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Culture-sensitive chemistry self-concept research: The relationship of chemistry self-concept with culture, gender, and chemistry capital

  • In Germany, secondary school students differ greatly in their science achievement, a dispersion that is far above the OECD average (Schiepe-Tiska, Rönnebeck, & Neumann, 2019). Immigrant students tend to be at the lower end of the scale in Germany – on average, they achieve substantially less well in science than non-immigrant students (OECD, 2016d), which is partially due to the German school system (Zoido, 2013). These differences in achievement translate into underrepresentation of immigrants in science-related jobs in Germany (OECD, 2008). Achievement and career choices are closely intertwined with academic self-concept (for an overview see Marsh & Craven, 2006). Regarding science self-concept, the pattern that immigrant students tend to score lower is present in many countries (e.g. Riegle-Crumb, Moore, & Ramos-Wada, 2011). The goal of the present research project was to investigate these inequalities between immigrant and non-immigrant secondary school students. This was done focusing on secondary school students’ chemistry self-concepts. Chemistry self-concepts were focused on because achievement in chemistry is an important factor for careers in natural sciences (Cohen & Kelly, 2019). Research on chemistry self-concept has concentrated on young adults (e.g. Bauer, 2005; Xu & Lewis, 2011) and so little is known about secondary school students. Besides the impact of students’ migration background, the research project analyses the role that gender plays because gender has important effects on science self-concepts (e.g. Jurik, Gröschner, & Seidel, 2013; Riegle-Crumb et al., 2011; Wan & Lee, 2017). A big challenge in this context was that the prevailing methods in academic self-concept research are prone to yield biased data (Byrne, 2002; Byrne et al., 2009). Although this was pointed out more than 15 years ago, the problem persists in science self-concept research. The present research project addresses this issue and presents a new mixed methods approach to culture-sensitive academic self-concept research. The term ‘culture’ is used in the sense of migration background, a concept that categorizes people’s migration histories in Germany. A combination of qualitative interview data and quantitative data permit an investigation of certain types of bias defined by Byrne and colleagues (2009). The pilot study operated with a chemistry self-concept questionnaire (N=116) and qualitative interviews (N=43). The main study was based on an extended questionnaire comprising several other scales (N=585) and deeper qualitative interviews (N=48). The hypotheses based on the literature were that in Germany, (h1) immigrant students would show more negative chemistry self-concepts than non-immigrant students. (h2) Female students would show more negative chemistry self-concepts than male students. The third hypothesis (h3) was that the home environment has an important impact on students’ chemistry self-concepts. The first two hypotheses (h1 and h2) were not confirmed. Gender and migration background did not show a significant effect on students’ chemistry self-concepts. Instead, gender relations differ depending on the students’ migration background. Among students without a migration background, boys tend to have stronger chemistry self-concepts than girls. In contrast, among students with a Turkish migration background, girls tend to have stronger chemistry self-concepts. Existing science self-concept literature did not explain this. Literature on gender relations in science in Turkey suggests that this interaction effect could be due to a more gender-neutral conception of science in Turkey. Slightly more women than men work in science in Turkey (OECD, 2009a) and girls achieve substantially better (Batyra, 2017a, 2017b). According to the third hypothesis (h3), the gender conceptions in Turkey could potentially be transmitted to students with a Turkish migration background in the home environment, through their parents or other people. Science education literature did not provide a satisfying model for conceptualizing the influence of the home environment on students in the field of chemistry that would allow investigating the third hypothesis (h3). Therefore, the concept of chemistry capital was introduced based on the analysis of the interviews in the main study. Chemistry capital was developed based on the concept of science capital by Archer and colleagues (2015). Chemistry capital conceptualizes the resources a person possesses that have value in the field of chemistry. This encompasses social networks (e.g. knowing a chemist) as well as emotional and cognitive resources (e.g. attitudes towards chemistry and chemistry knowledge), and the engagement in chemistry-related activities. In particular, the concept allows analyzing the transmission processes of chemistry from the home environment to the individual student. The qualitative analyses in the main study showed that the chemistry capital home environment influences the students in the field of chemistry in multiple ways. This supports hypothesis 3 (h3). Further, the data suggest that structural inequalities in the German school system might foster differences in chemistry. Students who already possess little chemistry capital in their home environments are in addition found more often at the type of school (Hauptschule) in which the proportion of chemistry teachers who do not hold a university degree in chemistry is the highest, depriving these students of another possible source of chemistry capital. Vice versa, students who already possess a lot of chemistry capital in their home environments more often attend school types (Gymnasium, Realschule) where also more formally qualified chemistry teachers are available, thus potentially widening the gap. The mixed methods analysis in the main study suggested that a simple linear relationship between student chemistry self-concept and chemistry capital in the home environment does not exist. A study based on quantitative (or mixed methods) analyses of data of a larger sample on chemistry capital in the home environment and students’ chemistry self-concepts could provide further insights. It is not yet clear if the third hypothesis (h3) is true. To sum up, the present research project thus advances the field of chemistry education in three regards: (i) it provides an approach to culture-sensitive academic self-concept. This approach proved to increase both the validity and the explanatory power of chemistry self-concept research. It is not chemistry-specific and can, thus, be used in other areas of research as well. (ii) The research discovered an interaction effect of gender and migration background on chemistry self-concept that was unknown in science education literature. (iii) It introduces and defines the concept of chemistry capital which permits to analyze chemistry education from a sociocultural perspective. Employing the concept of chemistry capital helps to shift the focus from the individual student to the resources a student possesses in the sociocultural context that help him or her succeed in the field of chemistry. This allows uncovering social inequalities in the field that need to be addressed in educational policy. Moreover, it can inspire intervention studies and application-focused research (e.g. approaches to culture-sensitive chemistry teaching).
  • Schülerinnen und Schüler in Deutschland unterscheiden sich immens in ihren Leistungen in den Naturwissenschaften, eine deutlich breitere Streuung als im OECD-Mittel (Schiepe-Tiska et al., 2019). Schülerinnen und Schüler mit Migrationshintergrund befinden sich in Deutschland tendenziell am unteren Ende der Leistungsskala – im Durchschnitt zeigen sie erheblich schlechtere Leistungen in den Naturwissenschaften als Schülerinnen und Schüler ohne Migrationshintergrund (OECD, 2016d). Dies scheint zu einem Teil dem deutschen Schulsystem geschuldet (Zoido, 2013). Diese Leistungsunterschiede in den Naturwissenschaften schlagen sich auf dem Arbeitsmarkt nieder: In Deutschland sind Personen mit Migrationshintergrund in naturwissenschaftsnahen Berufen unterrepräsentiert (OECD, 2008). Leistungen und Berufswahl sind eng mit akademischen Selbstkonzepten verwoben (for an overview see Marsh & Craven, 2006). Und auch hier zeigt sich, dass Schülerinnen und Schüler mit Migrationshintergrund in vielen Ländern schwächere naturwissenschaftliche Selbstkonzepte haben (e.g. Riegle-Crumb et al., 2011). Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts war es, diese Ungleichheiten zwischen Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe zu untersuchen. Hierzu wurden ihre Selbstkonzepte analysiert, mit besonderem Fokus auf den Aspekt des Migrationshintergrunds. Genauer gesagt wurden Chemie-Selbstkonzepte untersucht, da Leistungen in diesem Fach eine Gatekeeper-Funktion für naturwissenschaftliche Karrieren besitzen (Cohen & Kelly, 2019). Die Forschung über Chemie-Selbstkonzepte hat sich in der Vergangenheit auf junge Erwachsene beschränkt (e.g. Bauer, 2005; Xu & Lewis, 2011), weshalb wenig über die Chemie-Selbstkonzepte von Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe bekannt ist. Neben dem Migrationshintergrund wird auch Gender als Variable betrachtet, da Gender bedeutenden Einfluss auf naturwissenschaftliche Selbstkonzepte ausübt (e.g. Jurik et al., 2013; Riegle-Crumb et al., 2011; Wan & Lee, 2017). In diesem Kontext stellte sich die große Herausforderung, dass die vorherrschenden Methoden in der Forschung zu akademischen Selbstkonzepte möglicherweise verzerrte Daten liefern (Byrne, 2002; Byrne et al., 2009). Obwohl diese Problematik schon vor über 15 Jahren thematisiert wurde, besteht es in der naturwissenschaftlichen Selbstkonzeptforschung bis heute fort. Das vorliegende Forschungsprojekt befasst sich mit diesem Problem und legt einen neuen Forschungsansatz für kultursensible akademische Selbstkonzeptforschung im Mixed-Methods-Design vor. Der Begriff der ‚Kultur’ wird hier im Sinne des Migrationshintergrunds genutzt, ein Konzept, mit dem sich die Migrationsgeschichten der Menschen in Deutschland kategorisieren lassen. Die Kombination aus qualitativen Interviewdaten und quantitativen Daten ermöglicht es, einige der Arten von Verzerrungen zu detektieren, die von Byrne und Kollegen (2009) definiert wurden. In der Pilotstudie wurden Daten mittels eines Fragebogens zum Chemie-Selbstkonzept (N=116) sowie qualitativer Interviews erhoben (N=43). Die Hauptstudie basiert auf Fragebogen (N=585), der einige weitere Skalen umfasst, sowie qualitativen Interviews (N=48). Aus der Literatur wurden folgende Hypothesen abgeleitet: (h1) Schülerinnen und Schüler mit Migrationshintergrund zeigen vermutlich schwächere Chemie-Selbstkonzepte als solche ohne Migrationshintergrund. (h2) Weibliche Schülerinnen zeigen vermutlich schwächere Chemie-Selbstkonzepte als männliche Schüler. (h3) Das häusliche Umfeld übt vermutlich einen bedeutenden Einfluss auf die Chemie-Selbstkonzepte der Schülerinnen und Schüler aus. Die ersten beiden Hypothesen (h1 und h2) bestätigten sich nicht. Gender und Migrationshintergrund zeigten keine signifikanten Effekte auf die Chemie-Selbstkonzepte der Schülerinnen und Schüler. Stattdessen zeigte sich, dass die Geschlechterverhältnisse von den Migrationshintergründen der Schülerinnen und Schüler abhängen. Bei den Schülerinnen und Schülern ohne Migrationshintergrund haben Jungen tendenziell stärkere Chemie-Selbstkonzepte als Mädchen. Im Gegensatz hierzu zeigen bei den Schülerinnen und Schülern mit türkischem Migrationshintergrund die Mädchen tendenziell stärkere Chemie-Selbstkonzepte als die Jungen. Die bestehende Forschung zu naturwissenschaftlichen Selbstkonzepten vermochte diese Befunde nicht zu erklären. Literatur über die Geschlechterverhältnisse in den Naturwissenschaften in der Türkei legt die Vermutung nahe, dass dieser Interaktionseffekt auf einem stärker genderneutralen Konzept der Naturwissenschaften in der Türkei beruhen könnte. In der Türkei arbeiten etwas mehr Frauen als Männer in naturwissenschaftlichen Berufen (OECD, 2009a) und Mädchen zeigen deutlich bessere Leistungen in Naturwissenschaften (Batyra, 2017a, 2017b). Nach der dritten Hypothese (h3) könnten diese Gender-Konzepte möglicherweise durch das häusliche Umfeld, also durch Eltern oder andere wichtige Bezugspersonen an die Schülerinnen und Schüler mit türkischem Migrationshintergrund weitergetragen werden. Die naturwissenschaftsdidaktische Literatur hielt kein zufriedenstellendes Modell bereit zur Konzeptualisierung des Einflusses des häuslichen Umfelds auf die Schülerinnen und Schüler im Feld der Chemie und somit zur Untersuchung der dritten Hypothese (h3). Aus diesem Grund wurde im vorliegenden Forschungsprojekt das Konzept des chemistry capital entwickelt und in die Forschungsliteratur eingeführt. Chemistry capital basiert auf der Forschung zu science capital nach Archer und Kollegen (2015). Chemistry capital konzeptualisiert die Ressourcen einer Person, die im Feld der Chemie Wert haben. Dies umfasst soziale Netzwerke (z. B. Kontakt zu einer Chemikerin/einem Chemiker), emotionale und kognitive Ressourcen (z. B. Chemie-Wissen und Einstellung gegenüber Chemie) sowie chemiebezogene Aktivitäten. Die qualitativen Analysen zeigten, dass das chemistry capital im häuslichen Umfeld die Schülerinnen und Schüler im Feld der Chemie auf vielfältige Weise beeinflusst. Dies unterstützt Hypothese 3 (h3). Weiterhin legen die Daten die Vermutung nahe, dass strukturelle Ungleichheiten im deutschen Schulsystem die Unterschiede in Chemie verstärken. Schülerinnen und Schüler mit wenig chemistry capital in ihrem häuslichen Umfeld besuchen tendenziell Schulen, in denen der Anteil an fachfremden Chemielehrkräften besonders hoch ist. Hierdurch wird diesen Schülerinnen und Schülern eine wichtige Quelle von chemistry capital vorenthalten. Im Gegensatz hierzu scheinen die Schülerinnen und Schüler, die bereits in ihrem häuslichen Umfeld über chemistry capital verfügen, tendenziell Schulen zu besuchen, in denen Chemie fast ausschließlich durch Fachlehrkräfte unterrichtet wird. Die Mixed-Methods-Analyse in der Hauptstudie legte die Vermutung nahe, dass zwischen Chemie-Selbstkonzept der Schülerinnen und Schüler und chemistry capital im häuslichen Umfeld kein linearer Zusammenhang besteht. Eine Studie mit größerem Stichprobenumfang basierend auf quantitativen (oder Mixed-Methods-) Analysen von chemistry capital im häuslichen Umfeld und Chemie-Selbstkonzept könnte tiefere Einblicke bieten. Es ist derzeit noch unklar, ob die dritte Hypothese (h3) wahr ist. Das vorliegende Forschungsprojekt treibt die chemie- und naturwissenschafts-didaktische Forschung also in dreifacher Hinsicht voran: (i) Es legt einen Ansatz für kultursensible Erforschung akademischer Selbstkonzepte vor. Dieser Ansatz verbesserte sowohl die Validität als auch die Erklärungskraft der Chemie-Selbstkonzeptforschung. Er ist nicht chemiespezifisch und kann daher in anderen Bereichen der Selbstkonzeptforschung genutzt werden. (ii) Ein Interaktionseffekt von Gender und Migrationshintergrund wurde entdeckt, der in der Literatur zuvor noch nicht beschrieben wurde. (iii) Das Konzept des chemistry capital wurde definiert und in die Literatur eingeführt. Es ermöglicht Analysen des Chemielernens aus einer soziokulturellen Perspektive. Der Fokus verschiebt sich von den individuellen Schülerinnen und Schülern hin zu den Ressourcen, über die eine Schülerin oder ein Schüler in seinem oder ihrem sozikulturellen Kontext verfügt und die sie oder ihn im Feld der Chemie unterstützen. Dies erlaubt es, soziale Ungleichheiten in dem Feld aufzudecken, mit denen sich die Bildungspolitik befassen muss. Weiterhin birgt chemistry capital das Potential, Interventionsstudien und anwendungsorientierte Forschung (z. B. Ansätze zu kultursensiblem Chemieunterricht) zu inspirieren.

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Author:Lilith Rüschenpöhler
Referee:Prof. Dr. Silvija Markic, Prof. Dr. Simone Abels, Prof. Dr. Rachel Mamlok-Naaman
Advisor:Prof. Dr. Silvija Markic
Document Type:Doctoral Thesis
Publishing Institution:Pädagogische Hochschule Ludwigsburg
Granting Institution:Pädagogische Hochschule Ludwigsburg, Fakultät für Kultur- und Naturwissenschaften
Date of final exam:2020/07/17
Release Date:2020/09/17
Year of Completion:2020
Tag:chemistry; chemistry capital; culture; gender; self-concept
GND Keyword:Gender; Leistungsmessung; Migrationshintergrund; Naturwissenschaften/Unterricht; Schulsystem; Sekundarstufe; empirische Studie
Faculties:Fakultät für Kultur- und Naturwissenschaften
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International