Physics Education Research

物理教育研究第八期

中学生STEM能力的内隐信念对其STEM自我效能和STEM领域生涯意愿的预测

 Implicit STEM ability beliefs predict secondary school students' STEM self-efficacy beliefs and their intention to opt for a STEM field career

van Aalderen-Smeets, S. I., Walma van der Molen, J. H., & Xenidou-Dervou, I. (2019). Implicit STEM ability beliefs predict secondary school students’ STEM self-efficacy beliefs and their intention to opt for a STEM field career. Journal of Research in Science Teaching, 56(4), 465–485. https://doi.org/10.1002/tea.21506

0 引言

STEM（science，technology，engineering和mathematics）教育提出的其中一个背景就是，当前全球大部分国家都意识到社会的进步与发展都依赖大量的科技和创新人才。然而很多西方国家面临的现实却是，中学生缺乏选择STEM领域学业和职业（以下统称为生涯）的意愿，这种局面逐渐引起了各国的重视。

已有大量的研究探讨了影响中学生选择STEM领域生涯的意愿，如个体层面对STEM的兴趣、对STEM的自我效能等，家庭层面的STEM活动支持、父母受教育水平等，学校层面的STEM活动支持等，这些因素大多都能被社会认知生涯理论(social cognitive career theory, SCCT，Lent, Brown, & Hackett, 1994)所解释(e.g. Beier et al., 2019; Bolds, 2017; Dorph, Bathgate, Schunn, & Cannady, 2018; Garriott, Flores, & Martens, 2013; Garriott et al., 2014, 2014; Nugent et al., 2015; Turner, Steward, & Lapan, 2004; Wang, 2013)。

在上述影响中学生选择STEM领域生涯意愿的因素中，最为突出的一个可能是其对STEM的自我效能，中学学生不愿意选择以STEM为导向的学习路径的一个重要因素是其对STEM科目的自我效能感较低(e.g. Betz & Hackett, 1983)。自我效能是指个体对自身是否有能力成功完成某一项任务的信念(Bandura, 2002)。例如在STEM的学习中，学生对STEM的自我效能可以解释为是否相信自己会在数学、物理、化学和生物等科目中取得好成绩。

对动机的研究表明，自我效能感信念本身可能受学生对学习能力可塑性的内隐信念的影响。受Dweck(2000)的成就动机模型（motivational model of achievement）的启发，van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)就（本次推送的内容）探讨了中学生STEM能力的内隐信念与STEM自我效能和STEM领域生涯意愿的关系。根据Dweck(2000)的成就动机模型，有的学生认为他们的能力是一个固定的或不变的实体（entity beliefs，实体信念）；也有的学生虽然认识到能力作为一种特性（quality）受到天资（aptitude）的影响，但是他们相信自己的能力可以通过经验和实践而变化和发展（incremental beliefs, 增长信念）。

van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen (2016)在先前的理论探讨中就曾假设，个体对（STEM）能力的内隐信念和选择STEM领域生涯的意愿的关系中，某些因素（包括自我效能）可能扮演中介作用。他们指出，持有实体信念的学生（他们认为自己的能力是不可塑的），其自我效能可能会降低。当这些学生遭遇挫折或失败时，他们很可能将其归因于自己缺乏天生的能力。另一方面，持有增长信念的学生更有可能将挫折归因于缺乏努力，从而维持他们的自我效能感。

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STEM能力可塑性的内隐信念

在Dweck的动机理论中，强调的是一个人一般能力可塑性的信念。而在本研究中，van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)首先考察了STEM中能力的内隐信念是否存在其领域特殊性（domain specific），即能否与一般能力可塑性的信念区分开。其次，对能力内隐信念维度结构也一直存在争议，即能力内隐信念中的实体信念和增长信念应该被区分开（2维结构）还是应该被合并为能力内隐信念一个整体（单维结构）存在争议。

van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)在设计测量工具的时候特地考虑到了这两个问题。首先，为了考察STEM能力的领域特殊性，van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)的测量工具中同时涉及到了STEM能力的内隐信念和一般能力的内隐信念。测量一般能力内隐信念的题目如“我相信我总能实质性地提高我的智能”；而测量STEM能力内隐信念的题目则如“我相信我总能实质性地提高我的STEM能力”。其次，测量对STEM能力内隐信念的题目被分为了增长信念和实体信念两类，前面这道题目是关于增长信念的，而关于实体信念则包括“我的STEM能力是我个人无法改变的”等。所有题目均以4点式李克特量表的形式呈现。

为了验证中学生STEM能力的维度结构，van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)首先使用了探索性因素分析（Exploratory Factor Analysis，EFA），结果发现测量STEM能力内隐信念的题目和一般能力内隐信念的题目分属于两个不同的维度，这就为STEM能力内隐信念的领域特殊性提供了证据。随后的验证性因素分析（Confirmatory Factor Analysis，CFA）也支持了STEM能力内隐信念应该和一般能力内隐信念区分开。STEM能力内隐信念量表和一般能力内隐信念量表的平均变异抽取量（Average Variance Extracted，AVE）分别为0.56和0.73，这表明两份量表都有较好的收敛效度（convergent validity）（要求：AVE>0.5）。两者呈现中等程度相关（r=0.62），但是平均共享变异数（Average Shared Variance，ASV=0.48）和极大共享变异数（Maximum Shared Variance，MSV=0.48）表明两份量表具有较好的区分效度（discriminant validity）（要求：ASV< p="">

同时，EFA 和CFA的结果（见图1的Examining construct validity）均表明， STEM能力内隐信念应该被视为单维结构，因为该量表中的的题目并没有分化为实体信念和增长信念两个维度。

图1.模型的拟合度

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STEM内隐信念、自我效能和生涯意愿

为了探讨STEM能力的内隐信念、自我效能和生涯意愿的关系，van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)在设计测量工具的时候也针对STEM自我效能和STEM领域生涯意愿设计的题目。测量STEM自我效能的题目如“我确信我能掌握STEM课程教授的技能”，测量STEM领域生涯意愿的题目则包括在“当我明年攻读学士学位的时候，我”（本研究的对象是11年级的学生，下一年将读大学）的假定下的6道题，如“打算选择STEM领域方向的学位”。同样，所有题目均以4点式李克特量表的形式呈现。此外，Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)还考虑到了学生STEM方面的学业成就，他们假定这可以有学生在数学、物理、化学和生物4门学科中的成绩来衡量。将学校提供的学生这4门学科半年中的平均成就作为外显变量，他们假定这4个外显变量由一个潜在变量“STEM学业成就”影响。STEM自我效能、STEM领域生涯意愿和STEM学业成就三个构造也同样经过了EFA和CFA分析的过程。在此主要介绍其CFA和后续的结构方程模型（Structural Equation Modelling，SEM）分析。

首先，使用CFA分析了前述的4个心理构造（除一般能力内隐信念），该模型成为“测量模型（measurement model）”。测量模型仅描述模型的潜在因素结构，并将测量的变量（问卷中的题目）与潜在因素（如STEM自我效能感）联系起来；并不考虑各潜在因素之间的关系。结构表明，数据较好地支持了测量模型的假设，所有观测变量均归属到了预设的潜在变量上（见图1中Measurement model的模型拟合度）。

然后，使用结构方程模型来探讨STEM能力的内隐信念、自我效能、学业成就和生涯意愿的关系。具言之，van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)考虑了三种结构方程模型（如图2所示）。通过直接影响模型，可以考察STEM能力内隐信念和STEM意愿之间是否存在关系。完全中介模型和部分中介模型则进一步考察了STEM自我效能是否在其中起到了中介作用。

图2. STEM能力可塑性内隐信念、STEM自我效能和选择STEM领域学士学位意愿关系的理论模型。a)直接影响模型，假设STEM能力内隐信念和STEM意愿直接联系；b)完全中介模型， 假设STEM能力内隐信念和STEM意愿之间的关系完全由STEM自我效能解释； c)部分中介模型， 假设STEM能力内隐信念和STEM意愿之间的关系部分由STEM自我效能解释。

SEM分析表明，直接影响模型与数据的拟合度较差（RMSEA=0.081），但是除假设各结构路径系数均显著，其中STEM能力内隐信念和STEM意愿之间可能存在直接关系（Beta=0.32，p<0.001）。

部分中介模型和完全中介模型则进一步考察STEM能力内隐信念和STEM意愿之间的关系是否能够由STEM自我效能解释。部分中介模型与数据能较好的拟合（RMSEA=0.061），所有的结构路径系数也均显著；而且STEM能力内隐信念和STEM意愿之间可能存在的直接关系有所减少，但依然显著（Beta=0.14，p=0.004）。完全中介模型也与数据能较好地拟合（RMSEA=0.062），而且卡方差异检验表明，部分中介模型和完全中介模型之间存在显著差异（chi-square=8.24, df=1, p=0.004），这意味着部分中介模型比完全中介模型能显著更好地解释数据。

总体而言，上述结果表明，STEM自我效能感在STEM能力可塑性的内隐信念与STEM学位选择意愿的关系中扮演了部分中介的作用，部分中介模型的结构化标准路径系数见图3。

图3. STEM能力可塑性内隐信念对STEM自我效能和选择STEM学士学位意愿的影响（含中介效应的结构方程模型）。

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小结

在阅读关于中学生STEM生涯决策文献的过程中，本研究给我耳目一新的感觉。班杜拉虽然提出了自我效能往往可以通过4种学习经验（个体成就表现、替代学习、社会劝说、生理与情感状态）获得并修正，但是这些学习经验如何影响自我效能，哪些学习经验的贡献更大还是不太清晰的。在本研究中，作者们援引了班杜拉的论述，指出影响自我效能感信念的与其说是经验本身，不如说是对经验的解释或评价。这一论述就凸显了对能力的内隐信念可能发挥的作用，因此van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen (2016)假设学生对STEM能力可塑性的内隐信念可能影响他们对挫折、失败或成果等经历的解释或评价，从而影响他们的自我效能。这一假设最终在van Aalderen-Smeets和Walma van der Molen(2019)随后的研究者得以验证。

要让学生持续投入到STEM学业和职业中来，不仅要让学生相信“我能行”（关于STEM的自我效能），更要让学生相应“我能变得能行”（关于STEM能力可塑性的内隐信念）。

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 参考文献

1. Bandura, A. (2002). Social cognitive theory in cultural context. Applied Psychology-an International Review-Psychologie Appliquee-Revue Internationale, 51(2), 269–290. https://doi.org/10.1111/1464-0597.00092

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3. Betz, N. E., & Hackett, G. (1983). The relationship of mathematics self-efficacy expectations to the selection of science-based college majors. Journal of Vocational Behavior, 23(3), 329–345.

4. Bolds, T. (2017). A Structural and Intersectional Analysis of High School Students’ STEM Career Development Using a Social Cognitive Career Theory Framework. Syracuse University, Syracuse, NewYork.

5. Dorph, R., Bathgate, M. E., Schunn, C. D., & Cannady, M. A. (2018). When I grow up: The relationship of science learning activation to STEM career preferences. International Journal of Science Education, 40(9), 1034–1057. https://doi.org/10.1080/09500693.2017.1360532

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7. Garriott, P. O., Flores, L. Y., & Martens, M. P. (2013). Predicting the math/science career goals of low-income prospective first-generation college students. Journal of Counseling Psychology, 60(2), 200–209. https://doi.org/10.1037/a0032074

8. Garriott, P. O., Flores, L. Y., Prabhakar, B., Mazzotta, E. C., Liskov, A. C., & Shapiro, J. E. (2014). Parental Support and Underrepresented Students’ Math/Science Interests: The Mediating Role of Learning Experiences. Journal of Career Assessment, 22(4), 627–641. https://doi.org/10.1177/1069072713514933

9. Hadenfeldt, J. C., Neumann, K., Bernholt, S., Liu, X., & Parchmann, I. (2016). Students’ progression in understanding the matter concept. Journal of Research in Science Teaching. Retrieved from http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/tea.21312/pdf

10. Lent, R. W., Brown, S. D., & Hackett, G. (1994). Toward a unifying social cognitive theory of career and academic interest, choice, and performance. Journal of Vocational Behavior, 45(1), 79–122. https://doi.org/10.1006/jvbe.1994.1027

11. Nugent, G., Barker, B., Welch, G., Grandgenett, N., Wu, C., & Nelson, C. (2015). A Model of Factors Contributing to STEM Learning and Career Orientation. International Journal of Science Education, 37(7), 1067–1088. https://doi.org/10.1080/09500693.2015.1017863

12. Turner, S. L., Steward, J. C., & Lapan, R. T. (2004). Family factors associated with sixth-grade adolescents’ math and science career interests. The Career Development Quarterly, 53(1), 41–52.

13. van Aalderen-Smeets, S. I., Walma van der Molen, J. H., & Xenidou-Dervou, I. (2019). Implicit STEM ability beliefs predict secondary school students’ STEM self-efficacy beliefs and their intention to opt for a STEM field career. Journal of Research in Science Teaching, 56(4), 465–485. https://doi.org/10.1002/tea.21506

14. van Tuijl, C., & van der Molen, J. H. W. (2016). Study choice and career development in STEM fields: An overview and integration of the research. International Journal of Technology and Design Education, 26(2), 159–183. https://doi.org/10.1007/s10798-015-9308-1

15. Wang, X. (2013). Why Students Choose STEM Majors: Motivation, High School Learning, and Postsecondary Context of Support. American Educational Research Journal, 50(5), 1081–1121. https://doi.org/10.3102/0002831213488622

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