基于Lasso正则化方法的认知诊断项目功能差异侦查方法开发与应用研究.pdf

摘要

近年来，认知诊断（CognitiveDiagnosis,CD）因能提供详细的有关个体内部

认知过程和加工机制的信息而广受关注与研究。认知诊断模型（Cognitive

DiagnosisModels,CDMs）在认知诊断评估（CognitiveDiagnosisAssessments,

CDAs）中扮演着重要的角色，通过分析被试的作答数据及作答过程，探究被试

潜在的认知结构并给出被试优劣势和发展潜力的诊断信息。为了确保CDAs的准

确性和公平性，项目功能差异（DifferentialItemFunctioning,DIF）检验是测验施

测前必须进行的重要统计程序之一。因此，开发出有效的DIF侦查方法是非常

必要的。

然而，当前已有的CD-DIF侦查方法大多是由经典测量理论（ClassicalTest

Theory,CTT）和项目反应理论（ItemResponseTheory,IRT）框架内的方法稍加

调整后引入的，忽视了不同框架间理论背景和开发思路的差异性。而基于CDMs

开发的DIF侦查方法对特定模型的依赖度较高。同时，这些特定模型本身就具

有很强的使用前提和限制条件，导致这类方法不灵活且应用范围较窄。此外，传

统的CD-DIF侦查方法还需匹配变量、逐项检测以及迭代识别锚项目等繁琐流程，

使得方法检测过程复杂且效率不高。结合对以往研究的发现与其局限性，本研究

拟提出差异认知诊断模型（D-CDMs）框架和基于Lasso正则化法的DIF侦查方

法。为验证新方法的有效性与可行性，本文共展开三项研究，分别是理论研究、

模拟研究和实证研究。具体地说，理论研究详细阐述了为何以及如何将项目水平

的差异参数引入传统CDMs中，构建差异CDMs，形成D-CDMs框架。为避免

模型设定导致的过拟合问题，本研究拟采用Lasso正则化法来解决。通过Lasso

正则化程序的参数估计直接实现对项目DIF状态的评估，无需传统DIF侦查方

法的匹配变量、逐项检测以及迭代识别锚项目等繁琐流程。模拟研究评估了新方

法在模拟设定的实验条件下的DIF检测表现，而实证研究检验了新方法在真实

数据中的应用表现。研究结果表明：

（1）Lasso正则化法能够实现同时侦查测验中所有项目的DIF状态，并且在

一定程度上弥补了传统CD-DIF侦查方法的局限。

（2）Lasso正则化法较已有的常用CD-DIF侦查方法（MH,LR,LR-FS,Wald

和Wald-FS法）而言，其在各类模拟实验条件下的检测表现更佳，在较好地控

制了一类错误率（TypeIerror）的同时具有更高的统计功效（Power）。

I

（3）Lasso正则化法以及MH、Wald、Wald-FS、LR-FS法皆认为PISA2012

的数学测验项目PM985Q02极有可能存在DIF，至少该项目在保加利亚15岁的

男女生被试群体间是缺乏公平性的。控制被试的属性掌握模式后发现，所有测验

项目中，仅在项目PM985Q02上，女生组比男生组有更高的答对概率，且两组

间的答对概率差异显著。

关键词：认知诊断；认知诊断模型；项目功能差异；Lasso正则化

II

Abstract

Inrecentyears,cognitivediagnosis(CD)hasbeenwidelystudiedbecauseitcan

providedetailedinformationabouttheinternalcognitiveprocessandprocessing

mechanismofindividuals.Cognitivediagnosismodels(CDMs)playanimportant

roleincognitivediagnosisassessments(CDAs).Byanalyzingexaminees’response

dataandresponseprocesses,CDMscanexploreexaminees’underlyingcognitive

structuresandprovidedia