基于项目反应理论的计算机自适应题库系统IRTCABS的研究

中国科学技术大学
博士学位论文
基于项目反应理论的计算机自适应题库系统IRT-CABS的研究
姓名:***
申请学位级别:博士
专业:信号与信息处理
刑法修正案八解读指导教师:***
20040801
摘要
摘要
近年来,项目反应理论(ItemResponseTheory,简称IRT)是心理与教育测量非常活跃的研究领域,并正迅速成为主要的测量理论之一。项目反应理论是在批评经典测量理论(ClassicalTestTheory,简称cTT)的局限性的基础上发展起来的,随着统计方法的完善和计算机的普及,项目反应理论很快被应用于各类大规模考试和计算机辅助测验(computerbasedTesting,简称cBT)。尽管有坚实的理论基础,项目反应理论在具体实现应用中仍存在许多有待进一步研究和探讨的问题。
在以往的工作中,大部分的研究和应用都是基于经典测量理论的题库研究与实现。本文首先分析了项目反应理论目前没有实用化的原因,较为系统地讨论了项目反应理论模型,探讨了它与经典测量理沦模型相区别的一些性质与独有的特性。
在实现算法上,本文研究了基于项目反应理论IRT的组卷模型和组卷算法,并提出了一种基于自适应遗传算法的智能组卷算法,该算法利用遗传算法的思想,引用惩罚函数的方法自适应地调整适应度函数,不仅避免了遗传算法中经常出现的“早熟现象”,而且有效地解决了智能组卷中的约束优化问题,具有很好的性能和实用性。
本文探讨了IRT智能组卷中包含半结构化或非结构化的决策问题,是…个复杂的建模过程,提出一个组卷决策支持系统,具有灵活的、动态的环境,帮助测验专家完成复杂的决策过程。本文详细地探讨了基于IRT智能组卷的模型管理系统(MMS)的设计。
本文进一步研究构建了基于项目反应理论的计算机自适应题库系统,提出一种用整数规划方法来设计题库,使得白适应测验中的曝光问题得以充分解决,并且为自适应测验题库减少了编写题目的开销。
本文还研究建立计算机自适应题库系统中的评估模型,通过评估项目反应模型中的存在参数(能力参数和项目参数)进行估计以校准题库,该模型包括学生模型sM—BIN、实例模型EM—BIN和任务模型,可以评估学生在测验表现中知识的不确定性。该模型支持多种反应模型,具有一定的通用性。
最后,本文对基于IRT的计算机自适应题库系统做了展望与尝试,提
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出一个分布式体系结构的IRT题库系统模型,并进行了基于多Agent的智能IRT题库系统研究。
关键词:项目反应理论,计算机自适应题库系统,决策支持系统,评估模型
摘要
Abstract
香山帮Inrecentyears,anewlydevelopingpsychometricandeducationtesttheory,namedItemResponseThe。ry,shortforIRT,hasattractedalotofforeignanddomesticresearchersforitsfirmlytheoretical
basisandexcellentgeneralizationperformance.It
rapidlYbecomesoneofthepowerfultheoriesfortest.1tdeveloDsbased。ncriticizingonthelimitsofClassicalTestTheory,shortforCTT,
延吉市十二中andwiththedeVelopmentofstatisticalmethodsandthepopular
useofcomputer,IRTisrapidlyusedinmanylarge—scaletestsandcomputer—basedtesting(CBT).However,therearemanyproblemstobesolvedbeforeitbecomesaDracticalmethod.
Almosta11ofthepreviousstudiesandapplicationsarebasedonCTT—ItemBank.Inthisthesis,wefirstlyanalyzethereasonwhyIRThasnotbeeninpracticenow,anddiscussthebasicIRTmodelsandthedifferentpropertiesofIRTfromCTT.
F01lowingtheabovediscussion,testconstructionmodelsandalgorithmsarestudied,andanewalgorithmfortestconstructionbasedonadaptivegeneticalgorithmisproposed.Thisnewalgorithmreachestheoptimalsolutionbyadaptivelyadjustingfitnessfunctionbasedonpenaltyfunction.Inthisway,itnotonlyavoidsconvergingprematurely,buts01vestheconstrainedsatisfactionprobleITls,withgoodperformanceinpractice.
IRT—basedtestconstructioninvolvesasemi—structuredandunstructureddecisionproblem,whichisa
verycomplexmodelingprocess.Adecisionsupportsystemisproposedheretosupportanon—expertusertomakeadecisionfortestconstruction,wIthflexibleanddynamicenvironment.Inthisthesis,amodelmanagementsvstemforIRT—basedtestconstructionisdiscussedindetail.Inthestudyoftestcalibration,westudythedesignofItemP001sofComputerAdaptiveBankSystem(shortforCABS).TheapproachofintegerprograJl】mingpresentedhereistodesigntheitemp001s
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inordertocontroltheproblemof
item—exposureandreducethecost
foritemwritingofitempoolsforcomputerizedadaptive
testing.
Inthisthesis,theassessmentmodelfor
computeradaptiveitembanksystemisestablished.StudentmodelBayesianinferencenetwork(sM—BIN)andevidencemodelBayesianinferencenetwork(EM~BIN)areproposedformanaginguncertaintyaboutstudents’knowledge,aseVidencedbytheirperformancesinassessmenttasks.Thef【【odelsupports玎】anyitemresponsemodels,withgoodperformanceinpractice.
硫酸铵沉淀Finally,wegiveaprospectofIRT—CABS.Adistributed
architecturesystemandamulti—agentsystemforIRT—CABS
areDroDosed.
Keywords:ItemResponseTheory(IRT),computer—basedTesting(cBT)ComputerAdaptiveBankSystem(cABs),DecisionSupportsystem(DSS)
AssessmentModel
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