认知诊断理论的前世今生

认知诊断逐渐成为现代心理与教育测量领域的重点研究方向，它是由认知心理学与心理测量理论相融合而产生。其目的是为了更好更全面的了解被测个体的心理或活动行为规律，对被测个体认知的优缺点进行综合评估和诊断，从而更好的针对性的促进被测个体的全面发展。此方向受到国内外学术界和工业界的广泛关注。

文末有资料分享

1. 测验理论

早在1961年，测验理论的本质是讨论测试结果与测试指标之间的关系，关注的是所得的结果对各个指标的解释性。经过了上百年的发展，诞生了许多经典的测验理论，比如经典测量理论（Classical Test Theory，CTT）、概化理论（Generalizability Theory，GT）和项目反映理论（Item Response Theory，IRT）。尤其是项目反映理论，在很多领域方向比如计量模型、项目分析、等值测验、项目功能差异侦查、项目自动生成、测验组成、题库构建、自适应测试等都有大量的应用，开辟了测量理论的新纪元。测量理论的发展阶段分为两个部分：标准测验理论阶段和新一代测验理论阶段。

2. 标准测验理论

标准测验理论阶段又包含两类研究范式：能力水平研究范式和认知水平研究范式。

能力水平研究范式：强调对被试宏观层次的能力水平测量和评估，其中的代表性工作为经典测量理论(classical test theory，CTT)、概化理论 (generalizability theory，GT)和项目反应理论(item response theory，IRT)。经典测量理论是第一代应用广泛的心理与教育测量学理论，其直接使用被试对项目的应答得分(观察分数)衡量被试的心理状态，并认为观察分数等于真分数加上误差分数。经典测量理论简单易懂且效果良好，但被试的测量结果依赖于测试项目集合的选择，获取的参数不具有迁移性，且从被试水平到作答结果之间缺少内在的关联通道。而概化理论则主要解决测量误差问题，引入测量情境关系。

能力水平研究范式中，最经典的应该就是项目反映理论，最早是由Rasch在1960年提出IRT的函数形式；后来在Rasch的基础上，Fischer等人对IRT进行了扩展，提出了线性逻辑斯蒂特质模型（linear logistic trait model，LLTM），这也是IRT最经典以及使用最广泛的形式之一，由于LLTM只使用了一个难度参数来描述测试项，因此被称为单参数（1PL）模型。在1PL模型的基础上，又由Birnbaum及Lord等人进一步提出了2PL和3PL模型，引入了测试项区分度和猜测度等因素。

随着心理测量学和认知心理学的发展，大家越来越不满足于只关注宏观层次的水平评估，希望进一步了解微观角度的心理过程，这种研究的角度被称为认知水平研究范式。

认知水平研究范式：强调理解个体内部微观层次的认知加工过程，对被试的认知状态做出细致诊断。有学者将 IRT 向多维扩展(multidimensional IRT，MIRT) ，如三参数模型的多维补偿型扩展和半补偿型扩展，但是项目的多维参数是隐式的，不同的能力维度用属性进行概括时，属性的定义无法深入到认知过程的细节，不具有实际的解释意义。

认知水平研究范式中，比较典型的应该是DINA (deterministic inputs, noisy “and” gate)模型和NIDA(noisy inputs, deterministic “and” gate)模型。DINA和NIDA的发展也是得益于Q矩阵理论的提出，它将被测者的能力水平与测量指标之间关联了起来。随后，de la Torre等人又提出了DINA的一般化模型G-DINA，具有补偿性和饱和性的特点。

3. 新一代测验理论

在新一代测量理论中，认知诊断是核心，尤其是在当前大数据背景下，基于机器学习的认知诊断被推到了风口浪尖。在此背景下，认知诊断技术可被分为静态和动态两类。

静态认知诊断：目标是对学习者某一给定段时间的学习数据进行整体研究，综合分析这些数据得到且仅得到学生当前的知识掌握度水平，进而预测学生在未观测的题目上的表现情况。静态认知诊断方法主要可以分为三种类别:矩阵分解、用户画像和机器学习优化的认知诊断方法。矩阵分解中最典型的应该是PMF以及NMF；用户画像中典型的方法是LDA（Latent Dirichlet Allocation）；而机器学习优化的方法则以近年来提出的FuzzyCDM（Fuzzy Cognitive Diagnosis Model）、KPGRM（Knowledge Plus Gaming Response Model）以及NeuralCD（Neural Cognitive Diagnose）。

动态认知诊断：学习过程是动态而不是静态的，学习者会不间断做大量的习题，学习大量新的知识，因而他们的认知水平也在随着学习过程在动态变化。为了能够在任意时刻，及时给出对学习者认知水平诊断情况的反馈，从而及时调整学习资料以及学习方案，动态地对学生认知水平进行诊断是迫切需要的。动态认知诊断又被称为知识追踪(Knowledge Tracing, KT)，已有的研究主要可以分为两类:传统知识跟踪与深度知识追踪。

4. 知识追踪

传统知识追踪：贝叶斯知识追踪(Bayesian knowledge tracing, BKT)是一个在1994年最早被提出来的知识追踪模型。它是一个两阶段的动态贝叶斯网络，学习者的表现情况看作可观测变量，学习者的知识状态看作隐变量，并且假设每一个知识点都只被一个试题所测试。表现因子分析(Performance Factors Analysis, PFA)是另一种传统知识跟踪方法，着重于对学习者进行建模，它由学习因子分析(Learning Factors Analysis, LFA)重构而来，对学习者的表现情况有高度的敏感性，并且PFA还可以很大程度上取代BKT，并不需要BKT中所作的假设，能够实现多知识点测试。近年来，Chen等人设计了(Knowledge Proficiency Tracing, KPT)模型，以教育心理学领域的学习曲线和遗忘曲线为基础，建模学习和遗忘因素，更加精准度对学习者进行诊断，并且有着良好的可解释性。

深度知识追踪：传统知识跟踪模型虽然取得了不错的实验效果，然而难以满足当前教育大数据需求，应用场景单一。2015年提出了第一个深度知识追踪(Deep Knowledge Tracing, DKT)DKT模型。DKT是一种seq2seq的循环神经网络模型，每一个时刻的输出是对下一个时刻学习者表现情况的预测。由于DKT的效果完全碾压了传统知识追踪方法，表现突出，后来有越来越多的DKT变体不断提出。比如有DKT-Tree通过决策树加入了更多的题目属性;DKT+forgetting向DKT中引入了三种遗忘特征；PDKT-C 融合了知识点先后序关系；DKVMN(Dynamic Key-Value Memory Networks)将学习者的学习过程建模为读和写两个过程；还有EERNN（Exercise-Enhanced Recurrent Neural Network）提出用试题文本来增强深度知识追踪；EKT（Exercise-aware Knowledge Tracing) 使用了内存网络衡量学习者在学习每一个练习题时，对其多维知识掌握的影响程度，其精确性和可解释性都很大程度优于以往的模型。

阅读原文领资料

知识追踪论文数据代码资料：公众后回复【KT】

认知诊断理论、方法与应用：公众号回复【CD】

多维项目反映理论英文pdf ：公众号回复【MIRT】

认知诊断理论的前世今生相关推荐

万字超详细介绍认知诊断计算机自适应测验(CD-CAT)，入内不亏！
大家好,我是还在研途中砥砺前行的的小曾,沿途漫漫,我们一起勉励前行.今天主要给大家分享一下目前正在看的认知诊断计算机自适应测验(CD-CAT), 相当于也是关于CD-CAT 的文献综述,希望能帮助大家 ...
NeuralCD--智能教育系统中的神经认知诊断
论文题目:Interpretable Cognitive Diagnosis with Neural Network 作者:中国科学技术大学陈恩红.刘淇团队完成,收录在AAAI-2020. 论文资源已 ...
计算机组成认知的笔记1000字,[转载]笔记整理——认知负荷理论
[摘要]认知负荷理论是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家约翰·斯威勒(John Sweller)于1988 年首先提出来的,它以Miller 等人早期的研究为基础.认知负荷理论自被提出以来,得到了 ...
互联网大脑的云反射弧路径选择问题，兼谈ET大脑模糊认知反演理论
互联网大脑的云反射弧路径选择问题研究 2008年以来,我们在互联网大脑架构和互联网进化的研究中提到,"互联网大脑架构,就是互联网向与人类大脑高度相似的方向进化过程中,形成的类脑巨系统架构.互 ...
cap理论具体含义_分布式系统：CAP 理论的前世今生
CAP 理论是分布式系统设计中的一个重要理论,虽然它为系统设计提供了非常有用的依据,但是也带来了很多误解.本文将从 CAP 诞生的背景说起,然后对理论进行解释,最后对 CAP 在当前背景下的一些新理解 ...
分布式系统：CAP 理论的前世今生
CAP 理论是分布式系统设计中的一个重要理论,虽然它为系统设计提供了非常有用的依据,但是也带来了很多误解.本文将从 CAP 诞生的背景说起,然后对理论进行解释,最后对 CAP 在当前背景下的一些新理解 ...
知识图谱认知智能理论与实战----------第二章知识图谱模式设计
文章目录一. 知识图谱模式二. 模式与本体三. 本体概论 I. 模式与本体辨析 II.本体的构成要素 III.实体分类 IV.实体分类四. 六韬法 I. 场景 II. 复用 III. 事物 I ...
r语言软件GDINA_认知诊断分析系统(flexCDMs)设计及其实现
[Abstract] Cognitive diagnostic assessment arose in 80 s last century as a new testing mode which co ...
知识图谱认知智能理论与实战----------第一章知识图谱概述
文章目录一. 什么是知识图谱二. DIKW模型三. 知识图谱技术体系四. 知识图谱辨析 I. 知识图谱与自然语言处理 II. 知识图谱与图数据库 III. 知识图谱与语义网络 IV. 知识图谱 ...
数据可视化笔记2 视觉感知、认知与色彩（韦伯定律、格式塔理论、色彩空间、配色工具和网站）
文章目录韦伯定律格式塔理论颜色基本理论配色网站视觉感知和认知--定义感知:客观事物通过感觉器官在人脑中的直接反应. 通俗地说,关于输入信号的本质,看见(视觉).听见(听觉).闻到(嗅觉). ...

认知诊断理论的前世今生

认知诊断理论的前世今生相关推荐

最新文章

热门文章