基于結構方程建模的高校教學管理數據統計系統的研究

高萬里　張麗

摘 要： 提出一種基于結構方程建模技術的高校教學管理數據統計系統。該系統使用B/S體系架構獲取和存儲高校教學數據，提取關鍵教學信息并使用結構方程建模技術構建教學統計分析模型，根據教學內容、教學方法、教學態度和教學效果這4類變量對教師教學質量進行定量分析。用Smartpls 3.0軟件對某高校2015—2016學年教學數據進行了仿真。仿真結果表明，所建立的模型能有效地擬合教學數據，解釋了影響教學質量的因素，為教學質量統計分析提供一種更公平、更合理的方式，同時促進了教學方式的改革與創新。

關鍵詞： 結構方程建模； B/S體系架構； 教學管理； 統計分析系統； 數據統計

中圖分類號： TN911?34； TP203 文獻標識碼： A 文章編號： 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

互聯網技術的發展和開放式教學的廣泛應用，帶動了高校教學管理方式的改革與創新，將數據統計技術應用到教學質量評估中，促進了教學方式的改革和多元化發展[1?2]。跟隨著教育的信息化浪潮，教學管理和教學質量評估也逐漸朝著網絡化、數字化和現代化方向發展。對于各種各樣的教學數據和報告，人工處理已無法跟上現代管理的步伐。隨著計算機和通信技術的發展，“標準化、信息化、網絡化”是教學管理改革的必然選擇。通過完善教學管理數據統計系統，可以規范管理，保證教學效益，提高管理效率，有效提升標準化與現代化管理進程。

以教學管理數據為基礎，建立穩定、可擴展和可維護的數據管理與分析系統，對高校教學數據進行統計與分析，有利于精確、直觀地評估學生學習效果和教師的教學質量；有利于教師快速了解教學中的長處，并發現教學過程中遇到的問題，從而積極有效地解決問題；有利于提高學生的學習熱情。高校教學數據管理與分析系統的研究、設計與實現已成為高校教學管理的一個重要措施。然而，目前教學管理系統的研究僅局限于對教學管理軟件系統的設計與改造。文獻[3]提出使用XML編程技術，運用MVC框架和Struts 2，Hibernate 3.0技術在JavaEE平臺實現教務管理與分析系統，同時使用FusionCharts Java語言插件實現對教務數據的可視化和動態顯示。文獻[4]提出了一種基于用SQL Server 2000數據庫和ASP.NET技術的網上成人教學管理系統。文獻[5]提出利用數據庫技術和局域網技術實現了一種自動化管理教學系統。目前，對教學管理數據統計系統的研究仍不足，教學管理有著其特殊性，如何科學合理的構建高校教學評估系統是一個必須解決的問題。

為了提高教學管理的效率和減輕管理人員的負擔，本文提出一種基于結構方程建模技術的高校教學管理數據統計系統。該系統使用B/S體系架構獲取和存儲高校教學數據，提取關鍵教學信息并使用結構方程建模技術構建教學評價模型，根據教學內容、教學方法、教學態度和教學效果這4類變量對教師教學質量進行定量分析。

1 系統設計

1.1 系統架構選擇

瀏覽器/服務器（B/S）架構是一種由瀏覽器和服務器構建的三層或分布式系統的多層網絡結構[6?7]。服務器包括：Web服務器、數據庫服務器、應用服務器等。B/S架構是一種瘦客戶端應用系統，客戶端使用單個瀏覽器軟件，對硬件的要求較低，便于系統的管理與維護，并減少了開發和維護工作。Web瀏覽器軟件可免費從互聯網上下載，并可免費升級。B/S模式使用標準的TCP/IP，HTTP協議，可以結合使用企業現有網絡，同時其有良好的可擴展性，可直接連接內部。所以B/S方式使用和維護方便，且信息共享程度高，正逐漸取代C/S模式[8?9]。endprint

1.2 系統的組成和功能劃分

本文設計的教學管理數據統計系統的主要結構如圖1所示。該系統主要由教學數據采集、教學資源管理和教學質量評估等子系統組成。

各子系統的主要功能如下：

教學數據采集：該模塊主要負責采集和存儲教學數據，包括學生信息、教學計劃、教學課表和學生成績等數據。

教學資源管理：該模塊主要負責教學資源的導入、維護和查詢。通過關聯教師所使用到的教學資源，也可在一定程度上反映教師的教學質量。

教學質量評估：這是本系統的核心，通過對采集到的教學管理信息進行統計建模，來評估教師的教學質量。

2 基于結構方程建模的教學評價系統

本文使用結構方程建模[6]（Structure Equation Modeling，SEM）的方法來構建教學質量評估模型，發現影響教學質量的主要因素。SEM起源于20世紀60年代末，是一種通用的線性統計建模技術[10]。SEM可分析觀測變量和潛變量間的關系。一旦已經估計了模型的參數，則可將所得到模型的協方差矩陣與經驗或基于數據的協方差矩陣進行比較。若兩個矩陣彼此一致，則結構方程模型可被認為是對于解的解釋。

2.1 模型構造

本文基于某高校2015—2016學年教學數據進行分析，建立結構方程模型。教學質量主要由教學內容、教學方法、教學態度和教學效果這4類變量決定。將這4個變量作為潛變量：H1，H2，H3，H4，每個潛變量對應的觀測變量如表1所示。其中，潛變量“H1教學內容”對應7個觀測變量V1～V7；潛變量“H2教學方法”對應4個觀測變量V8～V11；潛變量“H3教學態度”對應5個觀測變量V12～V16；潛變量“H4教學效果”對應4個觀測變量V17～V20。

2.2 模型參數估計

本文使用Smartpls 3.0軟件的偏最小二程方法（PLS）對模型進行參數估計。求出教學評測模型及其相互間的通經系數。通經系數反映了各個潛變量與觀測變量之間的關系如圖2所示。從圖2可看出，教學效果對教學質量的解釋程度最優。觀測變量V1和V6均較好地測量了教學內容的重要性，分別達到0.714和0.832，說明采用V1和V6這兩個觀測變量平均能夠解釋教學內容重要性的75%以上。變量V8，V10和V11也較好地體現了教學方法的重要性。而變量V13能較好解釋教學態度的重要性，達到了0.925。對于教學效果，各變量的解釋能力相當。

2.3 模型評價

結構方程在意識到潛變量之間相關關系的同時，仍能驗證觀測變量與潛變量之間的關系，這主要是由各變量間的通經系數來檢驗。通經系數的大小反映了不同潛變量對教學質量的影響程度。圖2結果表明，教學效果對教學質量的影響程度相對較強；而教學內容、教學態度和教學方法對于教學質量的影響程度逐漸減弱。

本文使用6個評價指標[6?7]來評價第2.2節所構建的模型的有效性：擬合優度（GFI）；調整自由度的擬合優度（AGFI）；均方根殘差（RMR）；比較擬合指數（CFI）；正規指數（NFI）；非正規指數（NNI）。這些指數越接近1，說明模型越好。模型的擬合指標結果如表2所示，擬合優度達到了0.919，正規指數達到0.959，以及其他的指標結果表明第2.2節所構造的教學評測模型具有較好的區分效果。

3 結 語

為了提高教學管理效率，并減輕管理人員的負擔，本文提出一種基于結構方程建模技術的高校教學管理數據統計系統，該系統使用B/S體系架構獲取和存儲高校教學數據，提取關鍵教學信息并使用結構方程建模技術構建教學評價模型，根據教學內容、教學方法、教學態度和教學效果這4類變量對教師教學質量進行定量分析。用Smartpls 3.0軟件對某高校2015—2016學年教學數據進行了仿真。仿真結果表明，教學效果對教學質量的影響程度相對較強；而教學內容、教學態度和教學方法對于教學質量的影響程度依次減弱。本文建立的結構方程模型能有效地擬合教學數據，解釋了影響教學質量的因素，為教師教學評價提供一種更公平、更合理的方式，同時促進了教學方式的改革與創新。

表2 結構方程模型的擬合指標結果表

參考文獻

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