A study of multiple representations based on thinking process survey in university introductory physics course students

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K02891
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 09080:Science education-related
• Research Institution: Tokyo Gakugei University (2023); Tokyo City University (2021-2022)
• Principal Investigator: Ukon Shuji 東京学芸大学, 教育学部, 研究員 (60735629)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 多様表現 / 多重表現 / 物理教育研究（PER） / DBER / 反駁テキスト / 数式表現 / 概念的理解 / 仕事とエネルギー

Outline of Final Research Achievements

This study developed a set of teaching materials utilizing various representations such as diagrams, graphs, equations, and videos based on the Physics Education Research (PER), and proposed concrete measures to improve teaching.
Analysis of student reports revealed that diagrammatic representations are deeply associated with students' problem-solving skills. In the field of “work and energy” in introductory university mechanics education, students face significant difficulties in conceptual understanding, largely due to the ambiguity in the selection and determination of systems in teaching activities at both high school and university levels. Overcoming these difficulties requires the integration of diagrammatic, mathematical, and video representations with the concepts of work and energy.

Free Research Field

物理教育研究

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物理教育研究（PER）は科学的思考法に基づいた学問固有の科学的題材についての学習と教授に関する教育研究（DBER）である。DBERの研究者は通常の教育研究に加えて物理学領域固有の専門性を必要とする。本研究の特色は，こうしたDBERの研究プログラムに沿って，入門力学における「仕事とエネルギー」分野について学生が抱く概念的困難を明らかにし，教育活動と多様表現・多重表現との連携が必須であることを具体的に示した点にある。物理学の概念的理解と多様表現の関わり，そして学生の問題解法スキルの育成に焦点を当てた本研究は，今後の物理教育に新たな道筋をつけるものである。