基于结构方程建模的高校教学管理数据统计系统的研究
高万里 张丽
摘 要： 提出一种基于结构方程建模技术的高校教学管理数据统计系统。该系统使用B/S体系架构获取和存储高校教学数据，提取关键教学信息并使用结构方程建模技术构建教学统计分析模型，根据教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量对教师教学质量进行定量分析。用Smartpls 3.0软件对某高校2015—2016学年教学数据进行了仿真。仿真结果表明，所建立的模型能有效地拟合教学数据，解释了影响教学质量的因素，为教学质量统计分析提供一种更公平、更合理的方式，同时促进了教学方式的改革与创新。
关键词： 结构方程建模； B/S体系架构； 教学管理； 统计分析系统； 数据统计
中图分类号： TN911?34； TP203 文献标识码： A 文章编号： 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
互聯网技术的发展和开放式教学的广泛应用，带动了高校教学管理方式的改革与创新，将数据统计技术应用到教学质量评估中，促进了教学方式的改革和多元化发展[1?2]。跟随着教育的信息化浪潮，教学管理和教学质量评估也逐渐朝着网络化、数字化和现代化方向发展。对于各种各样的教学数据和报告，人工处理已无法跟上现代管理的步伐。随着计算机和通信技术的发展，“标准化、信息化、网络化”是教学管理改革的必然选择。通过完善教学管理数据统计系统，可以规范管理，保证教学效益，提高管理效率，有效提升标准化与现代化管理进程。
以教学管理数据为基础，建立稳定、可扩展和可维护的数据管理与分析系统，对高校教学数据进行统计与分析，有利于精确、直观地评估学生学习效果和教师的教学质量；有利于教师快速了解教学中的长处，并发现教学过程中遇到的问题，从而积极有效地解决问题；有利于提高学生的学习热情。高校教学数据管理与分析系统的研究、设计与实现已成为高校教学管理的一个重要措施。然而，目前教学管理系统的研究仅局限于对教学管理软件系统的设计与改造。文献[3]提出使用XML编程技术，运用MVC框架和Struts 2，Hibernate 3.0技术在JavaEE平台实现教务管理与分析系统，同时使用FusionCharts Java语言插件实现对教务数据的可视化和动态显示。文献[4]提出了一种基于用SQL Server 2000数据库和ASP.NET技术的网上成人教学管理系统。文献[5]提出利用数据库技术和局域网技术实现了一种自动化管理教学系统。目前，对教学管理数据统计系统的研究仍不足，教学管理有着其特殊性，如何科学合理的构建高校教学评估系统是一个必须解决的问题。
为了提高教学管理的效率和减轻管理人员的负担，本文提出一种基于结构方程建模技术的高校教学管理数据统计系统。该系统使用B/S体系架构获取和存储高校教学数据，提取关键教学信息并使用结构方程建模技术构建教学评价模型，根据教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量对教师教学质量进行定量分析。
1 系统设计
1.1 系统架构选择
浏览器/服务器（B/S）架构是一种由浏览器和服务器构建的三层或分布式系统的多层网络结构[6?7]。服务器包括：Web服务器、数据库服务器、应用服务器等。B/S架构是一种瘦客户端应用系统，客户端使用单个浏览器软件，对硬件的要求较低，便于系统的管理与维护，并减少了开发和维护工作。Web浏览器软件可免费从互联网上下载，并可免费升级。B/S模式使用标准的TCP/IP，HTTP协议，可以结合使用企业现有网络，同时其有良好的可扩展性，可直接连接内部。所以B/S方式使用和维护方便，且信息共享程度高，正逐渐取代C/S模式[8?9]。
1.2 系统的组成和功能划分
本文设计的教学管理数据统计系统的主要结构如图1所示。该系统主要由教学数据采集、教学资源管理和教学质量评估等子系统组成。
各子系统的主要功能如下：
教学数据采集：该模块主要负责采集和存储教学数据，包括学生信息、教学计划、教学课表和学生成绩等数据。
教学资源管理：该模块主要负责教学资源的导入、维护和查询。通过关联教师所使用到的教學资源，也可在一定程度上反映教师的教学质量。
教学质量评估：这是本系统的核心，通过对采集到的教学管理信息进行统计建模，来评估教师的教学质量。
2 基于结构方程建模的教学评价系统
本文使用结构方程建模[6]（Structure Equation Modeling，SEM）的方法来构建教学质量评估模型，发现影响教学质量的主要因素。SEM起源于20世纪60年代末，是一种通用的线性统计建模技术[10]。SEM可分析观测变量和潜变量间的关系。一旦已经估计了模型的参数，则可将所得到模型的协方差矩阵与经验或基于数据的协方差矩阵进行比较。若两个矩阵彼此一致，则结构方程模型可被认为是对于解的解释。
2.1 模型构造
本文基于某高校2015—2016学年教学数据进行分析，建立结构方程模型。教学质量主要由教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量决定。将这4个变量作为潜变量：H1，H2，H3，H4，每个潜变量对应的观测变量如表1所示。其中，潜变量“H1教学内容”对应7个观测变量V1～V7；潜变量“H2教学方法”对应4个观测变量V8～V11；潜变量“H3教学态度”对应5个观测变量V12～V16；潜变量“H4教学效果”对应4个观测变量V17～V20。
2.2 模型参数估计
本文使用Smartpls 3.0软件的偏最小二程方法（PLS）对模型进行参数估计。求出教学评测模型及其相互间的通经系数。通经系数反映了各个潜变量与观测变量之间的关系如图2所示。从图2可看出，教学效果对教学质量的解释程度最优。观测变量V1和V6均较好地测量了教学内容的重要性，分别达到0.714和0.832，说明采用V1和V6这两个观测变量平均能够解释教学内容重要性的75%以上。变量V8，V10和V11也较好地体现了教学方法的重要性。而变量V13能较好解释教学态度的重要性，达到了0.925。对于教学效果，各变量的解释能力相当。
2.3 模型评价
结构方程在意识到潜变量之间相关关系的同时，仍能验证观测变量与潜变量之间的关系，这主要是由各变量间的通经系数来检验。通经系数的大小反映了不同潜变量对教学质量的影响程度。图2结果表明，教学效果对教学质量的影响程度相对较强；而教学内容、教学态度和教学方法对于教学质量的影响程度逐渐减弱。
本文使用6个评价指标[6?7]来评价第2.2节所构建的模型的有效性：拟合优度（GFI）；调整自由度的拟合优度（AGFI）；均方根残差（RMR）；比较拟合指数（CFI）；正规指数（NFI）；非正规指数（NNI）。这些指数越接近1，说明模型越好。模型的拟合指标结果如表2所示，拟合优度达到了0.919，正规指数达到0.959，以及其他的指标结果表明第2.2节所构造的教学评测模型具有较好的区分效果。
3 结 语
为了提高教学管理效率，并减轻管理人员的负担，本文提出一种基于结构方程建模技术的高校教学管理数据统计系统，该系统使用B/S体系架构获取和存储高校教学数据，提取关键教学信息并使用结构方程建模技术构建教学评价模型，根据教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量对教师教学质量进行定量分析。用Smartpls 3.0软件对某高校2015—2016学年教学数据进行了仿真。仿真结果表明，教学效果对教学质量的影响程度相对较强；而教学内容、教学态度和教学方法对于教学质量的影响程度依次减弱。本文建立的结构方程模型能有效地拟合教学数据，解释了影响教学质量的因素，为教师教学评价提供一种更公平、更合理的方式，同时促进了教学方式的改革与创新。
表2 结构方程模型的拟合指标结果表
参考文献
[1] 王幸君，黎光明，张敏强，等.高校教师教学水平评价的概化理论分析[J].心理科学，2016（1）：90?96.
[2] 汪剑鲲.高校教学管理评价体系设计研究[J].黑龙江高教研究，2015（3）：44?46.
[3] 许多.基于WAP的高职院校教务管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2015.
[4] 谢尧.基于B/S模式的教学管理系统设计与实现[D].厦门：厦门大学，2015.
[5] 许慧，张立铭.基于Web的图书馆档案管理系统设计与实现[J].现代电子技术，2016，39（16）：48?51.
[6] 游金崇，李隐峰，尤吴晶.基于Web的高校毕业生就业信息服务平台设计[J].电子科技，2014，27（11）：81.
[7] MEYER J P， LIU X， MASHBURN A J. A practical solution to optimizing the reliability of teaching observation measures under budget constraints [J]. Educational and psychological measurement， 2014， 74（2）： 280?291.
[8] 李万莉，项著廷.基于B/S结构远程监测系统软件设计[J].计算机技术与发展，2015（3）：15?18.
[9] 陈娟，李元，李万国.基于B/S模式的嵌入式系统测试方法与实现[J].电子技术应用，2016，42（2）：50?52.
[10] 冯桂莲，陈超.C/S与B/S相结合的民族院校运动会管理系统的设计与实现[J].现代电子技术，2016，39（12）：77?79.
摘 要： 提出一种基于结构方程建模技术的高校教学管理数据统计系统。该系统使用B/S体系架构获取和存储高校教学数据，提取关键教学信息并使用结构方程建模技术构建教学统计分析模型，根据教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量对教师教学质量进行定量分析。用Smartpls 3.0软件对某高校2015—2016学年教学数据进行了仿真。仿真结果表明，所建立的模型能有效地拟合教学数据，解释了影响教学质量的因素，为教学质量统计分析提供一种更公平、更合理的方式，同时促进了教学方式的改革与创新。
关键词： 结构方程建模； B/S体系架构； 教学管理； 统计分析系统； 数据统计
中图分类号： TN911?34； TP203 文献标识码： A 文章编号： 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
互聯网技术的发展和开放式教学的广泛应用，带动了高校教学管理方式的改革与创新，将数据统计技术应用到教学质量评估中，促进了教学方式的改革和多元化发展[1?2]。跟随着教育的信息化浪潮，教学管理和教学质量评估也逐渐朝着网络化、数字化和现代化方向发展。对于各种各样的教学数据和报告，人工处理已无法跟上现代管理的步伐。随着计算机和通信技术的发展，“标准化、信息化、网络化”是教学管理改革的必然选择。通过完善教学管理数据统计系统，可以规范管理，保证教学效益，提高管理效率，有效提升标准化与现代化管理进程。
以教学管理数据为基础，建立稳定、可扩展和可维护的数据管理与分析系统，对高校教学数据进行统计与分析，有利于精确、直观地评估学生学习效果和教师的教学质量；有利于教师快速了解教学中的长处，并发现教学过程中遇到的问题，从而积极有效地解决问题；有利于提高学生的学习热情。高校教学数据管理与分析系统的研究、设计与实现已成为高校教学管理的一个重要措施。然而，目前教学管理系统的研究仅局限于对教学管理软件系统的设计与改造。文献[3]提出使用XML编程技术，运用MVC框架和Struts 2，Hibernate 3.0技术在JavaEE平台实现教务管理与分析系统，同时使用FusionCharts Java语言插件实现对教务数据的可视化和动态显示。文献[4]提出了一种基于用SQL Server 2000数据库和ASP.NET技术的网上成人教学管理系统。文献[5]提出利用数据库技术和局域网技术实现了一种自动化管理教学系统。目前，对教学管理数据统计系统的研究仍不足，教学管理有着其特殊性，如何科学合理的构建高校教学评估系统是一个必须解决的问题。
为了提高教学管理的效率和减轻管理人员的负担，本文提出一种基于结构方程建模技术的高校教学管理数据统计系统。该系统使用B/S体系架构获取和存储高校教学数据，提取关键教学信息并使用结构方程建模技术构建教学评价模型，根据教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量对教师教学质量进行定量分析。
1 系统设计
1.1 系统架构选择
浏览器/服务器（B/S）架构是一种由浏览器和服务器构建的三层或分布式系统的多层网络结构[6?7]。服务器包括：Web服务器、数据库服务器、应用服务器等。B/S架构是一种瘦客户端应用系统，客户端使用单个浏览器软件，对硬件的要求较低，便于系统的管理与维护，并减少了开发和维护工作。Web浏览器软件可免费从互联网上下载，并可免费升级。B/S模式使用标准的TCP/IP，HTTP协议，可以结合使用企业现有网络，同时其有良好的可扩展性，可直接连接内部。所以B/S方式使用和维护方便，且信息共享程度高，正逐渐取代C/S模式[8?9]。
1.2 系统的组成和功能划分
本文设计的教学管理数据统计系统的主要结构如图1所示。该系统主要由教学数据采集、教学资源管理和教学质量评估等子系统组成。
各子系统的主要功能如下：
教学数据采集：该模块主要负责采集和存储教学数据，包括学生信息、教学计划、教学课表和学生成绩等数据。
教学资源管理：该模块主要负责教学资源的导入、维护和查询。通过关联教师所使用到的教學资源，也可在一定程度上反映教师的教学质量。
教学质量评估：这是本系统的核心，通过对采集到的教学管理信息进行统计建模，来评估教师的教学质量。
2 基于结构方程建模的教学评价系统
本文使用结构方程建模[6]（Structure Equation Modeling，SEM）的方法来构建教学质量评估模型，发现影响教学质量的主要因素。SEM起源于20世纪60年代末，是一种通用的线性统计建模技术[10]。SEM可分析观测变量和潜变量间的关系。一旦已经估计了模型的参数，则可将所得到模型的协方差矩阵与经验或基于数据的协方差矩阵进行比较。若两个矩阵彼此一致，则结构方程模型可被认为是对于解的解释。
2.1 模型构造
本文基于某高校2015—2016学年教学数据进行分析，建立结构方程模型。教学质量主要由教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量决定。将这4个变量作为潜变量：H1，H2，H3，H4，每个潜变量对应的观测变量如表1所示。其中，潜变量“H1教学内容”对应7个观测变量V1～V7；潜变量“H2教学方法”对应4个观测变量V8～V11；潜变量“H3教学态度”对应5个观测变量V12～V16；潜变量“H4教学效果”对应4个观测变量V17～V20。
2.2 模型参数估计
本文使用Smartpls 3.0软件的偏最小二程方法（PLS）对模型进行参数估计。求出教学评测模型及其相互间的通经系数。通经系数反映了各个潜变量与观测变量之间的关系如图2所示。从图2可看出，教学效果对教学质量的解释程度最优。观测变量V1和V6均较好地测量了教学内容的重要性，分别达到0.714和0.832，说明采用V1和V6这两个观测变量平均能够解释教学内容重要性的75%以上。变量V8，V10和V11也较好地体现了教学方法的重要性。而变量V13能较好解释教学态度的重要性，达到了0.925。对于教学效果，各变量的解释能力相当。
2.3 模型评价
结构方程在意识到潜变量之间相关关系的同时，仍能验证观测变量与潜变量之间的关系，这主要是由各变量间的通经系数来检验。通经系数的大小反映了不同潜变量对教学质量的影响程度。图2结果表明，教学效果对教学质量的影响程度相对较强；而教学内容、教学态度和教学方法对于教学质量的影响程度逐渐减弱。
本文使用6个评价指标[6?7]来评价第2.2节所构建的模型的有效性：拟合优度（GFI）；调整自由度的拟合优度（AGFI）；均方根残差（RMR）；比较拟合指数（CFI）；正规指数（NFI）；非正规指数（NNI）。这些指数越接近1，说明模型越好。模型的拟合指标结果如表2所示，拟合优度达到了0.919，正规指数达到0.959，以及其他的指标结果表明第2.2节所构造的教学评测模型具有较好的区分效果。
3 结 语
为了提高教学管理效率，并减轻管理人员的负担，本文提出一种基于结构方程建模技术的高校教学管理数据统计系统，该系统使用B/S体系架构获取和存储高校教学数据，提取关键教学信息并使用结构方程建模技术构建教学评价模型，根据教学内容、教学方法、教学态度和教学效果这4类变量对教师教学质量进行定量分析。用Smartpls 3.0软件对某高校2015—2016学年教学数据进行了仿真。仿真结果表明，教学效果对教学质量的影响程度相对较强；而教学内容、教学态度和教学方法对于教学质量的影响程度依次减弱。本文建立的结构方程模型能有效地拟合教学数据，解释了影响教学质量的因素，为教师教学评价提供一种更公平、更合理的方式，同时促进了教学方式的改革与创新。
表2 结构方程模型的拟合指标结果表
参考文献
[1] 王幸君，黎光明，张敏强，等.高校教师教学水平评价的概化理论分析[J].心理科学，2016（1）：90?96.
[2] 汪剑鲲.高校教学管理评价体系设计研究[J].黑龙江高教研究，2015（3）：44?46.
[3] 许多.基于WAP的高职院校教务管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2015.
[4] 谢尧.基于B/S模式的教学管理系统设计与实现[D].厦门：厦门大学，2015.
[5] 许慧，张立铭.基于Web的图书馆档案管理系统设计与实现[J].现代电子技术，2016，39（16）：48?51.
[6] 游金崇，李隐峰，尤吴晶.基于Web的高校毕业生就业信息服务平台设计[J].电子科技，2014，27（11）：81.
[7] MEYER J P， LIU X， MASHBURN A J. A practical solution to optimizing the reliability of teaching observation measures under budget constraints [J]. Educational and psychological measurement， 2014， 74（2）： 280?291.
[8] 李万莉，项著廷.基于B/S结构远程监测系统软件设计[J].计算机技术与发展，2015（3）：15?18.
[9] 陈娟，李元，李万国.基于B/S模式的嵌入式系统测试方法与实现[J].电子技术应用，2016，42（2）：50?52.
[10] 冯桂莲，陈超.C/S与B/S相结合的民族院校运动会管理系统的设计与实现[J].现代电子技术，2016，39（12）：77?79.
