交分解法”的掌握情况远低于所有被试的平均水平,这可是解答“共点力平衡问题”非常重要的物理方法;另外您的“将实际题设情景转化为物理模型的能力以及空间想象能力”也远低于所有被试的平均水平,这可是物理解题能力提升必须突破的一个瓶颈。用心者,事竟成!相信×××同学通过以上学习和训练一定能取得应有的进步!每道诊断测试题都有属性编码、详细解答过程、思路点拨、易错点分析等,可以随时给做错的被试或有兴趣的研究者查看。学习资料是为被试个性化组配的,通过测试,诊断出×××同学对P3、P4、P6三个属性的掌握情况不理想,因此,给×××同学组配的补习资料如下:P3整体法与隔离法整体法:在研究物理问题时,把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体,也可以把几个物理过程作为一个整体。采用整体法可以避免对整体内部进行繁琐的分析,常常使问题解答更简便、明了。应用整体法时系统中各物体间相互作用力(内力)不用考虑,不要画。隔离法:把所研究对象从整体中隔离出来进行研究,最终得出结论的方法称为隔离法。采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素,使事物的特征明显地显示出来,从而进行有效的处理。P4正交分解法把一个力分解成两个互相垂直的分力,这种分解方法称为正交分解法。正交分解法是力的运算的一种重要手段。当物体受到三个以上的力作用,且这些力不在一条直线上也不在相互垂直的两个方向上时,通常用正交分解法。通过将不同方向的力分解到两个相互垂直的方向上,可以使每个需要分解的力都分解在两个直角边上,两个相互垂直的方向上的合力均为零,即∑Fx=0,∑Fy=0,这样可以得到两个平衡方程,也简化了矢量运算。当然,坐标系的选择应以方便为原则。P6将题述情景转化为物理情景的能力(审题能力、空间想象能力、应对新情景的能力)在物理解题中,经常会出现题述的情景比较陌生、复杂或模糊,从而导致解题思路不清或受阻、中断的情形,这时最好不要钻牛角尖,应灵活运用所学知识,通过适当转换处理,把题述物理情景转换为熟知的、简单的、清晰的物理情景,再进行求解,往往会取得事半功倍的效果。可以说,物理解题过程的实质是转换,情景转换是解决物理问题过程的核心。对物理问题的情景进行转换通常有以下几种方法:类比转换、等效转换、逆向转换、假设转换和极端转换等。再练提高题也是为被试个性化组配的。通过测试诊断出×××同学对P3、P4、P6三个属性的掌握情况不理想,为其个性化组配的再练提高题都涉及P3、P4、P6三个属性,且都有属性编码、详细解答过程、思路点拨、易错点分析等,有利于被试自练、自省和提高。二次诊断测试题更是为被试个性化组配的。由于×××同学对P3、P4、P6三个属性的掌握情况不理想,因此,为其个性化组配的二次诊断测试题都是围绕P3、P4、P6三个属性,各属性涉及的题目数由各属性的掌握概率而定,掌握概率越小的属性涉及的题目数越多,每道题的属性编码尽量与第一次测试时×××同学做错的题相对应,并且二次诊断测试题的整卷难度尽量与第一次诊断测试题的整卷难度相当。这样既能增强提高的针对性,也能有效检测提高的效果。二次诊断测试后,电脑得出新的诊断信息。如果被试对测试结果满意,就结束本单元的诊断和提高过程;如果被试对测试结果还不满意,就重复以上步骤,直到满意为止。从以上分层提高的过程可以看出,诊断和提高已经融为一体,成为一个相辅相成的系统。并且,不同层次的被试经历了不同的提高过程,完全是个性化的量身定做。运用相同的思路、策略和方法,本研究还完成了高中物理力学其他9个单元的“诊断测试题”和“再练提高素材”的研制。4重新审视和完善诊断单元准确界定认知属性及阶层关系是实现有效诊断的重要基础和保障,诊断测验题的质量对诊断的效果和提高的针对性至关重要。从目前各单元的“测试诊断报告”的相关数据来看,各诊断单元不同程度地存在属性不全、粒度大的属性拆分不够及属性阶层关系不合理等现象,各诊断单元各属性的掌握概率跟物理教学精英的已有经验认知不尽吻合,因此,还需对“属性”的相关理论做进一步研究,结合物理学科的特点和各诊断单元的具体情况,对各诊断单元的认知属性及阶层关系重新审视并进一步优化。此外,还要认真审视每一道诊断测验题,进一步优化和完善各诊断单元的诊断测验题。本研究构建的“高中生物理学