数学协作问题解决中学生讨论参与度的决定因素：基于PLS-SEM与FsQCA的整合分析

《Scientific Reports》：Determinants of student discussion participation in the mathematical collaborative problem-solving process using PLS-SEM and FsQCA

本研究针对数学协作问题解决（CPS）过程中学生讨论参与度的影响因素展开实证分析，创新性地整合计划行为理论（TPB）与自我决定理论（SDT），通过结构方程模型（PLS-SEM）和模糊集定性比较分析（FsQCA）对406名中国广西中学生数据进行多方法验证。研究发现，自主性、胜任力、关联性等心理需求通过态度和感知行为控制显著促进参与意愿，而主观规范作用不显著；FsQCA进一步揭示三条驱动高参与度的非对称路径。成果为数学教师设计针对性CPS活动提供了理论支持和实践启示，发表于《Scientific Reports》。

　　

在21世纪的教育图景中，协作问题解决（Collaborative Problem Solving, CPS）能力已被经济合作与发展组织（OECD）列为学生必备核心素养，并纳入国际学生评估项目（PISA）测评框架。然而，尽管CPS在提升学生批判性思维、社交技能和学科认知方面展现出巨大潜力，数学课堂中的实践效果却常因学生讨论参与度不足而大打折扣。究竟哪些因素阻碍了学生主动加入集体对话？如何激发他们在数学CPS活动中的表达欲望？这一“黑箱”问题成为推动协作学习深化的关键瓶颈。

为破解这一难题，来自广西师范大学、北京师范大学和马来西亚国立大学的研究团队开展了一项跨理论探索，创新性地将计划行为理论（Theory of Planned Behavior, TPB）与自我决定理论（Self-Determination Theory, SDT）整合，以揭示学生讨论参与行为的心理动因。研究聚焦中国广西地区长期开展CPS教学的两所中学，对406名七、八年级学生进行问卷调查，并采用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）和模糊集定性比较分析（FsQCA）进行双重视角验证。论文成果于2025年发表于《Scientific Reports》，为优化数学协作教学提供了扎实的实证依据。

关键技术方法概述

研究采用横断面调查设计，对406名具有CPS学习经验的初高中生进行匿名问卷采样。核心分析方法包括：（1）基于TPB和SDT框架开发标准化量表，通过验证性因子分析（CFA）确保信效度；（2）运用PLS-SEM检验13条假设路径的显著性与模型预测力；（3）通过FsQCA识别导致高/低讨论参与度的多重条件组合，揭示变量间的非对称关系。

研究结果

1. 测量模型验证

所有构念的因子载荷均高于0.70，克隆巴赫α系数和组合信度（CR）均大于0.70，平均方差提取量（AVE）值超过0.50，满足收敛效度要求。福内尔-拉克尔准则和异质-单质比率（HTMT）分析进一步证实构念间的区分效度良好，为后续路径分析奠定基础。

2. 结构模型与假设检验

PLS-SEM分析显示，SDT的三大心理需求对TPB核心变量存在差异化影响：

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  胜任力显著提升态度（β=0.172, p=0.050）和感知行为控制（β=0.165, p=0.001），但对主观规范无显著影响；
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  自主性对态度（β=0.219, p=0.001）、主观规范（β=0.257, p=0.001）和感知行为控制（β=0.466, p<0.001）均具有强促进作用；
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  关联性的作用最为全面，显著增强态度（β=0.499, p<0.001）、主观规范（β=0.436, p<0.001）和感知行为控制（β=0.267, p=0.001）。

在TPB路径中，态度（β=0.454, p<0.001）和感知行为控制（β=0.425, p<0.001）显著驱动参与意愿，而主观规范的影响未达显著水平（β=0.074, p=0.280）。参与意愿到实际讨论参与的路径系数高达0.899（p<0.001），模型对参与意愿和实际参与的解释方差（R2）分别达到0.806和0.808。

3. 非对称路径发现

FsQCA分析跳出“净效应”思维，识别出三条导致高讨论参与度的配置方案：

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  方案1（一致性=0.966）：同时具备高自主性、高胜任力、高关联性、积极态度和强感知行为控制，是最全面的驱动路径；
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  方案2（一致性=0.853）：在缺乏自主性和感知行为控制时，高胜任力与高关联性仍可激发参与，凸显同伴支持与能力自信的补偿作用；
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  方案3（一致性=0.888）：仅凭高自主性即可驱动参与，即使胜任力与关联性水平较低，印证了自主决策权的核心地位。
  低参与度方案则一致表现为所有心理需求与态度因素的缺失，覆盖度高达0.748以上。

结论与启示

本研究通过方法论创新揭示了数学CPS讨论参与度的复杂形成机制。一方面，PLS-SEM证实了SDT心理需求如何通过TPB认知评估转化为行为意向，其中自主性和关联性的作用尤为突出；另一方面，FsQCA发现的“多重并发因果”表明，不同学生可能通过差异化路径实现高参与度，这解释了传统回归模型难以捕捉的个体异质性。

实践层面，研究为数学教师提供了三条具体建议：第一，通过“结构化选择”（如问题难度分级、任务类型自选）培育自主性；第二，建立明确的讨论规则与角色轮换制度强化关联性；第三，设计形成性反馈环节提升胜任力。尤其值得注意的是，在中国强调教师权威的课堂文化中，适度放权（如让学生主导讨论流程）可能产生超越预期的参与激励效果。

研究的局限性包括样本来源相对集中、未控制数学基础等变量，未来可通过纵向追踪和混合研究进一步揭示参与行为的动态演变。尽管如此，该成果无疑为破解“沉默的协作”提供了关键理论透镜，也为全球数学教育中的CPS实践优化指明了科学路径。