2021 Fiscal Year Annual Research Report
Neuroscientific study in education on the theory and application of diagram use skills
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20J23507
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| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
綾部 宏明 総合研究大学院大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 文章題 / 図表 / 問題解決 / 認知負荷 / 領域固有性 / 機能的近赤外線分光法 / 背外側前頭前野 / 腹外側前頭前野 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
文章題解決には図表の使用が特に有効とされるが（Ainsworth et al., 2011; Hembree, 1992），教師が図表を示して教えても生徒は自発的に図表を使用せず，たとえ使っても効果的に活用できない傾向がある（e.g., Uesaka & Manalo, 2012）。応募者はこれまでに，自発的な使用を妨げる認知コストに対処して(Ayabe & Manalo, 2018)，図表の性質と推論タイプの適合性に着目したトレーニングを教授すれば，適切な図表を問題解決に効率的に使えることを実証した（Ayabe et al., 2022）。しかし，これらの知見は行動的な示唆にとどまり，神経科学的機序は不明であった。したがって本研究では，図表の宣言的知識，条件的知識，手続き的知識が認知負荷を下げて問題解決をうながす認知的なしくみを，脳‐行動の両面から明らかすることを目的とした。その結果，図表トレーニング（「表」）による行動指標（正答率，図表得点，解答時間）と生理指標（fNIRS）に関連があることを明らかにした。具体的には，図表知識を習得させる適切なトレーニングを与えると前頭領域の脳血流量（DLPFC，VLPFC）が高まった。また，問題解決中の認知負荷と関連すると考えられる解答時間と脳血流量の相関が，トレーニング提供によって消失した。これらの結果は，図表トレーニングがワーキングメモリの働きを活性化させ，文章題を解くための認知負荷を低くする効果があることを理論的に示唆する。そして，本成果を国際誌に掲載した（Ayabe, Manalo, Hanaki, Fujita, & Nomura, 2022）。
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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
研究計画の検討に時間がかかったが，方法や問題が明確にされた以降は，実施，分析，考察は順調に進んだ。引き続き，共同研究者との論文執筆も協働的に行われ，国際ジャーナルへの投稿を果たすことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究が着目した図表は，関数をベースにした数学的文章題を解くときに数値の変化の視覚的推論を促す「表」にとどまった。今後は他の代表的な図表（グラフなど）に視野を広げて検討を進め，本研究が提案した図表教授法の実用性を高めることで，実際の教育現場で導入，活用できるように進展させることを目指す。
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