| Project/Area Number |
21K02888
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09080:Science education-related
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| Research Institution | J. F. Oberlin University |
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Principal Investigator |
坪田 幸政 桜美林大学, リベラルアーツ学群, 教授 (70406859)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 地球システム科学 / 実験科学 / 科学の方法 / データベース / リベラルアーツ / オンライン / プログラミング的思考 / Web API / ジオパーク / モデル / 論理的思考 / システム思考 / リベラルアーツ教育 / オンラインコース |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の概要は，Society5.0に向けた人材育成に貢献することを目標として，リベラルアーツ教育におけるオンライン実験科目「地球システム科学」を開発することである．「地球システム科学」の目的は，科学的な見方・考え方や定量的推論のスキルの修得と学生が仮説の実験的検証（データの収集と分析）に参加することで，科学的原理を日常の経験に適用できる力を培うことである．そして，成果を利用し易いMoodle形式で広く公開し，SDGsの達成にも貢献することを目標とする研究である．本研究は，リベラルアーツ教育におけるオンライン実験科学「地球システム科学」を開発する研究である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，課題1「リベラルアーツ教育における科学教育の実態調査」と課題2「大学生に対する科学リテラシーの習熟度調査」，課題3「オンライン実験科目『地球システムの科学』コースの開発」を設定している．課題1については，全ての学部生向けの教育（General Education）における自然分野の卒業要件を調査した結果，米国では自然分野2科目以上の履修が課されるケースが多いが，日本では自然分野の履修が卒業要件に含まれていない大学が多かった．また，米国ではLaboratory Scienceの履修を課す大学やComputational Reasoningなども併せて課している大学があることも確認できた．
課題2については，文科省が示した「学士力の汎用的技能」を大学生に求められる科学リテラシーと位置付け，科学リテラシー評価ツールをTOSLS（Gormally et al 2012）に基づいて作成した．第1回の調査（2024/04）から，グラフや統計処理に弱点があることや，大学あるいは学部単位の分析では，平均値よりも分散や歪度に注目する必要があることがわかった．
課題3については，地球システム科学の定義や範囲を規定し，論理的思考に加え，システム思考やプログラミング的思考を培うことを目的とした地球システム科学コースの試案を作成し，担当する「地球システム科学」，「地球規模環境論」，「地球環境調査法」などの中で実践的に教材開発している．オンライン実験として，スマホ，データベース，エクセルを活用する教材を開発した．特にエクセルでは，データ処理とグラフ描画，プログラミングとモデリングツールとして用いることとした．また，野外巡検は重要な要素であるが，その実施では容易ではない．そこで，ジオパークなどを対象とした野外巡検ガイドを作成し，学生が個別に巡検を体験できるようにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2024/3の段階では，課題2の「大学生に対する科学リテラシーの習熟度調査」が実施できなかったことが「やや遅れている」とした理由である．この調査には二つの目的があり，一つは大学入学までの習熟度調査であり，4月に新入生に対して実施する必要がある．もう一つの目的は，自然系科目の履修による科学リテラシーの向上を評価することである．この二つの目的を達成するには，科学リテラシーの評価ツールを2023年4月までに準備する必要があったが，その決定と準備が2023年10月となってしまった．そのため，研究期間の延長を申請することとした．
科学リテラシーの評価ツールとしては，Gormallyら（2012）が開発したTest Of Scientific Literacy Skills（TOSLS）を用いることとした．TOSLSは，カリフォルニア州立大学アーバイン校のFergusonら（2015）が地球システム科学などの履修者を対象とした調査で使用されていた．そして，GormallyとFergusonらから，調査に関する詳しい情報を入手できたからである．Gormallyらの開発した評価ツールとFergusonらが実際に使用した評価ツールを参考にして，科学リテラシーを9のスキルに分類し，各スキルに対して各2問とダミー問題2問を加えて，全20問の科学リテラシー評価ツールを作成した．2024年4月末の段階で，科学リテラシー評価ツールを用いた第1回目の調査が終了し，400件以上のデータ入手できている．
作成した「地球システム科学」のシラバスを実践した結果，2単位という時間的制約を考えると更なる教材の精選，および効率的な授業展開が必要であることがわかった．研究期間を1年延長したので，再度修正版シラバスの実践的に評価することとした．尚，課題1についてはほぼ完成できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
延長した最終年度は，課題2と課題3を仕上げることで，研究を完成する予定である．
課題2「大学生に対する科学リテラシーの習熟度調査」を2024年度春学期の4月と7月，秋学期の9月と1月に実施する予定である．4月の調査は実施し，現在，結果の分析中である．1年生の4月の調査は，初等・中等教育で修得した科学リテラシーを評価することになるので，初等・中等教育や大学入試などと関連付けて，考察する予定である．また，自然系科目の履修開始時と終了時を比較することで，科学リテラシーの向上を評価し，科学リテラシー育成のための教材作りや指導法を再考する．そして，調査結果を米国における先行研究と比較することで，その特徴や改善策を検討する．
課題3「オンライン実験科目『地球システムの科学』コースの開発」では，「地球システム科学」を身近な自然から地球規模の自然に展開し，最終的に地球システム科学の視点や考え方を到達できるように組み替え，2024年度春学期の「地球システム科学」で試行することとした．また，科学リテラシー評価ツールで分類した9の各スキルと地球システム科学の学習内容と対応を調べ，指導上の留意点を明確化する．そして，地球システムにおける生物圏の教材として作成した「生態系のモデリング」と「植物の蒸散量の測定」を，「地球規模環境論」や「地球環境調査法」の中で実践し，その有効性を評価する．
2024年度は，開発した教材の一部を外部の研究協力者に提供し，実践結果のフィードバックを踏まえて，開発教材の改善と普及を図る予定である．特に地球システム科学を通したプログラミング的思考の育成では，一般的なエクセルの使用とPythonを使用した場合の比較を行う予定である．そして，研究成果の外部評価と普及のために，日本科学教育学会，日本理科教育学会，欧州気象学会の教育セッションで発表を予定している．
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