Мотивация учащихся к изучению естественных наук: межстрановой анализ взаимосвязи с уровнем естественно-научной грамотности

Введение

Производство и эффективное использование научных знаний — ключевое условие благополучия человечества, его способности успешно отвечать на большие вызовы. Высокий темп освоения знаний в области естественных наук для создания новых технологий — важнейший фактор, определяющий конкурентоспособность национальной экономики и безопасность страны.

Естественно-научное образование является центральным элементом экономики знаний [Taştan]. Качество образования в области естественных наук непосредственно связано с прогрессом в развитии науки в большинстве стран. По этой причине развитые страны прилагают немало усилий для создания эффективной системы естественно-научного образования, начиная со школьного уровня [Taştan]. Кроме того, они ставят задачу поддержки мотивации учащихся к изучению естественных наук и развитию их талантов в этой области [Chandrasena].

Естественно-научная грамотность — одна из трех областей внимания международного исследования PISA — признанного инструмента сравнительной оценки конкурентоспособности национальных систем образования. PISA измеряет навыки использования 15-летними подростками научных знаний. Результаты российских школьников в исследованиях естественно-научной грамотности PISA на протяжении нескольких циклов находятся на низком уровне, что вызывает обоснованное беспокойство [Результаты международного сравнительного]. По результатам исследования PISA-2018, достижения россиян в этой области ниже, чем по математической и читательской грамотности [В каком направлении].

Повышение уровня естественно-научной грамотности российских школьников — приоритетная задача, в том числе в контексте цели Национального проекта «Образование» — вхождение России в число 10 стран с наиболее высоким качеством общего образования. Поиск резервов роста качества естественно-научного образования — важное направление исследовательской и аналитической работы. В качестве одного из наиболее важных факторов не только для формирования естественнонаучной грамотности, но и привлечения школьников в профессии данной предметной области позиционируются интерес и мотивация к изучению естествознания. [Aeschlimann; Fortier; OECD.PISA 2015, 2016]. В международном контексте разрабатываются и внедряются специализированные программы и проекты, направленные на повышение мотивации как в сфере естествознания, так и в других школьных предметах [Hulleman; Kuo; Wigfield; Wijsman, 2019]. Однако не всегда повышение мотивации оказывается связанным с улучшением академических результатов, особенно для естествознания [Spinath].

В целом взаимосвязь учебной мотивации с академическими результатами изучена достаточно хорошо во многих исследовательских работах. Менее проработанным является вопрос об особенностях структуры мотивации и силе взаимосвязи отдельных видов мотивации с учебными достижениями в различных условиях. Открытым является вопрос, какие именно контекстные характеристики связаны с различающейся силой эффекта мотивации на достижения.

Между тем имеющиеся работы свидетельствуют о перспективе данного направления исследовательского поиска. Например, исследование, посвященное кросс-культурным сравнениям некогнитивных конструктов в мо­ниторингах TIMSS и PISA, показало наличие положительной связи мотивации (инструментальной и интереса к предмету) с результатами PISA в большинстве включенных в анализ стран [He]. Что более важно, сила взаимосвязи этих двух конструктов с академическими достижениями оказалась неодинаковой в разных странах. Мотивация сильнее связана с достижениями PISA в таких странах, как Корея, Ирландия и Австралия, и в меньшей степени — в Аргентине и Чили. Исследователи предполагают, что силу этой взаимосвязи может определять социально-экономическое развитие стран. В свою очередь, подобные различия в силе связи в зависимости от странового контекста свидетельствуют о том, что в разных странах рост достижений с помощью повышения мотивации может быть неодинаковым: программы по повышению мотивации учащихся будут более эффективны в странах, где сила взаимосвязи выше.

Другое исследование на данных PISA, посвященное сравнению азиатских и западных стран, показало важность инструментальной мотивации в зависимости от культурного контекста. Для стран Запада была выявлена значимая положительная связь мотивации и достижений, в то время как в странах Азии взаимосвязь не была подтверждена [Ross]. Внутренняя мотивация, наоборот, предсказывала увеличение баллов для азиатских стран, а для выборки западных стран результаты не были столь согласованными.

Еще одним фактором, отвечающим за различия в силе связи между мотивацией и академическими достижениями в области естествознания, может быть непосредственно уровень последних. Было выявлено, что прирост в результатах при изменении мотивации оказывается выше для школьников, демонстрирующих низкий уровень естественно-научной грамотности. То есть эффект интервенций по повышению достижений через мотивацию должен быть выше среди тех, кто показывает низкие академические результаты в естествознании [Gamboa]. Это же может относиться и к средним показателям школьников по странам: там, где средние баллы учащихся по естествознанию ниже, программы повышения мотивации могут работать эффективнее.

Наиболее перспективными для изучения дифференцированного эффекта мотивации на академические достижения являются масштабные сравнительные международные исследования качества образования, в особенности PISA, включающие мотивацию в состав измеряемых факторов академических достижений среди нескольких стран [Nagengast]. Следует отметить, что в имеющихся исследованиях причин отставания российских школьников по уровню естественно-научной грамотности вопросы мотивации и потенциал ее повышения пока не попадали в фокус внимания [Результаты международного сравнительного; Состояние естественнонаучного образования]. Какова сила связи разных видов мотивации с достижениями российских школьников в области естественно-научной грамотности PISA и в какой мере повышение отдельных видов мотивации потенциально может способствовать росту образовательных результатов — остается пока неизвестным. Ответы на эти вопросы помогут более обоснованно выбирать программы по повышению мотивации для роста естественно-научной грамотности в стране.

Таким образом, в данной работе проводится сравнительный межстрановой анализ на данных исследования PISA-2015 с целью изучения взаимосвязи различных видов мотивации с академическими результатами. Сравнение будет проведено между Россией и странами с наиболее высоким качеством естественно-научного образования.

В данной работе мы стремимся получить ответы на следующие исследовательские вопросы:

1.   Как различаются средние показатели мотивации по данным PISA в России и в странах-лидерах в области естественных наук?

2.   Как связаны результаты PISA по естественно-научной грамотности с уровнем различных видов мотивации учащихся в России и группе стран-лидеров? 3. Как различается сила взаимосвязи различных видов мотивации с результатами PISA по естественно-научной грамотности в России и группе стран-лидеров?

Методология исследования

Для измерения уровня мотивации учащихся были использованы данные сравнительного международного исследования PISA-2015. В 2015 году естественно-научная грамотность и организация образования 15-летних школьников в области естественных наук были в фокусе исследования. По этой причине в анкеты был включен блок вопросов, позволяющих оценить ряд аспектов, связанных с изучением естественно-научных дисциплин, в том числе и мотивацию.

Анализ проводился в два этапа. На первом этапе был проведен анализ с расчетом описательной статистики по России и странам-лидерам. На втором этапе проводился межстра­новой многоуровневый регрессионный анализ связи результатов PISA по естествознанию с мотивацией учащихся. Для анализа были отобраны страны-лидеры в естественных науках, которые являются основными конкурентами России: Китай, США, Япония, Канада, Великобритания, Германия, Эстония. Критериями отбора стран выступили результаты PISA по естествознанию — выше среднего по странам- участникам исследования [Peña-López], а также совокупная публикационная активность в области естественных наук — первая десятка стран [Россия в рейтинге].

В построенных регрессионных моделях в качестве зависимой переменной выступали баллы PISA-2015 по естествознанию, а независимыми переменными были стандартизированные индексы трех видов мотивации учащихся, измеряемых в PISA: инструментальной мотивации; мотивации, ориентированной на академические достижения; мотивации, выраженной через интерес к изучению естественных наук. Индексы каждого из видов мотивации составлялись на основе блока вопросов. Индекс инструментальной мотивации был составлен из 4 вопросов анкеты PISA, связанных с желанием учащихся строить карьеру в области естественных наук. Индекс мотивации, ориентированной на достижения, был составлен из 5 вопросов анкеты, где учащиеся указывали, хотят ли они учиться лучше всех в классе по большинству предметов, считают ли они себя амбициозными и нацеленными на поиск лучших возможностей после выпуска из учебного заведения. Индекс мотивации, направленной на определение интереса учащихся к углубленному изучению естественных наук, был составлен на базе 5 вопросов анкеты, показывающих желание учащихся углубленно изучать дисциплины естественно-научного цикла, а также получать удовольствие от изучения естественно-научных материалов «продвинутого» уровня. Более подробно методика расчета индексов отражена в технической документации PISA [OECD.Scaling Procedures, 2017]. Стоит отметить, что данные индексы являются сопоставимыми в разных странах и имеют хорошие психометрические показатели, доказывающие высокое качество инструмента [He; OECD.Scaling Procedures, 2017].

В качестве контрольных переменных в моделях использовались социально-демографические характеристики учащихся: пол, размер населенного пункта проживания (города- миллионники взяты за референтную группу), индекс социально-экономического и культурного статуса семьи. Также учитывалась характеристика размера школы, выраженная общим количеством учащихся.

Результаты

Для ответа на первый исследовательский вопрос был проведен описательный анализ по трем видам мотивации среди России и семи стран- лидеров в естественно-научном образовании (см. таблицу). Результаты расчетов показывают, что в среднем мотивация российских школьников к естествознанию даже выше, чем в некоторых странах-лидерах, от которых Россия значительно отстает в баллах PISA. Наиболее высокие показатели у россиян в сопоставлении с други ми странами по инструментальной мотивации — учащиеся значимо опережают сверстников из Германии, Японии и Эстонии. Что касается мотивации на достижения и интереса к предмету, то представители России оказываются более мотивированными, чем школьники в Германии и Японии.

Результаты многоуровневого регрессионного анализа в каждой из стран представлены в виде изменения баллов PISA при росте разных видов мотивации на одно стандартное отклонение (см. рис. 1). Проведенный анализ показал, что исследуемые виды мотивации связаны с академическими достижениями PISA по естествознанию неодинаково, а сила взаимосвязи различается в России и странах-лидерах.

Баллы PISA-2015 по естествознанию почти во всех странах оказались отрицательно связаны с инструментальной мотивацией. Исключением стала только Великобритания, где повышение данного типа мотивации связано с небольшим увеличением баллов тестирования. Другие виды мотивации, связанные с академическими достижениями и интересом к изучению естественных наук, наоборот, положительно связаны с баллами по естествознанию во всех рассматриваемых странах, что означает прирост в результатах при увеличении мотивации.

Наибольшую взаимосвязь с академическими достижениями в естествознании показывает интерес к изучению предметов естественно-на­
учного цикла. В России тем не менее данная взаимосвязь по сравнению с другими странами является одной из наиболее слабых. Другими словами, повышение интереса к изучению естествознания для российских учащихся связано с меньшим приростом баллов PISA, нежели для представителей других стран. Например, при прочих равных рост интереса к естественным наукам связан с повышением PISA в 13 баллов для российских школьников и более 20 баллов в США, Канаде, Эстонии и Германии. Лидером в данном вопросе является Великобритания с приростом в 27 баллов, что вдвое превышает показатели России. Примечательно, что при этом в России не самый низкий средний у ровен ь интереса учащихся к изучению естествознания. Тем не менее даже в странах с более низким интересом к естествознанию в целом (Япония и Германия) сила его связи с баллами PISA оказывается значительно выше, чем в России.

Таблица

Описательная статистика (Россия и страны-лидеры)

 Рис. 1. Изменение баллов PISA по естествознанию при росте разных видов мотивации (результаты регрессионного анализа)

В случае мотивации, ориентированной на академические достижения, у российских школьников наряду с эстонскими заметен наибольший прирост в результатах. Выделяется на фоне других стран только Япония, в которой отсутствует значимая взаимосвязь данного типа мотивации и естественно-научной грамотности.

Стоит отметить, что при попытке выявить причины отрицательной взаимосвязи инструментальной мотивации с результатами PISA для российской выборки была обнаружена нелинейность данной связи (см. рис. 2). Наиболее высокие достижения по естествознанию показывают учащиеся с самым высоким и низким уровнем этого типа мотивации. Этим обусловлен незначительный разрыв в результатах учащихся с высокой и низкой мотивацией: разница в достижениях групп 10% учащихся с наиболее высокой и наиболее низкой мотивацией к построению карьеры в естественно-научной сфере составляет менее 1 балла. В то же время при среднем уровне инструментальной мотивации результаты учащихся в PISA-2015 могут быть более низкими. Из-за такого типа взаимосвязи при моделировании линейной модели был получен отрицательный коэффициент. Однако, как видно из результатов дополнительного анализа, связь инструментальной мотивации с академическими достижениями оказалась сложнее и имеет нелинейную форму.

Таким образом, наличие в большинстве случаев положительной взаимосвязи внутренней мотивации с результатами PISA позволяет считать, что повышение уровня мотивации может быть потенциальным направлением в работе по росту естественно-научной грамотности школьников. В данном исследовании вопрос о фактической причинно-следственной связи мотивации с достижениями не затрагивается. Тем не менее слабая взаимосвязь интереса к предмету и уровня естественно-научной грамотности в России побуждает искать ответ на вопрос о путях и препятствиях конвертации ресурса данного вида мотивации в академические результаты.

Рис. 2. Связь баллов PISA-2015 по естествознанию и инструментальной мотивации (Россия)

Выводы

Данное исследование позволило выявить особенности связи между различными видами мотивации учащихся к изучению естествознания и достижениями в области естественнонаучной грамотности PISA в России и странах-лидерах в области естественных наук. Полученные результаты могут иметь значение в контексте дискуссии о потенциальных способах роста образовательных результатов.

Проведенный анализ показал, что внутренняя мотивация значимо связана с образовательными результатами учащихся как в России, так и в странах-естественно-научных лидерах. В проанализированных странах именно интерес к предмету оказался сильнее всего связан с ростом баллов в PISA. Это соответствует исследованиям, подтверждающим, что единственным стабильным фактором достижений среди всех видов мотивации является именно интерес к предмету [Taylor]. При этом у российских учащихся увеличение данного вида мотивации в среднем связано с гораздо меньшим приростом образовательных результатов по сравнению с общепризнанными странами-лидерами в области естественных наук. Даже в странах, где интерес к изучению естествознания ниже, чем в России, школьники тем не менее получают больший результат от повышения мотивации.

Выявленная особенность интересна тем, что при низких академических достижениях предполагалась более сильная взаимосвязь с мотивацией, чем в случае высоких достижений [Gamboa]. Это вызывает вопросы о том, что именно препятствует повышению естественно-научной грамотности российских школьников при наличии интереса к предмету и перспектив роста баллов. Одним из вероятных объяснений является устаревшее содержание российских программ образования в области естественных наук. Существующие программы и пособия мало ориентированы на применение знаний и умений учащихся для решения конкретных задач и не содержат исследовательского и экспериментального компонентов, необходимых для успешного освоения материала [В каком направлении; Ковалёва; Образовательные результаты и]. В этом плане изучение связи внутренней мотивации с содержанием программ и практик преподавания естественных наук может быть перспективным для подбора эффективных программ улучшения результатов.

Одновременно с этим в России была обнаружена одна из самых сильных взаимосвязей между естественно-научной грамотностью и мотивацией, ориентированной на академические достижения. Это делает актуальным проведение экспериментальных исследований для оценки потенциальной возможности влияния программ повышения именно данного вида мотивации на рост естественно-научной грамотности в российском контексте.

В обоих случаях внимания заслуживает изучение связи уровня мотивации и достижений с дополнительными занятиями естественными науками. Их роль уже известна по ряду экспериментальных исследований [Eastwell; Fenichel; Wu]. Сектор дополнительного образования характеризуется обширными возможностями применения интерактивных средств обучения, использования оборудования для естественно-научных экспериментов и исследований, наличием большого числа конкурсных мероприятий, что может компенсировать недостаток практикоориентированности школьных занятий. Программы повышения мотивации на основе использования цифровой среды также показывают хорошие результаты применения [Kuo; Spandana]. В условиях роста масштаба государственной поддержки дополнительного образования и цифровизации образования в целом оценки сравнительной эффективности тех или иных подходов позволят сделать инвестиции более эффективными.