運用Rasch模型分析生物學作業(yè)與教學目標的相符性

謝 琴，林國棟，黃咪咪

(溫州大學生命與環(huán)境科學學院，浙江溫州 325035)

運用Rasch模型分析生物學作業(yè)與教學目標的相符性

謝 琴，林國棟?，黃咪咪

(溫州大學生命與環(huán)境科學學院，浙江溫州 325035)

Rasch模型作為客觀等距量尺的測量工具，用來測量現(xiàn)行的課程作業(yè)與教學目標的相符性具有較好的適切性．選取現(xiàn)行課程標準生物學的一個課時內(nèi)容，將浙江省配套的生物學作業(yè)與教學目標進行比對，通過Rasch模型測量生物學作業(yè)與教學目標相符性的關(guān)系，為教育決策者及命題者提供一種判斷作業(yè)題目難度恰當與否的方式．

生物作業(yè)；Rasch模型；教學目標

生物學作業(yè)是輔助生物教學工作的重要手段，是課程實施的必要組成部分，是學生鞏固和提高所學知識及技能的有效工具；同時，它也是教師檢驗課堂教學效果、調(diào)整教學內(nèi)容、改善教學方法的基本依據(jù)．因此，研究學生作業(yè)存在的問題，對于教學質(zhì)量監(jiān)控和教學效果診斷具有重要現(xiàn)實意義．目前，高中生物學作業(yè)大多源于教輔資料，而這些資料的質(zhì)量良莠不齊，教師難以判斷習題內(nèi)容與課程目標的相符性，這就導致了教師為了讓學生鞏固所學知識而采取“題海戰(zhàn)術(shù)”，無疑加重了學生的負擔．

丹麥數(shù)學與教育學家George?Rasch在50年代提出了Rasch測量模型[1]，成功地克服了相符性研究中普遍存在的測量不客觀的缺陷，使教育和心理測量中認知、態(tài)度、動機、價值觀等潛在特質(zhì)的測量具有了客觀等距量尺的物理測量特性．本文采用Rasch模型對高中生物學課后作業(yè)與教學目標的相符性進行研究，為生物學作業(yè)的篩選提供科學有效的方法．

1 Rasch模型基本原理

Rasch模型[2]是當前教育學與心理測量中具有客觀等距量尺的測量，它與其他測量模型最大的不同之處在于，它是以被測試者能力值A(chǔ)作為客觀等價量尺，不管外界題目如何變化，都不會改變對A的估計．此模型下，對于被測試者能力的測驗，可根據(jù)其對測試題目所作出的正確反應數(shù)目，分成幾個能力組，即得分相同的被測試者看成是互相等同的．

Rasch理論假定存在著一個變量D，它反映了一組同質(zhì)性題目中各道題目的難度．另外，對這些題目來說，還有一個與被測試者i相聯(lián)系的變量Ai，這個變量為被測試者的能力值，它與變量D在每個給定題目上的取值就決定了被測試者i在該題目上作出正確反應的概率．

那么，對于給定的、難度為Dj的題目j來說，我們需要解決的是如何將Ai和Dj加以組合從而得出被測試者i對題目j的正確反應概率P(i, j)．

Rasch認為其中最簡單的方法是下列將P(i, j)與Ai和Dj相聯(lián)系的公式：

為使這一公式能夠付諸應用，A和D的取值都必須大于0，但它們可以是任意大小的正數(shù)．

從而我們可以得到被測試者給出錯誤反應的概率q(i, j)就等于Dj/(Ai+Dj)，反映被試作出正確反應機會大小的比率值O(i, j)=P(i, j)/q(i, j)稱為“機會比（odd）”，也是勝率比．即：

從上述公式中，可以得出，若有兩位被測試者作答同一道題，則其勝率比為：

也就是說，兩個水平的比值，只與被測試者自身能力水平有關(guān)，而與題目難度Dj無關(guān)，這也充分體現(xiàn)了客觀性．

若開始，兩者比值為2，那么不管兩個被測試者的水平都很高，還是都很低，其比值關(guān)系不會改變，因此Ai是客觀的比率量尺．

將公式（1）取自然對數(shù)log，得：

若有兩個被測試者回答同一道題，則有：

從公式中，可以很清晰的看出兩個被測試者的水平差距和題目的難度Dj無關(guān)，因此，若一開始，兩者差值為兩個logit單位，那么不管兩位被測試者的水平都很高還是都很低，其結(jié)果差值不變，所以，我們說是等距量尺．

利用公式（1）和（3），我們可以推導出被測試者i在試題j的答對概率為：

Rasch測量模型的量尺具有客觀和等距的特性，所以用其來進行學生能力水平與課堂作業(yè)題的相符性判斷，具有很好的可行性和科學性．

2 教學目標分析及作業(yè)測量

2.1 教學目標分析

根據(jù)布魯姆的目標分類方法[3]，生物學的教學目標可以分為三種類型：認知目標、情感目標和動作技能目標．選擇浙科版《生物學（必修3）》[4]“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中的第三章第二節(jié)《特異性免疫反應（免疫應答）》作為研究內(nèi)容．根據(jù)課程標準內(nèi)容，知識目標表述如下：（1）說出非特異性免疫與特異性免疫的區(qū)別，樹立正確的免疫觀．（2）辨別抗原與抗體、T淋巴細胞與B淋巴細胞．（3）概述淋巴細胞識別入侵者的過程．（4）概述細胞免疫與體液免疫的過程．（5）舉例說出免疫接種的應用．上述目標可以分解為19項內(nèi)容，見表1．

表1 《特異性反應（免疫應答）》知識目標要求

2.2 學生認知能力測定

根據(jù)知識目標分析，編制相應的測試題，共20小題（與教學目標對應關(guān)系見表2），測量學生認知能力掌握情況，以便進行下一步的相符性對比．此次測試對象為隨機選取的溫州市二十二中學高二（3）班50名學生．

表2 試題與知識目標的匹配情況

Rasch測量分析根據(jù)考生作答反應時按得分點編碼，選擇題按照答案進行分類，填空題按照對錯率進行分類．答對為1，答錯為0．使用的Rasch測量分析軟件為國際公開發(fā)行的商用軟件conquest[5]，測試結(jié)果的懷特（wright）圖見圖1．

圖1 課程目標能力測試卷wright圖

虛線左端的數(shù)值為考生能力水平，其中x表示的是被測試者，每1個x表示1名被測試者，測試者的水平自上而下依次降低．虛線右端表示的是按題目順序編好的試題，題目難度自上而下依次降低．圖1將被測試者水平和按照課程標準編制的能力測試題的題目難度放在了同一個客觀等距的Rasch量尺上，便于直觀地看出被測試者能力與試題難度的相關(guān)性．

在測量中，沒有設(shè)定參數(shù)，即沒有設(shè)定等值時的共同人或共同題，而是在最大似然估計法自由估計所有參數(shù)的情況下，將題目難度的均值設(shè)定為0，以保證數(shù)據(jù)的疊代收斂．Rasch測量題目難度Losit值越小則難度越小，越大則越難．在該圖中，題目難度小于-1為較易，大于1為較難．

圖1顯示大部分考生水平在-1以上，且較為集中，說明該測試卷題目的難度與考生的水平大體相當，部分題目如2、5、10題相對簡單，或者說，學生對這部分內(nèi)容的掌握情況較為良好．

2.3 作業(yè)分析及測定

測量的生物作業(yè)選自浙江省教育廳教研室編寫的《浙江省普通高中新課程作業(yè)本》[6]生物學必修三“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”的第三章第二節(jié)內(nèi)容《特異性免疫》．練習共有34個選擇題與4道填空題，由于每個填空題的空格較多，部分學生會出現(xiàn)一定的錯誤，為了檢驗方便，我們將填空題的每一個空作為一道題，具體的操作過程與方法與上述課程目標知識能力測試試題一樣，試題與知識目標的匹配情況見表2．

將作業(yè)本試題與教學目標一一對應，從表2，可以看出，作業(yè)本中，有很多題目對應一個知識點，也有一道題中含多個知識點．其中第49題并沒有相對應的知識點，所以在統(tǒng)計的過程中將其刪除．

使用Rasch模型測量分析軟件，測試結(jié)果的懷特（Wright）圖，見圖2．從圖2可以看出大部分考生水平在-1至1之間，較為集中，說明該作業(yè)本題目的難度相較考生的整體水平而言是偏易的．理想的作業(yè)題量分布狀況應該是題目能夠覆蓋所有水平的考生，并且是在考生水平分布相對密集處，題目數(shù)量應該相對較多，從而滿足學生的需要．但從圖2我們可以看出被測試者水平分布形態(tài)基本符合正態(tài)分布，說明該作業(yè)本試題分布狀況離理想標準尚有差距．就單個試題難度而言，該作業(yè)本中并沒有出現(xiàn)過難的題目，23題題目難度適中，而一些選擇題、填空題相對考生水平來說，題目偏易了，即使能力較低的被測試者答對該題的可能性也非常的大，這類的題目與之匹配的被測試者相對來說較少，說明需要對這些題目進行改進以增強練習的意義．

圖2 生物作業(yè)本各試題wight圖

3 擬合檢驗

本測試中共有被試50名，將兩次的數(shù)據(jù)檢驗所得的被測試者能力值進行擬合檢驗，如圖3所示，我們看到兩次測試結(jié)果，課程目標能力與作業(yè)本能力的難度值走向大致相同，絕大多數(shù)學生的能力值趨于穩(wěn)定．

圖3 學生課程目標能力與作業(yè)本檢測能力擬合檢驗

對作業(yè)本題目的難度與課程教學目標的擬合度分析，結(jié)果如圖4所示，目標測試題是嚴格按照課程知識目標來編寫的，它所體現(xiàn)的是對學生最基本的要求，按照我們預期的結(jié)果，作業(yè)題線段應該全部或者是大部分在目標測試題線段的上面．但是縱觀圖標，我們發(fā)現(xiàn)，大部分目標測試題的難度是高于作業(yè)題難度，這也反映出作業(yè)題的難度無法滿足課程目標的要求，題目過于簡單．

圖4 作業(yè)本題目難度與課程目標擬合檢驗圖

4 結(jié)論與討論

作業(yè)與教學目標的相符性研究，一直以來是靠感性分析為主，缺少科學的判斷依據(jù)，Rasch模型的提出較好地為等級量表的編寫提供了科學的依據(jù)．根據(jù)布魯姆的目標分類，進行量表的編制與測量，分析各課時的作業(yè)與目標擬合度，從而對生物學作業(yè)進行篩選．縱觀研究結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行的作業(yè)本的大部分習題難度較教學目標都較為簡單，即擬合度不高．這樣，我們不僅可以判斷生物學作業(yè)題與教學目標的相符性，而且也探究了Rasch模型在作業(yè)題與教學目標相符性運用的可行性，為未來教學決策者以及編題者進行編寫有效作業(yè)體系提供一種科學的方法．

從結(jié)果來看，擬合度不高可能存在以下的一些原因：現(xiàn)行高中教學中，大部分學校并不是以該作業(yè)本為主要習題材料，在做作業(yè)的過程中，就存在很多學生遇到難題就抄襲答案，也使得結(jié)果存在偏差．另一方面，作業(yè)本作為浙江省統(tǒng)一的生物學配套材料，它適應的是主體學生的要求，而我們所做研究的學校，學生學習水平總體較高；在學生知識目標掌握較好的情況之下，測試所用的作業(yè)題是相對偏易的．所以，作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)容的設(shè)計要考慮學生的“最近發(fā)展區(qū)”[7]，從而更充分發(fā)揮作業(yè)系統(tǒng)的作用．按照“最近發(fā)展區(qū)”理論來看，作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計不僅僅要考慮到學生現(xiàn)有的發(fā)展水平，更重要的是根據(jù)其所擁有的實際發(fā)展水平以及潛在發(fā)展水平，為他們提供超前于實際發(fā)展水平并創(chuàng)造著最近發(fā)展區(qū)的練習內(nèi)容，這樣的作業(yè)體系，才能最大限度地激發(fā)學生的潛在發(fā)展水平，從而有效地完成教學目標．但是，很顯然，該作業(yè)本的試題對于這方面仍然欠缺．

[1] 羅冠中. Rasch模型及其發(fā)展[J]. 教育研究與實驗, 1992, (2): 40-43.

[2] Keats J A, 陳富國. Rasch的測驗理論[J]. 心理學報, 1990, (3): 267-271.

[3] [美]布魯姆. 教育目標分類學[M]. 羅黎輝, 譯. 上海: 華東師大出版社, 1987: 33-36.

[4] 吳相鈺, 劉恩山. 生物學: 必修3 [M]. 浙江科技出版社, 2005: 50-57.

[5] 晏子. 心理科學領(lǐng)域內(nèi)的客觀測量: Rasch模型之特點及發(fā)展趨勢[J]. 心理科學進展, 2010, 8(18): 1298-1305.

[6] 浙江省教育廳教研室. 浙江省普通高中新課程作業(yè)本: 生物[M]. 浙江教育出版. 2008: 26-31.

[7] [蘇]維果茨基. 維果茨基教育論著選[M]. 余震球, 譯. 北京; 人民教育出版社, 2005: 36-37.

Analysis on the Conformance of Biological Coursework and Instructional Objectives by Rasch Model

XIE Qin, LIN Guodong, HUANG Mimi
(College of Life and Environmental Science, Wenzhou University, Wenzhou, China 325035)

As a tool of objective isometric measuring scale, Rasch model is applicable to measuring the conformance of the current coursework and instructional objectives. This paper is to select the content of a class in the current standard biology course and compare the biology coursework in Zhejiang province with the instructional objectives. Through measuring the conformance of the biology coursework and instructional objectives based on Rasch model, it can provide educational policy makers and quiz setters with a way to weighing whether the difficulty level of the coursework is appropriate or not.

Biology Coursework, Rasch Model, Instructional Objectives

Q-4

A

1674-3563(2012)06-0048-07

10.3875/j.issn.1674-3563.2012.06.009 本文的PDF文件可以從xuebao.wzu.edu.cn獲得

(編輯：封毅)

2012-05-13

謝琴(1991- )，女，浙江寧波人，研究方向：生物學教學．? 通訊作者，lgd@wzu.edu.cn