How Students´ Disciplinary Attitudes and Beliefs Affect Learning In Introductory Statistics Courses

by Florian Berens
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-08-09
Date of issue:2024-12-18
Advisor:Prof. Dr. Steffen Kühnel
Referee:Prof. Dr. Steffen Kühnel
Referee:Prof. Dr. Stefan Halverscheid
Referee:Prof. Dr. Thomas Kneib
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10964

 

 

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Abstract

English

Attitudes and beliefs are frequently studied concepts in statistics education research. A main reason for this is that both are associated with learning success. However, very little is known about the mechanisms that induce these relationships between beliefs about statistics, attitudes towards statistics and learning success. Some studies find a mediating role of self-perceived learning engagement and applied learning strategies. However, studies finding such a relationship with more objective behavioral measures than self-reports are lacking. To provide this evidence, this thesis first develops a conceptualization and a measurement instrument for beliefs about statistics. To objectively record learning behavior, it develops a digital learning platform that in particular is designed for a scientific use of the resulting digital behavioral traces, tests their operationalization in the field and documents the connection between the measured constructs and learning success. Following these preliminary studies, this thesis tests numerous structural equation models to estimate the mediating effect of various learning behavior dimensions. The main results show that the association between attitudes towards statistics and learning success is indeed partially mediated by learning engagement and the distribution of learning. However, a smaller part of the association is also due to a spurious correlation that can be explained by the high-school graduation average. Such mediating relationships cannot be directly identified for beliefs about statistics. However, there is a relationship between beliefs and attitudes, so that beliefs are also linked to learning behavior through this mediation. Further analyses indicate, however, that attitudes towards statistics (can) change during a statistics course. This suggests further research into how current attitudes are related to current learning behavior. At the same time, this limitation strengthens the relevance of the effect found, as already the initial attitude is linked to learning behavior throughout the course. A further investigation in addition shows that the relationships found do not necessarily remain stable when interventions are made in teaching, which demonstrates that intervention studies should always investigate all possibly induced effects.
Keywords: Statictics Education; Attitudes Toward Statistics; Statistics Beliefs; Statistics Anxiety; Expectancy-Value Theory; Control-Value Theory; Learning Analytics; Educational Data Mining; Spaced Learning; Epistemology of Statistics; Covid-19; Disciplinary Conceptions; Mixed Methods; Motivation; Feature Engineering

German

Einstellungen und Überzeugungen sind vielfach untersuchte Konzepte in der Didaktik der Statistik. Grund dafür ist insbesondere, dass beide mit Lernerfolg verbunden sind. Über die Mechanismen, die diese Beziehungen zwischen Überzeugungen über Statistik, Einstellungen zu Statistik und Lernerfolg induzieren, ist allerdings sehr wenig bekannt. Einige Studien finden dazu eine mediierende Rolle des selbstwahrgenommenen Lernengagements und der angewandten Lernstrategien. Studien die eine solche Beziehung mit objektiveren Verhaltensmessungen als Selbstberichten belegen, fehlen allerdings. Um diesen Beleg zu führen, entwickelt diese Arbeit zunächst eine Konzeptionalisierung und ein Messinstrument für Überzeugungen über Statistik. Zur objektiven Erfassung von Lernverhalten entwickelt sie eine digitale Lernplattform, die insbesondere für die wissenschaftliche Verwendung der entstehenden digitalen Verhaltensspuren ausgelegt ist, erprobt deren Operationalisierung im Feld und dokumentiert den Zusammenhang zwischen den gemessenen Konstrukten und dem Lernerfolg. Nach diesen vorbereitenden Studien testet diese Arbeit zahlreiche lineare Strukturgleichungsmodelle, um die mediierende Wirkung verschiedener Lernverhaltensdimensionen zu schätzen. Die Hauptergebnisse zeigen, dass die Beziehung zwischen Einstellungen zur Statistik und Lernerfolg tatsächlich teilweise durch das Lernengagement und die Verteilung des Lernens mediiert wird. Ein kleinerer Teil der Beziehung geht aber auch auf eine Scheinkorrelation zurück, die durch den Abiturdurchschnitt aufgeklärt wird. Für die Überzeugungen über Statistik lassen sich solche mediierenden Beziehungen nicht direkt feststellen. Es zeigt sich aber eine Beziehung zwischen den Überzeugungen und den Einstellungen, sodass durch diese Mediation auch die Überzeugungen mit Lernverhalten verbunden sind. Weitere Analysen weisen aber darauf hin, dass die Einstellungen zur Statistik sich im Kursverlauf verändern (können). Dies legt weitere Forschung dazu nahe, wie die jeweils aktuelle Einstellung mit dem je aktuellen Lernverhalten in Beziehung steht. Zugleich stärkt diese Limitation aber die Bedeutung des gefundenen Effekts, da bereits die initiale Einstellung mit dem Lernverhalten im gesamten Kursverlauf in Verbindung steht. Eine weitere Untersuchung zeigt zudem, dass die gefundenen Beziehungen bei Intervention in die Lehre nicht zwangsläufig stabil bleiben müssen. Dieser Umstand mahnt, in Interventionsstudien immer alle möglicherweise induzierten Effekte zu untersuchen.
 
Statistik