R による心理学研究法入門 5 章教育測定に関する実証研究 2015/07/15( ) D1 D1 1

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1 R による心理学研究法入門 5 章教育測定に関する実証研究 2015/07/15( ) D1 D1 1

2 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 2

3 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 3

4 古典的テスト理論 (Classical Test Theory: CTT) p x = τ p + e p 4

5 (item analysis) 古典的テスト理論 Ø = Ø 5

6 古典的テスト理論 x = τ p + e p ( )

7 古典的テスト理論と項目反応理論 IRT 7

8 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 8

9 研究の概要

10 研究の概要

11 研究の概要 (2 ) ( )

12 研究の概要 < 本研究で研究対象とした設問の概要 > 設問概要 形式 1b 傍線部分 5 の 心理的な間 に関して具体例を挙げて説明記述 5 傍線部分 4 の日本の家の特徴について西洋の家と比較し, 本文の言葉を使って記述 記述 7a 本文の内容に関する会話文中の空所アに当てはまる語句を記述する 8 傍線部分 6 の 和が成り立つ と言える理由を本文中から一文抜き出す 記述 記述 1b: 読解のプロセス 5: 回答欄の字数制限 7a: 空所の表記法 8: 一文抜き出し問題 4 つの設問は要因が交絡しないように組み合わせ,8 種類の問題冊子を作成 ( 個々の生徒にランダムに割り当て ) 問題冊子間で受検者の国語能力にも差なし < 本研究で取り上げる設問の操作 > 設問 1b : 正答となる具体例の有無を操作 A 条件 : 同じ段落内に設問の答えとなる具体例がない本文 ( 統合 解釈 ) B 条件 : 同じ段落内に設問の答えとなる具体例がある本文 ( 情報へのアクセス 取り出し ) 設問 5 : 回答欄の文字数を操作 A 条件 :45 字以上 50 字以内 B 条件 : 55 字以内 C 条件 : 字数制限を行わない 12

13 研究の概要 * * r (r1, r2,, r0) 設問内容類型得点 1b 自分で具体例を挙げている 本文中から具体例を挙げている (B 条件のみ ) 本文中から具体性に欠ける文章を選んでいる 1 正答 2 正答 3 準正答 上記以外の回答 9 誤答 回答の記述なし 0 無回答 設問内容類型得点 5 正答に求められる内容 12 両方の内容に着目した文を書いている 1 の内容のみに着目した文を書いている 2 の内容のみに着目した文を書いている 1 正答 2 準正答 3 準正答 上記以外の回答 9 誤答 回答の記述なし 0 無回答

14 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 14

15 > # > saiten <- read.csv("saiten.csv") > # 6 > head(saiten) 合計得点の算出 e1: 設問 1b の条件 (A, B) e5: 設問 5 の条件 (A, B, C) d1a d9: 設問 1a から設問 9 までの解答類型による評定値 (r0: 類型 0,, r9: 類型 9) s1a s9: 設問 1a から設問 9 までの項目得点 15

16 合計得点の算出と パーセンタイル値の算出 ># s1b, s5, s7a,s8 > saiten$goukei <- with(saiten, s1a+s2a+s2b+s3+s4+s6a+s6b +s6c+s7b+s7c+s9) 27%, 46%, 27% # > quantile(saiten$goukei, prob = c(0.27, 0.73)) * c() 27% 73% 低群 中群 高群 低群 27% 4.5 点未満 (4.0 点以下 ) 4.5 点以上 7.5 点未満 7.5 点以上 中群 46% 高群 27% quanele のデフォルトは,25% 刻み - 0% 点,25% 点, 50% 点,75% 点, 100% 点 16

17 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 17

18 合計得点に基づいた群分け cut () cut (, right =, breaks=c( ), label=c( ( )), ordered_result=true) right=false right=true: -Inf,, Inf (-Inf: Inf: ) - -Inf, Inf ordered_result=true: 18

19 合計得点に基づいた群分け - 27%: 4.0, 73%: 7.5 低群 (L) 4.5 点未満 (4.0 点以下 ) 中群 (M) 4.5 点以上 7.5 点未満 高群 (H) 7.5 点以上 cut(saiten$goukei, right=false, breaks=c(-inf, 4.5, 7.5, Inf), labels=c("l", "M", "H"),ordered_result=TRUE) * right = FALSE

20 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 20

21 項目難易度 ( 困難度 ) k B k (B k = x k /N) B k

22 項目難易度 ( 困難度 ) 22

23 項目難易度 - - * 本来は数理モデル ( ロジスティックモデル等 ) で特性値を推定 * 困難度と項目反応のパターンを照合 特性値を共通の尺度上で推定 個人間で比較可 23

24 条件ごとの得点率 ( 難易度 ) table(): - tapply(): - / tapply(saiten$s1b, saiten$e1, mean) 変数名条件の変数名関数 * * 標準偏差の場合 = SD apply: 行列に一括で関数を適用 lapply, sapply: 一次元のリスト型のデータの各要素に関数を適用 - - lapply: 結果がリスト表示 sapply: 結果を行列表示 * 設問 5 においても, 同様に求める 24

25 項目難易度 ( 項目得点率 ) の算出 subset(): subset(saiten, e1=="a", c(d1b, s1b, goukei, gunwake)) * e1 A c() * 設問 1 の B 条件, 設問 5 の各条件も同様に 25

26 項目難易度 ( 項目得点率 ) の算出 - table, tapply * 引数を各条件のものに変え, 設問 1b と設問 5 の残りの結果についても算出でも 何回も同じことするのちょっとめんどくさい そんなときは 26

27 項目難易度 ( 項目得点率 ) の算出 list tapply(saiten$s5, list(saiten$e5, saiten$gunwake), mean) list() < 設問 1b> < 設問 5> 27

28 条件ごとの群別得点率及び全体の得点率 1b B A B A 5 A C B C B 28

29 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 29

30 解答類型分類率の算出 - prop.table(): 30

31 解答類型分類率の算出 1b B 5 A, B, C 表. 設問 1b と設問 5 における条件ごとの解答類型分類率 < 設問 1b> A 条件 ( 本文中に正答の具体例なし ) 類型 2 で 0, 類型 9( 誤答 ),3( 準正答 ) が多い B 条件 ( 本文中に正答の具体例あり ) 類型 2( 正答 ) が多い, 類型 9,3 は A より少ない < 設問 5> C 条件 ( 字数制限なし ) で類型 1( 正答 ) が最も多い A,B 条件では類型 2( 準正答 )> 類型 1 31

32 解答類型分類率の算出 > # 5 A > tca5 <- table(a5$d5, A5$gunwake) > # > prop.table(tca5, 2) - 2:, 1: * 1: 行和に対する割合 32

33 解答類型分類率の算出 barplot(, main=, xlim=c(), ylim=c(), beside=, legend=) main: * sub: xlab, ylab: X Y xlim, ylim:x Y beside: TRUE=, FALSE= legend = TRUE: barplot(p.tca5, main= A, xlim=c(0,20), ylim=c(0,1), beside=true, legend=true) 33

34 解答類型分類率の算出 A L M H r0 r1 r2 r3 r9 34

35 解答類型分類率の算出 1b 5 B C * par (mfrow=c()) を用いて複数の図をまとめて表示することもできる 35

36 グラフ ( 設問 1b) L M H A r0 r1 r2 r3 r L M H B r0 r1 r2 r3 r9 設問 1b における群ごとの解答分類率 36

37 グラフ ( 設問 5) L M H A r0 r1 r2 r3 r L M H B r0 r1 r2 r3 r L M H C r0 r1 r2 r3 r9 設問 5 における群ごとの解答分類率 37

38 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 38

39 項目識別力 (, item discrimination) 39

40 項目識別力 (item discrimination power index: DISC)

41 項目識別力の種類 (upper-lower item discrimination index: U-L ) 27% 27% 27% (Johnson, 1951) (point-biserial correlation coefficient) Item score ( ) Total score ( ) I-T (Item-Total correlation) I-R (Item-Remainder correlation) 41

42 項目識別力の種類 (2012) I-T b 5 7a 8 42

43 識別力 (I-T 相関 ) の算出手順 (The point biserial coefficient of correlation) (Lew, 1949) x y x 1 0 y i i = 1, n x = 1 y = y 1i i = 1, n 1 M = y 1 x = 0 y = y 0i i = 1, n 0 M = y 0 n n 1 + n 0 SD y i SD r x i y i M = y r = " #$ n 1 n 0 n (y 1 y 0 ) 1 n i (y ij y) i=0 2 j=1 1/2 % &' = 43

44 識別力 (I-T 相関 ) の算出手順 2 (x, y) r = 1 n n i=1 n i=1 (x i x)(y i y) (x i x) 2 n n i=1 (y i y) 2 n = (x 1 x)(y 1 y)+ (x 2 x)(y 2 y) (x n x)(y n y) (x 1 x) 2 + (x 2 x) (x n x) (y 1 y) 2 + (y 2 y) (y n y) 44

45 識別力 (I-T 相関 ) の算出手順 (ρ) t (H 0 ) (ρ) = 0 t = r n 2 1 r 2 t p 45

46 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 cor.test() t p 95% (r) t df=n-2 t 2 cor.test(, ) 1: 2: (1b, 5, 7a, 8 ) 46

47 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 # I-T # A1 ( 1b A ) 1b ( s1b ) ( goukei ) IT_A1b <- cor.test(a1$s1b,a1$goukei) # 1b B 5 A B C IT_B1b <- cor.test(b1$s1b,b1$goukei) # 1b B IT_A5 <- cor.test(a5$s5,a5$goukei) # 5 A IT_B5 <- cor.test(b5$s5,b5$goukei) # 5 B IT_C5 <- cor.test(c5$s5,c5$goukei) # 5 C 47

48 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 # 99% conf.level=0.99 # cor.test( 1, 2, conf.level=0.99) # IT_A1b # 1b A IT_B1b # 1b B IT_A5 # 5 A IT_B5 # 5 B IT_C5 # 5 C 48

49 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 R 1b A t 値, 自由度, p 値 95% 信頼区間 相関係数 (I-T 相関 ) 49

50 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 1b A 条件 B 条件 n t 値 df p 値 < % 信頼区間 [-.037,.211] [.275,.488] 99% 信頼区間 [-.076,.248] [.238,.518] 相関係数 r

51 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 5 A 条件 B 条件 C 条件 n t 値 df p 値 <.001 <.001 < % 信頼区間 [.292,.529] [.146,.477] [.380,.600] 99% 信頼区間 [.250,.561] [.091,.510] [.340,.628] 相関係数 r

52 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 # IT_A1b$esDmate # 1b A IT_A1b$conf.int # 1b A IT_A1b$p.value # 1b A p IT_B1b$esDmate # 1b B IT_B1b$conf.int # 1b B IT_B1b$p.value # 1b B p 52

53 R による識別力 (I-T 相関 ) の算出 IT_A5$esDmate # 5 A IT_A5$conf.int # 5 A IT_A5$p.value # 5 A p IT_B5$esDmate # 5 B IT_B5$conf.int # 5 B IT_B5$p.value # 5 B p IT_C5$esDmate # 5 C IT_C5$conf.int # 5 C IT_C5$p.value # 5 C p 53

54 得点散布図を出してみた : 具体例なし : 具体例あり :45 55 字 : 55 字 : 制限なし 54

55 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ] 55

56 得点率 ( 比率 ) の差に関する推定の概要 (z ) (SE) SE = p 1 (1 p 1 ) n 1 + p 2 (1 p 2 ) n 2 z SE CI = ± (z ) SE 56

57 R で得点率の差とその信頼区間を求める p.dif <- funcdon(pa,na,pb,nb,qcrit=0.025){ p.difference <- pb- pa seab <- sqrt(((pa*(1- pa))/na)+((pb*(1- pb))/nb)) q <- qnorm(qcrit,lower.tail=false) CIAB.L <- p.difference- q*seab CIAB.U <- p.difference+q*seab out <- cbind(p.difference, CIAB.L, CIAB.U) return(out) } # # 57

58 R で得点率の差とその信頼区間を求める function(){} () {} (pa, na,pb,nb) p.dif() A (pa), A (na), B (pb), B (nb) 95% 58

59 R で得点率の差とその信頼区間を求める p.dif() () qcrit=0.025 Ø qcrit (q) (qcritical ) Ø 95% qcrit=0.025 ( 0.05/2) p.dif <- funceon(pa,na,pb,nb,qcrit=0.025){ 59

60 R で得点率の差とその信頼区間を求める 2 p.difference p.difference <- pb- pa 60

61 R で得点率の差とその信頼区間を求める (Confidence Interval: CI) (SE) seab seab <- sqrt(((pa*(1- pa))/na)+((pb*(1- pb))/nb)) (z ) q Ø qnorm(, lower.tail=false) p z Ø ( qcrit=0.025) Ø lower.tail FALSE TRUE q <- qnorm(qcrit,lower.tail=false) 61

62 R で得点率の差とその信頼区間を求める 95% Ø = ± (z ) Ø CIAB.L CIAB.U CIAB.L <- p.difference- q*seab CIAB.U <- p.difference+q*seab 62

63 R で得点率の差とその信頼区間を求める Ø cbind() Ø (p.difference) 95% out out <- cbind(p.difference, CIAB.L, CIAB.U) out return(out) } 63

64 R で得点率の差とその信頼区間を求める # p.dif(pa,na,pb,nb) # 1b p.dif_1bab<- p.dif(0.174, 247, 0.567, 246) #A B # 5 type-i error α = 0.05 Bonferroni 0.05*1/3(= )*1/2(= ) = p.dif_5ab<- p.dif(0.386, 188, 0.475, 122, 0.008) #A B p.dif_5bc<- p.dif(0.475, 122, 0.516, 183, 0.008) #B C p.dif_5ca<- p.dif(0.516, 183, 0.386, 188, 0.008) #C A 64

65 R で得点率の差とその信頼区間を求める # 1b p.dif_1bab # 5 p.dif_5ab p.dif_5bc p.dif_5ca 得点率の差 信頼区間 65

66 I-T 相関 ( 相関係数 ) の信頼区間 1. r Fisher z ( ) z 1 = 1 2 log1+ r 1 1 r 1 2. I-T (SE) (z A -z B SE) SE = SE A 2 + SE B 2 = z 2 = 1 2 log1+ r 2 1 r 2 1 n A n B 3 3. z SE (CI = z 1 - z 2 ± z 0 SE) 4. z r ( ) (2 or ) -1 (2 or ) +1 66

67 I-T 相関の差に関する統計的推定 r.dif <- funcdon(ra,na,rb,nb,qcrit=0.025){ r.difference <- rb- ra za=1/2*log((1+ra)/(1- ra)) zb=1/2*log((1+rb)/(1- rb)) seab <- sqrt((1/(na- 3))+(1/(nB- 3))) q <- qnorm(qcrit,lower.tail=false) zab.l <- zb- za- q*seab zab.u <- zb- za+q*seab CIAB.L <- ((exp(2*zab.l))- 1)/((exp(2*zAB.L))+1) CIAB.U <- ((exp(2*zab.u))- 1)/((exp(2*zAB.U))+1) out <- cbind(r.difference, CIAB.L, CIAB.U) return(out) } 67

68 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める function(){} () {} (ra, na,rb,nb) r.dif() A I-T (ra), A (na), B I-T (rb), B (nb) I-T 95% 68

69 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める r.dif() () qcrit=0.025 Ø qcrit (q) (qcritical ) Ø 95% qcrit=0.025 ( 0.05/2) r.dif <- function(ra,na,rb,nb,qcrit=0.025){ 69

70 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める I-T 2 I-T r.difference r.difference <- rb- ra 70

71 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める (Confidence Interval: CI) r z za=1/2*log((1+ra)/(1- ra)) zb=1/2*log((1+rb)/(1- rb)) (SE) seab seab <- sqrt((1/(na- 3))+(1/(nB- 3))) 71

72 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める (z ) q Ø qnorm(, lower.tail=false) p z Ø ( qcrit=0.025) Ø lower.tail FALSE TRUE q <- qnorm(qcrit,lower.tail=false) 72

73 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める 95% Ø = ± (z ) Ø zab.l zab.u zab.l <- zb- za- q*seab zab.u <- zb- za+q*seab Ø z r CIAB.L <- ((exp(2*zab.l))- 1)/((exp(2*zAB.L))+1) CIAB.U <- ((exp(2*zab.u))- 1)/((exp(2*zAB.U))+1) 73

74 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める Ø cbind() Ø (p.difference) 95% out out <- cbind(r.difference, CIAB.L, CIAB.U) out return(out) } 74

75 R で I-T 相関の差とその信頼区間を求める # r.dif(pa,na,pb,nb) # 1b r.dif_1bab<- r.dif(0.088, 247, 0.387, 246) #A B # 5 type-i error α = 0.05 Bonferroni 0.05*1/3(= )*1/2(= ) = r.dif_5ab<- r.dif(0.418, 188, 0.316, 122, 0.008) #A B r.dif_5bc<- r.dif(0.316, 122, 0.498, 183, 0.008) #B C r.dif_5ca<- r.dif(0.498, 183, 0.418, 188, 0.008) #C A 75

76 R で得点率の差とその信頼区間を求める # 1b r.dif_1bab # 5 r.dif_5ab r.dif_5bc r.dif_5ca I- T 相関の差 信頼区間 76

77 結果の理解 1b B-A A 0.174, B [.315,.417] B A A I-T 0.088, B I-T I-T.299 [.141,.460] B A 77

78 結果の理解 5 B-A 0 A 0.386, B [-.049,.227] B-A -5% (A 5% ) 23% (B 23% ) A I-T 0.418, B I-T I-T [-.381,.164] B-A -38% (A 38% ) 16% (B 16% ) 78

79 結果の理解 5 C-B 0 B 0.475, C [-.100,.182] C-B -10% (B 10% ) 18% (C 18% ) B I-T 0.316, C I-T I-T.182 [-.065,.465] C-B -6% (B 6% ) 47% (C 47% ) 79

80 結果の理解 5 A-C I-T 0 C 0.516, A [-.253, -.007] A-C -25% (C 25% ) -0.7% (C 0.7% ) C I-T 0.498, A I-T I-T [-.340,.150] A-C -34% (C 34% ) 15% (A 15% ) 80

81 自作スクリプトの保存と使用 R ( rdif.r ) 3. source( rdif.r )

82 Overview [ ] (2012) [ ] R [ ] [ ] [ ] [ ] (I-T ) [ ] I-T [ ] [ ] [ ]

83 U-L 指数の算出 # U-L Brennan (1972) (The Discrimination Index B) = 27% 27% # 13 # 13 goukei2 saiten$goukei2 <- with(saiten, s1a+s1b+s2a+s2b+s3+s4+s5+s6a +s6b+s6c+s7a+s7b+s7c+s8+s9)

84 U-L 指数の算出 # 27% 247*0.27 # 1b A = *0.27 # 1b B = *0.27 # 5 A = *0.27 # 5 B = *0.27 # 5 C = 49.41

85 U-L 指数の算出 # 1b A A1_2 <- subset(saiten, e1=="a", c(id, e1, d1b, s1b, goukei2)) A1_order <- order(a1_2$goukei2, A1_2$id, decreasing=true) df_a1_order<- A1_2[A1_order,] A1_H<- head(df_a1_order,n=66.69) summary(a1_h) A1_L<- tail(df_a1_order,n=66.69) summary(a1_l) UL_A1<- mean(a1_h$s1b)- mean(a1_l$s1b) #

86 U-L 指数の算出 13 goukei2 saiten saiten$goukei2 <- with(saiten, s1a+s1b+s2a+s2b+s3+s4+s5+s6a+s6b +s6c+s7a+s7b+s7c+s8+s9) saiten 1a A id, e1, d1b, s1b, goukei2 A1_2 A1_2 <- subset(saiten, e1=="a", c(id, e1, d1b, s1b, goukei2))

87 U-L 指数の算出 saiten goukei goukei2

88 27% U-L 指数の算出 A1_2 ( 1a A ) id A1_order A1_order <- order(a1_2$goukei2, A1_2$id, decreasing=true) A1_order A1_2 df_a1_order df_a1_order<- A1_2[A1_order,]

89 U-L 指数の算出 df_a1_order 75% A1_H 75% A1_L A1_H<- head(df_a1_order,n=66.69) summary(a1_h) # A1_L<- tail(df_a1_order,n=66.69) summary(a1_l) # A1_H s1b A1_L s1b UL_A1 UL_A1<-mean(A1_H$s1b)-mean(A1_L$s1b)

90 U-L 指数の算出 # 1b B B1_2 <- subset(saiten, e1=="b", c(id, e1, d1b, s1b, goukei2)) B1_order <- order(b1_2$goukei2, B1_2$id, decreasing=true) df_b1_order<- B1_2[B1_order,] B1_H<- head(df_b1_order,n=66.42) summary(b1_h) B1_L<- tail(df_b1_order,n=66.42) summary(b1_l) UL_B1<- mean(b1_h$s1b)- mean(b1_l$s1b)

91 U-L 指数の算出 # 5 A A5_2 <- subset(saiten, e5=="a", c(id, e5, d5, s5, goukei2)) A5_order <- order(a5_2$goukei2, A5_2$id, decreasing=true) df_a5_order<- A5_2[A5_order,] A5_H<- head(df_a5_order,n=50.76) summary(a5_h) A5_L<- tail(df_a5_order,n=50.76) summary(a5_l) UL_A5<- mean(a5_h$s5)- mean(a5_l$s5)

92 U-L 指数の算出 # 5 B B5_2 <- subset(saiten, e5=="b", c(id, e5, d5, s5, goukei2)) B5_order <- order(b5_2$goukei2, B5_2$id, decreasing=true) df_b5_order<- B5_2[B5_order,] B5_H<- head(df_b5_order,n=32.94) summary(b5_h) B5_L<- tail(df_b5_order,n=32.94) summary(b5_l) UL_B5<- mean(b5_h$s5)- mean(b5_l$s5)

93 U-L 指数の算出 # 5 C C5_2 <- subset(saiten, e5=="c", c(id, e5, d5, s5, goukei2)) C5_order <- order(c5_2$goukei2, C5_2$id, decreasing=true) df_c5_order<- C5_2[C5_order,] C5_H<- head(df_c5_order,n=49.41) summary(c5_h) C5_L<- tail(df_c5_order,n=49.41) summary(c5_l) UL_C5<- mean(c5_h$s5)- mean(c5_l$s5)

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99 結果のまとめ 99

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104 結果のまとめ 104

105 結果のまとめ 105

106 この研究についてひとこと No 106

107 References [ ] (2011). R. (2014). R. (2014) , 57, (2009). The R tips R PDF. 107

108 References [ ] Brennan, L. Robert. (1972). A generalized upper-lower item discrimination index. Educ. Psychol. Meas., 32, (2014). Johnson, A. Pemberton. (1951). Notes on a suggested index of item validity: The UL Index. J. Educ. Psychol., 42 (8), Lew Joseph. (1949). The point biserial coefficient of correlation. Ann. Math. Stat, 20, (2002). (2012). R (2012).,

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