2017 Fiscal Year Research-status Report
非物理系の大学初年次物理学教育における系統的演示実験・講義の展開
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17K00988
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| Research Institution | Fujita Health University |
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Principal Investigator |
古澤 彰浩 藤田保健衛生大学, 医学部, 准教授 (20362212)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 淳一郎 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 准教授 (00402446)
小西 哲郎 中部大学, 工学部, 教授 (30211238)
千代 勝実 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 教授 (80324391)
齋藤 芳子 名古屋大学, 高等教育研究センター, 助教 (90344077)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 系統的講義実験 / 高等教育 / 物理学初年次教育 / 教材開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初学者にとって知識や理解が断片的なものとなりがちな物理概念・法則相互の関係を、論理的なつながりを持った体系として定着させるには、講義による解説を含めて実験を有機的につなげていくことが有効である。そこで、講義による説明などの論理的展開と同時に実験・デモンストレーションを実施することによって体系的な理解に導く教授法の開発を目指し、そのための系統的実験教材の開発を目的としている。
まず、代表者が担当する講義の受講学生に対してインタビューを行い、高校で受けた物理教育と物理概念や法則の理解について聞き取りを行った。受講学生の高校における物理学の履修は物理基礎・物理Iのみ、もしくは未履修であり、聞き取りや演習の結果から物理概念や法則についての知識はほぼ全員が初学者（未履修と同程度）と言えるレベルであることがわかった。一連の講義（デモンストレーションの実施も含む）の後においても、聞き取りや期末試験の解答傾向から、1/3から半数の学生は物理概念や法則の理解が不十分であり、概念や法則相互関係の理解が断片的と思われる。特に聞き取りから、講義中に行ったデモンストレーションと講義における法則の解説が必ずしも繋がっておらず、デモンストレーションの印象が強い割に、法則などの知識は定着していないことがわかった。
物理学会 第73回年次大会 物理教育分科会、において、本課題の概要ならびに計画、前述のインタビューの結果について報告し、教材づくりや講義設計に関する意見交換を行った。また、大学教育改革フォーラム in 東海 2018において「物理教育におけるアクティブラーニングとその評価」分科会を開催し、本課題について発表を行うとともに、アクティブラーニングの実践と評価を行う研究者に招待講演を依頼し、意見交換を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初において、学生の理解度が特に低い「剛体・慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」の系統的教材を試作する予定で、概念設計、機能設計を行った。一方、現状の把握のために実施した受講学生への聞き取り調査において、「剛体・慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」を学習する上で既に習得していることが前提となる物理概念、法則の理解が不十分である学生が多くおり、計画策定当初の想定より深刻な影響を及ぼすことが懸念された。
そこで、この前提となる「質点の力学」の理解を再確認・深化させるための実験・デモンストレーションを行う教材の追加を検討した。本課題の「物理概念・法則相互の関係を、論理的なつながりを持った体系として理解させる」という目的により、「質点の力学」と「剛体・慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」の相互の関係を有機的につなぎ、受講者にとって体系的に捉えやすくするため、共通の教材を用いた一連の実験・デモとすることが効果的であろうという考えから、概念設計、機能設計を再検討することになった。そのため、当該年度において試作を行うという当初の予定から若干の遅れが生じている。この遅れへの対応は本報告書の「今後の研究の推進方策」においても述べている通り、代表者が担当する物理学の講義の授業計画を変更して試行の時期をずらすことによって、当初の計画通り年度内に試行を実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」の系統的教材の開発においては、教材の試行を行い、フロー、ステップの最適化について検討を行う。同時に最適化の過程において生じる異なるフロー、説明等の活用や、ステップに分解して再構築することによってバリエーションの開発を行う。また、「波動」についても、過去に開発した系統的講義実験を原案とし、講義の流れに沿う形で、波動の表し方から反射・透過などの基礎的な波動 現象やドップラー効果へ繋がるまでの一連の教材を必要な実験教材も含めて検討し、開発する予定である。
平成29年度の学生への聞き取り調査の結果を踏まえ、「質点の力学」に関する概念調査を行い、学生の持つ誤概念の傾向を明らかにし、教材に追加するべき機能の再検討を行う。この調査と再検討によって、「慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」の教材の試作に若干の遅れが生じるが、当初計画通り平成30年度に代表者が担当する物理学の講義において試行を行うため、担当科目の授業計画を変更して対応することとする。
他の概念についても誤概念に関する調査を文献ならびに実地で行い、誤概念の多いものについてその原因の考察し、「質点の力学」、「慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」、「波動」と同じ手法を用いて誤概念修正に対して有効な教材開発について検討を行う。
また、経過の報告や試行の結果については、適宜物理学会やシンポジウムで発表し、開発した教材については一般へ提供可能な形(説明用教材、実験教材、動画など) に整理し、web を通して公開する。
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| Causes of Carryover |
平成29年度の学生への聞き取り調査により、「剛体・慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」を学習する上で習得が必要な物理概念、法則の理解が不十分である学生が多くおり、その影響が当初の計画における想定より深刻であることが懸念された。この調査結果に基づいた教材設計の再検討により、「慣性モーメント・力のモーメント・回転運動」の教材の試作に遅れが生じ、次年度使用額が発生した。当初計画通り平成30年度に代表者が担当する物理学の講義において試行を行うため、担当科目の授業計画を変更して、試作の期間を確保することとし、次年度使用額を試作費用として平成30年度に使用する。
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Research Products
(3 results)
