基于SEM的高校計(jì)算機(jī)教育評估模型研究

張勇，魯小蘭

［摘 要］ 計(jì)算思維反映的是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問題的思維方法，計(jì)算思維能力和意識的培養(yǎng)是當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)教育教學(xué)改革的重點(diǎn)方向。從計(jì)算思維意識視域出發(fā)，采用結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）對計(jì)算機(jī)課程興趣、教學(xué)滿意度、教學(xué)投入和計(jì)算機(jī)思維意識進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明：基于計(jì)算機(jī)課程興趣、教學(xué)滿意度、教學(xué)投入和計(jì)算機(jī)思維意識的結(jié)構(gòu)方程模型有效，但學(xué)生對計(jì)算機(jī)課的興趣不會直接影響他們的計(jì)算機(jī)思維意識，只有當(dāng)學(xué)生對教學(xué)感到滿意并因?qū)τ?jì)算機(jī)課的興趣而投入“計(jì)算機(jī)”課程中時，這種興趣才會對學(xué)生培養(yǎng)和提高計(jì)算機(jī)思維意識產(chǎn)生影響。

［關(guān)鍵詞］ 計(jì)算機(jī)課程興趣；教學(xué)滿意度；課程投入；計(jì)算機(jī)思維意識

［基金項(xiàng)目］ 2020年度湖北省教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題“管辦評分離視角下湖北省高等教育第三方評估體系建設(shè)研究”（2020GA057）；2022年度湖北文理學(xué)院“課程思政”教學(xué)研究項(xiàng)目“Python編程實(shí)踐課程的思政設(shè)計(jì)與探索”（SZ2022010）

［作者簡介］ 張 勇（1980—），男，湖北潛江人，博士，湖北文理學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院講師，主要從事智能計(jì)算研究；魯小蘭（1979—），女，湖北潛江人，博士，湖北文理學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院副教授，主要從事公司治理研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0021-04［收稿日期］ 2022-05-27

引言

計(jì)算思維是周以真教授于2006年首次提出并系統(tǒng)定義的一種基于計(jì)算機(jī)思想的有效的問題解決方法。2010年教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會明確將計(jì)算思維列入計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的四大專業(yè)能力之一。2013年，陳國良院士提出計(jì)算思維教育的目的是培養(yǎng)一種思維意識習(xí)慣［1］，并于2020年提出計(jì)算機(jī)思維2.0。通過培養(yǎng)計(jì)算思維意識，學(xué)生可以學(xué)習(xí)掌握如何分析新信息和處理新問題，解決問題的能力會得到提升。因此，在當(dāng)代大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)中，教學(xué)的主要目的不僅是要培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)技能，還要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維正確解決實(shí)際問題的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生觀察理解抽象語言的計(jì)算機(jī)思維意識［2］。近幾年來，我國計(jì)算機(jī)課程教學(xué)發(fā)生了許多變化，取得了一定的進(jìn)展，教學(xué)內(nèi)容從簡單的計(jì)算機(jī)理論知識到培訓(xùn)應(yīng)用技能和思維能力不斷變化與豐富，教學(xué)難度也在不斷增加。這些變化的目的就是要將計(jì)算思維能力和意識的培養(yǎng)作為大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教育的基本要求和具體目標(biāo)［3］?；诖?，本文結(jié)合大學(xué)計(jì)算機(jī)教育實(shí)際情況，從計(jì)算思維意識視域出發(fā)，選取結(jié)構(gòu)方程模型（SEM），探究計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)興趣、課程投入、教學(xué)滿意度等影響因素對計(jì)算機(jī)思維意識的影響程度，以期為大學(xué)計(jì)算機(jī)教育評估提供科學(xué)和個性化的參考建議。

一、研究對象與方法

（一）研究對象

采用分層整群抽樣的方法，對湖北省高校學(xué)生群體進(jìn)行了問卷調(diào)查，覆蓋范圍主要為所有工科學(xué)院的在讀本科生。共發(fā)放問卷1 400份，回收1 324份，回收率為94.6%。在獲得問卷數(shù)據(jù)后對回收的所有問卷進(jìn)行篩選，篩出不合格的錯誤問卷，以保證研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，共回收正確問卷1 314份，其中有效問卷1 257份，有效回收率為95.7%。

（二）問卷設(shè)計(jì)

問卷主體由計(jì)算機(jī)課學(xué)習(xí)興趣、課程投入、教學(xué)滿意度、計(jì)算機(jī)思維意識4個量表組成。其中，計(jì)算機(jī)課興趣量表包括11個問題，涵蓋三個維度；課程投入量表包括18個問題，涵蓋四個維度；教學(xué)滿意度量表包括12個問題，涵蓋三個維度；計(jì)算機(jī)思維意識量表包括2個問題，涵蓋兩個維度。采用李克特5級量表設(shè)置問卷問題（即5非常符合、4符合、3一般符合、2不符合、1非常不符合）。

（三）數(shù)據(jù)的信度和效度檢驗(yàn)

問卷數(shù)據(jù)回收后，首先利用SPSS 22.0對問卷有關(guān)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析及信度、效度的檢驗(yàn)。經(jīng)分析，“計(jì)算機(jī)”課程興趣KMO=0.887，課程投入KMO=0.912，教學(xué)滿意度KMO=0.895，計(jì)算機(jī)思維意識KMO=0.952，表明數(shù)據(jù)有較好的效度。信息分析采用Cronbachs Alpha系數(shù)，量表的總體Alpha系數(shù)在0.788～0.921之間，表明數(shù)據(jù)有較好的信度。

（四）SEM構(gòu)建

結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）是一種分析復(fù)雜的協(xié)方差結(jié)構(gòu)，對多元數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)掘潛在的、互依的或相互影響的因果變量的方法［4］。本文根據(jù)結(jié)構(gòu)方程模型理論，運(yùn)用AMOS 24.0軟件對影響學(xué)生計(jì)算思維意識的因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程擬合與路徑分析，解釋各個因素與計(jì)算思維意識的關(guān)系及其作用效果。

二、結(jié)果與分析

（一）模型擬合度的評價(jià)

擬合度指標(biāo)是指理論模型與實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性程度，良好的模型擬合度保證了模型的有效性和可信度［5］。采用AMOS 24.0中的最大似然法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，對所提出的理論模型進(jìn)行了假設(shè)檢驗(yàn)，最終得出的模型擬合指數(shù)如表1所示。理論模型的各項(xiàng)擬合指標(biāo)實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，均達(dá)到合理的范圍，可知各項(xiàng)指標(biāo)擬合度均較好，說明所構(gòu)建的假設(shè)模型是可以接受的。

（二）假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果分析

對于初步構(gòu)建的理論模型，采用最大似然估計(jì)法，對路徑系數(shù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，各潛變量間的結(jié)構(gòu)關(guān)系及其標(biāo)準(zhǔn)化后的路徑系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。其中S.E.和C.R.是一個統(tǒng)計(jì)量，S.E.是參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差，C.R.是參數(shù)估計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)差之比。可以發(fā)現(xiàn)，除了計(jì)算機(jī)課程興趣與計(jì)算思維意識之間的作用關(guān)系假設(shè)沒有通過檢驗(yàn)，其他的研究假設(shè)均通過了檢驗(yàn)。

表3給出了研究模型的測量變量之間的因果關(guān)系。直接效應(yīng)是由原因變量對結(jié)果變量的直接影響，效應(yīng)量大小為兩個變量間的路徑系數(shù)；間接效應(yīng)則是原因變量通過影響中介變量，從而對結(jié)果變量產(chǎn)生的間接影響，當(dāng)只有一個中介變量時，效應(yīng)量大小為兩個路徑系數(shù)的乘積。

根據(jù)表3的驗(yàn)證結(jié)果，“計(jì)算機(jī)課興趣”對教學(xué)滿意度的直接效應(yīng)量為0.43。說明學(xué)生對計(jì)算機(jī)課的社會就業(yè)、成就感、專業(yè)技能等興趣越高，學(xué)生對課程管理、教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)環(huán)境的滿意度越高。

“計(jì)算機(jī)課興趣”對“課程投入”的直接效應(yīng)量為0.49。說明學(xué)生對計(jì)算機(jī)課的社會就業(yè)、成就感和專業(yè)技能等興趣越高，學(xué)生對計(jì)算機(jī)課的目的性、內(nèi)容性、挑戰(zhàn)性、綜合性等方面的課程投入就越高。

“計(jì)算機(jī)課興趣”對“計(jì)算思維意識”直接效應(yīng)量為0.15，可以認(rèn)為“計(jì)算機(jī)課興趣”對“計(jì)算思維意識”沒有直接影響，但“計(jì)算機(jī)課興趣”通過影響“教學(xué)滿意度”可以對“計(jì)算思維意識”產(chǎn)生間接影響，間接效應(yīng)量為0.43×0.36≈0.15；同理，“計(jì)算機(jī)課興趣”通過影響“課程投入”可以對“計(jì)算思維意識”產(chǎn)生間接影響，間接效應(yīng)量為0.49×0.83≈0.41。

“教學(xué)滿意度”對“計(jì)算思維意識”的直接效應(yīng)量為0.69。這說明課程管理、教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)環(huán)境等滿意度因素越高，培養(yǎng)和產(chǎn)生計(jì)算思維意識的可能性就越高。

“課程投入”對“計(jì)算思維意識”的直接效應(yīng)量為0.83。這說明學(xué)生的目的性、內(nèi)容投入性、挑戰(zhàn)性、整合性等課程投入因素越高，培養(yǎng)和產(chǎn)生計(jì)算思維意識的可能性就越高，并且“課程投入”對“計(jì)算思維意識”的直接影響要比“教學(xué)滿意度”對“計(jì)算思維意識”的直接影響更加顯著。

三、結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

本次研究應(yīng)用結(jié)構(gòu)方程模型驗(yàn)證了各個變量之間的相關(guān)性。首先，明確了計(jì)算機(jī)課程興趣對教師教學(xué)滿意度和學(xué)生課程投入均有正向影響，但影響程度較小，并且計(jì)算機(jī)課程興趣對計(jì)算思維意識基本沒有影響；其次，教師教學(xué)滿意度及學(xué)生的課程投入均對計(jì)算思維意識產(chǎn)生正向影響，并且影響程度較大；最后，計(jì)算機(jī)課興趣通過影響教師教學(xué)滿意度和學(xué)生課程投入對學(xué)生計(jì)算思維意識有較小的間接影響。因此，基于計(jì)算機(jī)課程興趣、教學(xué)滿意度、課程投入和計(jì)算思維意識的計(jì)算機(jī)教學(xué)評價(jià)模型是有效的。

（二）建議

為了更好地適應(yīng)信息化和人工智能時代背景，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維能力去解決專業(yè)領(lǐng)域中具體問題的意識和能力，高校計(jì)算機(jī)的課程要在教學(xué)過程中強(qiáng)化學(xué)生興趣因素，讓學(xué)生更積極地投入和參與到計(jì)算機(jī)課的教學(xué)中，并通過加強(qiáng)課程管理、教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)環(huán)境等途徑提高學(xué)生對教學(xué)結(jié)果的滿意度。具體提出了以下幾點(diǎn)建議。

第一，樹立科學(xué)明確的教學(xué)目標(biāo)。計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，對于傳統(tǒng)的教學(xué)模式來講，學(xué)生對計(jì)算機(jī)課程的興趣并不高。教師必須積極轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，與時俱進(jìn)，以適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的要求。教學(xué)要從培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力和計(jì)算思維能力兩方面入手，以知識和技能掌握為基礎(chǔ)，然后向計(jì)算思維能力培養(yǎng)進(jìn)行遞進(jìn)，逐步提高學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。

第二，設(shè)計(jì)科學(xué)的計(jì)算機(jī)課程體系。為了滿足教學(xué)實(shí)際需要和學(xué)生對計(jì)算機(jī)教學(xué)的需求，首先，教師應(yīng)在傳統(tǒng)原有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和完善，合理、科學(xué)地構(gòu)建計(jì)算機(jī)課程體系。在學(xué)生充分掌握了相關(guān)的計(jì)算機(jī)理論知識的基礎(chǔ)上，增加一些實(shí)踐案例和課題設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。其次，教師應(yīng)積極學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，及時向?qū)W生介紹當(dāng)前科學(xué)前沿的新技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生充分領(lǐng)略計(jì)算機(jī)科學(xué)的魅力。

第三，積極創(chuàng)新計(jì)算機(jī)教學(xué)方法。在教學(xué)過程中如果是理論教授和實(shí)驗(yàn)操作的簡單重復(fù)，會讓計(jì)算機(jī)課程變得枯燥和乏味。大學(xué)計(jì)算機(jī)教師應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)方法，營造輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提出有挑戰(zhàn)性的教學(xué)問題，有效地引導(dǎo)學(xué)生探索問題并找出問題的核心，培養(yǎng)學(xué)生的探索性思維和發(fā)散性思維，讓學(xué)生獲得成就感。同時，采用案例教學(xué)法，通過師生之間討論問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、歸納和總結(jié)，并且對學(xué)生計(jì)算思維能力進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，加強(qiáng)學(xué)生對計(jì)算思維的理解。

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Research on SEM Evaluation Model of Computer Education in Universities

ZHANG Yonga， LU Xiao-lanb

（a. Computer School， b. College of Economics & Management， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang， Hubei 441053， China）

Abstract： Computational thinking reflects the thinking method of using computer technology to solve practical problems. The cultivation of computational thinking ability and consciousness is the key direction of the current university computer education and teaching reform. Starting from the perspective of computational thinking consciousness， this paper uses structural equation model（SEM） to test the computer course interest， teaching satisfaction， teaching input and computer thinking consciousness. The results show that the structural equation model based on the course interest， teaching satisfaction， teaching input and computational thinking consciousness is effective， but the students interest in the computer courses will not directly lead to their computer thinking consciousness. Only when students are satisfied with the teaching and only when they are really interested in the computational courses， this interest will have an impact on students cultivation and the improvement of computer thinking consciousness.

Key words： interest in computer courses; teaching satisfaction; course input; computer thinking consciousness