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本科毕业设计（论文）

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探索在stem中能有效支持学生的方法

作者：Lisa Martin-Hansen

国籍：美国

出处：International Journal of STEM Education

中文译文：

摘要 一个强大积极的科学、技术、工程、数学（STEM）身份是STEM领域未来职业选择的预言指标。本篇论文在四项不同的研究中探索主要概念，其中涉及STEM或科学身份。本文描述了人们可以将STEM身份视为其自身构造的方式，以及不同的经历如何在STEM身份形成和成长的过程中产生积极或消极的影响。讨论了在教育环境中促进和发展STEM身份的相关要点，包括内外部因素。

当我开始对科学有兴趣时，我没看到有女性科学家，因此我觉得自己没有当科学家的希望。（Joan Argetsinger Steitz，2018年Lasker-Koshland医学科学特别成就奖的获得者（Thomas 2018））

在大学招聘和留任科学、技术、工程、数学（STEM）专业的学生，可以唤起学生的STEM身份认同——一个人如何从作为一个数学家、科学家、工程师、或者是计算机程序员的角度看待自己（Seyranian等人 2018; Vincent-Ruz和Schunn 2018）。如果一个人不能想象自己担任那个角色，那么他不太可能会选择STEM职业——无论STEM活动有多么激励人心或吸引人。教育应该在培养积极的STEM身份方面发挥作用，因为K-12的教育经历会影响学生对于自己的认知（Vincent-Ruz和Schunn 2018; Vongkulluks等人 2018）。然而，学习和学习环境中存在一些问题，比如学生间的互动，教师与学生间的互动以及学校环境外的其他社交互动，比如父母、朋友或者其他能影响身份认同的人。不可避免的是，这些相互作用中的部分问题会受到偏见的影响。因此教师有必要学习这些相关因素，从而为STEM的学习者创造更加积极的学习环境。

虽然我们很容易说我们需要提高STEM领域的多样性，特别是容纳更多在STEM领域中代表性不足群体的成员，包括女性和有色人种（Archer等人 2014；McGee和Bentley 2017； Brotman和Moore 2008；Clark Blickenstaff 2006），但是制定这一目标的现实情况较为复杂。

在STEM领域的学习通常由对事实的记忆组成，这些事实缺乏深层次的联系，与生活分离，并且往往无法整合STEM学科（Momsen等人2010）。这种学习似乎发生在一个对于不同的交流方式和意义创造几乎没有关注的环境——毕竟，这就像是人们在说“这些难道不是普遍的想法吗？难道仅仅提出这些想法还不够吗？”每个人都可以创造意义，并找到方法来建立个人联系，从而将这些知识深深地内在化。学者们发现，尽管领域内的概念最初可能被认为是普遍的和在文化上是良性的，但是科学、数学、技术以及工程领域是通过对个人经验筛选后的人类努力（Franklin 1995）。调查、意识形成、创造力以及思想表达和这些思想的传播都是由人类进行的，因此具有人类意义。

此外，在探究和解决问题的所有阶段，个人文化和信仰体系都发挥着作用（Aikenhead 1996）。因此，我们描述在课堂上听到或看到的内容的方式包括科学或数学概念，以及潜在要素，如：谁在教学？我怎样才能投入到学习中去？当我与资料意见相左，我的想法是否会受到重视？我是否可以像其他不同性别或者文化的人一样经常发言？

“我是否可以成为科学家、工程师、计算机科学家或数学家”的问题已经被各种学者（Kim等人 2018; Aschbacher等人 2010）所解决，因为个人对自己是否属于某个特定领域的感觉也会影响他们对学科或职业的选择。当学生不认为自己在某一特定的STEM领域有代表性时，问题就出现了。如果没有合适的榜样，他们很难想象在那个领域里有谁长得像他们或者说话像他们（Cole和Espinoza 2008）。

内部和外部经验对STEM身份的相互作用

在这篇论文中，我主要关注与科学教育相关的三个主题。特刊的主题涉及科学身份，每项研究都以不同的方式衡量或制定影响科学身份的活动。我的讨论分为三个主题，这些主题都来自于本期特刊：（1）通过科学身份鼓励招聘和留住人才；（2）参与科学项目和课程以提高科学水平；（3）师生关系对学生的影响。

与招聘和留任有关的身份认同

STEM教育的研究文献重点关注科学兴趣，较少强调科学身份（Vincent-Ruz和Schunn 2018）。然而，先前对身份的有限研究发现，强大的科学身份可以预测谁将从事科学事业（Chemers, Zurbriggen, Syed, Goza, amp; Bearman, 2011; Robnett和Leaper, 2012）。因此需要深入了解科学身份，以确定特定科学身份可能与其他特定的预期结果相关联的程度。在进行研究之后，本期特刊的几位作者发现，显然，如果要招募并留住STEM领域的学生，那么一个积极的STEM社会身份是必要的 （Robnett等人 2018; Seyranian等人2018; Vincent-Ruz和 Schunn 2018; Vongkulluksn等人 2018）。对于科学身份的调查表明，在学生是否会从事STEM学习方面，科学身份与科学兴趣同样重要。调查科学身份的作者们的观点是身份是“建立在我们经历的内化和他人的社会构造之上” （Vincent-Ruz 和 Schunn 2018）。他们指出，调查表明，有三个方面促进了科学身份的提高，包括（1）学校科学与真实科学的关联，（2）一致的外在和内部动机，（3）社区意识和归属感 （Vincent-Ruz和Schunn (2018, p. 2)。有趣的是，Vincent-Ruz和Schunn (2018, p. 2)在他们的调查中发现，中学生的科学身份不仅有与其他态度构念不同的关键组成部分，而且还有预测学生选择的方式。科学身份的积极程度与学生选择的科学活动数量有关。遗憾的是，在科学身份评估中，中学和高中的女生表现出较低的科学身份。这与较少参与科学活动呈正相关。

另一个发现是内外部因素对于科学身份的重要性。例如，语境（外部因素）很重要，它影响学生对科学身份的内化（Vincent-Ruz 和 Schunn 2018）。科学身份的内外部认知都在学生选修科学活动中发挥作用。这意味着有影响力的人可能成为改变学生自我认知的催化剂。这是一个很有希望的发现，因为它指出了精心创造的活动的价值和可能产生的影响，这些活动产生了积极的体验，领导者被视为有影响力的人——科学家、教师、有影响力的同行或导师。

参与科学

由于研究人员已经确定情境在科学身份的发展中起着重要作用，因此我们应该考虑学生学习的环境。具体来说，就是活动的类型和活动产生的干预如何影响科学身份——无论是积极的还是消极的（Vincent-Ruz 和 Schunn 2018）。学生所处的环境或情境可以改变，包括旨在培养成功经验的活动也可以改变，目的是培养更优秀的科学身份。

研究文献表明，女性在物理科学领域的代表性不足这种情况是由几个因素导致的。其中几个因素在题为“为什么在科学、技术、工程和数学领域的女性这么少？”（Hill等人 2010）的文章中发表。这些因素包括帮助我们的学生意识到成见威胁和隐性偏见的潜在影响，同时意识到提升STEM思维方式的具体需求，而不是固定的能力或天赋。因此我们要努力为STEM领域中的女性提供有趣的体验，为理工科的本科女生提供支持性的环境，以及反思和评估可能存在的隐性偏见对STEM中的女性产生的积极影响。

研究人员发现，女性在物理学上的归属感不如在大学里的整体归属感（Seyranian et al. 2018）。她们在物理课堂上也感受到更多的不确定性。相比之下，男性则觉得自己总体上属于大学，在物理方面也差不多。女性在物理课堂与大学之间缺乏归属感的原因可能是女性和男性在物理科学领域的代表性不平等（Hill等人2010），这是许多大学课程中的一个典型情况。事实上，在Seyranian等人的研究中发现，77%的物理学生是男性。

在力概念量表中，学生的物理认知和物理学业成绩存在性别差异。其他起作用的问题包括标准化评估中国刻板印象威胁的可能性（Hill等人 2010）。不认同物理学的女性几乎不能在力概念量表评估中取得好成绩（Seyranian et al. 2018）。相比之下，在同一课程中，女性和男性的成绩相似。此外，男性在课程开始和结束时比女性更认同物理。令人惊奇的是，虽然刻板印象威胁会对女性在物理科学领域上的发展产生负面影响，但数据还表明，随着时间的推移，女性拥有更高的物理识别能力能使女性更加繁荣。（Seyranian等人 2018）。

除了性别在课堂上的表现差异，另一种探究情境影响程度的方法是考查学习任务对学生STEM身份的影响。研究人员发现，通过提高STEM的熟练程度，也可以提高学生的STEM身份认同（Vongkulluksn 等人2018）。鉴于这种可能的联系，提供学生更自主的体验并在STEM中获得成功，教师可以积极地影响学生的归属感和STEM身份。

基于设计的创客空间通过探索性调查、合作和技术使用，吸引学生参与，从而有可能提高STEM的熟练度(Rivera Maulucci, Brown, Grey amp; Sullivan, 2014; Krajcik, Blumenfeld, Marx, Bass, amp; Fredricks, 1998)。Vongkulluksn等人（2018）发现，为了解决问题，创客空间可以在探究中提供更好的自主性和真实参与。但是，需要使用适当的辅助工具对这些空间进行仔细监视，以促进任务的成功完成。在一项研究中，当学生们参与与他们的生活非常相关的活动时，大多数人选择的项目比最初想象的要复杂。当他们意识到他们需要修改他们的计划并降低他们的期望时，就会产生与项目相关的负面情绪。消极情绪会使STEM自我效能感下降。尽管如此，情境兴趣和自我效能感仍然相当高。因此在不同的项目下，学生们可以选择一个更容易实现的项目，或者他们可以选择完成较大项目中的一个小部分，从而获得成功。从该项研究中我们可以得出，如果活动结构不合理，基于设计的创客空间中的负面体验可能会对STEM自我效能感和情境兴趣产生负面影响。

更重要的是，教师要意识到学生代表不平衡(性别和种族)的影响，以及学习过程的结构和框架对STEM身份的影响。当教师能提供效能和成功经验时，这些经验就有能发展学生的自我效能感，从而影响STEM身份。理想情况下，这些干预措施可以用来培养解决问题的技能，因为在一个必须整合认知、社交和沟通技能的世界里，这些技能是成长所必需的（National Research Council 2010）。

在科学中导师的重要性

这四篇文章中第三个主题是导师的影响和重要性。有证据表明，导师或有影响力的人会对学生的STEM身份产生影响(Robnett et al. 2018)。对于面临刻板印象威胁的学生来说，有一位导师尤为重要。当一个常见的刻板印象产生影响时，刻板印象威胁就会发生。例如，由于人们普遍认为女性在数学上很吃力，因此在进行数学评估时，额外的认知和情感负担会给许多女性带来压力(Spencer等，1999)。通常女性在数学或物理等传统男性领域进行能力的自我评估时，会对自己的要求和对课程成功的理解标准更高。例如，当女性被调查者被问到，“你需要多高的分数才能确信你在这项任务上有高能力?”，女性对自己的要求比男性更高（Correll 2004, p. 106）。

在特定的STEM领域纳入积极的女性榜样，是我们用来抵消这种影响所采取的策略。大学环境非常重要，因为在那里，学生可能会看到他们学术生涯中的第一个女性榜样。Robnett等人(2018)在一项对导师和被辅导者的研究中，考察了工具性(基于技能的、以任务为中心的指导)和社会情感指导(一般支持和指导)，以及这些指导类型如何影响本科生。本研究从大学生及其导师那里获取信息。

在工具性和社会情感型导师关系中，导师-被辅导者关系对所有性别和种族都有积极的影响(Robnett等人 2018)。当负面的导师关系(如忽视被辅导者)被报道时，也会对科学身份产生负面影响。工具性导师对科学身份有最大的正向影响。这表明，来自导师的以技能为基础、以任务为重点的指导尤为重要。有趣的是，由于从导师和被辅导者那里都获得了数据，作者指出，如果只对被辅导者进行调查，导师提供的细微差别和见解很可能已经丢失了。虽然尚不清楚是导师的指导提高(或降低)了科学身份的直接影响，但有迹象表明，导师和被辅导者之间的关系很重要。那些拥有最高科学身份的学生也表示，他们接受了更多的工具性和社会情感指导。总的来说，这项研究强调了教师对于帮助女性(以及STEM中其他代表性不足的群体)减轻负面刻板印象影响的重要性，避免以负面方式做出冲动反应(Devine et al. 2012)。

讨论和建议

根据本特刊所回顾的文章，发展积极的科学身份需要个人

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