德克萨斯州东南部学生地球科学认知提升外展项目的比较研究：基于NSF GEOPAths资助的四年追踪数据

本文推荐：该研究通过NSF GEOPAths资助项目，系统比较了课堂访问、开放日和暑期桥梁计划三种外展活动对德克萨斯州东南部K-12学生地球科学（Geoscience）认知的影响。数据显示，83.3%的桥梁计划参与者对地科职业产生极高兴趣，而低成本的课堂访问同样显著改善学生认知（p<0.05）。研究为构建地球科学学习生态系统（GLE）和解决STEM人才缺口提供了实证依据。

　　

引言与背景

全球地球科学（Geoscience）专业人数持续下降，尽管美国部分地区2022年后出现回升趋势，但COVID-19后18-24岁人群大学入学率降低加剧了人才危机。德克萨斯州高中仅2.4万学生选修地球科学课程（2024-25年TEA数据），远低于生物（48.9万）和化学（41.7万）。学生普遍存在认知偏差，将地质学（Geology）狭隘理解为"岩石研究"或石油行业相关，而"地球科学"因涵盖环境、水文等社会议题更受青睐（Moss et al., 2025）。

目标与研究问题

研究评估三种外展策略（课堂访问、开放日、暑期桥梁）对高中生和社区学院学生的影响，核心问题包括：1）活动前后学生对地科兴趣的变化；2）不同资源投入活动的效益差异。

研究方法

样本与设计：在休斯顿周边160公里范围内建立地球科学学习生态系统（GLE），覆盖14-33岁学生（中位数17岁）， Hispanic学生占36.8%，黑人学生占比（8.8%）低于当地人口比例（17%）。
干预措施：

• 课堂访问：标准化课件含地科职业路径、薪资数据及4分钟校友视频，结合课程内容调整（如生物课侧重古生物学）；
• 开放日：行业嘉宾演讲（环境合规、水资源等），成本<500美元/场；
• 桥梁计划：10-12天沉浸式活动，含野外考察（如休斯顿自然科学博物馆）、实验室分析（TRIES水质检测），人均成本2.5万美元。
  数据分析：采用Wilcoxon符号秩检验和Cohen's d效应量分析187份配对问卷（44%回收率）。

结果

全局数据：所有活动均显著提升学生兴趣（p<0.05），地科课程兴趣增幅最大（+0.68，1-5量表）。学生对"地科工作者多在办公室办公"的认同度提升0.56分，打破"仅野外工作"的刻板印象。
分项结果：

• 课堂访问：地科职业排名从19/22升至6/22，"极高兴趣"学生比例增长5.6-11.9%；
• 开放日：57%参与者课前即对地科课程兴趣浓厚，但职业兴趣增幅不显著；
• 桥梁计划：83.3%参与者结业时对地科职业"极感兴趣"，62.5%后续选择地科相关专业（42%地质学，12.5%环境工程）。
  效应量：桥梁计划的Cohen's d达0.86（大效应），远高于课堂访问（0.3-0.5）。

讨论

认知转变机制：强调地科解决社会问题（如水资源管理）的"利他性"特质（Carter et al., 2021）是关键。桥梁计划通过重复强化成功消除"Geology"与"Geoscience"的认知差异。
实践启示：

• 低成本课堂访问适合初期认知培养；
• 开放日需聚焦行业嘉宾的职业叙事；
• 桥梁计划虽成本高昂但转化率优异（10%参与者成为本校地科生）。
  局限：44%的问卷回收率可能引入兴趣偏差，且缺乏长期追踪数据。

结论

构建多层次外展体系可有效改善地科认知：课堂访问奠定基础，开放日强化职业关联，桥梁计划实现深度转化。研究为应对全球地科人才短缺提供了可复制的GLE模型，建议机构根据资源禀赋组合干预策略。