The role of motivation in early mathematics and science education

Children start to engage in math and science long before they enter school and consequently develop first motivational beliefs about these subjects (Fisher, Dobbs-Oates, Doctoroff, & Arnold, 2012; Mantzicopoulos, Patrick, & Samarapungavan, 2008). Moreover, early motivation has been shown to predict children’s future choices and achievement (Eccles, 1999; Leibham, Alexander, & Johnson, 2013). Yet, little is known about young children’s motivation and how it can be fostered in preschool. Moreover, the relevance of teachers’ own motivational beliefs in math and science as well as their practices has not been studied. To fill this gap, the present dissertation examines the role of motivation in early mathematics and science education at the child- and teacher-level in three empirical studies. Study 1 investigated the structure, level and individual differences in children’s science motivation using a new measure. Results supported the differentiation of children’s motivational beliefs into their self-efficacy beliefs and enjoyment in science in line with Eccles et al.’s (1983) expectancy-value-model. On average, children were highly motivated in science. Importantly, older children and children with more science experience showed higher motivational beliefs. Study 2 explored the relation between children’s science motivation, teachers’ own science self-efficacy beliefs and their science practices. Results showed that teachers’ science self-efficacy beliefs were positively related to the frequency of their science practices. Moreover, teachers’ self-efficacy beliefs were associated with children’s self-efficacy beliefs in science. No relation was found for teachers’ practices. However, these relations were comprised of gendered patterns: Teachers’ science self-efficacy beliefs were more strongly related to girls’ motivation, whereas the frequency of teachers’ science practices was more strongly related to boys’ motivation in science. Study 3 focused on teachers’ mathematical self-efficacy beliefs and investigated the relation to their professional knowledge in math. Regression results revealed that teachers’ mathematical content knowledge (CK) was associated with their mathematics pedagogical content knowledge (PCK). However, additional analyses showed that this relation was mediated by teachers’ self- efficacy beliefs: The higher teachers’ mathematical CK, the more confident they were in mathematics, and the more likely they were to recognize mathematical elements in children’s play - one important aspect of their PCK. Taken together, the results reveal that (1) assumptions underlying the expectancy-value-model (Eccles et al., 1983) can be applied to children ages 5-6 and that (2) individual differences in children’s motivation exist at the preschool level. Results further show that (3) teachers’ self-efficacy beliefs are related to their practices and children’s motivation and that (4) some of these relations are moderated by children’s gender.
Lernen im mathematischen und naturwissenschaftlichen Bereich beginnt lange vor der Einschulung. Kinder im Vorschulalter beschäftigen sich spielerisch mit diesen Themen und entwickeln dabei erste motivationale Überzeugungen, welche wiederum ausschlaggebend für die spätere Kompetenzentwicklung sind (Eccles, 1999; Leibham et al., 2013). Bisher ist jedoch wenig über die Lernmotivation von Vorschulkindern bekannt. Zudem bleibt unklar, welchen Einfluss pädagogische Fachkräfte auf die Lernmotivation von Kindern haben. Vor diesem Hintergrund beschäftigte sich die vorliegende Arbeit in drei empirischen Studien mit den motivationalen Überzeugungen von pädagogischen Fachkräften und Kindern in den Fächern Mathematik und Naturwissenschaften. Die erste Studie untersuchte die Struktur und Ausprägung der naturwissenschaftlichen Lernmotivation bei Kindern sowie Gruppenunterschiede nach Alter, Geschlecht und Umfang der Erfahrung mit Naturwissenschaften anhand eines neu entwickelten Instrumentes. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Lernmotivation, im Einklang mit dem Erwartung-Wert-Modell nach Eccles et al. (1983), in Selbstwirksamkeit und Lernfreude differenzieren ließ. Die Motivation war im Mittel hoch ausgeprägt. Es zeigten sich Unterschiede nach Alter sowie dem Umfang der Erfahrungen in den Naturwissenschaften. Die zweite Studie untersuchte, inwieweit die kindliche Lernmotivation mit der Selbstwirksamkeit der Fachkräfte in den Naturwissenschaften sowie der Häufigkeit naturwissenschaftlicher Aktivitäten zusammenhing. Es zeigte sich, dass Fachkräfte mit einer höheren Selbstwirksamkeit häufiger naturwissenschaftliche Aktivitäten anboten. Mit Blick auf die Motivation der Kinder zeigte sich ein geschlechterspezifisches Zusammenhangsmuster: Der Zusammenhang zwischen der Selbstwirksamkeit der Fachkräfte und der kindlichen Motivation fiel für Mädchen stärker aus, während der Zusammenhang zwischen der Anzahl naturwissenschaftlicher Aktivitäten und der kindlichen Motivation bei Jungen stärker war. Studie 3 untersuchte die Zusammenhänge zwischen der Selbstwirksamkeit von Fachkräften und dem professionellen Wissen im Bereich Mathematik. Die Ergebnisse zeigten, dass der Zusammenhang zwischen Fachwissen und fachdidaktischem Wissen von der Selbstwirksamkeit mediiert wird: Je höher das Fachwissen, desto höher die Selbstwirksamkeit und desto höher war die Fähigkeit der Fachkräfte mathematische Lerngelegenheiten zu erkennen - ein zentraler Aspekt fachdidaktischen Wissens. Insgesamt lassen sich aus den Ergebnissen wichtige Erkenntnisse (1) über die Struktur der kindlichen Lernmotivation in den Naturwissenschaften sowie (2) über Gruppenunterschiede in der Motivation ziehen. Die Ergebnisse verdeutlichen ferner (3) die Bedeutsamkeit der Selbstwirksamkeitserwartung von Fachkräften für das Erkennen und die Gestaltung mathematischer und naturwissenschaftlicher Lerngelegenheiten und zeigen, dass (4) bereits im Vorschulalter geschlechterspezifische Zusammenhangsmuster existieren.