Development of test models for cognitive diagnosis and learning supports using information terminals

• Project/Area Number: 18J01312
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Educational psychology
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 山口 一大 法政大学, 現代福祉学部臨床心理学科, 特別研究員(PD) (50826675)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 認知診断モデル / ベイズ推定 / 変分ベイズ法 / アルゴリズム開発 / マルコフ連鎖モンテカルロ法

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，タブレット端末を用いて，Web上で実施可能な試験による認知診断モデルを用いたフィードバック効果の検証を行うことを予定していた。より具体的には，実験計画は２要因混合計画を基本とし，研究参加者は事前テストを受け認知診断モデルによる習得パタンフィードバック情報を受ける群，さらに具体的な学習内容の指導を含む群，合計点のみをフィードバックする群の3群にランダムに振り分けられ，その後，学習課題と事後テストを実行し，能力習得パタンの変化を評価することを計画していた。しかしながら，昨今の感染症拡大をうけて実データの収集・分析を行うことを断念し，計画を変更し，認知診断モデルにおける推定アルゴリズムを中心に開発を行うことを目指した。具体的には，前年度に行った，近似推論方法である変分ベイズ推論をより一般的なモデルに拡張することと，項目パラメタに制約を課したマルコフ連鎖モンテカルロ法の開発，および項目パラメタの推定を回避し項目反応から直接能力習得パタンを推定する新しい推測方法の開発を行った。これらの方法により，１．少ない計算量でベイズ的な推定値を得られ，２．認知診断モデルで重要な単調性の制約を満足するような推定が可能となり，３，現実的な場面で重要な能力習得パタンのみを効率的に推定することができるようになった。これらの方法により，認知診断モデルを応用する際の目的に合わせた柔軟な推定方法の選択が可能となった。本研究の成果はいずれもベイズ的な方法であり，安定した推定結果を得ることが期待でき，認知診断モデルを実用化する際に重要となる推定方法を拡充した点で重要である。とくに，変分ベイズ推論方法の認知診断モデルへの適用は世界的にみても新しい試みであり，先進的な研究成果であり，認知診断モデルにおける効率的な推定方法を提案した点に意義がある。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Iowa(米国)
• [Int'l Joint Research] The University of Iowa(米国)
• [Journal Article] Variational Bayes Inference Algorithm for the Saturated Diagnostic Classification Model (2020)
  • Author(s): Yamaguchi Kazuhiro、Okada Kensuke
  • Journal Title: Psychometrika Volume: 85 Issue: 4 Pages: 973-995
  • DOI: 10.1007/s11336-020-09739-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hybrid cognitive diagnostic model (2020)
  • Author(s): Yamaguchi, K., & Okada, K.
  • Journal Title: Behaviormetrika Volume: - Issue: 2 Pages: 497-518
  • DOI: 10.1007/s41237-020-00111-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Variational Bayesian inference for the multiple-choice DINA model (2020)
  • Author(s): Yamaguchi, K.
  • Journal Title: Behaviormetrika Volume: 7 Issue: 1 Pages: 159-187
  • DOI: 10.1007/s41237-020-00104-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variational Bayes Inference for the DINA Model (2020)
  • Author(s): Yamaguchi, K., Okada, K.
  • Journal Title: Journal of Educational and Behavioral Statistics Volume: Online Ahead of Print Issue: 5 Pages: 569-597
  • DOI: 10.3102/1076998620911934
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A re-formulation of the DINA model and a direct derivation of estimation algorithms (2019)
  • Author(s): 山口 一大
  • Journal Title: Japanese Journal for Research on Testing Volume: 15 Issue: 1 Pages: 21-44
  • DOI: 10.24690/jart.15.1_21
  • NAID: 130007691333
  • ISSN: 1880-9618, 2433-7447
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vertical scaling of academic ability tests for elementary school first year students through junior high school third year students (2019)
  • Author(s): 山口一大・敷島千鶴・星野崇宏・繁桝算男・赤林英夫
  • Journal Title: The Japanese journal of psychology Volume: 90 Issue: 4 Pages: 408-418
  • DOI: 10.4992/jjpsy.90.18221
  • NAID: 130007733374
  • ISSN: 0021-5236, 1884-1082
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Variational Bayes inference for the cognitive diagnostic models (2019)
  • Author(s): Yamaguchi, K. & Okada, K.
  • Organizer: The 84th Annual Meeting of the Psychometric Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] INA型認知診断モデルにおける変分ベイズ推定について (2019)
  • Author(s): 山口 一大・岡田 謙介
  • Organizer: 大規模・複雑化データに対する解析手法の多面的研究
• [Presentation] DINAモデルの最定式化とEMアルゴリズムの直接的導出 (2018)
  • Author(s): 山口 一大
  • Organizer: 日本教育心理学会第60回総会
• [Presentation] DINAモデルにおける変分ベイズ推論 (2018)
  • Author(s): 山口 一大・岡田 謙介
  • Organizer: 日本行動計量学会第46回大会
• [Presentation] アトリビュートの補償・非補償関係を統合した認知診断モデルの開発 (2018)
  • Author(s): 山口 一大・岡田 謙介
  • Organizer: 日本テスト学会第16回大会
• [Presentation] A hybrid cognitive diagnostic model. (2018)
  • Author(s): Yamaguchi, K., & Okada, K.
  • Organizer: The 83rd Annual Meeting of the Psychometric Society.
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Publications
  • URL: https://sites.google.com/site/kazzstat/publications?authuser=0
• [Remarks] Google scholar citations
  • URL: https://scholar.google.co.jp/citations?user=qPT8XyUAAAAJ&hl=ja