基于結(jié)構(gòu)方程模型的新工科學生培養(yǎng)多維空間構(gòu)建實證研究*

李雪蓮，袁盼盼，白花蒲，郭俊先，張絹，朱興林

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院,烏魯木齊市,830052;2. 新疆農(nóng)業(yè)大學交通與物流工程學院,烏魯木齊市,830052)

0 引言

我國擁有全世界規(guī)模最大的工程教育,但由于工程人才培養(yǎng)目標滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、課程內(nèi)容更新不及時、高等教育歷史發(fā)展局限等因素,工程教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量還不盡如人意,培養(yǎng)的工科人才與社會行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應性仍有待提高。為培養(yǎng)更加符合當前社會發(fā)展的工程人才,高等工程教育改革創(chuàng)新迫在眉睫[1-2]。

國家大力實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,提出新工科教學理念,新工科建設(shè)堅持問題導向,以學生為中心,培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。為滿足新工科發(fā)展需求,在新理念、新行動引領(lǐng)下需探索新工科專業(yè)人才培養(yǎng)改革,以適應新時代提出的新要求[3-4]。

本文基于新工科教育體系下學生培養(yǎng)多維空間構(gòu)建的實際現(xiàn)狀及問題,采用實證研究法,以新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院在校生為例開展問卷調(diào)查,選取校企合作、教師實踐能力、課改情況、實踐條件、能力培養(yǎng)機制等5個潛在變量構(gòu)建學生培養(yǎng)多維空間,采用探索性因子分析法檢驗所選測量變量對相關(guān)問題的解釋能力,基于結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Model—SEM)構(gòu)建學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型;探索學生對大學教育的收獲感和人才培養(yǎng)質(zhì)量的滿意度,在模型適配度良好的基礎(chǔ)上,分析了模型運算結(jié)果并提出相應優(yōu)化措施。

結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)廣泛用于各領(lǐng)域滿意度影響因素分析,如:地鐵服務質(zhì)量與乘客滿意度構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型[5];混合式學習滿意度[6];科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵路徑——來自結(jié)構(gòu)方程模型的經(jīng)驗證據(jù)[7];本研究以新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院在校生為例,根據(jù)實際調(diào)查數(shù)據(jù),構(gòu)建了基于結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)的學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型,結(jié)合學生學習需求,定量分析各影響因素對學生學習滿意度的影響關(guān)系。

1 研究路線與方法

1.1 研究路線

本次調(diào)查研究使用數(shù)據(jù)全部源自調(diào)研與訪談,采用問卷方式調(diào)查學生對大學教育的收獲感和人才培養(yǎng)質(zhì)量的滿意度。在剔除無效問卷后,運用SPSS 25.0軟件對調(diào)查問卷的信度和效度進行檢驗[8],在調(diào)查問卷的信度和效度都符合標準的基礎(chǔ)上,結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型相關(guān)知識,構(gòu)建新工科學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型,使用AMOS 24.0軟件繪制模型結(jié)構(gòu)圖并對路徑系數(shù)進行計算,采用探索性因子分析法檢驗所選測量變量對相應潛在變量的解釋能力[9]。對模型進行適配度檢驗,若模型適配度符合標準,則結(jié)合模型路徑系數(shù)及因子負荷量對影響因素進行分析,在模型適配度良好的基礎(chǔ)上,分析了模型運算結(jié)果并提出相應優(yōu)化措施。

1.2 調(diào)查過程

本問卷以新疆農(nóng)業(yè)大學2021屆農(nóng)業(yè)機械化及其自動化、機械設(shè)計制造及其自動化、電氣工程及其自動化、新能源科學與工程專業(yè)本科畢業(yè)生、在校生為調(diào)查對象,問卷設(shè)計以學生為中心,問卷對校企協(xié)同育人課程體系、雙師型教師培養(yǎng)體系、實踐教學條件現(xiàn)狀、混合式課程改革執(zhí)行情況和學生能力培養(yǎng)機制五個學生培養(yǎng)“多維空間”開展調(diào)查,通過學生視角對現(xiàn)行的“多維空間”構(gòu)建及運行情況進行綜合評價,為揭示新工科教育體系下“多維空間”與學生學習質(zhì)量提升的內(nèi)在關(guān)聯(lián)提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。問卷按照各個層次聚焦點不同而設(shè)計針對性問題,題目設(shè)計從學生視角出發(fā),本著科學合理、結(jié)果可靠原則,在題型選擇上盡量選擇量表型題目;問卷內(nèi)容包含三部分:樣本對象基本信息、各類實踐課程、實驗設(shè)施、培養(yǎng)機制等的滿意度評價問題和對教師教學能力、課改成效等的評價問題,并采用李克特5分量表評價各測量指標,以問卷星方式開展問卷調(diào)查,問卷有效填寫人次數(shù)為1 384,有效率為98%。問卷樣本所學專業(yè)及所在班級類型的頻數(shù)分布信息見表1。

表1 樣本對象基本信息Tab. 1 Basic information of sample object

由樣本基本信息可知,參與本次問卷調(diào)查的學生以機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、漢語班的居多,占比超過50%;其次參與調(diào)查的農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)學生占比達到20%。

以上兩個占比較大的專業(yè)為機電工程學院新工科體系下重點建設(shè)專業(yè),同時以漢語班學生為主(包括19級、20級大類招生學生),故樣本符合問卷調(diào)查需求,數(shù)據(jù)來源真實有效。

1.3 問卷信效度檢驗

信度(Reliability)是測量研究數(shù)據(jù)或研究結(jié)果是否具有一致性或穩(wěn)定性的有效指標。證明其是否有效通過測量表達問題[10]。本文使用目前較常用的克隆巴赫α信度系數(shù)法(Cronbach’s Alpha)測量問卷的信度系數(shù)。

(1)

式中:k——題目總數(shù);

S——同類問題總分的方差;

Si——題目i所得分數(shù)的方差。

對數(shù)據(jù)進行信度檢驗,Cronbach’s Alpha值為0.902,大于0.7,認為問卷總體數(shù)據(jù)可信。各潛變量分別做信度檢驗,使得每個潛變量的題項數(shù)據(jù)達到最大可信水平。通過對問卷測量變量的信度分析,由表2可知,本文設(shè)定的5個潛變量因子的Cronbach’s Alpha系數(shù)中有3個均高于0.9,1個高于0.7,只有1個高于0.6,表明各個測量變量有較高的一致性和相關(guān)性,證明測量數(shù)據(jù)符合結(jié)構(gòu)方程模型的要求,可靠程度較高。

表2 信度分析結(jié)果Tab. 2 Results of reliability analysis

本文對量表效度的檢驗使用結(jié)構(gòu)效度方法。

(2)

式中:rij——變量xi和xj的相關(guān)系數(shù);

pij——變量xi和xj在控制其他變量不變條件下的偏相關(guān)系數(shù);

KMO——用于檢驗是否適合因子分析的指標。

KMO值大于或等于0.6時,可進行因子分析[11],其越趨近于1,相關(guān)性越高,越適合進行因子分析。使用SPSS 25.0軟件對本次調(diào)查數(shù)據(jù)進行效度檢驗,結(jié)果見表3。由表3的數(shù)據(jù)可知,調(diào)查問卷的樣本數(shù)據(jù)KMO度量值達到0.925,同時Bartlett球型檢驗的概率值p也達到顯著性標準(p=0.000<0.001),說明本研究得到的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)適合作因子分析。

表3 效度分析結(jié)果Tab. 3 Results of validity analysis

2 學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建及分析

2.1 結(jié)構(gòu)方程模型

結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Model,SEM)也稱協(xié)方差分析模型,包含數(shù)理統(tǒng)計分析中的線性回歸分析和因素分析方法,是對路徑分析、探索性因子分析和方差分析等方法的綜合運用和改進,結(jié)構(gòu)方程模型主要包括測量模型和結(jié)構(gòu)模型兩部分[12]。

1) 測量模型:描述顯變量與潛變量之間的關(guān)系,相當于探索性因子分析。

測量方程

Y=ΛYη+ε

(3)

X=ΛXξ+δ

(4)

式中:Y——內(nèi)生指標組成的向量;

X——外生指標組成的向量;

ΛY——Y在η上的因子負荷量;

ΛX——X在ξ上的因子負荷量;

η——內(nèi)生潛變量向量;

ξ——外生潛變量向量;

ε、δ——內(nèi)生、外生顯變量的誤差項。

2) 結(jié)構(gòu)模型:指的是潛變量之間的關(guān)系,相當于路徑關(guān)系分析。

結(jié)構(gòu)方程

η=Bη+Γξ+ζ

(5)

式中:B——因素路徑系數(shù)矩陣,內(nèi)生潛變量之間的影響關(guān)系;

?！蛩芈窂较禂?shù)矩陣,外生潛變量對內(nèi)生潛變量的影響關(guān)系;

ζ——結(jié)構(gòu)方程殘差向量。

2.2 模型假設(shè)

學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型選取校企合作、教師實踐能力、課改情況、實踐條件、能力培養(yǎng)機制等5個潛在變量構(gòu)建學生培養(yǎng)多維空間,采用探索性因子分析法檢驗所選測量變量對相關(guān)問題的解釋能力,基于結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)構(gòu)建學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型;如表2所示,結(jié)構(gòu)方程模型包含5個潛變量和15個觀測變量。

根據(jù)已設(shè)潛在變量和測量變量,做如下假設(shè)。

H1:校企合作對實踐條件直接正相關(guān)。

H2:校企合作對教師實踐能力直接正相關(guān)。

H3:校企合作對課改情況直接正相關(guān)。

H4:校企合作對能力培養(yǎng)機制直接正相關(guān)。

T1:實踐條件對課改情況直接正相關(guān)。

T2:實踐條件對教師實踐能力直接正相關(guān)。

T3:實踐條件對能力培養(yǎng)機制直接正相關(guān)。

N1:教師實踐能力對課改情況直接正相關(guān)。

N2:教師實踐能力對能力培養(yǎng)機制直接正相關(guān)。

K1:課改情況對能力培養(yǎng)機制直接正相關(guān)。

2.3 因子分析

本文采用探索性因子分析法對各影響因素進行分析,從而分析變量設(shè)計的合理性。由表4、表5可見所有測量變量的荷載系數(shù)均大于0.5,即可以有效地反應各測量變量對潛在變量的影響,且每個指標的分組與前文所設(shè)一致,無需對測量模型進行修正。

表4 總方差解釋Tab. 4 Total variance of interpretation

表5 旋轉(zhuǎn)成分矩陣Tab. 5 Matrix of rotating component

2.4 學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建

學生培養(yǎng)多維空間結(jié)構(gòu)方程模型初步假設(shè)模型運用AMOS24.0軟件建立,代入數(shù)據(jù)運算結(jié)果如圖1所示,其中大的橢圓為潛變量,矩形框為觀察變量;小的橢圓為誤差項;帶箭頭直線為關(guān)聯(lián)關(guān)系或路徑依賴;直線上方的數(shù)字為經(jīng)過估計所得的載荷系數(shù)或路徑系數(shù)。

圖1 結(jié)構(gòu)模型

2.5 模型適配度檢驗

由表6可知模型的擬合指數(shù)χ2/df為1.6,一般認為該值小于2則模型擬合很好,該值小于3達到標準,近似誤差平方根(RMSEA)為0.063,小于0.08。近似誤差平方根與模型擬合指數(shù)為判斷模型是否適配的重要指標,其數(shù)值都符合標準,表明本模型擬合良好。擬合優(yōu)度指數(shù)(GFI)、修正擬合優(yōu)度指數(shù)(AGFI)、規(guī)范擬合指數(shù)(NFI)、增量擬合指數(shù)(IFI)等值均大于0.9,這些結(jié)果表明,模型適配度達到要求。

表6 模型適配度Tab. 6 Model fit

2.6 模型結(jié)果分析

影響學生學習效果及滿意度的因素眾多,本文在參考相關(guān)研究[13-15],設(shè)置滿意度評價指標的基礎(chǔ)上,結(jié)合學生培養(yǎng)多維空間構(gòu)建的實際現(xiàn)狀及問題,設(shè)計測量變量指標如表2所示。模型估計結(jié)果見表7,各個路徑關(guān)系均顯著,即全部假設(shè)成立。

表7 模型估計結(jié)果Tab. 7 Model estimation results

結(jié)合圖1標準化系數(shù)和表7模型估計結(jié)果對潛在變量之間的相互作用機制有如下分析。

1) 校企合作對實踐條件、課改情況、教師實踐能力以及能力培養(yǎng)機制有正相關(guān)作用,其標準化路徑系數(shù)分別為0.903、0.421、0.591、0.764。其中校企合作對于實踐條件的正相關(guān)作用路徑系數(shù)值最大,其正向促進作用最強。在校企合作中的測量變量中實踐對專業(yè)能力的提升度HZ1的因子負荷量為0.95,對實踐與專業(yè)相關(guān)度HZ4的因子負荷量為0.93,實踐對專業(yè)能力的提升度和實踐與專業(yè)相關(guān)度對校企合作的影響較強,針對校企合作采取改進措施應從專業(yè)能力提升度和專業(yè)相關(guān)度入手,提高學生實踐能力和實踐與專業(yè)的相關(guān)度。

2) 實踐條件對課改條件、教師實踐能力和能力培養(yǎng)機制具有正相關(guān)作用,其標準化路徑系數(shù)分別為0.571、0.652、0.710。在實踐條件的測量變量中實踐教學硬件條件改善情況TJ1的因子負荷量為0.94,其對實踐條件的影響較強,這一點也符合一旦實施改善教學硬件條件,效果立竿見影這一事實;而實踐教學軟件條件現(xiàn)狀認知TJ2的因子負荷量為0.69,其對潛在變量的解釋能力沒有教學硬件條件改善情況強,這說明教學軟件能力改善情況需要一定的緩沖時間。

3) 教師實踐能力對課改情況和能力培養(yǎng)機制有直接正相關(guān)作用,其標準化路徑系數(shù)分別為0.433、0.732。在教師實踐能力中的測量變量教學過程中實踐能力體現(xiàn)情況NL1的因子負荷量為0.96,說明其對教師實踐能力的解釋能力最強,最能體現(xiàn)教師的實踐能力。

4) 課改情況對能力培養(yǎng)機制直接正相關(guān)作用,其標準化路徑系數(shù)為0.619。在課改情況中的測量變量學生能力培養(yǎng)是否符合當今的社會及企業(yè)需求JZ2和學生對培養(yǎng)機制的滿意度JZ3的因子負荷量分別為0.88和0.91,對課改情況的影響較大。針對課改情況應從能力培養(yǎng)方向入手,緊跟社會和企業(yè)對人才的需求方向。

由于實際調(diào)查中的條件限制,本文中樣本量僅可滿足小樣本分析的要求,缺乏結(jié)合更多因素對人才培養(yǎng)質(zhì)量進行宏觀分析。后續(xù)的相關(guān)研究可以結(jié)合不同學科專業(yè)的不同特征,對潛在變量和測量變量進行調(diào)整,并增加樣本數(shù)量,結(jié)合地域條件等因素進行分析。此外,結(jié)構(gòu)方程模型本身具有靈活性,實際應用時可以根據(jù)不同研究目的設(shè)置不同的路徑關(guān)系,結(jié)合模型分析結(jié)果有針對性地進行優(yōu)化。

3 討論

綜合樣本問卷情況,校企合作情況對實踐條件的影響程度較大,而對課改情況的影響稍小。出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因為,學生認為校企合作形式改變了現(xiàn)存實踐環(huán)節(jié)的軟、硬件條件,但此類實踐合作課程形式較為單一,提出了希望增加課程類型的建議。而校企合作課程目前基于現(xiàn)有課程體系涉及課改方面較少,項目側(cè)重點更偏向于如何利用企業(yè)生產(chǎn)實踐環(huán)境提升學生實踐能力。因此校企合作應采取的改進措施:一方面應充分利用企業(yè)實踐硬件條件,增加生產(chǎn)實踐類型,提高學生實踐能力和實踐與專業(yè)的相關(guān)度;另一方面應積極利用企業(yè)實踐軟件條件,重構(gòu)企業(yè)實踐課程體系,培養(yǎng)學生合作、溝通等多方面綜合素質(zhì)。

課改情況、教師實踐能力和能力培養(yǎng)機制受實踐條件影響的程度不存在大幅度差異,影響最大的為能力培養(yǎng)機制,影響最小的為課改情況。該結(jié)果出現(xiàn)的可能原因:課程改革為不同類型,有基于課程內(nèi)容設(shè)置的改革,有基于課程授課方式的改革。實踐條件的改善一定程度上能夠促進課程改革的實施,但課程改革并不受制于實踐環(huán)節(jié)的軟、硬件條件。能力培養(yǎng)機制中因包含實踐能力培養(yǎng),其與實踐條件關(guān)聯(lián)度較高。因此實踐條件的改善是完善人才能力培養(yǎng)機制的重要一環(huán),同時對學科建設(shè)、師資培養(yǎng)、課程建設(shè)等多方面均具備積極促進作用。

教師實踐能力是影響課改成敗的關(guān)鍵因素,能力培養(yǎng)機制的構(gòu)建決定了課改的方向,針對課改情況應從能力培養(yǎng)方向入手,緊跟社會和企業(yè)對人才的需求方向。

基于上述討論分析,提出如下建議。

1) 繼續(xù)深化校企協(xié)同育人,重點是加大實踐育人的投入力度和重視程度。實踐對專業(yè)能力的提升度和實踐與專業(yè)相關(guān)度對校企合作的影響較強,因此應該在人才培養(yǎng)的課程體系中加大實踐育人環(huán)節(jié)比例,不斷改進校企合作模式,增加學生在企業(yè)的鍛煉時間以增強實踐能力,同時也可以為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益;通過校企協(xié)同育人途徑在教學過程中探索企業(yè)冠名班、聯(lián)合指導畢業(yè)設(shè)計、學生校外實踐與青年教師實踐能力鍛煉同步實施等實踐育人新方法、新手段,不斷提升實踐育人質(zhì)量,使高校教學活動向培養(yǎng)人才的實踐創(chuàng)新能力傾斜。

2) 切實重視實踐條件對人才培養(yǎng)的關(guān)鍵作用。高校應該用足用好各類實踐條件建設(shè)項目經(jīng)費,如,中央財政支持地方發(fā)展專項,加大實踐教學條件、新設(shè)備開發(fā)利用建設(shè)力度,利用好新設(shè)備,開發(fā)新實驗項目,更新實驗、實踐教學內(nèi)容,加強實驗室、工程訓練中心、實習基地等建設(shè),增加實踐場所的硬件投入。同時,結(jié)合專業(yè),持續(xù)開展學生暑期社會實踐活動,不斷探討社會性實踐基地的建設(shè)[16]。政府通過專項資金支持、稅收優(yōu)惠等手段積極鼓勵和引導社會資本建立人才培養(yǎng)基地,為加強人才實踐能力培養(yǎng)發(fā)揮重要作用。

3) 教師實踐能力水平,特別是青年教師的實踐能力水平提升對保障學生培養(yǎng)質(zhì)量具有非常重要的作用;高校特別是地方高校應積極探索“引培結(jié)合、資源重組、學研互通”舉措,依托省、自治區(qū)人才計劃和國家對口援疆機制[17],引進高學歷、高職稱人才,通過從科研院所和企業(yè)外聘教師、青年教師到企業(yè)與博士后流動站“實訓”、教師考證和評行業(yè)職稱等手段,不斷優(yōu)化師資職稱、能力結(jié)構(gòu),構(gòu)建高水平的“雙師型”教師隊伍,建設(shè)高水平師資,提升師資等教學資源的效能;同時,基于人才培養(yǎng)的目標規(guī)格、教學內(nèi)容、教學方法三要素開展專業(yè)綜合改革,通過與“智慧樹在線教育平臺”等網(wǎng)絡(luò)平臺合作推進混合式教學改革和課程思政進教案、進教學設(shè)計、進教學大綱等教學改革建設(shè)工作,構(gòu)筑專業(yè)課程群,提升課程高階性,突出課程創(chuàng)新性,增加課程挑戰(zhàn)度,激發(fā)學生的學習內(nèi)驅(qū)力,提升學生創(chuàng)新能力。

4 結(jié)論

本文從學生視角出發(fā),以新疆農(nóng)業(yè)大學機電工程學院在校學生為研究對象,采用探索性因子分析法檢驗測量變量解釋問題的能力,構(gòu)建了基于結(jié)構(gòu)方程模型的新工科學生培養(yǎng)多維空間構(gòu)建的滿意度評價模型,對影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的因素進行了深入分析。

1) 校企合作與實踐條件、課改情況等諸多因素在路徑中存在顯著的正向影響關(guān)系,其中基于研究的校企合作情況對實踐條件(路徑系數(shù)為0.903)的影響程度較大,而對課改情況(路徑系數(shù)為0.473)的影響稍小。

2) 實踐條件對課改情況、教師實踐能力和能力培養(yǎng)機制具有正相關(guān)作用。其中上述三種因素受實踐條件影響的程度不存在大幅度差異,影響最大的為能力培養(yǎng)機制,影響最小的為課改情況。

3) 教師實踐能力對課改情況和能力培養(yǎng)機制有直接正相關(guān)作用,課改情況對能力培養(yǎng)機制直接正相關(guān)作用。