2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of Peer Instruction of Mathematics and Physics adapted to New Test and Mathematics Concept Inventory
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17K01096
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
工藤 知草 金沢工業大学, 基礎教育部, 講師 (90759515)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西 誠 金沢工業大学, 基礎教育部, 教授 (00189250)
三嶋 昭臣 金沢工業大学, 教育支援機構, 教授 (30064463)
山岡 英孝 金沢工業大学, 基礎教育部, 准教授 (10443045)
谷口 哲也 金沢工業大学, 基礎教育部, 講師 (90625500)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ピア・インストラクション / Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｔｅｓｔ / 数学 / 物理 / 大学入学共通テスト / データサイエンス / 実験 / クリッカー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．数学のConcept Testの開発と数学のＰＩ型講義の実践
数学の分野で，ピア・インストラクション（以下，ＰＩ）を導入した数学の講義を実施するために「数学Ｉ」，「数学Ⅱ」，「数学Ⅲ」，「微積分」，「線形代数」，「確率統計」の分野で，合計172問の数学のConcept Testを作成した．ここで，大学入学共通テストのプレテストの問題を分析し，対応したConcept Testも作成した．この2年間で「線形代数Ｉ」では3回，「線形代数Ⅱ」では5回，「微積分Ｉ」（講義名：工学のための数理工（関数・微分））では6回，「微積分Ⅱ」（講義名：工学のための数理工（積分・微分方程式））では3回，「確率統計」（講義名：技術者のための統計，情報のための数学）では18回，合計35回のPI型講義を実施した．「微積分学I」，「線形代数Ｉ」，「確率統計」の各分野で，仮説検定による数学単元の因子分析を実施した．具体的には，PI型講義の実践を通して，さらに，概念問題の議論効果をt検定で検証し，学生が得意または苦手とする数学単元を定量的に抽出した．
２．物理実験と概念形成を融合したＰＩ型講義の開発
平成30年度は，「仕事と力学的エネルギー」,「放物運動」,「剛体」,「運動量と力積」,「円運動」,「単振動」の各単元で，データサイエンスの要素を含んだＰＩ型講義を考案した．具体的には，概念問題とそれに関連したセンサを用いた実験による測定データの分析によるＰＩ型講義を，各単元で一つ以上考案した．ここで，センサの種類は，力センサ，モーションセンサ，光ゲートセンサである．
３．数学概念調査（Mathematics Concept Inventory）の開発
学生が直観的に間違えやすい概念を誤答に含む概念問題を抽出し，「確率統計」の分野で，数学概念調査を作成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１．「数学のConcept Testの開発と数学のＰＩ型講義の実践」：数学のConcept Testを200問作成することを目標にしていたが，現在，172問の作成にとどまっているため，やや遅れている．一方で，この2年間で実施した数学のＰＩ型講義は合計35回と多くの実践を行った．さらに，実践を通して，「微積分学Ｉ」，「線形代数I」，「確率統計」の3つの分野で，学生が得意または苦手とする数学単元をt検定により定量的に検証した．
２．「物理実験と概念形成を融合したＰＩ型講義の開発」：「運動の表し方」，「運動の法則」，「仕事と力学的エネルギー」,「放物運動」,「剛体」,「運動量と力積」,「円運動」,「単振動」の各単元でデータサイエンスの要素を含んだＰＩ型講義を考案した．
３．「数学概念調査（Mathematics Concept Inventory）の開発」：「確率統計」の分野で直観的に間違えやすい概念が存在すると考えた．学生が間違えやすい誤答を含む数学概念調査を「確率統計」の分野で開発した．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．数学のConcept Testの開発と数学のＰＩ型講義の実践と評価：すでに実施した数学の因子分析の結果を踏まえて，数学のConcept Testを改善する．また，さらに数学のConcept Testを作成する．今年度，実施する予定の大学入学共通テストのプレテストを分析し，それに対応するConcept Testを作成する．「微積分学Ｉ」，「線形代数Ｉ」，「確率統計」以外の分野で，仮説検定を実施し，学生が得意または苦手とする数学単元を分析する．
２．物理実験と概念形成を融合したＰＩ型講義の開発：開発したセンサを活用したＰＩ型講義の改善をする．
３．数学概念調査（Mathematics Concept Inventory）の開発：平成30年度に開発した「確率統計」の「数学概念調査」を改善する．
４．高校数学のConcept Testの作成とその検証：平成30年度は，高校でＰＩ型講義を実践するために必要となる「数学Ｉ」，「数学Ⅱ」，「数学Ⅲ」のConcept Testを47問作成した．今後，実施される大学入学共通テストのプレテストを分析し，それに対応したConcept Testを開発する．
５．スマートフォンを活用したＰＩ型講義の実践による問題点の抽出と改善：クリッカーではなく，スマートフォンを活用した場合のＰＩ型講義を検証する．
６．ＰＩ型講義の検証と総括：本研究で実施したＰＩ型講義について総合的に評価し，検証する．
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| Causes of Carryover |
平成30年度の学会発表の実施回数が予定より少なかったため，次年度使用額が生じた．翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画は，クリッカーの電池，クリッカー本体の補充，国際会議の発表，学会発表，論文誌などの費用に活用する．
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