環境專業本科生學習成績及其影響因素的多元統計分析

摘" 要：文章收集了某“雙一流”高校環境專業2018—2021級共514位學生的大學一年級成績，并進行了多元統計分析。結果表明，受新冠肺炎疫情的影響，2020級本科生的學習狀態和學習成績與前后幾屆學生相比有明顯下滑。物理實驗課程低分離散人數較多，這可能與高中階段對實驗教學的重視度不夠有關。普通化學課程成績的方差和離散度較大，反映出部分環境專業學生化學基礎知識薄弱。本研究分析了學生性別、招生類別、錄取志愿以及生源地經濟水平等因素對學習成績的影響。民族班和港澳臺學生的學習成績明顯低于其他學生，這兩類學生需要更多關心和關注。研究還顯示，來自經濟水平較低生源地的學生，學習成績顯著低于其他經濟水平較高生源地的學生，因此教育的公平性也值得社會關注。

關鍵詞：環境科學與工程學科；曼惠特尼U檢驗；ANOSIM分析

中圖分類號：G640" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）28-0082-06

黨的二十大報告指出，“要推進美麗中國建設，堅持山水林田湖草沙一體化保護和系統治理，統籌產業結構調整、污染治理、生態保護、應對氣候變化，協同推進降碳、減污、擴綠、增長，推進生態優先、節約集約、綠色低碳發展”，［1］這對我國生態文明建設提出了新的更高的要求。

我國幾乎所有的重點高校都設有環境科學與工程相關的學科。環境學科是面向解決實際環境問題的綜合學科，學科知識體系融合了多種基礎學科和工程學科的理論、方法和技術。各高校的環境科學與工程相關學科在學生培養中開設了生物、化學、物理、數學、計算機、英語等相關課程。環境專業課程具有覆蓋面廣、跨越幅度大、綜合度高的特點。［2］環境專業的學生對這些專業課程的適應程度以及對課程知識的掌握程度是一個值得關注的問題。

近年網絡上流行將生物、化學、環境和材料專業稱為“四大天坑”專業。［3］這種片面且具有誤導性的言論嚴重影響了環境專業的招生。大部分高校的環境專業的高考錄取分數線往往較同校的其他專業靠后，甚至有相當一部分環境專業錄取的學生是由其他專業調劑而來。一些高校出于種種原因，在高考錄取時將環境專業列入單列招生計劃、高校專項計劃、國家專項計劃等形式。因此，各高校環境專業的學生組成比較復雜。

基于此，本研究收集了某“雙一流”高校環境專業4個年級共514位學生的大學一年級各科成績和加權成績，并進行多元統計分析（multivariate statistical analysis），以期揭示環境專業學生對不同課程的學習特點，分析學生性別、招生類別、錄取志愿以及生源地經濟水平對學習成績的影響。希望可以為環境科學與工程專業發展和學生培養提供參考。

一、研究方法

本研究使用的2018、2019、2020和2021級本科生一年級的各科成績收集于某高校環境學院教務部門。統計的課程包括大學物理、工程制圖、計算機程序設計（C++）、計算機網絡技術及應用、軍事理論、軍事訓練、普通化學、思想道德與法治、微積分（上）、微積分（下）、物理實驗、線性代數、中國近現代史綱要、中國語文、綜合英語（上）和綜合英語（下）16門課程。學生的基本信息包括學生性別、招生類型、錄取志愿以及生源地，源于學院學工部門。

本研究在檢驗兩組學生之間的成績是否有顯著差異時使用的統計方法是曼-惠特尼U檢驗（Mann-Whitney U test）。［4］假設兩個樣本分別來自除了總體均值以外完全相同的兩個總體，對兩個獨立樣本數據混合排序求出各個樣本的秩序，最小的數據秩序為1，第二小的數據秩序為2，以此類推，分別求出兩個樣本的秩序之和W1和W2。計算統計量U：

U1=n1n2+-W1（1）

U2=n1n2+-W2（2）

式中n1和n2分別為兩個樣品的樣本量。取U1和U2中的較小值與臨界值UA進行比較，當Ult;UA時，拒絕假設，說明兩個獨立樣本之間存在顯著性差異。

主坐標分析（principal co-ordinates analysis）被用來分析多個分組學生之間的成績組成差異，并且使用ANOSIM（analysis of similarities）分析檢驗了多個分組學生的成績組間差異是否大于組內差異。［5］若Rgt;0，則說明不同分組之間的差異大于組內差異，若Rlt;0，則說明組內差異大于組間差異。其中p值越小組間差異越大，plt;0.05則代表統計具有顯著性。

二、研究結果

（一）2018—2021級大一學生各科成績基于年級的差異分析

對于四個年級來說，大一學年第一學期的平均加權成績幾乎沒有顯著的差異，只有2019級和2021級有略微差異，而第二學期的平均加權成績卻有顯著的差異，只有2018級和2021級學生加權成績之間沒有差異，如圖1所示。這說明對于2018—2021四個年級的學生來說，大一學年第一學期的加權成績相對穩定，從第二學期開始各個年級的加權成績開始出現差異。2020級學生的高考受到新冠肺炎疫情的沖擊，［6］影響了學生在大學階段的學習狀態，導致2020級學生的加權成績較低。進一步從基于各科成績的主坐標分析結果來看，2018、2019、2020和2021四個年級的各科成績組成具有顯著的差異（ANOSIM R=0.112，p=0.001）。

從具體課程成績來看，物理實驗的平均成績是所有課程中四個年級兩兩比較均顯著不同的。此外，該門課程的低分離散人數較多，這與目前高中普遍不重視實驗教學有關，從而導致學生實驗動手能力差。普通化學在四個年級中成績差別也比較大，這可能與各個年級學生的化學基礎知識和學習能力的不同有關。近些年，新高考制度逐漸在全國推行，不同省份的高考政策的改變導致一些學生選擇的高考科目中不包含化學課程，這就造成了學生之間化學知識基礎差別較大。微積分（上）的平均成績在四個年級基本一樣，而微積分（下）的平均成績卻有顯著差異。此外，各個年級的微積分（下）的成績相比于微積分（上）有明顯的下降，造成這個結果的主要原因可能與微積分（下）的課程難度有較大提升有關。在工程制圖、計算機程序設計（C++）和計算機網絡技術及應用三門課程中，2020級學生的成績顯著偏低。因此，由于新冠肺炎疫情而大量使用的網絡教學技術并未提高學生計算機相關學習能力。［7］

對于綜合英語，第二學期的成績在各個年級差異變大。值得注意的是2019級的綜合英語成績由第一學期到第二學期有較大的提高。這個結果值得后續深入挖掘，相關任課教師可以深入分析針對2019級的教學方法并大力推廣。中國語文和中國近代史綱要這兩門人文課程的成績在四個年級中均出現了顯著的差異，除了不同年級學生人文素養能力差異外，后續應關注是否有考試難度不穩定的原因存在。軍事訓練和軍事理論兩門課在四個年級中也出現了較大差異，這兩門課程對學生的知識基礎和學習能力要求太高，差異較大可能由每年的教學和考核難度不同造成。

（二）2018—2021級大一學生各科成績基于性別的差異分析

針對不同性別，第一學期和第二學期的平均加權成績均沒有顯著的差異，如圖2所示。男生和女生具有顯著差異的課程是大學物理、軍事訓練、思想道德與法治、線性代數、中國語文、綜合英語（上）和綜合英語（下）。男生的大學物理和線性代數這兩門課平均成績都比女生高，而思想道德與法治、中國語文和綜合英語這些偏向于文科的相關課程女生學得更好。一般認為，男生在數理方面有較大優勢，而女生在語言表達和短時記憶方面具有優勢。［8］軍事訓練課程的成績也是女生較高，說明女生在自制力和意志力培養、體能訓練等方面的表現并不比男生差。進一步從基于各科成績的主坐標分析結果來看，整體上環境專業的男生和女生的成績并沒有顯著的差異（ANOSIM R=0.029，p=0.103）。

（三）2018—2021級大一學生加權成績基于招生類型的差異分析

針對不同的招生類型，普通一批、國家專項計劃、高校專項計劃和自主招生這四類錄取的學生在第一學期的平均加權并沒有顯著差異，而民族班學生和港澳臺學生的平均加權成績明顯低于普通一批的學生，如圖3所示。學院應出臺相應方案加強對民族學生和港澳臺學生的課程輔導，不要讓這些學生的學習成績在大一就掉隊進而失去學習信心。第二學期普通一批錄取的學生的平均加權成績顯著高于其他類型的學生，說明這類學生的綜合學習能力要強于其他類型的學生。大量的研究證明高考成績與大學成績存在一定相關性，［9］普通一批錄取的學生高考成績最好，學習能力也較強。各類型學生的加權成績跨度范圍也有所增加，說明第二學期是學生成績拉開的關鍵時期。學院輔導員和教師班主任應在后續的教學中提前為學生做好心理建設，鼓勵學生在第二學期仍保持較高的學習熱情和勁頭。進一步從基于各科成績的主坐標分析結果來看，普通一批、國家專項計劃、高校專項計劃、自主招生、民族班和港澳臺這六類錄取的學生成績之間具有顯著的差異（ANOSIM R=0.147，p=0.001）。

（四）2018—2021級大一學生加權成績基于錄取志愿的差異分析

針對不同的志愿錄取，除了與第五和第六志愿這兩類學生成績略有不同之外，整體上一志愿報考環境專業的學生與其他志愿的學生的加權成績并沒有顯著的差別，如圖4所示。第一志愿報考環境專業的學生大部分是對專業具有熱情和興趣的，然而對大部分學生而言，這種興趣并沒有轉化成良好的學習動力。進一步從基于各科成績的主坐標分析結果來看，各個志愿錄取的環境專業的學生成績之間沒有顯著的差異（ANOSIM R=0.030，p=0.985）。

（五）2018-2021級大一學生加權成績基于生源地經濟水平的差異分析

針對不同的生源地區經濟水平，本研究根據生源省份近五年的平均人均GDP（人民幣元），將各地區經濟水平分為三檔。第1檔（gt;7萬）：澳門特別行政區、香港特別行政區、臺灣地區、北京市、上海市、江蘇省、天津市、浙江省、福建省、廣東省、山東省、重慶市、湖北省和內蒙古自治區。第2檔（5—7萬）：陜西省、遼寧省、湖南省、安徽省、寧夏回族自治區、海南省、四川省、河南省、江西省和新疆維吾爾自治區。第3檔（lt;5萬）：山西省、青海省、吉林省、河北省、西藏自治區、云南省、貴州省、廣西壯族自治區、黑龍江省和甘肅省。不論是第一學期還是第二學期，來自經濟水平第一檔和第二檔地區的學生的加權成績之間沒有差異，他們的成績都比來自經濟水平第三檔地區的學生的成績高，如圖5所示。進一步從基于各科成績的主坐標分析結果來看，各個經濟發展水平地區的學生成績之間有顯著的差異（ANOSIM R=0.031，p=0.003）。這說明經濟水平對學生的學習成績有顯著影響，［10］經濟水平落后地區的教育資源和質量比經濟較發達地區落后。

三、討論

（一）新冠肺炎疫情對學生高考和大學學習成績的影響

2020年受新冠肺炎疫情影響，全國兩千多萬高中生開啟居家學習、網絡授課，對高三學生的復習備考帶來諸多挑戰。根據中國教育在線調查問卷《新冠肺炎疫情對2020屆高考生的影響》數據，超九成高考生認為，新冠肺炎疫情對自己的學習效果產生了影響。另外調查顯示，新冠肺炎疫情給絕大多數2020屆高考生帶來心理壓力。因此，2020屆高考生進入大學后，其學習狀態以及學習成績與前后幾屆學生相比，出現明顯下滑現象，大一16門課程中有大學物理、工程制圖、計算機程序設計（C++）、計算機網絡技術及應用、軍事理論、微積分（下）、中國近現代綱要和綜合英語（下）8門課程的平均分在2018—2021四級學生中排在最后，如圖1所示。

針對2020級學生的學習狀態及可能的負面情緒，需要加強思想政治教育和人情關懷工作：首先加強對學生教育引導，樹立科學認識，加強自我教育與自我約束；培養教師的危機管理能力，開展學生工作時要用心、細心、關心；關注邊緣群體，比如家庭經濟困難或者民族班學生、學習成績較差的學生；實現人文關懷和心理疏導一體化，針對重點學生可針對性采取心理健康知識培訓、團體輔導等防控措施，建立“社會—家庭—學校”綜合心理健康教育及干預模式。［11］

（二）要重視和加強高中實驗教學

雖然實驗具有十分重要的作用，高中實驗教學卻存在著不少問題。［12］首先是學生參與積極性低，高中時期，學習任務重、時間緊，學生能夠深入開展實驗的機會比較少，參與實驗的積極性并不高。其次是重理論輕實踐的氛圍，在考試中雖然會出現相關的實驗題目，但是大多數教師及學生認為通過背誦記憶實驗結果及注意事項便可以達到解答問題的目的，因此并不重視實踐過程。

要轉變高中實驗教學觀念，在培養學生科學素養過程中，實驗素養是其重要的組成部分；教師要轉變對實驗的傳統認知，加深對實驗重要性的重視。其次要提高實驗教學的趣味性，可以通過一些照片或者動畫，把實驗的背景、原理以及相關趣聞軼事等生動展示出來，激發學生的實驗興趣。最后還要通過靈活的實驗安排，提高每個學生的參與度，通過設置實驗小組，讓每個學生都有動手操作的機會，通過分工協作提升學生的團隊合作精神。

（三）應對新高考環境專業學生化學基礎知識薄弱難題

近年來隨著新高考的實施，造成部分環境專業學生化學基礎知識薄弱，反映在大一普通化學課程成績的方差和離散度較大，如圖1所示。化學是環境學科的重要基礎。以某高校環境工程專業學生的培養計劃為例，涉及化學的專業課程就多達9門，包括普通化學、化學綜合實驗、工程化學、工程化學實驗、環境分析化學、有機化學、物理化學、環境化學和生物化學。學生沒有良好的化學基礎，很難完成相關課程的學習。高校是選科制度的執行者和調控者，因此建議高校在招收環境專業學生時，要求學生將物理和化學同選，提升學生選考科目與環境相關專業的契合度。［13］

（四）關心和關注民族班和港澳臺特殊招生類型學生

本研究顯示民族班和港澳臺學生的學習成績明顯低于其他學生，如圖3所示，這兩類學生屬于“弱勢群體”需要學院更多關注。民族班的學生往往來自偏遠地區的少數民族地區，基礎教育相對薄弱，因此很難適應大學高強度的學習和生活。港澳臺的學生由于文化及認同差異、學習基礎不同等原因，也同樣會出現校園融合的問題，逐漸成為邊緣群體。針對此兩類學生，學院要制訂特異性的管理方式，通過班級學習尖子生一對一幫扶，任課教師也定期參與學習輔導，縮小他們與其他學生的學習差距。［14］輔導員和班主任要加強學生的心理輔導，通過建立心理健康檔案、舉行心理健康教育活動、開展經常談心談話機制，讓他們感受到學校對他們的關心和關注，增強學習信心和動力。

（五）關注生源地經濟水平引起的學生成績差異

本研究顯示來自經濟水平較低生源地的學生，其學習成績顯著低于其他經濟水平較高生源地的學生，如圖5所示。經濟發展水平對教育發展有十分明顯的影響作用。［15］經濟發達地區往往在經濟、文化和公共服務等方面形成資源高地，一定程度上加劇了優質教育資源的集中化趨勢。這個問題需要得到國家層面重點關注，希望國家相關部門出臺應對政策，多向經濟不發達地區傾斜教育資源，持續推進教育的公平性。政府在推動教育資源配置均等化進程可以發揮主導作用，包括在經濟欠發達地區提升人力資源配置質量、健全財力資源保障機制等。國家和學校還要對家庭經濟困難的學生給予經濟上支持，比如助學貸款和助學金等，解決經濟上的后顧之憂。還需要關注家庭貧困生的心理健康問題，應當積極鼓勵其參加學校活動、志愿服務和社會實踐等，全面發展學生綜合能力，提高心理素質。

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（責任編輯：羅欣）