Evaluating the Effectiveness of Engaging School Children in Science (STEM) in the Context of Engagement and Motivational Theories: A Review of Research Strategies

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The discussion on the effectiveness of educational programs for engaging schoolchildren in science is necessary because there is a lack of development in Russia when it comes to describing the framework of such interventions and conducting empirical research on their effectiveness. The first part of the article gives an overview of key aspects of engagement concepts and popular motivational theories in education research. The second part examines 10 specific cases that demonstrate how research evaluates the effectiveness of educational interventions within these theoretical frameworks, focusing on tools and measurable concepts. Exploring foreign applied research in this area can contribute to popularizing the evidence-based approach and current concepts and research strategies for assessing specialized educational programs.

About the authors

Alexandra V. Filkina

National Research Tomsk State University

Email: lexia@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-7026-7059
SPIN-code: 4394-7293
Candidate Of Sociological Sciences, Researcher, Center for the Sociology of Education, Institute of Education Tomsk, Russia

Dmitry S. Klevtsov

National Research Tomsk State University

Email: klevtsov.tsu@mail.ru
SPIN-code: 2819-5592
Laboratory Assistant, Center for Sociology of Education, Institute of Education Tomsk, Russia

References

  1. Захарова А.Н., Троешестова Д.А., Ярдухин А.К. Взаимодействие вуза и школы в поддержке научно-исследовательской деятельности одаренных обучающихся как современное направление профориентационной работы // Человеческий капитал. 2022. № 1. С. 79-89. DOI: 10.25629/ HC.2022.01.08 EDN: LJRSIE
  2. Керша Ю.Д., Обухов А.С. Экспериментальное исследование роли онлайн-кружков в повышении мотивации и самоэффективности учащихся в естествознании // Интеграция образования. 2023. Т. 27. № 2. С. 208-226. doi: 10.15507/1991-9468.111.027.202302.208-226 EDN: KDAAFI
  3. Малошонок Н.Г., Щеглова И.А., Вилкова К.А., Абрамова М.О. Гендерные стереотипы и выбор инженерно-технического направления подготовки // Вопросы образования. 2022. № 3. С. 149-186. doi: 10.17323/1814-9545-2022-3-149-186 EDN: KQPQHC
  4. Технологическое образование школьников: актуальная ситуация и пути развития. Аналитический отчет за 2018 год. М.: Кружковое движение НТИ, Институт образования НИУ ВШЭ. — 129 с. [электронный ресурс]. Дата обращения 08.09.2023. URL: https://publications.hse.ru/pubs/share/direct/289430426.pdf
  5. Шмелева Е.Д., Фрумин И.Д. Факторы отсева студентов инженерно-технического профиля в российских вузах // Вопросы образования. 2020. № 3. С. 110-136. doi: 10.17323/1814-9545-2020-3-110-136 EDN: PLGUIG
  6. Ainley M., Ainley J. A Cultural Perspective on the Structure of Student Interest in Science. International Journal of Science Education. 2011. Vol. 33. No. 1. P. 51-71. doi: 10.1080/09500693.2010.518640
  7. Archer M., DeWitt J., Davenport C., Keenan O., Coghill L., Christodoulou A., Durbin S., Campbell H., Hou L. Going Beyond the One-Off: How Can STEM Engagement Programmes with Young People Have Real Lasting Impact? Research for All. 2021. Vol. 5. No. 1. P. 67-85. doi: 10.14324/RFA.05.1.07
  8. Bandura A. The Role of Self-Efficacy in Goal-Based Motivation. New Developments in Goal Setting and Task Performance. Ed. by E.A. Locke, G.P. Latham. N.Y.: Routledge, 2013. P. 147-157
  9. Check & Connect Student Engagement Intervention. About Check & Connect. The University of Minnesota. Accessed 15.11.2023. URL: https://checkandconnect.umn.edu/model/default.html
  10. Chittum J.R., Jones B.D., Akalin S., Schram A.B. The Effects of an Afterschool STEM Program on Students' Motivation and Engagement. International Journal of STEM Education. 2017. Vol. 4. No. 1. P. 1-16. doi: 10.1186/s40594-017-0065-4
  11. Drymiotou I., Constantinou C. P., Avraamidou L. Enhancing Students' Interest in Science and Understandings of STEM Careers: The Role of Career-Based Scenarios. International Journal of Science Education. 2021. Vol. 43. No. 5. P. 717-736. doi: 10.1080/09500693.2021.1880664
  12. Eccles J.S., Wigfield A. From Expectancy-Value Theory to Situated Expectancy-Value Theory: A Developmental, Social Cognitive, and Sociocultural Perspective on Motivation. Contemporary Educational Psychology.Vol. 61. P. 101859. doi: 10.1016/j.cedpsych.2020.101859
  13. Falk J.H., Meier D.D. Expanding the Boundaries of Informal Education Programs: An Investigation of the Role of Pre and Post-Education Program Experiences and Dispositions on Youth STEM Learning. Frontiers in Education. Frontiers Media SA. 2021. Vol. 6. P. 672487. doi: 10.3389/feduc.2021.672487
  14. Fredricks J.A. The Measurement of Student Engagement: Methodological Advances and Comparison of New Self-Report Instruments. Handbook of Research on Student Engagement. Cham: Springer International Publishing, 2022. P. 597-616. doi: 10.1007/978-3-031-07853-8_29
  15. Fredricks J.A., Blumenfeld P.C., Paris A.H. School Engagement: Potential of the Concept, State of the Evidence. Review of Educational Research. 2004. Vol. 74. No. 1. P. 59-109. doi: 10.3102/00346543074001059
  16. Fredricks J.A., Reschly A.L., Christenson S.L. Interventions for Student Engagement: Overview and State of the Field. Handbook of Student Engagement Interventions. 2019. P. 1-11. doi: 10.1016/B978-0-12-813413-9.00001-2
  17. Faber M., Unfried A., Eric N., Corn J., Walker L., Louise T. Student Attitudes Toward STEM: The Development of Upper Elementary School and Middle/ High School Student Surveys. 2013 ASEE Annual Conference & Exposition. 2013. P. 23-1094. doi: 10.18260/1-2--22479
  18. Gladstone J.R., Wigfield A., Eccles J.S. Situated Expectancy-Value Theory, Dimensions of Engagement, and Academic Outcomes. Handbook of Research on Student Engagement. Cham: Springer International Publishing, 2022. P. 57-76. doi: 10.1007/978-3-031-07853-8_3
  19. Godwin A. The Development of a Measure of Engineering Identity. Proceedings of the ASEE Annual Conference & Exposition. New Orleans, LA. 2016. doi: 10.18260/p.26122
  20. Gurcan F., Erdogdu F., Cagiltay N.E., Cagiltay K. Student Engagement Research Trends of Past 10 Years: A Machine Learning-Based Analysis of 42,000 Research Articles. Education and Information Technologies. 2023. Vol. 28. P. 1-25. doi: 10.1007/s10639-023-11803-8
  21. Halim L., Rahman N.A., Ramli N.A. M., Mohtar L.E. Influence of Students' STEM Self-Efficacy on STEM and Physics Career Choice. AIP Conference Proceedings. AIP Publishing. 2018. Vol. 1923. Iss. 1. No. 1. doi: 10.1063/1.5019490
  22. Hecht C.A., Harackiewicz J.M., Priniski S.J., Canning E.A., Tibbetts Y., Hyde J.S. Promoting Persistence in the Biological and Medical Sciences: An Expectancy-Value Approach to Intervention. Journal of Educational Psychology. 2019. Vol. 111. No. 8. P. 1462. doi: 10.1037/edu0000356
  23. Hidi S., Renninger K. A. The Four-Phase Model of Interest Development. Educational Psychologist. 2006. Vol. 41. No. 2. P. 111-127. doi: 10.1207/s15326985ep4102_4
  24. Kang J., Keinonen T., Simon S., Rannikmae M., Soobard R., Direito I. Scenario Evaluation with Relevance and Interest (SERI): Development and Validation of a Scenario Measurement Tool for Context-Based Learning. International Journal of Science and Mathematics Education. 2019. Vol. 17. No. 3. P. 1317-1338. doi: 10.1007/s10763-018-9930-y
  25. Kennedy T.J., Odell M.R.L. Engaging Students in STEM Education. Science Education International. 2014. Vol. 25. No. 3. P. 246-258.
  26. Lesperance K., Hofer S., Retelsdorf J., Holzberger D. Reducing Gender Differences in Student Motivational-Affective Factors: A Meta-Analysis of School-Based Interventions. British Journal of Educational Psychology. 2022. Vol. 92. No. 4. P. 1502-1536. doi: 10.1111/bjep.12512
  27. Li Y., Wang K., Xiao Y., Froyd J. E. Research and Trends in STEM Education: A Systematic Review of Journal Publications. International Journal of STEM Education. 2020. Vol. 7. No. 1. P. 1-16. doi: 10.1186/s40594-020-00207-6
  28. Maiorca C., Roberts T., Jackson C., Bush S., Delaney A., Mohr- Schroeder M.J., Soledad S.Y. Informal Learning Environments and Impact on Interest in STEM Careers. International Journal of Science and Mathematics Education. 2021. Vol. 19. P. 45-64. doi: 10.1107/s10763-019-10038-9
  29. Miller K., Sonnert G., Sadler P. The Influence of Students' Participation in STEM Competitions on Their Interest in STEM Careers. International Journal of Science Education, Part B. 2018. Vol. 8. No. 2. P. 95-114. doi: 10.1080/21548455.2017.1397298
  30. Murphy S., MacDonald A., Wang C.A., Danaia L. Towards an Understanding of STEM Engagement: A Review of The Literature on Motivation and Academic Emotions. Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education. 2019. Vol. 19. P. 304-320. doi: 10.1080/03057267.2022.2154997
  31. Pearson J., Giacumo L.A., Farid A., Sadegh M. A Systematic Multiple Studies Review of Low-Income, First-Generation, And Underrepresented, STEM-Degree Support Programs: Emerging Evidence-Based Models and Recommendations. Education Sciences. 2022. Vol. 12. No. 5. 333 p. doi: 10.3390/educsci12050333
  32. Renninger K.A., Hidi S.E. Interest Development, Self-Related Information Processing, and Practice. Theory into Practice. 2022. Vol. 61. No. 1. P. 23-34. doi: 10.1080/00405841.2021.1932159
  33. Reschly A.L., Christenson S.L. Jingle, Jangle, and Conceptual Haziness: Evolution and Future Directions in the Engagement Construct. Handbook of Research on Student Engagement. Ed. by Christenson S.L., Reschly A.L., Wylie C.A. N.Y.: Springer Science. 2012. P. 3-19. doi: 10.1007/978-1-4614-2018-7_1
  34. Reschly A.L., Christenson S.L. Jingle-Jangle Revisited: History and Further Evolution of the Student Engagement Construct. Handbook of Research on Student Engagement. Cham: Springer International Publishing. 2022. P. 3-24. doi: 10.1007/978-3-031-07853-8_1
  35. Ryan R.M., Deci E.L. Intrinsic and Extrinsic Motivation from a SelfDetermination Theory Perspective: Definitions, Theory, Practices, and Future Directions. Contemporary Educational Psychology. 2020. Vol. 61. P. 101860. doi: 10.1016/j.cedpsych.2020.101860
  36. Schmidt J.A., Beymer P.N., Rosenberg J.M., Naftzger N.N., Shumow L. Experiences, Activities, and Personal Characteristics as Predictors of Engagement in STEM-Focused Summer Programs. Journal of Research in Science Teaching. 2020. Vol. 57. No. 8. P. 1281-1309. doi: 10.1002/tea.21630
  37. Shahali E.H.M., Halim L., Rasul M.S., Osman K., Zulkifeli M.A. STEM Learning Through Engineering Design: Impact on Middle Secondary Students' Interest Towards STEM. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education. 2016. Vol. 13. No. 5. P. 1189-1211. doi: 10.12973/eurasia.2017.00667a
  38. Skinner E.A., Raine K.E. Unlocking the Positive Synergy Between Engagement and Motivation. Handbook of Research on Student Engagement. Cham: Springer International Publishing. 2022. P. 25-56. doi: 10.1007/978-3-031-07853-8_2
  39. Tablatin C.L.S., Casano J.D.L., Rodrigo M.M.T. Using Minecraft to Cultivate Student Interest in STEM. Frontiers in Education. 2023. Vol. 8. P. 1127984. doi: 10.3389/feduc.2023.1127984
  40. The MUSIC model of motivation. Accessed 17.11.2023. URL: https://www. themusicmodel.com/music_model/
  41. Tyler-Wood T., Knezek G., Christensen R. Instruments for Assessing Interest in STEM Content and Careers. Journal of Technology and Teacher Education. 2010. Vol. 18. No. 2. P. 345-368.
  42. Uggul M., Altiok S. You Are an Astroneer: The Effects of Robotics Camps on Secondary School Students' Perceptions and Attitudes Towards STEM. International Journal of Technology and Design Education. 2022. Vol. 32. P. 1679-1699. doi: 10.1007/s10798-021-09673-7
  43. Urhahne D., Wijnia L. Theories of Motivation in Education: An Integrative Framework. Educational Psychology Review. 2023. Vol. 35. No. 2. 45 p. doi: 10.1007/s10648-023-09767-9
  44. Van den Hurk A., Meelissen M., van Langen A. Interventions in Education to Prevent STEM Pipeline Leakage. International Journal of Science Education. 2019. Vol. 41. No. 2. P. 150-164. doi: 10.12973/eu-jer.8.3.753
  45. Weng X., Chiu T.K.F., Jong M.S.Y. Applying Relatedness to Explain Learning Outcomes of STEM Maker Activities. Frontiers in Psychology. 2022. Vol. 12. P. 800569. doi: 10.3389/fpsyg.2021.800569

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».