从机会差距到机会收益：校外真实指导研究对STEM领域历史上被边缘化社区青少年的益处

【摘要】：我们的纵向混合方法研究探索了500多名青少年在校外长期指导研究的经历，并结合了他们计划从事STEM的报告数据。我们的参与者是来自历史上被边缘化的社区的青少年，代表了STEM多样化的最大希望：81%是有色人种学生，近一半是多语言学生。本文分享了对从这项大规模研究中收集的定量数据以及以参与者访谈形式收集的定性数据的横截面分析。从定量数据中我们发现，与像我们的参与者一样的年轻人遇到的机会差距形成鲜明对比的是，参与校外研究产生了参与科学实践的机会——明显多于在学校——并为科学实践社区做出有意义的贡献。我们的定性数据表明，这种“机会收益”也可能有助于他们继续贯彻STEM。综上所述，这些发现强调了校外指导研究环境中的学习对学生的重要作用，揭示了其在STEM生态系统中的重要补充作用。

【关键词】：青少年发展；青少年轨迹；STEM；途径；科学实践；平等

在通过本馆的深度指导研究计划与青少年合作的十年中，我们看到了一个令人振奋的现象：与我们合作过的青少年正在攻读本科学位、高等学位，并从事 STEM 领域的职业。美国自然历史博物馆指导研究项目的校友们——其中大部分来自历史上被边缘化的社区——经常主动联系我们，分享他们在科学领域工作甚至攻读高级学位的消息。在他们的报告中一致提到，指导研究计划在帮助他们准备迎接新机遇方面发挥了重要作用。

然而，从全国和地方的情况来看，来自历史上被边缘化社区的青少年在 STEM 方面的经历却显示出明显的不公平。这种不公平存在于学生经历的各个层面，并随着时间的推移不断累积。巨大的差距困扰着 K-12 STEM 教育的每一个阶段，由于来自历史上被边缘化社区的学生接受科学教育的时间更少，校外机会更少，他们不太可能主修STEM，这使得实现更加公平和多样化的STEM劳动力更加困难。然而，面对这种不可接受的STEM不平等的国家图景，我们听到了关于坚持、激情、参与和成功的重要的、充满力量的故事。当然，我们也听说了挑战，以及我们的校友继续受到的不公平待遇，但我们的校友似乎保持了他们对STEM的浓厚兴趣和决心。

然而，有助于我们了解这些校外经历的性质和影响的大规模研究却很少见（Chi et al, 2015; Nguyen, 2023; Weiss & Chi, 2023）。虽然有大量研究探讨并记录了青少年在正规学术环境中进入 STEM 的途径（Godwin & Potvin, 2016; Weeden et al, 2020），但很少有研究探讨像我们这样的校外项目的参与与青少年进入 STEM 的途径之间的关系。

本文的研究结果来自我们对参加 OST STEM 指导研究体验的青少年进行的纵向研究的前四年的数据。我们将继续跟踪这些参与者的成长轨迹，最终将历时十年。这些项目的使命是为来自历来被排斥或边缘化的社区的青少年提供进入 STEM 专业的研究实习机会，为他们的大学和职业发展提供支持。本研究旨在跟踪了解有过这些研究经历的学生的发展道路。我们研究设计的前四年重点关注 OST 项目与 STEM 持续性之间的关系。本文分享的定量数据是对这项大型研究数据的横截面分析；定性数据则来自我们每年对这项大型研究的参与者进行的抽样访谈。

我们是一个多学科研究团队，包括成熟的和新兴的定性研究人员和定量研究人员、青少年教育工作者、科学教育工作者以及从事 STEM 职业的校友共同研究人员。校友共同研究员是从更大的研究样本中挑选出来的具有代表性的个人，这些样本由与我们的参与者属于同一批次和年龄段的学生组成。

我们主要通过对调查数据的横向分析，并辅以定性访谈数据，回答了三个研究问题：

1、指导研究基地的主要特点是什么？

2、青少年在多大程度上报告了学习科学实践的情况？

3、青少年对他们主修 STEM 的计划有何报告？

青少年参加的所有24个OST辅导研究计划都是纽约市科学研究辅导联盟 (NYCSRMC) 的一部分，其共同目标是让高中青少年参与 STEM 研究，体验与科学家一起工作的乐趣。该计划的使命是为青少年提供研究实习机会，为他们进入大学和就业提供支持。该计划遍布纽约市的五个区。虽然这些项目在不同的机构开展，但所有项目点都具有以下共同特点：70小时的免费预科课程，向青少年介绍所需的科学概念、软件和技术，超过100小时的指导性科学研究，为科学成功提供学术和职业指导。

尽管各项目点共享青少年学习的原则以及项目设计和实施的要素，但每个项目点的研究重点都反映了各机构的科学专长。学科和环境（如实验室或野外）的这种差异为参与科学实践提供了不同的机会。实地工作较多的地点可能需要更多的数据收集、背景研究和分析，而以实验室为基础的项目可能需要更多的分析和综合。

我们的路径研究提供了另一种方法，考虑到了对“STEM 管道”这一流行隐喻的担忧（Lykkegaard & Ulriksen, 2019; Metcalf, 2014）。对“管道”隐喻的批判是，它将通往 STEM 职业生涯的旅程概念化为一条单一的线性路径，由于参与者在沿途的不同点“漏出”，因此会失去他们。管道是错误的，具有赤字思维，不能准确捕捉途径的异质性或作为资产和资源的青少年生活经历的文化或背景特征。批判理论的视角在我们的工作中也很重要，因为我们的研究打算随着时间的推移，说明和理解来自历史上被边缘化社区的青年在 STEM 中的经历，并考察他们在追求自己的发展道路时在不同环境中的经历。

Lave 和 Wenger（1991）将学习视为“参与的轨迹”，作为一个重要的理论视角，这一概念捕捉到了青少年从“合法的边缘参与”逐渐转变为全面参与社区实践的方式。研究基地中的 CoP 核心成员（如他们的导师，通常是资深科学家和博士后研究员）通过参与CoP的真实实践来帮助指导新成员，通过这一过程，新成员的身份在与 CoP的关系中不断演变。我们假设，参与者之间会产生社区凝聚力和共同责任感（Wenger, 1998），这意味着青年科学家和经验丰富的科学家都会为社区提供有价值的工作。

然而，具体到对指导研究经历的理解，实践社区（CoP）的概念很好地反映了研究基地的目标和目的（Lave & Wenger, 1991）。实践社群的理论思想捕捉到了一群具有共同目标、一系列实践和共同兴趣的人如何持续互动，以深化他们的知识和专长，并集体相互学习（Wenger et al.）实践是成员在互动时“做”的事情，可以包括共同的信念、价值观、行为和互动方式，以及活动和任务（Barab, 2002; Irving & Sayre, 2016）。

在我们的研究中，我们将研究地点视为实践社区，我们将研究这些特征的存在，以及这些社区特征之间的潜在关系，包括青少年学习的实践。我们感兴趣的实践社区的主要特征包括：与社区成员一起解决问题；就自己的想法获得反馈；以及考虑对现象的其他解释。我们还对研究基地的社会情感方面感兴趣，包括研究基地社区如何让青少年在成长的道路上感受到支持，以及如何让青少年感受到自己在社区中的价值和重要性。青少年是否体验到了这些特点？有哪些？

在本文中，我们将重点介绍作为纵向研究一部分的年度调查的三个部分的结果。我们将报告与实践社区的特征、学习科学实践的机会以及主修 STEM 的意向相关的调查结果。为了探索青少年在研究第一年（2017年）的项目经历的性质，我们在青少年完成项目后立即对他们进行了“在校学生调查”。在研究的第二年，我们设计了一项“校友调查”，并对所有结束指导研究经历一年后的青少年进行了调查。每年大约有500名学生参加指导研究计划，每年大约有40%的学生对我们的调查做出了回应。我们还重点介绍了我们对一个子样本进行的访谈结果，以及对三名青年进行的案例研究。

我们对部分校友（n = 26）进行了访谈，以深入了解青少年在导师指导的研究社区中的经历。我们收集了有关以下方面的详细信息：指导研究经历的性质；与导师和同伴的关系是如何形成的，以及在青少年完成研究计划后是如何（或没有）保持这种关系的；这些关系如何影响青少年对科学研究的看法以及他们自己在学术生涯中的下一步打算。我们为所有参与者撰写了简短的分析性案例研究，并为三位重点参与者撰写了较长的案例研究。

我们对数据的描述性分析反映了三年调查中每年的数据。我们首先分析了青少年对实践社区项目的回答。我们通过显示“同意”或“非常同意”每个实践社区项目的百分比来显示结果。然后，我们探讨了衡量学生在指导地点和学校学习科学实践的机会的项目，对数据进行检验，并比较了学生在学校和在指导地点的实践频率之间的差异。

然后，为了进一步突出在学校和在指导地点进行科学实践的机会之间的差异，我们确定了在每个指导地点表示“经常”参加实践的参与者的百分比。最后，我们借鉴了2020年从相同学生那里收集到的调查数据，研究了在2017-2019年在校生调查中表示计划主修 STEM 专业的参与者人数，以及这些学生中2020 年实际主修 STEM 专业或仍计划主修 STEM 专业的人数。

为了分析访谈内容，我们进行了内容分析，并确定了关键主题和模式。接下来，我们撰写了这26名学生的案例研究，并使用演绎法分析了案例研究的定性数据，从而得出了类别，并将其发展为代码以及关键主题和模式。分析这些访谈时涉及的代码包括“科学实践”和 “未来计划”等项目。在本文中，我们主要利用四个重点案例研究来阐述和加深我们对调查结果的理解，并帮助对新出现的调查结果进行三角测量。

我们发现在每一个项目中，参与者都报告说，在他们的指导地点参与科学实践的机会明显多于在他们学校的机会。例如，在询问学生在指导地点设计/规划科学调查的机会的项目中，学生在指导地点的平均得分为3.88，而在学校的平均得分为3.26（z = 7.62，p < .001）。学校和教学点之间差异最大的项目是分析数据的机会，学校和教学点之间的绝对差异为 0.70（z = 6.68，p < .001）。

接下来，在表1、表2和表3中，我们显示了在调查的每一年中，衡量学生参与科学实践的机会频率的各个不同项目的平均得分。我们使用 Wilcoxon Signed-Rank 检验比较了他们在导师指导点和在学校参与机会的平均值。2018年的学生还表示，与学校相比，他们在导师指导点参与科学实践的机会明显更多（见表2）。例如，学生报告在研究基地有更多的机会分析数据（在研究基地的平均得分为3.76），而在学校基地的平均得分为3.20（z = 6.81，p < .001）。

一个例外是，2018 年，学生们表示在学校所在地比在指导地点有更多机会对他们的发现进行解释（z = -2.16，p < .05）。学校和教学点之间差异最大的项目是设计和规划调查的机会（z = 7.57，p < .001）和阅读发表文章的机会（z = 5.96，p < .001），学校和教学点之间在这两个项目上的绝对差异为 0.62。这些结果与 2019 年的学生调查结果显示一致（表3）。与其他两个调查年份一样，学生们表示，与学校相比，他们在导师指导地点参与科学实践的机会明显更多。

这项分析是为数不多的大规模研究之一，研究了青少年在 STEM 校外环境中的学习途径，强调了校外学习的重要贡献，显示了校外辅导研究对青少年 STEM 学习的重要作用。这项研究指出，这些指导研究经历提供了机会，有力地弥补了有据可查的机会差距，有助于为青少年追求 STEM 铺平道路，建立一个更加公正和公平的生态系统。

然而，对于这些参与者来说，故事还没有“结束”，这就是为什么我们要对他们进行长期跟踪，直到他们进入大学最后几年并走上工作岗位（Hammerness, 2024）。我们采访的学生提醒我们，他们在 STEM 学习中仍面临挑战。

我们的研究还在继续；我们已经获得了第二笔为期五年的资助，以继续跟踪我们对 STEM 感兴趣的年轻人的轨迹--他们中的许多人现在不仅在读本科的第三和第四年，而且其中一些人已经毕业并开始追求工作和事业（Hammerness, 2024; MacPherson, 2024）。我们将具体探讨这些青年——他们现在已经是年轻的成年人，是如何引导他们的职业决策和对 STEM 的兴趣的，以及机构背景（和相关的归属感或他者化）是如何影响我们的参与者的。