第一章 绪论
1.1 研究背景
信息技术的飞速发展使教育正在面临新的挑战和革新。斯宾塞曾说：“教育中应该尽量鼓励个人发展过程。应该引导儿童自己进行探讨，自己去推论。给他们讲的应该尽量少些，而引导他们去发现的应该尽量多些。”因此在“以人为本”、以创新人才培养为目标的现代教育教学理念下，让每一位学习者在学习过程中获得个性化体验并充分的发展，是教学设计者关注的焦点。由于网络学习系统的局限性计算机不能识别人的语言，因此网络学习支持系统往往通过选择题检测学习者原有的知识结构。近年来网络学习系统的设计者对于不同的学习需要已经逐步形成了几种常见的课程结构。这些课程结构包括：经典型个人辅导课程、以学生为中心的个人辅导课程、定制型网络辅导课程、知识在前的个人辅导课程、探索性个人辅导课程和生成性个人辅导课程等共 6 种[1]。教学评价既是对教学过程和教学结果进行价值判断并为教学决策服务的活动，也是研究教师的教和学生的学的过程。教学评价主要分为三个环节，对教师教学工作的评价、对教师教学评估、以及对学生学习效果进行评价。评价的种类可以分为量化评价与质性评价。学习者之间存在个体差异，教育者无法直接获取学习者的心理能力，和个性特征[2]。通过检测学习者的心理现象、外显行为等外在表现特征来推知。在学科教学中最常见的教学评价方法是纸笔测验，通过评定测验成绩使学习者可以比较分数的高低，从而判断自己掌握知识的情况。传统教学评价中，教育者往往用被试者的分数来衡量学习成绩。一方面可以使学习者了解自身水平，另一方面通过成绩对比激励学习者通过考高分来取得进步。
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1.2 研究目的和意义
1.2.1 研究目的
把规则空间模型应用于设计教学认知诊断模型，一方面可以解决在网络学习系统中计算机不能识别人的心理活动的问题，及时判断出学习者的知识状态，另一方面为学习者有针对性的后续学习提供了一种可能。本文主要研究了基于规则空间的教学认知诊断模型，针对当前网络学习支持系统存在的不能真正实现个性化学习的问题，提出将规则空间模型这一测量理论应用在网络学习支持系统的设计中，更关注被试者的知识水平，使网络学习更加智能化、人性化。
1.2.2 研究意义
个性化学习系统、智能导师系统领域的研究成果，促进网络教学系统向更加智能化和个性化的方向发展[4]。构建个性化学习支持系统的核心问题是通过计算机对学习者的知识结构和能力水平进行测试。并根据测试结果开展资源推送、学习路径规划等计算机辅助教学活动。传统的教学资源，如教科书，在学习过程中引导学习者按照固定的顺序学习与当下的学习内容相关的课程章节。现有的网络学习支持系统常用自由浏览的模式为学习者提供学习资源[5]。而个体的行为习惯、知识水平不同，必须及时评估被试者的知识技能和属性，根据学习者的内部心理结构推送适合他们的学习资源，才能获得最佳的线上学习体验，达到个性化学习的目的[6]。由于不存在一个固定学习路径适合所有的学习者，如今为每个学习者定制适合他们的课程是网络学习支持系统一个新的研究方向[7]。许多研究人员专注于研究具有个性化机制的网络学习系统，以帮助网络自适应学习者规划自己的学习路径，从而提高学习者的学习绩效。本文用规则空间模型作为教学认知诊断模型来解决现有个性化学习支持系统中不能识别学习者的知识结构的问题，通过认知诊断的结果减小教学测量误差，实现补救性教学，从而提高学习的绩效。
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第二章 理论基础
本章通过梳理各种现有的学术论文、专家书籍，首先在第一部分界定了个性化学习理论的概念。第二部分主要介绍了认知诊断理论，包括认知诊断理论的内涵和方法，总结了几种常见的认知诊断的方法。本章是全文的理论基础部分。
2.1 个性化学习理论
正如德国莱布尼茨所说：“世界上没有两片完全相同的树叶”。受遗传背景、成长环境、个人经历不同的影响，学习者的个性特征就像指纹一样独一无二。戈登也曾说过“每个人的学习就像他的指纹一样独特。”[8]教育是塑造人的过程，早在春秋时期我国的大教育家孔子就提出“有教无类”“因材施教”的个性化教育思想。孔子说“求也退，故进之，由也兼人，故退之。” 这句话的意思是冉求做事退缩，所以要多鼓励他，而仲由好胜过人，因此要尽量约束他。这是对因材施教的最早记载。个性化教学指体现学习者个性的教学活动。个性是一个人在气质、性格、认知风格等方面较为稳定的表现。在心理学中，个性是一个人区别于其他人的独特而稳定的心理特质[9]。在哲学中，个性是指某个事物区别于其他事物的特性。在教育学中，个性综合了以上两个定义，强调教学活动是为了促进学生的个性发展。个性化学习是创新的立足点。这是转变观念，培养创新人才和提升创新能力的教育目标的体现。因此，个性化学习是能够体现学习者的个性的学习活动——即在学习目标、在学习内容、学习方式、学习手段、学习风格和策略等方面体现个人特色和特长[10]。个性化学习是以学习者内在学习需要为核心，以原有知识经验、个性特征为基础、以每个学生的能力个性得到充分发展而进行的教与学的活动[7]。它与个别化学习、适应性学习含义相近而又不尽相同。个别化学习强调让每一个学习者独立解决问题，充分发挥个体学习者的自主性与独立性，是与共同/协作式学习对立的概念。为了达到个别化学习的目的，可以用个性化学习也可以是非个性化学习。而个性化学习强调了解学习者的个性特征，每个学生得到充分发展。个性化学习可以采用个别学习的方式也可以采用协作式学习的方式。适应性学习是远程教育领域的概念。主要是指学习者自我组织并制定学习计划，通过原有的知识经验和网络学习支持系统来进行交互活动。学习者自己控制整个学习活动，用自我评估的方式进行自适应的学习。本文中提到的个性化学习主要是基于 Web 的个性化学习，就是在网络环境下的个性化学习。这是以网络技术、计算机技术、建构主义和人本主义的学习理论、心理学、测量理论为基础的个性化网络学习环境。在个性化学习过程中系统通过用户和计算机系统的交互信息判断用户的学习状态，以提供个性化学习资源并实时提供个性化服务。在这个学习过程中，用户/学习者是学习的主体，系统是为用户服务的[13,12,11]。
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2.2 认知诊断理论
在经典测量理论和项目反应理论中，测验分数和测试结果是教育者关注的焦点。但是除了分数以外，不能获得更详细的信息，比如隐藏在考试分数背后的学习者心理内部加工过程、加工技能、学习者原有知识结构等[14]。无论是传统的考试还是基于 Web 的测验，传统测量理论（CTT 和 IRT）的测验功能仅仅局限在对考生宏观层面的评价，不涉及心理层面[15]。因此，不能够依据考试分数获取学生的知识状态以及认知加工过程。这不利于教师在教学过程中对学生进行个性化的指导。当今的教育发展趋势不满足于给学生一个简单的分数，更倾向于依据分数提供诊断的信息，能够反映学生的知识结构，由此教育领域出现了认知诊断的应用[16]。认知诊断被称为新一代测量理论。出现至今引起了国内外学者的广泛关注。涉及到心理学、计算机、教育学、测量学等领域。Nichols，Chipman 和 Brennan（1995）编写的《认知诊断评估》收集了包括学生模型、潜在特质模型、规则空间模型、贝叶斯方法、统一模型等成功应用于诊断性测验的研究报告。Leighton 和 Gierl（2007）提出属性层次模型、融合模型的应用方法。近年来，国内专家学者也对认知诊断格外关注。戴海琦、张青华（2004）用认知诊断的规则空间模型对 299 名被试者进行诊断并判断他们在统计学习中的属性模型[17]。
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第三章 基于规则空间的教学认知诊断模型........19
3.1 RSM 的基本原理....19
3.2 基于 RSM 的教学认知诊断过程....20
3.3 基于规则空间的教学认知诊断模型........... 28
3.3.1 教学认知诊断模型的构建........28
3.3.2 教学认知诊断模型的主要环节.............29
第四章 实证研究.............33
4.1 Java 课程教学设计..............33
4.1.1 学生情况分析...............33
4.1.2 教学内容设计...............34
4.1.3 JAVA 课程教学设计..... 35
4.2 教学案例................ 36
4.3 数据分析................ 41
第五章 总结与展望.........47
5.1 总结........... 47
5.1.1 研究结论..........47
5.1.2 研究的局限性与不足................47
5.2 展望........... 48
第四章 实证研究
本章是实证研究部分。为了检验基于规则空间的教学认知诊断模型的效果，在总结教学认知诊断模型特点的基础上，应用教学认知诊断模型进行实验。在实验之前，选择样本，以大学 JAVA 课为例进行教学设计。然后实施实验，记录实验过程，并分析实验数据，得出结论。
4.1 Java 课程教学设计
为了实际检验基于规则空间的教学认知诊断模型的效果，在总结教学认知诊断模型特点的基础上，对教学认知诊断模型的实际应用进行教学设计。大学生《JAVA 语言程序设计》课程是学习 JAVA 语言的入门课程，是教育技术学专业学生必修课程，是一门理论为主的课程。课程要求学生掌握 Java 中的基本数据类型、基本语法、类的概念及特性等内容。对于该课程主要从学习需要分析，学习内容设计和学习策略设计三方面进行设计[38,37,36]。学生情况分析主要包括对学习者的选取和认知特点的分析。对于大学生来说，自主学习和自我反思的能力较强，当认知诊断结果呈现给他们时，他们能看懂自己的认知诊断报告。由于借助网络平台进行测验，年纪较小的学习者可能会难以正确操作从而形成诊断不准确。因此从认知特点，学习者特征方面考虑选取大学生作为实验对象更合适。大学生逻辑思维较强，创造性思维正在确立，能够接受具有一定逻辑结构的知识点。同时，大学生在学习时常常缺少反馈,规则空间模型能够及时诊断出学生的错误及原因，并及时反馈给学习者。
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结论
本研究在阅读大量规则空间模型和认知诊断模型的文献资料的基础上，结合教学模型的特点，论述了规则空间模型进行教学认知诊断的过程，构建了一个基于规则空间模型的教学认知诊断模型。本文提出将测量领域新进展—规则空间模型用于实际教学和测验中的初步想法。在传统测验中，教师无法通过一个分数判断学习者的知识结构和内部心理状态。这是因为教师或者网络学习平台无法检测出学习者做错或做对题目的原因。那么使用规则空间模型解决教育测量中存在的这一问题，一方面，规则空间模型将被试者的认知属性划分成与认知技能关联的属性掌握模式，从而通过分数了解被试的心理状态。另一方面，规则空间模型是一种概率论模型，消除了以往认知诊断模型中存在的误差。学生在学习过程中使用规则空间模型有很好的效果，能够及时解决问题，提高学习绩效。通过实验证明，基于规则空间模型的教学认知诊断模型通过在随堂测验之后提供认知诊断报告能够很大程度上帮助学生了解自己的知识状态，而且帮助学生学习过程中及时解决问题和对学生如何展开课后学习、教师如何展开补救教学提供了思路。可以说，基于规则空间模型的教学认知诊断模型是可行的，也有一定的有效性。
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参考文献（略）