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基于認(rèn)知診斷理論編制“減數(shù)分裂”測試卷*

2020-11-10 03:18:26陳雁莊李娘輝蘇科庚
生物學(xué)通報 2020年1期
關(guān)鍵詞:減數(shù)分裂同源測驗(yàn)

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,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 個維度,使用一個名詞和一個動詞描述教學(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)通常需要診斷多個認(rèn)知屬性,根據(jù)Q 矩陣?yán)碚摽捎嬎愕玫剿锌赡芊线壿嫷捻?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,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,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)知屬性個數(shù)比Q2 多1 個,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)生或某個團(tuán)體(班級、學(xué)校等)對每個認(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 個班級112 名學(xué)生進(jìn)行小規(guī)模測試。

2.4 統(tǒng)計處理 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,屬性層級關(guān)系較好。通過R計算得到“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( )。

①一個卵原細(xì)胞只能產(chǎn)生一個卵細(xì)胞

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

③次級卵母細(xì)胞分裂時細(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 個卵原細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂,形成1 個卵細(xì)胞和3 個極體

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 個體認(rèn)知屬性掌握情況

運(yùn)用Dina 模型估算3 個班級112 名學(xué)生在7個認(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)。

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