基于結(jié)構(gòu)方程建模的高校教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的研究

高萬(wàn)里　張麗

摘 要： 提出一種基于結(jié)構(gòu)方程建模技術(shù)的高校教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用B/S體系架構(gòu)獲取和存儲(chǔ)高校教學(xué)數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵教學(xué)信息并使用結(jié)構(gòu)方程建模技術(shù)構(gòu)建教學(xué)統(tǒng)計(jì)分析模型，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度和教學(xué)效果這4類變量對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行定量分析。用Smartpls 3.0軟件對(duì)某高校2015—2016學(xué)年教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，所建立的模型能有效地?cái)M合教學(xué)數(shù)據(jù)，解釋了影響教學(xué)質(zhì)量的因素，為教學(xué)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析提供一種更公平、更合理的方式，同時(shí)促進(jìn)了教學(xué)方式的改革與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)方程建模； B/S體系架構(gòu)； 教學(xué)管理； 統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP203 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）16?0057?03

Abstract： A college teaching management data statistical system based on structural equation modeling technology is proposed in this paper. The B/S architecture is used in the system to acquire and store college teaching data. The key teaching information is extracted and a teaching statistical analysis model is constructed with structural equation modeling technology. The teaching quality of teachers is quantitatively analyzed according to the， the variables of teaching contents， teaching methods， teaching attitude and teaching effect. The teaching data of a college in the school year of 2015～2016 are simulated with Smartpls3 software. The simulation results show that the model can effectively fit the teaching data， explain the factors that affect the teaching quality， provide a more equitable and reasonable way for the statistical analysis of teaching quality， and promote the reform and innovation of teaching methods.

Keywords： structural equation modeling； B/S architecture； teaching management； statistical analysis system； data statistics

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和開(kāi)放式教學(xué)的廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)了高校教學(xué)管理方式的改革與創(chuàng)新，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)質(zhì)量評(píng)估中，促進(jìn)了教學(xué)方式的改革和多元化發(fā)展[1?2]。跟隨著教育的信息化浪潮，教學(xué)管理和教學(xué)質(zhì)量評(píng)估也逐漸朝著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和現(xiàn)代化方向發(fā)展。對(duì)于各種各樣的教學(xué)數(shù)據(jù)和報(bào)告，人工處理已無(wú)法跟上現(xiàn)代管理的步伐。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，“標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化”是教學(xué)管理改革的必然選擇。通過(guò)完善教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，可以規(guī)范管理，保證教學(xué)效益，提高管理效率，有效提升標(biāo)準(zhǔn)化與現(xiàn)代化管理進(jìn)程。

以教學(xué)管理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立穩(wěn)定、可擴(kuò)展和可維護(hù)的數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)，對(duì)高校教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，有利于精確、直觀地評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)質(zhì)量；有利于教師快速了解教學(xué)中的長(zhǎng)處，并發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，從而積極有效地解決問(wèn)題；有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。高校教學(xué)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已成為高校教學(xué)管理的一個(gè)重要措施。然而，目前教學(xué)管理系統(tǒng)的研究?jī)H局限于對(duì)教學(xué)管理軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造。文獻(xiàn)[3]提出使用XML編程技術(shù)，運(yùn)用MVC框架和Struts 2，Hibernate 3.0技術(shù)在JavaEE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教務(wù)管理與分析系統(tǒng)，同時(shí)使用FusionCharts Java語(yǔ)言插件實(shí)現(xiàn)對(duì)教務(wù)數(shù)據(jù)的可視化和動(dòng)態(tài)顯示。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)和ASP.NET技術(shù)的網(wǎng)上成人教學(xué)管理系統(tǒng)。文獻(xiàn)[5]提出利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種自動(dòng)化管理教學(xué)系統(tǒng)。目前，對(duì)教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的研究仍不足，教學(xué)管理有著其特殊性，如何科學(xué)合理的構(gòu)建高校教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。

為了提高教學(xué)管理的效率和減輕管理人員的負(fù)擔(dān)，本文提出一種基于結(jié)構(gòu)方程建模技術(shù)的高校教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用B/S體系架構(gòu)獲取和存儲(chǔ)高校教學(xué)數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵教學(xué)信息并使用結(jié)構(gòu)方程建模技術(shù)構(gòu)建教學(xué)評(píng)價(jià)模型，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度和教學(xué)效果這4類變量對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行定量分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)選擇

瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)是一種由瀏覽器和服務(wù)器構(gòu)建的三層或分布式系統(tǒng)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6?7]。服務(wù)器包括：Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等。B/S架構(gòu)是一種瘦客戶端應(yīng)用系統(tǒng)，客戶端使用單個(gè)瀏覽器軟件，對(duì)硬件的要求較低，便于系統(tǒng)的管理與維護(hù)，并減少了開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作。Web瀏覽器軟件可免費(fèi)從互聯(lián)網(wǎng)上下載，并可免費(fèi)升級(jí)。B/S模式使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP，HTTP協(xié)議，可以結(jié)合使用企業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)其有良好的可擴(kuò)展性，可直接連接內(nèi)部。所以B/S方式使用和維護(hù)方便，且信息共享程度高，正逐漸取代C/S模式[8?9]。endprint

1.2 系統(tǒng)的組成和功能劃分

本文設(shè)計(jì)的教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由教學(xué)數(shù)據(jù)采集、教學(xué)資源管理和教學(xué)質(zhì)量評(píng)估等子系統(tǒng)組成。

各子系統(tǒng)的主要功能如下：

教學(xué)數(shù)據(jù)采集：該模塊主要負(fù)責(zé)采集和存儲(chǔ)教學(xué)數(shù)據(jù)，包括學(xué)生信息、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)課表和學(xué)生成績(jī)等數(shù)據(jù)。

教學(xué)資源管理：該模塊主要負(fù)責(zé)教學(xué)資源的導(dǎo)入、維護(hù)和查詢。通過(guò)關(guān)聯(lián)教師所使用到的教學(xué)資源，也可在一定程度上反映教師的教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)質(zhì)量評(píng)估：這是本系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)采集到的教學(xué)管理信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模，來(lái)評(píng)估教師的教學(xué)質(zhì)量。

2 基于結(jié)構(gòu)方程建模的教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

本文使用結(jié)構(gòu)方程建模[6]（Structure Equation Modeling，SEM）的方法來(lái)構(gòu)建教學(xué)質(zhì)量評(píng)估模型，發(fā)現(xiàn)影響教學(xué)質(zhì)量的主要因素。SEM起源于20世紀(jì)60年代末，是一種通用的線性統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)[10]。SEM可分析觀測(cè)變量和潛變量間的關(guān)系。一旦已經(jīng)估計(jì)了模型的參數(shù)，則可將所得到模型的協(xié)方差矩陣與經(jīng)驗(yàn)或基于數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行比較。若兩個(gè)矩陣彼此一致，則結(jié)構(gòu)方程模型可被認(rèn)為是對(duì)于解的解釋。

2.1 模型構(gòu)造

本文基于某高校2015—2016學(xué)年教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立結(jié)構(gòu)方程模型。教學(xué)質(zhì)量主要由教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度和教學(xué)效果這4類變量決定。將這4個(gè)變量作為潛變量：H1，H2，H3，H4，每個(gè)潛變量對(duì)應(yīng)的觀測(cè)變量如表1所示。其中，潛變量“H1教學(xué)內(nèi)容”對(duì)應(yīng)7個(gè)觀測(cè)變量V1～V7；潛變量“H2教學(xué)方法”對(duì)應(yīng)4個(gè)觀測(cè)變量V8～V11；潛變量“H3教學(xué)態(tài)度”對(duì)應(yīng)5個(gè)觀測(cè)變量V12～V16；潛變量“H4教學(xué)效果”對(duì)應(yīng)4個(gè)觀測(cè)變量V17～V20。

2.2 模型參數(shù)估計(jì)

本文使用Smartpls 3.0軟件的偏最小二程方法（PLS）對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。求出教學(xué)評(píng)測(cè)模型及其相互間的通經(jīng)系數(shù)。通經(jīng)系數(shù)反映了各個(gè)潛變量與觀測(cè)變量之間的關(guān)系如圖2所示。從圖2可看出，教學(xué)效果對(duì)教學(xué)質(zhì)量的解釋程度最優(yōu)。觀測(cè)變量V1和V6均較好地測(cè)量了教學(xué)內(nèi)容的重要性，分別達(dá)到0.714和0.832，說(shuō)明采用V1和V6這兩個(gè)觀測(cè)變量平均能夠解釋教學(xué)內(nèi)容重要性的75%以上。變量V8，V10和V11也較好地體現(xiàn)了教學(xué)方法的重要性。而變量V13能較好解釋教學(xué)態(tài)度的重要性，達(dá)到了0.925。對(duì)于教學(xué)效果，各變量的解釋能力相當(dāng)。

2.3 模型評(píng)價(jià)

結(jié)構(gòu)方程在意識(shí)到潛變量之間相關(guān)關(guān)系的同時(shí)，仍能驗(yàn)證觀測(cè)變量與潛變量之間的關(guān)系，這主要是由各變量間的通經(jīng)系數(shù)來(lái)檢驗(yàn)。通經(jīng)系數(shù)的大小反映了不同潛變量對(duì)教學(xué)質(zhì)量的影響程度。圖2結(jié)果表明，教學(xué)效果對(duì)教學(xué)質(zhì)量的影響程度相對(duì)較強(qiáng)；而教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)態(tài)度和教學(xué)方法對(duì)于教學(xué)質(zhì)量的影響程度逐漸減弱。

本文使用6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)[6?7]來(lái)評(píng)價(jià)第2.2節(jié)所構(gòu)建的模型的有效性：擬合優(yōu)度（GFI）；調(diào)整自由度的擬合優(yōu)度（AGFI）；均方根殘差（RMR）；比較擬合指數(shù)（CFI）；正規(guī)指數(shù)（NFI）；非正規(guī)指數(shù)（NNI）。這些指數(shù)越接近1，說(shuō)明模型越好。模型的擬合指標(biāo)結(jié)果如表2所示，擬合優(yōu)度達(dá)到了0.919，正規(guī)指數(shù)達(dá)到0.959，以及其他的指標(biāo)結(jié)果表明第2.2節(jié)所構(gòu)造的教學(xué)評(píng)測(cè)模型具有較好的區(qū)分效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

為了提高教學(xué)管理效率，并減輕管理人員的負(fù)擔(dān)，本文提出一種基于結(jié)構(gòu)方程建模技術(shù)的高校教學(xué)管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用B/S體系架構(gòu)獲取和存儲(chǔ)高校教學(xué)數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵教學(xué)信息并使用結(jié)構(gòu)方程建模技術(shù)構(gòu)建教學(xué)評(píng)價(jià)模型，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度和教學(xué)效果這4類變量對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行定量分析。用Smartpls 3.0軟件對(duì)某高校2015—2016學(xué)年教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，教學(xué)效果對(duì)教學(xué)質(zhì)量的影響程度相對(duì)較強(qiáng)；而教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)態(tài)度和教學(xué)方法對(duì)于教學(xué)質(zhì)量的影響程度依次減弱。本文建立的結(jié)構(gòu)方程模型能有效地?cái)M合教學(xué)數(shù)據(jù)，解釋了影響教學(xué)質(zhì)量的因素，為教師教學(xué)評(píng)價(jià)提供一種更公平、更合理的方式，同時(shí)促進(jìn)了教學(xué)方式的改革與創(chuàng)新。

表2 結(jié)構(gòu)方程模型的擬合指標(biāo)結(jié)果表

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