[论文解读] Group roles in unstructured labs show inequitable gender divide

Katherine N. Quinn, Michelle M. Kelley+4 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2020

Science Education and Pedagogy参考文献 3被引用 4

一句话总结

本研究通过物理实验课中的行为量化分析发现，在非结构化的探究式实验中，即使未明确分配角色，男性和女性学生也会系统性地承担不同的小组角色：男性更可能参与‘其他’类任务并操作实验设备，而女性使用笔记本电脑的频率高于小组平均水平。相比之下，在高度结构化的传统实验中，未观察到此类性别化的角色分工，凸显了在小组协作中主动设计以预防不平等动态的必要性。

ABSTRACT

Instructional labs are being transformed to better reflect authentic scientific practice, often by removing aspects of pedagogical structure to support student agency and decision-making. We explored how these changes impact men's and women's participation in group work associated with labs through clustering methods on the quantified behavior of students. We compared the group roles students take on in two different types of instructional settings; (1) highly structured traditional labs, and (2) less structured inquiry-based labs. Students working in groups in the inquiry-based (less structured) labs assumed different roles within their groups, however men and women systematically took on different roles and men behaved differently when in single- versus mixed-gender groups. We found no such systematic differences in role division among male and female students in the traditional (highly-structured) labs. Students in the inquiry-based labs were not overtly assigned these roles, indicating that the inequitable division of roles was not a result of explicit assignment. Our results highlight the importance of structuring equitable group dynamics in educational settings, as a gendered division of roles can emerge without active intervention. As the culture in physics evolves to remove systematic gender biases in the field, instructors in educational settings must not only remove explicitly biased aspects of curricula but also take active steps to ensure that potentially discriminatory aspects are not inadvertently reinforced.

研究动机与目标

• 探究性别如何影响学生在物理实验课小组合作中的角色分配。
• 比较非结构化探究式实验与高度结构化的传统实验中的角色动态差异。
• 确定在协作学习环境中，若无明确角色分配，性别化角色分工是否会自然出现。
• 评估小组构成（单性别或混合性别）是否影响任务分工程度或性别化行为模式。
• 通过识别实验结构如何影响协作中公平参与与身份发展，为教育设计提供建议。

提出的方法

• 使用12种不同的行为编码对实验小组中学生行为进行行为编码，包括‘桌面操作’（Desktop）、‘实验设备’（Equipment）、‘笔记本电脑’（Laptop）和‘其他’（Other）等类别。
• 通过平均绝对偏差计算小组层面的预期行为：⟨N_code⟩_G = (1/M_G) × Σ N_code^S，其中S为小组G中的所有学生，M_G为小组人数。
• 计算个体与小组平均值的偏差：ΔN_code^S = N_code^S − ⟨N_code⟩_G。
• 使用组内方差（VAR(ΔN)）量化组内任务分工程度，方差越高表示角色分化越明显。
• 应用非参数Mann-Whitney U检验比较男性与女性偏差分布的差异。
• 使用Levene检验评估不同小组构成下方差的齐性，检验任务分工是否因性别构成而异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非结构化的探究式物理实验中，男性和女性是否与高度结构化的传统实验相比承担不同的角色？
• RQ2 实验中的性别化劳动分工是源于明确的角色分配，还是在协作环境中自然形成的？
• RQ3 小组构成（单性别或混合性别）如何影响任务分工程度及性别化行为模式？
• RQ4 男性与女性在使用特定实验工具或承担特定职责（如笔记本电脑或实验设备）方面是否存在显著差异？
• RQ5 实验教学结构的高低是否影响不平等角色分工的出现？

主要发现

• 在探究式实验中，男性在‘其他’类活动上的参与显著高于其小组平均值（p = 0.009），表明其系统性地承担非核心任务角色。
• 在混合性别小组中，女性使用笔记本电脑或个人设备的频率高于其组员（p = 0.001），表明其在数字数据处理中承担了独特角色。
• 在混合性别小组中，男性在实验设备操作上的行为略高于其小组平均值（p = 0.012），表明其可能被非正式地指派为动手操作角色。
• 探究式实验中各类行为编码的组内方差显著高于传统实验（除‘纸张’外所有编码的p < 10^-5），证实非结构化环境中角色分化更明显。
• 在所有行为编码中，不同小组构成下的组内方差无显著差异（p > 0.01），表明任务分工不受小组为单性别或混合性别影响。
• 在高度结构化的传统实验中未观察到系统性的性别化角色分工，表明教学结构可抑制不平等角色动态的出现。