Gender Differences in Mathematically Intensive STEM Fields: Factors of Influence and Multiple Perspectives

Abstract

Women are less likely than men to choose mathematically intensive STEM careers (Eurostat, 2017; National Science Foundation, 2017). Because there are usually high status career options in these fields, such gender differences are critical for gender equity in rights and opportunities (European Commission, 2013; Noonan, 2017). Eccles et al.’s (1983) expectancy-value theory provides a powerful framework for investigating the question of why fewer women than men enter these careers. According to Eccles et al. (1983, 2009), gender differences in mathematically intensive STEM careers can be linked to early emerging gender differences in expectancy and value beliefs in mathematics, which are themselves rooted in gendered socialization processes. There is ample empirical support for these assumptions, and a variety of individual and environmental factors have been found to be associated with women’s lower participation in mathematically intensive STEM fields compared to men (see Wang & Degol, 2013; Wigfield et al., 2015). Nevertheless, important questions remain concerning the influence of critical individual and environmental factors. The present dissertation sought to address some of these questions: Using Eccles et al.’s (1983) expectancy-value theory as a guiding framework, the effects of two environmental factors that have the potential to reduce women’s participation in mathematically intensive STEM careers were investigated, namely gender-math stereotypes in the media and high school coursework requirements. Furthermore, expectancy and value beliefs, the most proximal constructs associated with STEM careers in Eccles et al.’s (1983) expectancy-value theory, were compared to prominent predictors in the area of work and vocational psychology (i.e., vocational interests) in terms of their relative predictive power on gendered STEM careers. To this end, three empirical studies were conducted as part of the present dissertation: Study 1 investigated the influence of gender stereotypes embedded in a children’s television program on girls’ and boys’ stereotype endorsement, math motivation, and math performance. For this purpose, a randomized study was conducted with a total of 335 fifth graders. Watching a short clip of gender-math stereotypes embedded in a television program increased girls’ and boys’ stereotype endorsement. However, there was no effect on girls’ math motivation, and only a small effect on boys’ motivation. Furthermore, no effects on math performance were found for either girls or boys. Thus, there was only partial support for short-term effects of gender stereotypes embedded in a television program on girls’ and boys’ math motivation and performance. Study 2 investigated whether encouraging young women to take advanced math courses in high school might bring more women into STEM careers. Young women are less likely than men to choose advanced math courses in high school, which has been linked to gender differences in STEM careers (Ceci, Ginther, Kahn, & Williams, 2014; Watt & Eccles, 2008). Therefore, the effects of a statewide educational reform in Germany that required all students to take advanced math courses were investigated. To this end, data from 4,730 students who participated in high school courses before the reform were compared with data from 4,715 students who participated in high school courses after the reform. The reform was associated with different effects for young women and men: Gender differences favoring young men were smaller in math achievement, but larger in math self-concept and STEMrelated vocational interests (i.e., realistic, investigative) in the cohort after the reform. Gender differences favoring young men in the choice of STEM majors at university did not differ between the two cohorts. Thus, it seems that encouraging young women to take advanced math courses in high school does not automatically increase gender equality in mathematically intensive STEM fields. Study 3 examined the relative predictive validity of expectancy-value constructs and vocational interests for gender differences in mathematically intensive STEM careers. Both sets of constructs are highly predictive of gender differences in mathematically intensive STEM careers (Schoon & Eccles, 2014; Su, Rounds, & Armstrong, 2009), but their relative predictive validity is unclear so far. To address this question, longitudinal data from 4,984 students in Germany at the end of high school and two years later were reanalyzed. Both expectancy-value constructs and vocational interests predicted math achievement and the choice of STEM majors, but there were important differences in their predictive validity: Whereas expectancy-value constructs were more predictive of math achievement, vocational interests were more predictive of the choice of different STEM majors. Gender differences at the mean levels of expectancy-value constructs and vocational interests partly explained gender differences in math achievement and the choice of a STEM major. Furthermore, whereas the predictive power of expectancy-value constructs for math achievement and the choice of different STEM majors was invariant over gender, the predictive power of vocational interests differed slightly between young women and men. Thus, expectancy-value constructs and vocational interests seem to contribute differently to young men’s and women’s STEM career pathways. The findings of the three studies are summarized and discussed within the broader research context. All three studies contribute to a better understanding of gender differences in mathematically intensive STEM careers, but also highlight the complexity of factors involved.

Es entscheiden sich deutlich weniger Frauen als Männer für einen Berufsweg innerhalb der mathematiknahen MINT-Fächer (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft, Technik; Eurostat, 2017; National Science Foundation, 2017). Da diese Branchen häufig sehr gute Karrierechancen bieten, sind solche Geschlechtsunterschiede problematisch im Hinblick auf die Chancengerechtigkeit von Frauen und Männern (European Commission, 2013; Noonan, 2017). Die Erwartungs-Wert-Theorie von Eccles et al. (1983) bietet ein umfassendes Modell, um unterschiedliche Berufswege von Frauen und Männern zu erklären. Eccles und Kollegen (1983, 2009) gehen davon aus, dass Geschlechtsunterschiede in mathematiknahen MINT-Berufswegen durch bereits früh auftretende Geschlechtsunterschiede in Erwartungs- und Wertüberzeugungen in Mathematik entstehen, welchen wiederrum geschlechtsspezifische Sozialisationsprozesse zugrunde liegen. Diese theoretischen Annahmen wurden empirisch vielfach überprüft und eine Vielzahl von individuellen und umweltbezogenen Faktoren wurden identifiziert, die mit Geschlechtsunterschieden in Berufswegen der mathematiknahen MINT Fächer zusammenhängen (siehe Wang & Degol, 2013; Wigfield et al., 2015). Nichtsdestotrotz sind wichtige Fragen hinsichtlich des Einflusses von bedeutsamen individuellen und umweltbezogenen Faktoren auf solche Geschlechtsunterschiede noch nicht beantwortet. Im Rahmen dieser Dissertation wurde daher einigen dieser zentralen Fragen nachgegangen. Eingebettet in den theoretischen Rahmen der Erwartungs-Wert-Theorie von Eccles et al. (1983) wurden zwei Umweltfaktoren untersucht, welche junge Frauen negativ in der Wahl eines mathematiknahen MINT-Berufswegs beeinflussen könnten: Zum einen Geschlechtsstereotype über Mathematik in den Medien und zum anderen Besonderheiten des Kurssystems in der gymnasialen Oberstufe. Zudem wurden Erwartungs- und Wertüberzeugungen, welche in der Erwartungs-Wert-Theorie von Eccles et al. (1983) proximal mit der Wahl eines MINT-Berufs zusammenhängen, mit zentralen Prädiktoren aus dem Bereich der Arbeits- und Organisationspsychologie (den beruflichen Interessen) im Hinblick auf ihre Vorhersagekraft für geschlechtsspezifische MINT-Berufswege verglichen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden deshalb drei empirische Studien durchgeführt: In Studie 1 wurde der Einfluss von Geschlechtsstereotypen in einer Kinderfernsehsendung auf die Zustimmung zu Geschlechtsstereotypen sowie die Motivation und Leistung in Mathematik von Mädchen und Jungen untersucht. Hierfür wurde eine randomisierte Studie mit insgesamt 335 Kindern der fünften Klasse durchgeführt. Das Ansehen eines kurzen Clips mit Geschlechtsstereotypen über Mathematik im Rahmen einer Fernsehsendung erhöhte sowohl bei den Mädchen als auch bei den Jungen die Zustimmung zu Geschlechtsstereotypen. Die Motivation der Mädchen für das Fach Mathematik wurde nicht beeinflusst, und die Motivation der Jungen nur teilweise. Auch die Mathematikleistung der Mädchen und Jungen wurde nicht beeinflusst. Die Ergebnisse deuten somit darauf hin, dass Geschlechtsstereotype in einer Fernsehsendung die Motivation und die Leistung von Mädchen und Jungen kurzfristig nur geringfügig beeinflussen. In Studie 2 wurde untersucht, ob die verpflichtende Belegung von Mathematikleistungskursen in der gymnasialen Oberstufe dazu führt, dass sich mehr junge Frauen für einen Berufsweg innerhalb der MINT-Fächer entscheiden. Junge Frauen belegen seltener Mathematikleistungskurse als junge Männer, was mit Geschlechtsunterschieden in der späteren Wahl von MINT-Berufen in Verbindung gebracht wird (Ceci, Ginther, Kahn, & Williams, 2014; Watt & Eccles, 2008). Daher wurden Effekte einer landesweiten Bildungsreform in Deutschland untersucht, durch welche alle Schülerinnen und Schüler dazu verpflichtet wurden Mathematikkurse auf Leistungskursniveau zu belegen. Hierzu wurden Daten von 4.730 Schülerinnen und Schülern, die Oberstufenkurse vor der Reform belegt hatten, mit Daten von 4.715 Schülerinnen und Schülern verglichen, welche Oberstufenkurse nach der Reform belegt hatten. Die Reform war mit differenziellen Effekten für junge Frauen und Männer verbunden: Unterschiede in der Mathematikleistung zugunsten junger Männer waren in der Kohorte nach der Reform geringer als in der Kohorte vor der Reform. Unterschiede im mathematischen Selbstkonzept und in Interessen im MINT-Bereich (praktisch-technische und intellektuell-forschende Interessen) zugunsten junger Männer waren nach der Reform jedoch noch größer als zuvor. Hinsichtlich der Wahl von MINTStudienfächern war das Geschlechterverhältnis in den Kohorten vor und nach der Reform vergleichbar, mit jeweils mehr jungen Männern als Frauen in diesen Studiengängen. Die Ergebnisse deuten somit darauf hin, dass die verpflichtende Belegung von Mathematikleistungskursen in der Oberstufe nicht automatisch die Anzahl von Frauen in mathematiknahen MINT-Fächern erhöht. In Studie 3 wurde die relative prädiktive Validität von Erwartungs- und Wertüberzeugungen sowie beruflichen Interessen für Geschlechtsunterschiede in mathematiknahen MINT-Berufswegen untersucht. Separat untersucht, weisen die Konstrukte alle eine gute Prognose der Geschlechtsunterschiede in Berufswegen innerhalb der mathematiknahen MINT-Fächer auf (Schoon & Eccles, 2014; Su, Rounds, & Armstrong, 2009), ihre relative Vorhersagekraft ist bislang allerdings unklar. Um dieser Frage nachzugehen, wurden längsschnittliche Daten von 4.984 Schülerinnen und Schülern in Deutschland am Ende der Oberstufe und zwei Jahre später reanalysiert. Sowohl Erwartungs- und Wertüberzeugungen als auch berufliche Interessen sagten die Mathematikleistung und die Wahl von MINT-Studienfächern vorher, wenn auch mit bedeutsamen Unterschieden: Während Erwartungs- und Wertüberzeugungen die Mathematikleistung besser vorhersagten, lieferten beruflichen Interessen eine bessere Prognose für die Wahl von verschiedenen MINTStudienfächern. Mittelwertsunterschiede zwischen Frauen und Männern in Erwartungs- und Wertüberzeugungen sowie beruflichen Interessen erklärten teilweise die Geschlechtsunterschiede in der Mathematikleistung und der Wahl eines MINT-Studienfachs. Die Vorhersagekraft von Erwartungs- und Wertüberzeugungen für die Mathematikleistung und die Wahl eines MINT-Studienfachs war für junge Frauen und Männer vergleichbar, die Vorhersagekraft der beruflichen Interessen unterschied sich jedoch leicht zwischen jungen Frauen und Männern. Erwartungs- und Wertüberzeugungen und berufliche Interessen scheinen somit unterschiedlich zu Berufswegen im MINT Bereich von jungen Frauen und Männern beizutragen. Die Ergebnisse der drei Studien werden abschließend zusammengefasst und im Rahmen ihres breiteren Forschungskontextes diskutiert. Alle drei Studien tragen zu einem besseren Verständnis von Geschlechtsunterschieden in Berufswegen der mathematiknahen MINT-Fächer bei, betonen allerdings auch die Komplexität der beteiligten Faktoren.