Кіріспе

Категориялық деректерді талдауға арналған психометриялық модель
Георг Раштің есімімен аталатын Раш моделі – бұл категориялық деректерді талдауға арналған психометриялық модель, мысалы, оқу бағалаудағы сұрақтарға берілген жауаптар немесе сауалнамадағы жауаптар, жауап берушінің қабілеттері, көзқарастары немесе жеке ерекшеліктері мен сұрақтардың қиындық деңгейі арасындағы қатынас ретінде қарастырылады. Мысалы, олар студенттің оқу қабілетін немесе адамның өлім жазасына қатысты көзқарасының радикалдығын сауалнамадағы жауаптар арқылы бағалау үшін қолданылуы мүмкін. Психометрия және білім беру саласындағы зерттеулерден өзге, Раш моделі және оның кеңейтілген түрлері денсаулық сақтау, ауыл шаруашылығы және нарық зерттеулері сияқты басқа да салаларда қолданылады. Раш модельдерінің математикалық негізі – бұл элементтік жауап теориясының ерекше жағдайы. Дегенмен, модель параметрлерін түсіндіруде және оның философиялық салдарларында маңызды айырмашылықтар бар, бұл Раш моделінің жақтаушыларын элементтік жауапты модельдеу дәстүрінен ерекшелендіреді. Бұл айырмашылықтың басты себебі – Георг Раш бойынша Раш моделінің ерекше қасиеті болып табылатын, нақты объективтіліктің өлшеудің сәтті болуы үшін қажетті шарты ретіндегі рөліне байланысты.

Өлшеу үшін Раш моделі

Раш моделінде белгілі бір жауаптың ықтималдығы (мысалы, дұрыс/бұрыс жауап) адам және тақырып параметрлерінің функциясы ретінде модельделеді. Атап айтқанда, бастапқы Раш моделінде дұрыс жауаптың ықтималдығы адам және тақырып параметрінің айырмасының логистикалық функциясы ретінде модельдендіріледі. Модельдің математикалық түрі осы мақалада кейінірек келтіріледі. Көп жағдайда модельдің параметрлері жауап берушілердің біліктілігін және тақырыптардың қиындығын үздіксіз жасырын айнымалыдағы орналасу ретінде сипаттайды. Мысалы, білім беру сынақтарында тақырып параметрлері тақырыптардың қиындығын, ал адам параметрлері бағаланатын адамдардың қабілетін немесе жетістік деңгейін көрсетеді. Адамның қабілеті тақырыптың қиындығына қатысты жоғары болған сайын, сол тақырыпқа дұрыс жауап беру ықтималдығы да жоғары болады. Егер адамның жасырын белгідегі орны тақырыптың қиындығына тең болса, Раш моделінде дұрыс жауаптың 0,5 ықтималдығы болады. Раш моделі – бұл модель, себебі ол деректерден өлшемдер алу үшін деректердің қандай құрылымды көрсетуі керектігін білдіреді; яғни, ол сәтті өлшеудің шартын ұсынады. Деректерден өзге, Раш теңдеулері нақты әлемде күтілетін қарым-қатынастарды модельдейді. Мысалы, білім беру балаларды тек оқулықтарда немесе емтихан сұрақтарында ғана емес, өмірде кездесетін барлық қиындықтарға дайындауға бағытталған. Раш модельдері өлшемдердің бірдей нәрсені өлшейтін әртүрлі сынақтарда өзгермейтін болуын талап ету арқылы, оқу бағдарламасында және сынақта қойылған нақты қиындықтар сол саланың барлық мүмкін қиындықтарының шексіз популяциясын дұрыс бейнелейді деген гипотезаны тексеруге мүмкіндік береді. Сондықтан, Раш моделі – идеал немесе стандарт мағынасындағы модель, ол тәжірибеде ешқашан байқалмаған кезде де пайдалы ұйымдастырушы принцип ретінде қызмет ететін эвристикалық құралды қамтамасыз етеді. Раш моделінің негізін құрайтын көзқарас немесе парадигма статистикалық модельдеудің негізін құрайтын көзқарастан ерекшеленеді. Модельдер көбінесе деректер жиынтығын сипаттау мақсатымен қолданылады. Параметрлер деректерге қаншалықты сәйкес келетіндігіне байланысты өзгертіліп, қабылданады немесе қабылданамайды. Ал Раш моделі қолданылғанда, мақсат – модельге сәйкес келетін деректерді алу болып табылады. Бұл көзқарас Раш моделі өлшем алу үшін орындалуы тиіс талаптарды қамтиды, өлшем физикалық ғылымдарда жалпы түсінілетіндей. Бұл логиканы түсіну үшін пайдалы аналогия – салмақ өлшегіште өлшенетін заттарды қарастыру. Егер A заттың салмағы B заттың салмағынан бір рет едәуір артық деп өлшенсе, ал бірден кейін B заттың салмағы A заттың салмағынан едәуір артық деп өлшенсе, онда біз өлшемдерден күтетін қасиет – бұл заттар арасындағы салыстыру нәтижесі басқа факторларға қарамастан бірдей немесе өзгермейтін болуы керек. Бұл маңызды талап Раш моделінің формальды құрылымында көрініс тапқан. Сондықтан, Раш моделі деректерге сәйкес өзгертілмейді. Оның орнына, бағалау әдісін өзгерту керек, осы талапқа сай, егер салмақ өлшегіш объектілердің жеке өлшемдері бойынша объектілер арасындағы әртүрлі салыстыруларды көрсеткен жағдайда түзету керек. Модельді қолданып талдау жүргізілген деректер әдетте тесттердегі стандартты тақырыптарға, мысалы, дұрыс/бұрыс жауаптары бар білім беру тесттеріне жауаптар болып табылады. Алайда, модель жалпы және сандық атрибут немесе қасиетті өлшеу мақсатында дискретті деректер алынған кез келген жағдайда қолдануға болады.

Өлшемін өзгерту

Барлық емтихан тапсырушылар бір сынақтағы барлық сұрақтарға жауап беру мүмкіндігіне ие болғанда, сынақтағы әрбір жалпы балл қабілеттің бірегей бағасына сәйкес келеді, ал жалпы балл неғұрлым жоғары болса, қабілет бағасы да соғұрлым жоғары болады. Жалпы балл мен қабілет бағалау арасындағы байланыс сызықтық емес, 1-суретте көрсетілгендей. Жалпы балл тік осқа, ал сәйкес келетін адам орнының бағасы көлденең осқа орналастырылған. 1-суретте көрсетілген сынақ сипаттамалық қисық (TCC) негізделген нақты сынақ үшін, қатынас шамамен 13-ден 31-ге дейінгі жалпы балл диапазонында сызықтық болып табылады. TCC пішіні, әдетте, осы мысалдағыдай, S-тәріздес (сигмоидты) болып келеді. Дегенмен, жалпы балл мен адам орнының бағалауы арасындағы нақты байланыс сынақтағы сұрақтардың таралуына байланысты. TCC континуумындағы сұрақтар саны көп диапазондарда тік болады, мысалы, 1- және 2-суреттердегі 0-дің екі жағындағы диапазондарда. Rasch моделін қолданғанда, сұрақтардың орналасуы көбінесе алдымен, төменде сипатталған әдістерге негізделген масштабтау арқылы анықталады. Бұл масштабтау процесінің бөлігі көбінесе сұрақтарды калибрлеу деп аталады. Білім беру сынақтарында, дұрыс жауаптардың үлесі неғұрлым аз болса, сұрақтың қиындығы соғұрлым жоғары болады, демек сұрақтың шкаладағы орны да жоғары болады. Сұрақтардың орналасуы масштабталғаннан кейін, адамдардың орналасуы осы шкала бойынша өлшенеді. Нәтижесінде, адамдар мен сұрақтардың орналасуы 2-суретте көрсетілгендей бір шкала бойынша бағаланады.

Масштабты орналасуды түсіндіру

Дұрыс/жалған жауаптар сияқты дихотомиялық деректер үшін, анықтама бойынша, шкаладағы элементтің орналасуы сұраққа дұрыс жауап берудің 0,5 ықтималдығы бар адамның орналасуына сәйкес келеді. Жалпы алғанда, адамның орналасқан жерінен қиындық деңгейі төмен сұраққа дұрыс жауап беру ықтималдығы 0,5-тен жоғары, ал адамның орналасқан жерінен қиындық деңгейі жоғары сұраққа дұрыс жауап беру ықтималдығы 0,5-тен төмен. Нысанның сипаттамалық қисызы (ICC) немесе Нысанның жауап функциясы (IRF) адамның қабілетіне байланысты дұрыс жауап беру ықтималдығын көрсетеді. Бір ғана ICC осы мақалада 4-суретте көрсетілген және егжей-тегжейлі түсіндірілген (осыған қоса, элементтің жауап беру функциясын қараңыз). 3-суреттегі ең сол жақтағы ICC ең оңай элементтерді, ал сол суреттегі ең оң жақтағы ICC ең қиын элементтерді көрсетеді. Адамның жауаптары элементтің қиындық деңгейіне қарай, ең төменгісінен ең жоғарысына дейін сұрыпталғанда, ең ықтимал үлгі Гатман үлгісі немесе векторы болып табылады; яғни {1,1,1,0,0,0,0}. Алайда, бұл үлгі Раш моделінің құрылымына сәйкес ең ықтимал болғанымен, модель тек ықтималдық Гатман жауап үлгілерін қажет етеді; яғни Гатман үлгісіне жақындауға бейім үлгілерді. Жауаптардың үлгіге қатаң сәйкес келуі сирек кездеседі, себебі көптеген мүмкін үлгілер бар. Раш моделінің деректеріне сәйкес келу үшін жауаптардың үлгіге қатаң сәйкес болуы қажет емес. Әрбір қабілетті бағалауға байланысты өлшемнің стандартты қатесі бар, ол қабілетті бағалаумен байланысты белгісіздік дәрежесін көрсетеді. Нысанды бағалауда да стандартты қателер бар. Жалпы, нысанды бағалаудың стандартты қатесі адамды бағалаудың стандартты қатесінен әлдеқайда төмен, себебі әдетте бір нысан үшін адамнан гөрі көбірек жауап деректері бар. Яғни, белгілі бір нысанды шешуге тырысатын адамдардың саны, әдетте, белгілі бір адамның шешкен нысандар санынан көп. Жеке бағалаудың стандартты қатесі ICC еңісі тік болған жерде кішірек болады, яғни, әдетте, тесттің орташа диапазонында. Осылайша, бұл диапазонда дәлдік жоғары, себебі еңіс тік болған сайын, түзудегі кез келген екі нүкте арасындағы айырмашылық та артады. Мәліметтердің модельмен сәйкестігін бағалау үшін статистикалық және графикалық тесттер қолданылады. Кейбір тесттер жалпы сипаттамаға ие, ал басқалары белгілі бір нысандарға немесе адамдарға бағытталған. Кейбір жарамдылық тесттері сынақтың сенімділігін арттыру үшін қандай нысандарды қолдануға болатыны туралы ақпаратты береді, оларды алып тастау немесе нашар нысандармен проблемаларды түзету арқылы. Раш өлшеуінде сенімділік индекстерінің орнына адамнан бөлектеу индексі қолданылады. Алайда, адамнан бөлектеу индексі сенімділік индексіне ұқсас. Бөлу индексі – бұл өлшеу қателіктерін қоса алғанда, бөлінудің қатынасы ретінде нақты бөлінудің жиынтығы. Жоғарыда айтылғандай, өлшеу қателігінің деңгейі тесттің барлық диапазонында бірдей емес, бірақ әдетте экстремалды баллдар үшін (төмен және жоғары) үлкен.

Өзгермейтін салыстыру және жеткіліктілік

Дихотомиялық деректер үшін Раш моделі көбінесе бір параметрлі элементтік жауап теориясы (IRT) моделі ретінде қарастырылады. Алайда, бұл IRT-ның нақты бір моделі емес, оның жақтастары оны басқа IRT модельдерінен ерекшелендіретін қасиетке ие модель деп санайды. Раш модельдерінің ерекше қасиеті – инвариантты салыстыру принципін формалды немесе математикалық тұрғыда бейнелеуі. Раш инвариантты салыстыру принципін былай түйіндеді:

Екі стимулдың салыстырылуы салыстыруға қатысқан нақты адамдарға тәуелді болмауы керек; сондай-ақ, қарастырылып отырған сыныптағы басқа стимулдардың салыстырылуына немесе салыстырылу мүмкіндігіне де тәуелді болмауы керек. Сәйкесінше, екі адамның салыстырылуы қарастырылып отырған сыныптағы нақты қандай стимулдар қатысқандығына тәуелді болмауы керек; және басқа адамдардың да салыстырылуына тәуелді болмауы керек, сол немесе басқа жағдайда. Раш модельдері осы принципті іске асырады, себебі олардың формалды құрылымы адам және элемент параметрлерін алгебралық түрде бөлуге мүмкіндік береді, яғни элемент параметрлерін статистикалық бағалау процесінде адам параметрін жоюға болады. Бұл нәтиже шартты максималды ықтималдық бағалау арқылы қол жеткізіледі, онда жауап беру кеңістігі адамның жалпы ұпайларына сәйкес бөлінеді. Нәтижесінде, элемент немесе адам үшін шикі балл – элемент немесе адам параметрі үшін жеткілікті статистикалық көрсеткіш болып табылады. Яғни, адамның жалпы бағасы берілген контексттегі адам туралы барлық ақпаратты қамтиды, ал элементтің жалпы бағасы тиісті жасырын белгіге қатысты элемент туралы барлық ақпаратты қамтиды. Раш моделі жауап деректерінің нақты құрылымын талап етеді, атап айтқанда, ықтималдық Гаттман құрылымын. Көбірек таныс терминдермен айтқанда, Раш модельдері бағалаудағы жалпы балл бойынша адамдардың орналасуын анықтау үшін негіз және дәлелдеме береді. Жалпы баллдарды тікелей өлшемдер ретінде қарастыру жиі кездеспесе де, олар іс жүзінде дискретті байқаулардың санын есептеу болып табылады, өлшем емес. Әрбір байқау – адам мен элементтің салыстыруының байқалатын нәтижесін көрсетеді. Мұндай нәтижелер сәулелі теңгерімнің бір жаққа немесе екінші жаққа қарай иілуін байқауға тікелей ұқсас. Бұл байқау бір немесе басқа объектінің массасы үлкен екенін көрсетеді, бірақ мұндай байқаулардың санын тікелей өлшем ретінде қарастыруға болмайды. Раш физикадағы өлшемдер үшін инвариантты салыстыру принципінің тән екенін атап өтті, мысалы, екі жақты эксперименттік анықтамалық жүйе, онда әрбір құрал қатты денелерге механикалық күш түсіріп, үдеу тудырады. Сондықтан, шартты логарифмдік қатынас адам параметрін қамтымайды, оны жалпы баллға байланысты жоюға болады. Яғни, жауаптарды шикі баллға сәйкес бөліп, дұрыс жауаптың логарифмдік қатынасын есептеу арқылы адам параметрінсіз бағалауға қол жеткізіледі. Көбірек күш жұмсалатын болса да, осындай бағалауларда да бірдей негізгі принцип қолданылады. Дихотомиялық деректер үшін Раш моделінің ақпараттық критерийі (ICC) 4-суретте көрсетілген. Сұр сызық жасырын континуумдағы әртүрлі орналасқан адамдар үшін дискретті нәтиже (яғни сұраққа дұрыс жауап беру) ықтималдығын көрсетеді (яғни олардың қабілет деңгейі). Элементтің орналасуы, анықтамасы бойынша, ықтималдығы 0,5-ке тең болатын орын. 4-суретте қара шеңберлер – сынып аралықтарындағы адамдардың нақты немесе байқалған үлесін көрсетеді, нәтиже байқалған. Мысалы, білім беру психологиясы контекстінде қолданылатын бағалау элементі үшін бұл элементке дұрыс жауап берген адамдардың үлесін білдіруі мүмкін. Адамдар жасырын континуумдағы орналасуының бағалауы бойынша реттелген және байқаулардың модельге сәйкестігін графикалық түрде тексеру үшін осы негізде сынып аралықтарына жіктеледі. Деректер мен модельдің өте жақын сәйкестігі байқалады. Деректерді графикалық түрде тексеруге қоса, модельден байқаулардың ауытқулары тек кездейсоқ әсерлерге байланысты ма, әлде модельден жүйелі ауытқулар бар ма, екенін бағалау үшін сәйкестіктің статистикалық тесттері де қолданылады.

Раш моделінің политомиялық кеңейтулері

Раш моделіне бірнеше политомиялық кеңейтулер бар, олар дихотомиялық модельді жалпылайды, осылайша оны жасырын белгінің деңгейі немесе шамасы жоғарылайтын санаттарды білдіретін жағдайларда қолдануға мүмкіндік береді, мысалы, қабілеттің артуы, моторлық функция, мәлімдемеге келісім, және тағы басқалар. Осы политомиялық кеңейтулер, мысалы, Ликерт шкалаларын қолдануға, білім беру бағалаудағы бағалар қоюға және судьялардың бағалауларын ұпайлауға қолданылады.

Басқа да ескертулер

Раш моделіне қатысты сын – модельдің тым шектеулі немесе қатаң болуы, себебі модельдің негізгі болжамы – барлық сұрақтардың бірдей ажырату қабілетіне ие болуы, ал шындығында сұрақтардың ажырату қабілеттері әртүрлі, сондықтан ешбір деректер жиынтығы модельге толық сәйкес келмейді. Көп кездесетін жаңылыс түсінік – Раш моделі әр сұраққа әртүрлі ажырату қабілетіне мүмкіндік бермейді, бірақ тең ажырату қабілеті – инвариантты өлшеудің шарты, сондықтан әртүрлі ажырату қабілеттеріне тыйым салынбайды, керісінше өлшеу сапасы теориялық идеалға толық сәйкес келмейтінін көрсетеді. Физикалық өлшеулердегідей, нақты деректер жиынтығы теориялық модельдермен толық сәйкес келмейді, сондықтан маңызды сұрақ – берілген деректер жиынтығы қолданылатын мақсатқа жеткілікті өлшем сапасын қамтамасыз ете ме, әлде толық кемелдікке жетпейді ме. Көп таңдаулы сұрақтардан алынған жауаптарды қолданудағы Раш моделіне қатысты ерекше сын – модельде жауап берушінің жауабын болжау мүмкіндігі ескерілмейді, себебі сол жақ асимптота Раш моделінде әрқашан нөлдік ықтималдыққа жақындайды. Бұл қабілеті төмен жауап берушінің дұрыс жауапты кездейсоқ таңдау мүмкіндігінің жоқтығын білдіреді. Дегенмен, көп таңдаулы емтиханды тапсыратын қабілеті төмен жауап берушілердің кездейсоқ түрде дұрыс жауап таңдау ықтималдығы айтарлықтай жоғары (k нұсқасы бар сұрақ үшін ықтималдық шамамен 1/k). Үш параметрлі логистикалық модель осы екі шартты да жеңілдетеді, ал екі параметрлі логистикалық модель әртүрлі қисықтықта болуға мүмкіндік береді. Алайда, бірыңғай ажырату қабілетінің және нөлдік сол жақ асимптотаның болуы қарапайым, салмақталмаған шикі ұпайдың жеткіліктілігін қамтамасыз ету үшін модельдің қажетті қасиеттері болып табылады. Іс жүзінде, көп таңдаулы деректер жиынтығында табылған нөлдік емес төменгі асимптота, әдеттегіден гөрі, өлшемге үлкен қауіп тудырмайды және жақсы жасалған тест сұрақтары ақылмен қолданылғанда, өлшемде маңызды қателерге әкелмейді. Verhelst & Glas (1995) бір параметрлі логистикалық модель (OPLM) деп аталатын модель үшін шартты ең жоғары ықтималдық (CML) теңдеулерін шығарады. Алгебралық түрде ол 2PL моделімен бірдей көрінеді, бірақ OPLM 2PL-дің бағаланған параметрлері емес, алдын ала белгіленген ажырату индекстерін қамтиды. Бұл авторлардың атап көрсетуінше, бағаланған ажырату параметрлерімен бағалаудағы мәселе – ажырату белгісіз, яғни салмақталған шикі ұпай "тек статистикалық мәлімет емес, сондықтан CML бағалау әдісі ретінде қолдануға болмайды". Яғни, 2PL-дегі салмақталған "ұпайдың" жеткіліктілігі, жеткілікті статистиканың анықтамасына сәйкес қолданыла алмайды. Егер салмақтар бағалаудың орнына есептелсе, OPLM-дегідей, шартты бағалау мүмкін болады және Раш моделінің кейбір қасиеттері сақталады. Раш модельдерінің белгілі жақтастары – Бенджамин Дрейк Райт, Дэвид Андрих және Эрлинг Андерсен.