Comparing major declaration, attrition, migration, and completion in physics with other STEM disciplines

Dit onderzoek toont aan dat fysica aan een grote Amerikaanse openbare universiteit de laagste inschrijvingsaantallen, de hoogste uitvalpercentages en het laagste percentage vrouwelijke studenten heeft onder STEM-vakken, wat wordt toegeschreven aan een onrechtvaardige en niet-inclusieve cultuur.

De kern

Stel je voor dat een universiteit een enorm, drukke stad is met verschillende wijken (de vakgebieden). Sommige wijken, zoals "Techniek" of "Biologie", zijn volgepakt met mensen. Andere wijken, zoals "Fysica" (de studie van de natuurkunde), zijn juist heel klein en leeg.

Deze studie is als een detectiveverhaal dat 10 jaar lang de bewoners van deze stad heeft gevolgd. De onderzoekers keken naar drie dingen:

1. Wie kiest voor welke wijk? (Aanmelding)
2. Wie stapt er weer uit? (Afweging/Verlaten)
3. Wie komt er daadwerkelijk aan bij het einddoel? (Afstuderen)

Hier is wat ze ontdekten, vertaald naar alledaagse taal:

1. De "Fysica-wijk" is een eenrichtingsverkeer

In de meeste vakgebieden is het verkeer tweerichting. Als iemand uit de wijk "Wiskunde" vertrekt, kan hij of zij later misschien toch weer naar "Fysica" verhuizen. Maar bij Fysica is het anders.

• Het probleem: Fysica heeft de minste studenten van alle wetenschappelijke vakken.
• De uitstroom: Van de mensen die Fysica kiezen, vertrekt er een enorm groot deel weer. Het is alsof je een deur openzet en iedereen er direct weer uit loopt.
• De instroom: Er komen bijna geen nieuwe mensen die eerst een ander vak hadden en dan naar Fysica verhuizen. Het is een eenrichtingsverkeer: mensen komen binnen, maar de meeste lopen weer weg.

2. Het "Genie-mysterie" en de vrouwen

De onderzoekers keken ook naar mannen en vrouwen. Ze ontdekten dat in Fysica (en Informatica) de verhouding heel scheef is: het zijn bijna allemaal mannen.

• De analogie: Stel je voor dat er een gerucht rondgaat in de stad: "Alleen mensen met een superbrein en een mannelijk DNA kunnen hier overleven."
• Het gevolg: Veel vrouwen (en mannen die niet denken dat ze een "superbrein" hebben) voelen zich niet welkom. Ze denken: "Dit is niet voor mij, dit is voor de genieën." Zelfs als ze het leuk vinden, laten ze zich intimideren door dit idee. Hierdoor kiezen ze voor andere wijken waar het gevoel van "je moet een genie zijn" minder sterk is.

3. De eerste stap is de valkuil

Veel studenten komen met goede bedoelingen. Ze willen Fysica doen. Maar dan komen ze in hun eerste jaar bij de grote, koude collegezalen.

• De ervaring: De onderzoekers zeggen dat de eerste lessen vaak niet helpen om de passie te ontsteken. Integendeel, ze kunnen de vonk doven.
• De cultuur: In grote universiteiten denken sommige docenten soms: "Als je slim bent, red je het wel. Als je niet redt, moet je maar weg." Dit is als een trainer die zegt: "Als je niet direct de top haalt, mag je het veld verlaten."
• Het resultaat: Studenten die misschien wel talent hadden, maar net wat meer steun of een vriendelijkere omgeving nodig hadden, geven op. Ze vertrekken naar Wiskunde of Informatica, maar niemand komt terug naar Fysica.

4. Wat gebeurt er met de mensen die weggaan?

De meeste studenten die Fysica verlaten, doen twee dingen:

1. Ze studeren helemaal niets af (ze haken helemaal af).
2. Ze gaan naar een ander vak, vaak Wiskunde of een niet-wetenschappelijk vak.
   Het is alsof ze een bootje nemen dat lek is; ze springen overboord en zwemmen naar een ander, veiliger schip. Niemand zwemt echter terug naar het lekke bootje van Fysica.

De conclusie: Het is een cultuurprobleem, geen intelligentieprobleem

De onderzoekers zeggen: "Het is niet zo dat de studenten niet slim genoeg zijn."
Het probleem is de cultuur in de Fysica-wijk.

• Er is te weinig aandacht voor het helpen van studenten.
• Er zijn te veel vooroordelen over wie er "bij" hoort (alleen mannen, alleen genieën).
• Er is te weinig enthousiasme om nieuwe studenten te werven en vast te houden.

Wat moet er gebeuren?
De universiteit moet stoppen met wachten tot de "genieën" vanzelf komen. Ze moeten actief de deuren openzetten, zorgen dat de eerste lessen leuk en ondersteunend zijn, en laten zien dat je niet het brein van Einstein nodig hebt om Fysica te doen. Als ze dat doen, kunnen meer mensen (vooral vrouwen) de wijk Fysica binnenkomen, er blijven wonen en uiteindelijk hun diploma halen.

Kortom: Fysica is een prachtige plek om te wonen, maar de borden aan de ingang en de manier waarop de bewoners worden ontvangen, zorgen ervoor dat bijna niemand er blijft.

Technische samenvatting

Probleemstelling

De studie adresseert het aanhoudende probleem van ondervertegenwoordiging en ongelijkheid binnen de STEM-disciplines (Wetenschap, Technologie, Ingenieurswetenschappen en Wiskunde) in de Verenigde Staten, met een specifieke focus op de natuurkunde. Hoewel er veel onderzoek is gedaan naar historische bronnen van ongelijkheid, ontbreekt het vaak aan kwantitatieve analyses op basis van lange-termijn institutionele data die inzicht geven in de dynamiek van inschrijving, uitval (attrition), migratie tussen majors en het behalen van diploma's.

De auteurs stellen dat de cultuur in de natuurkunde, vooral aan grote onderzoekuniversiteiten, vaak gekenmerkt wordt door een gebrek aan inclusiviteit en een "deficit-denken" onder faculteitsleden. Dit leidt tot een cultuur waarin studenten die niet gepland hebben om een doctoraat te volgen, niet worden gesteund. Stereotypen over "briljantie" (het idee dat natuurkunde alleen toegankelijk is voor uitzonderlijk intelligente mannen) worden geïdentificeerd als een belangrijke barrière, vooral voor vrouwen en studenten uit etnische minderheidsgroepen. De centrale vraag is of de data over inschrijving, uitval en voltooiing wijzen op een systematisch onbillijke cultuur in de natuurkunde in vergelijking met andere STEM-vakken.

Methodologie

• Data: De studie gebruikt 10 jaar aan gedetailleerde, geanonimiseerde institutionele data van een grote, publieke onderzoekuniversiteit in de VS.
• Steekproef: De dataset omvat N = 18.319 undergraduate studenten uit de School of Engineering en de School of Arts and Sciences. De steekproef bestaat uit tien cohorten die in de herfst zijn gestart en ofwel zijn afgestudeerd of de universiteit ten minste een jaar niet meer hebben bezocht (per lente 2019).
  • Demografie: 49,9% vrouw, 77,7% blank, 11,1% Aziatisch, 6,8% zwart, 2,5% Spaans/Amerikaans.
• Analyse-eenheden: Studenten werden gegroepeerd op basis van hun aangegeven geslacht (man/vrouw, zoals door de universiteit geregistreerd) en hun aangekondigde major.
• Categorieën: STEM-majors werden gegroepeerd in clusters:
  • Biologische wetenschappen (inclusief neurowetenschappen).
  • Informatica en Ingenieurswetenschappen.
  • Wiskunde en natuurwetenschappen (Wiskunde, Chemie, Natuurkunde/Astronomie, Geologie).
  • Niet-STEM (Economie, Psychologie en overige).
• Metriek: De auteurs berekenden de volgende indicatoren per major en geslacht:
  1. Aantal studenten dat een major ooit heeft aangekondigd.
  2. Uitvalpercentage (aandeel studenten dat de major heeft verlaten na aankondiging).
  3. Migratiepatronen (waarheen studenten gaan na het verlaten van een major).
  4. Voltooiingspercentage (aandeel studenten dat uiteindelijk een diploma haalt in de aangekondigde major).
• Statistiek: Analyses zijn uitgevoerd in R, met berekening van proporties en standaardfouten.

Belangrijkste Resultaten

1. Inschrijvingspatronen (Major Declaration)

• Aantal studenten: Natuurkunde heeft het laagste aantal studenten van alle STEM-disciplines.
• Geslachtsverdeling: Natuurkunde en Informatica hebben de laagste vertegenwoordiging van vrouwen (ongeveer 20% vrouwen in natuurkunde). In tegenstelling hiermee zijn biologische wetenschappen en chemie meer gebalanceerd.
• Tijdstip van aankondiging: De meeste studenten kondigen hun major aan in het tweede jaar (term 3-4). Uitzonderingen zijn Ingenieurswetenschappen (direct bij inschrijving) en Informatica (later, na het voltooien van kernvakken).

2. Uitval (Attrition)

• Hoogste uitval: Natuurkunde heeft het hoogste uitvalpercentage van alle STEM-disciplines. Meer dan één derde van de studenten die natuurkunde aankondigt, stopt ermee.
• Vergelijking: Wiskunde en Chemie hebben ook hoge uitvalpercentages, maar natuurkunde staat bovenaan. Informatica heeft een lage uitval, maar dit wordt deels toegeschreven aan de late aankondiging (studenten die uitvallen voordat ze officieel mogen aankondigen, worden niet meegeteld).
• Geslacht: Hoewel de uitvalpercentages voor mannen en vrouwen binnen dezelfde major vaak vergelijkbaar lijken, suggereren interviews dat vrouwen vaker besluiten natuurkunde niet als major te kiezen na hun eerstejaarscursussen, zelfs als ze dat oorspronkelijk wel van plan waren.

3. Migratie (Migration)

• Unidirectionele stroom: Een cruciale bevinding is dat de migratie in natuurkunde unidirectioneel is. Er is een grote uitstroom van studenten uit natuurkunde naar andere vakken (vooral wiskunde en ingenieurswetenschappen), maar er is bijna geen instroom van studenten die een andere major hebben verlaten om naar natuurkunde over te stappen.
• Bestemming: Studenten die natuurkunde verlaten, eindigen vaak in wiskunde, ingenieurswetenschappen of zonder diploma.

4. Voltooiing (Degree Completion)

• Laagste voltooiing: Natuurkunde heeft het laagste percentage studenten dat uiteindelijk een diploma haalt in de aangekondigde major (ongeveer 65% voor alle studenten, lager dan Informatica met ~88% en Psychologie met ~94%).
• Geslachtsverschil: Er is een opvallend verschil in voltooiing binnen natuurkunde: 75% van de vrouwen die natuurkunde aankondigen, haalt het diploma, tegenover 63% van de mannen. De auteurs waarschuwen echter dat dit statistisch moeilijk te interpreteren is vanwege de kleine steekproefgrootte bij vrouwen in deze discipline.

Bijdragen en Conclusies

Kernbevindingen:
De studie toont aan dat natuurkunde een unieke positie inneemt binnen de STEM-wereld: het heeft de kleinste instroom, de hoogste uitval, de minst gebalanceerde geslachtsverdeling (naast Informatica) en een unidirectionele uitstroom van studenten. Deze patronen worden geïnterpreteerd als een "handtekening" van een onbillijke en niet-inclusieve cultuur.

Oorzaken:
De auteurs koppelen deze resultaten aan:

1. Stereotypen over briljantie: De overtuiging dat natuurkunde alleen voor "geniale mannen" is, schrikt vrouwen en minderheden af.
2. Cultuur van de faculteit: Aan grote onderzoekuniversiteiten heerst vaak een cultuur waarin het ondersteunen van studenten die geen doctoraat willen nastreven als "onproductief" wordt gezien. Dit leidt tot gebrek aan mentoring en een gebrek aan studentgerichtheid.
3. Eerstejaarscursussen: Deze spelen een sleutelrol in het bepalen of studenten (vooral vrouwen) de major behouden.

Significantie en Implicaties:

• Beleid: Er is een dringende noodzaak voor gerichte werving en behoudsinspanningen die focussen op de "assets" van studenten in plaats van op tekorten.
• Onderwijs: Introductiecursussen moeten worden omgevormd tot meer inclusieve en studentgerichte omgevingen om de zelfeffectiviteit en het gevoel van belonging te vergroten.
• Faculteitsontwikkeling: Docenten moeten worden gestimuleerd en beloond voor het mentoren van studenten met diverse carrièreperspectieven, niet alleen voor diegenen die naar de academische wereld gaan.
• Toekomstig onderzoek: De auteurs pleiten voor vergelijkbare studies op andere instellingen en voor onderzoek naar intersektionaliteit (bijv. vrouwelijke studenten uit etnische minderheidsgroepen) om de complexiteit van ongelijkheid beter te begrijpen.

Samenvattend concludeert het paper dat de statistische trends in natuurkunde niet louter een kwestie van "keuze" zijn, maar het resultaat van een systemische cultuur die diversiteit en inclusie niet actief ondersteunt, wat leidt tot het verlies van veel getalenteerde studenten.