2017 Fiscal Year Annual Research Report
タンジブル教材を用いた空間的思考力育成のためのSTEM学習プログラムの開発と評価
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17H02003
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
森田 裕介 早稲田大学, 人間科学学術院, 准教授 (20314891)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 宏子 明治学院大学, 心理学部, 准教授 (20374754)
瀬戸崎 典夫 長崎大学, 教育学部, 准教授 (70586635)
北澤 武 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (80453033)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | STEM教育 / 天体学習 / バーチャルリアリティ / プログラミング教育 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２９年度は、空間的思考力育成のためのSTEM 学習プログラムの考案、ならびにSTEM教材開発を並行して行った。また、開発した教材について、教員養成系大学における有用性の検討を行った。
まず、空間的思考力育成のためのSTEM 学習プログラムの考案については、初等・中等教育における理科、数学、技術、情報といった従来からある教科を横断し、プログラミング教育を加えたSTEM 学習に関連した空間的思考力の育成プログラムを構想した。空間的思考力育成課題を体系的に考案するため、理科、技術科、数学科、情報科の教員養成に関わった経験を持つ研究分担者らと、現職教員とで協働して検討を行った。その結果、
次に、STEM 学習教材開発では、タブレット型タンジブル教材の開発を行った。タブレット型タンジブル教材は，タブレット端末を用いて実物模型（オブジェクト）の具体物操作をすることによって、仮想空間のオブジェクトを操作できる教材である。また、現実空間では不可能な学習を支援するヘッドマウントディスプレイ（HMD）型VR教材の開発を行った。HMD型VR教材は、学校現場におけるグループ活動での活用を想定し、ゼスチャによる指示機能を実装した。予定していた触感型デバイスの実装については、まだ完成していない。
続いて、教員養成系大学における有用性の検討についてである。ICT活用の一環として、タブレットタンジブル教材を導入し、システムの試験的運用ならびに有用性の観点から評価を行なった。結果から、教員養成系大学の学生の中には、空間的思考力が得意な学生とそうではない学生がいることが明らかになった。また、タブレット版タンジブル教材については、通信機能において改善点があること、小中学校の実践において有用であると考えられることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２９年度は、空間的思考力育成のためのSTEM 学習プログラムの考案、ならびにSTEM教材開発を並行して行った。また、開発した教材について、教員養成系大学における有用性の検討を行った。科学教育と情報教育を総合的に学ぶSTEM教育は、これまで研究代表者が継続的に研究してきた天体学習の成果を基盤として発展させることができるため、計画通りに進んでいる。
まず、空間的思考力育成のためのSTEM 学習プログラムの考案については、継続的な議論を必要としている。ちょうど学習指導要領の改訂が重なったため、いくつかの方向性について構想した内容を継続的に見直したり、改訂したりする作業を行なっている。
次に、STEM 学習教材開発については、概ね順調に進んでいる。タブレット型タンジブル教材の開発は、通信機能に問題があるものの、インタフェースを含めてほぼ実用的なレベルに達したため国内外の学会で発表を行った。また、教員養成系の大学生を対象としたパイロット研究を行った。学生には、ペーパーテストを実施するとともに、実際に「月の満ち欠け」に関する説明をさせ、理解度を評価した。その結果、知識はあるが、空間的思考力が十分でない学生の存在が明らかになった。また、実際にオブジェクトを操作しながら学ぶ方法の有用性を確認できた。ヘッドマウントディスプレイ（HMD）型VR教材については、ゼスチャによる指示機能を実装し、大学生を対象にパイロット研究を行い、学会にて成果の公表を行った。
一方で、研究計画にはなかったプログラミング教育に関する研究を探索的に実施した。レゴマインドストームを用いて、批判的思考力、論理的思考力、メタ認知の観点から生徒の学びを分析した。この成果についても国内学会で発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は、空間的思考力育成のためのSTEM 学習プログラムの考案、ならびにSTEM教材開発を継続して行う。
まず、空間的思考力育成のためのSTEM 学習プログラムの考案においては、新しい学習指導要領を鑑み、小学校、中学校、高等学校などの協力校の教諭と連携して、具体的な実践カリキュラムの開発を行なう。昨年度、試験的に学習者がCGを自分で作成して簡単なプログラミングを行って実装する実践的な取り組みを行なったが、十分な実験協力者を集められなかった。今年度も引き続き、試験的な取り組みを進めて行く。
次に、STEM 学習教材の開発については、VR型タンジブル教材を中心にすすめていく。特に、課題となっている触感型デバイスの実装を進める。また、理科と数学が融合した空間的な理解を促す授業や、技術における住居環境のデザインなどに適用できるよう、教材をカスタマイズする。
続いて、実践評価については、大学生を対象としたパイロット研究を踏まえた上で、小学校、中学校、高等学校での実践研究に移行する準備を進める。タブレット版タンジブル教材については、有用性が明らかになる一方で、仮想学習環境における操作的な学びと、実物にCGを重畳提示させるARを用いた学びを融合させるなど、いくつかのシステムを連携させた学びのデザインを考案する。
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