2018 Fiscal Year Research-status Report
理工系大学初年度物理受講生の思考過程調査に基づいた物理教科書開発の研究
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18K02964
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
右近 修治 東京都市大学, 共通教育部, 客員教授 (60735629)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新田 英雄 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (50198529)
山本 明利 北里大学, 理学部, 教授 (70751105)
中村 正人 東京都市大学, 共通教育部, 講師 (90247130)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 物理教育研究(PER) / 物理スイート / 入門物理教科書 / デジタル教科書 / 問題解法スキル / 概念的理解 / 多様表現 / 学習姿勢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，理工系大学初年度生を対象とした物理教育研究（Physics Education Research: PER）による調査結果に基づき，物理スイート構想を念頭に置いた標準的な大学入門力学教科書を，紙媒体・デジタル，双方の形式で開発することにある。
いかなる物理教科書が学生に高い学習効果をもたらすのか。学生の持つ誤概念を変容させ，問題解法スキルを向上させるなど，高い学習効果をもたらす教科書を構成する要素・教材は何か。物理スイート構想が含む教科書と授業形態，問題集，ワークブック，実験，教科指導書等の各構成要素のいかなる連携が学生に高い達成度をもたらすのか。これが本研究の学術的問いである。
入門物理教育の目指す目標は１．問題解法スキルの育成，２．深い概念的理解，３．好ましい学習観の育成の3点にある。これらを実現させるために本研究グループは，(1)PERとして長年検討され，有効であると考えられてきた教材の導入(2)身近な問題・日常的な問題の導入(3)多様表現（Multiple Representations）の導入(4)多彩なモデル・アナロジーの導入(5)問題解法指導の導入，の5点を課題としている。初年度生対象の問題解法聞き取り調査結果，相互型演示実験授業(ILDs)の記録，力学概念調査（Force Concept Inventory, FCI），MPEX（Maryland Physics Expectations survey），CLASS(Colorado Learning Attitude about Science Survey)等の学習姿勢調査の解析結果，および各種文献調査に基づき，これらの課題を取り入れた入門力学教科書暫定版を執筆中である。今後これを入門力学コース履修者対象調査に投入し，その効果を検証する。また併せてデジタル教材を作成し，検証作業を続ける。
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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
上記目的を遂行するため，過去3年間に蓄積されている力学概念調査（FCI）プレ調査・ポスト調査，簡易MPEX・CLASSによる学習姿勢調査，ILDs授業記録等を解析した。これより，学生が持つ問題解法スキルと概念的理解との間には，コース終了からの時間が経過するほど，その相関係数が増大していることを見出した。こうした事実に基づき，入門物理教育における問題解法スキルの育成と深い概念的理解の確立は，共に最重要課題であるとの認識に至った。しかし学生が持つ学習姿勢と，問題解法スキルとの関連については，いまだ明確になってはいない。これらの研究成果は2018年度日本物理教育学会第35回物理教育大会（8月），日本物理学会第73回年次大会（2018年 9月）で報告している。
また，本学過去3年にわたる物理学概論の授業で実施したILDsの記録により，学生が概念的理解に至る思考過程が明らかになりつつある。その解明に向けて，2018年8月にILDs開発者の一人であるソコロフ（David Sokoloff）教授を都市大にお招きし，24名の参加者を得，ILDs研究会を実施した。
その後，研究メンバーとの3度にわたる研究協議を経て，多様表現（Multiple Representations）の具体的導入に関するガイドラインを定め，研究実績の概要の(1)～(5)の課題をベースとした理工系入門力学教科書執筆に入っている。多様表現導入に関する研究は第5回新潟大学レッスンスタディとアクティブ・ラーニングのシンポジウム兼ワークショップ（2019年3月）のシンポジウムにおける招待講演，日本物理学会第74回年次大会（2019年3月）で発表した。
今後こうした研究成果を踏まえ，デジタル教科書開発にも着手する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の特徴は，こうした入門物理教科書が，果たして学生の概念的理解獲得に対して有効か否かを検証しながら開発を遂行していく点にある。現在，入門力学の各単元について執筆が進んでいるが，「仕事とエネルギー」の単元についての暫定版テキストを今年度前半に完成させる。現在力学入門コース履修中の学生の中に協力者を求め，その暫定版の効果を検証する。評価問題を課したり，従来から蓄積されている半構成型聞き取り調査を実施したりすることにより，暫定版テキストで学習した学生の問題解法スキルを評価する。その評価を暫定版テキストの評価として用いることなどを検討している。
また2019年度後半においては，暫定版テキストに実験・演示等の動画ファイルを埋め込んだデジタル教科書暫定版を作成する。そのために，上記調査に基づき順次必要な実験動画を作成する。CBT(computer based testing)も視野に入れながら，2020年度には，作成されたデジタル教科書暫定版の検証調査を実施していく予定である。
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| Causes of Carryover |
物品を予算よりも安価に購入できたため，2858円の残額が発生した。この分を，本年度物品費として使用する。
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Research Products
(10 results)
