基于認(rèn)知診斷理論編制“減數(shù)分裂”測試卷*

陳雁莊 李娘輝 蘇科庚

（1 華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣東廣州 510631 2 廣東廣雅中學(xué) 廣東廣州 510145）

學(xué)生學(xué)業(yè)的診斷類似于醫(yī)院的醫(yī)生給病人看病。當(dāng)教師用診斷性測驗(yàn)探測學(xué)生的“病情”時(shí)，希望能準(zhǔn)確地找到學(xué)生的“病因”。顯然，以經(jīng)典測量理論為指導(dǎo)的傳統(tǒng)測驗(yàn)卷不能達(dá)到上述目的，這是因?yàn)榻?jīng)典測量理論僅對學(xué)生的宏觀水平進(jìn)行評估，不能探查學(xué)生對每一個(gè)知識點(diǎn)的掌握情況。為克服以上困難，認(rèn)知診斷應(yīng)運(yùn)而生。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué) 以布盧姆的學(xué)生安德森為首的專家小組于2001年公布的《布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)（修訂版）》將單一維度的分類系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹R和認(rèn)知過程2 個(gè)維度，使用一個(gè)名詞和一個(gè)動詞描述教學(xué)目標(biāo)，名詞描述要求學(xué)習(xí)者掌握的知識，動詞描述認(rèn)知過程（表1），彌補(bǔ)了原分類方法的局限性［1］。

表1 布盧姆教育目標(biāo)分類法

1.2 Q 矩陣?yán)碚?Q 矩陣?yán)碚撌菍y驗(yàn)項(xiàng)目不可觀察的認(rèn)知屬性轉(zhuǎn)化為可觀察的項(xiàng)目反應(yīng)模式，并通過項(xiàng)目上可觀察的作答反應(yīng)推測被試的認(rèn)知狀態(tài)。認(rèn)知診斷測驗(yàn)通常需要診斷多個(gè)認(rèn)知屬性，根據(jù)Q 矩陣?yán)碚摽捎?jì)算得到所有可能符合邏輯的項(xiàng)目考核方式，即典型考核模式［2］。

1.3 認(rèn)知診斷理論 傳統(tǒng)的測驗(yàn)理論關(guān)注的焦點(diǎn)是分?jǐn)?shù)的高低，測驗(yàn)結(jié)果局限在對考生宏觀層面的能力評價(jià)及在此基礎(chǔ)上對考生進(jìn)行篩選。認(rèn)知診斷測驗(yàn)則能提供詳細(xì)的診斷信息，報(bào)告學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和加工技能，探查學(xué)生對每一個(gè)知識點(diǎn)的掌握情況，以便教師采取針對性的補(bǔ)救教學(xué)［2］。

1.4 Dina 模型 認(rèn)知診斷充分吸收認(rèn)知心理學(xué)對人類認(rèn)知加工過程內(nèi)在機(jī)制研究的成果，開發(fā)出具有認(rèn)知診斷功能的心理計(jì)量模型，從而實(shí)現(xiàn)對學(xué)生內(nèi)部心理加工過程的測量。Dina 模型是認(rèn)知診斷模型中的一種，模型簡潔，且參數(shù)穩(wěn)定［2］。此外，Dina 模型中的猜測系數(shù)和失誤系數(shù)可用于修正試題，從而提高試題質(zhì)量。

2 研究方法

2.1 構(gòu)建認(rèn)知屬性模型 研究表明，基于認(rèn)知屬性模型編制的診斷性測試卷較傳統(tǒng)方法編制的測試卷具有結(jié)構(gòu)效度上的優(yōu)勢［3］。本研究以“減數(shù)分裂”內(nèi)容為載體，結(jié)合普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和高考試題等材料，依據(jù)布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)構(gòu)建認(rèn)知屬性模型（表2），并梳理認(rèn)知屬性間的邏輯關(guān)系，從而構(gòu)建具層級結(jié)構(gòu)的認(rèn)知屬性模型（圖1）。

圖1 認(rèn)知屬性間的層級關(guān)系

表2 減數(shù)分裂認(rèn)知屬性模型

2.2 編制預(yù)測卷 為實(shí)現(xiàn)對每個(gè)認(rèn)知屬性的精確診斷，應(yīng)根據(jù)Q 矩陣?yán)碚摼幹茰y驗(yàn)藍(lán)圖。首先，依據(jù)屬性間的層級關(guān)系（圖2）構(gòu)建鄰接矩陣，運(yùn)用R 語言編寫相關(guān)程式運(yùn)行得到典型考核模式。一般而言，試題對每個(gè)屬性的測量次數(shù)至少為3次，因此可在典型考核模式的基礎(chǔ)上增加對個(gè)別認(rèn)知屬性的考查，得到最終的測驗(yàn)藍(lán)圖（表3），如Q1 僅考查A1認(rèn)知屬性，Q2 考查A1和A22 個(gè)認(rèn)知屬性，余類推，表3中A1～A7各認(rèn)知屬性對應(yīng)的具體考查內(nèi)容見表2。

表3 測驗(yàn)藍(lán)圖

相應(yīng)測試題舉例如下：

Q1 下列關(guān)于減數(shù)分裂的敘述，不正確的是（ ）。

A.高等動物的減數(shù)分裂發(fā)生在睪丸（精巢）或卵巢中

B.只有進(jìn)行有性生殖的生物才能進(jìn)行減數(shù)分裂

C.減數(shù)分裂過程中染色體復(fù)制1 次，細(xì)胞分裂2 次

D.減數(shù)分裂的結(jié)果是染色體數(shù)減半，DNA 數(shù)不變

Q2 下列關(guān)于“同源染色體”和“四分體”的敘述，正確的是（ ）。

A.同源染色體是指一條染色體復(fù)制形成的2條染色體

B.同源染色體在減數(shù)分裂過程中會兩兩配對

C.四分體是指4 條配對的染色體

D.只要細(xì)胞中存在同源染色體，就存在四分體

Q3 如圖2是高等動物細(xì)胞分裂的模式圖，下列敘述正確的是（ ）。

A.該細(xì)胞處于減數(shù)第一次分裂前期，①與②、③與④進(jìn)行聯(lián)會

B.該細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂后期時(shí)，可發(fā)生①②③④的隨機(jī)組合

C.該細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂后期時(shí)，染色體著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分離

D.該細(xì)胞經(jīng)減數(shù)第一次分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞一般不含同源染色體

圖2

在測驗(yàn)藍(lán)圖（表3）的指導(dǎo)下編制試題，例如Q1 考查學(xué)生是否能識記減數(shù)分裂的相關(guān)知識，考查層面為記憶；Q2 需要學(xué)生在識記的前提下，解釋同源染色體和四分體的基本概念，并要求學(xué)生在試題中對概念進(jìn)行辨析，考查層面為理解；Q3考查學(xué)生是否能準(zhǔn)確地描述圖示染色體的行為變化，學(xué)生需識記減數(shù)分裂相關(guān)事實(shí)性知識和解釋其概念，才能實(shí)現(xiàn)信息的圖文轉(zhuǎn)化，該題的考查層面為理解，但考查的認(rèn)知屬性個(gè)數(shù)比Q2 多1 個(gè)，考查的屬性層級也更高。余下試題同樣嚴(yán)格依照測驗(yàn)藍(lán)圖（表3）進(jìn)行編制，完成編制后對一線教師和大學(xué)教師進(jìn)行訪談，反復(fù)修正，形成最終的“減數(shù)分裂”測驗(yàn)卷。測驗(yàn)卷遵循認(rèn)知診斷理論和Q 矩陣?yán)碚摰倪壿嬕?guī)律，能依據(jù)學(xué)生每道試題的作答結(jié)果，快速得到每位學(xué)生或某個(gè)團(tuán)體（班級、學(xué)校等）對每個(gè)認(rèn)知屬性的掌握概率，為教師教學(xué)和學(xué)生復(fù)習(xí)提供科學(xué)有效的建議。

2.3 開展測試 本研究采用的測試工具為自行命制的“減數(shù)分裂”測驗(yàn)卷，測驗(yàn)卷嚴(yán)格按照由認(rèn)知屬性模型和Q 矩陣?yán)碚摰贸龅臏y驗(yàn)藍(lán)圖進(jìn)行命制。研究對象選取廣州市某重點(diǎn)高中3 個(gè)班級112 名學(xué)生進(jìn)行小規(guī)模測試。

2.4 統(tǒng)計(jì)處理 本研究運(yùn)用R 語言編寫程式對認(rèn)知屬性模型的層級關(guān)系進(jìn)行鑒定，并估計(jì)項(xiàng)目參數(shù)和各認(rèn)知屬性的掌握概率。

2.5 分析數(shù)據(jù)和修正試題

2.5.1 鑒定認(rèn)知屬性模型的層級關(guān)系 為了確保認(rèn)知屬性模型中層級關(guān)系的正確性和科學(xué)性，本研究采取層級一致性指標(biāo)HCIi進(jìn)行驗(yàn)證。一般認(rèn)為當(dāng)HCIi值大于0.60 時(shí)，屬性層級關(guān)系較好。通過R計(jì)算得到“減數(shù)分裂”認(rèn)知屬性模型的層級一致性指標(biāo)HCIi值為0.70，表明層級結(jié)構(gòu)良好。

2.5.2 估計(jì)項(xiàng)目參數(shù) Dina 模型含猜測系數(shù)（guess）和失誤系數(shù)（slip）2 項(xiàng)參數(shù)，模型要求1-g-s＞0，用于確保掌握了項(xiàng)目作答所需屬性的學(xué)生在項(xiàng)目上正確作答的概率高于未掌握的學(xué)生在該項(xiàng)目正確作答的概率［4］，通過R 計(jì)算得到項(xiàng)目參數(shù)（表4）。

表4 項(xiàng)目參數(shù)

由表4可知，除了第4 題和第7 題，其余試題都滿足1-g-s＞0，原因是這2 個(gè)題目的猜測系數(shù)（guess）過高，可通過將選擇題轉(zhuǎn)化為填空題等方法降低題目的猜測系數(shù)，相應(yīng)測試題的修改如下：

原第4 題：動物的卵細(xì)胞與精子形成過程的不同點(diǎn)是（ ）。

①一個(gè)卵原細(xì)胞只能產(chǎn)生一個(gè)卵細(xì)胞

②一個(gè)卵原細(xì)胞經(jīng)染色體復(fù)制后成為一個(gè)初級卵母細(xì)胞

③次級卵母細(xì)胞分裂時(shí)細(xì)胞質(zhì)分裂不均等

④卵細(xì)胞不需要經(jīng)過變形階段

A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④

修改為填空題：動物的卵細(xì)胞與精子形成過程的不同點(diǎn)包括____________________________（答出2 點(diǎn)即可）。

原第7 題：俗話說：“一母生九子，九子各不同”，下列屬于“九子不同”的原因的是（ ）。

①原始生殖細(xì)胞減數(shù)分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體交叉互換

②原始生殖細(xì)胞有23 對同源染色體，減數(shù)分裂有多種非同源染色體組合的方式

③減數(shù)分裂過程中染色體復(fù)制1 次，細(xì)胞分裂2 次，使DNA 數(shù)減半

④1 個(gè)卵原細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂，形成1 個(gè)卵細(xì)胞和3 個(gè)極體

⑤受精過程中卵細(xì)胞和精子結(jié)合的隨機(jī)性

A.①②③ B.①②④ C.①②⑤ D.②③⑤

修改為填空題：俗話說：“一母生九子，九子各不同”，請從減數(shù)分裂和受精作用的過程分析原因________________（答出3 點(diǎn)即可）。

2.5.3 估計(jì)認(rèn)知屬性掌握概率 以一位學(xué)生在12 道題目上的作答情況 （1 代表學(xué)生在該試題上正確作答，0 代表沒有正確作答）為例，運(yùn)用Dina模型進(jìn)行分析，估計(jì)學(xué)生對各認(rèn)知屬性的掌握情況（表5），具有較強(qiáng)的針對性。

表5 個(gè)體認(rèn)知屬性掌握情況

運(yùn)用Dina 模型估算3 個(gè)班級112 名學(xué)生在7個(gè)認(rèn)知屬性上的總體掌握概率（表6），具有一定普遍性。

表6 團(tuán)體認(rèn)知屬性掌握情況

3 研究結(jié)果

3.1 以布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)為理論基礎(chǔ)，并參考普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和高考試題等材料，構(gòu)建了具屬性層級關(guān)系的“減數(shù)分裂”認(rèn)知屬性模型，該模型得到了專家和一線教師的認(rèn)可。

3.2 在認(rèn)知屬性模型的框架下，運(yùn)用Q 矩陣?yán)碚撨\(yùn)算得到“減數(shù)分裂”測驗(yàn)藍(lán)圖，直接指導(dǎo)測驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)和編制，為教師編制試題提供了依據(jù)，也為提高診斷精度和豐富診斷信息奠定基礎(chǔ)。

3.3 運(yùn)用Dina 模型可估計(jì)項(xiàng)目的猜測系數(shù)和失誤系數(shù)，為教師修正試題提供了依據(jù)，有利于提高試題的質(zhì)量；且Dina 模型可估計(jì)學(xué)生對各認(rèn)知屬性的掌握概率，為教師采取針對性的補(bǔ)救教學(xué)提供了指導(dǎo)。