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数学教育におけるデータモデリング指導の枠組み構築と学校・教師教育での実証

研究課題

研究課題/領域番号 21K02513
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分09040:教科教育学および初等中等教育学関連
研究機関宇都宮大学

研究代表者

川上 貴  宇都宮大学, 共同教育学部, 准教授 (90709552)

研究分担者 佐伯 昭彦  金沢工業大学, 基礎教育部, 教授 (60167418)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードデータ駆動型モデリング / STEM/STEAM教育 / 社会的意思決定 / 規範的モデリング / 数学的モデル / 統計的モデル / データモデリング / 非形式的な統計的推測 / 統計教育 / 数学教育 / モデルの役割 / 学校教育 / 教師教育
研究開始時の研究の概要

よりよい予測や意思決定を志向して,データのばらつきの振る舞いを記述・説明するモデル(表現)を構成・評価・改良する営みとして,データモデリングがある。将来の不確実な状況への対応力がすべての市民に求められる現代社会において,数学教育におけるデータモデリング指導の実現化と実装化は,国内外の数学教育研究や統計教育研究が抱える喫緊の課題である。こうした課題に対して,本研究では,学校教育(子どもを対象)と教師教育(教員養成系大学生や現職教師を対象)の両方を射程に入れ,数学教育におけるデータモデリングの体系的な指導枠組みの構築とその指導枠組みの学校教育・教師教育での有用性の実証に取組む。

研究実績の概要

3年次は,数学的モデリング研究や統計的モデリング研究などの知見に基づいて,数学的モデルと統計的モデルに焦点をあてた学校数学におけるデータ駆動型モデリング(DDM)を捉える枠組みを設定した.この枠組みは,以下の3つから成る:(a)DDMのプロセスにあたる,データ/文脈,数学的モデル,統計的モデルの相互作用を捉える枠組み,(b)DDMの成果にあたる,予測の進展とデータの見方の進展を捉える枠組み,(c)DDMのプロセスと成果の間の媒介にあたる,予測の進展における数学的モデル・統計的モデルの役割を捉える枠組み.そして,設定したDDMを捉える枠組みを3つの授業事例に基づいて例証した.さらに,構築した枠組みを,学校数学におけるDDMの教材や授業の開発に活用する可能性について明らかにした.具体的には,枠組みに基づいてDDMの4つの基本的な活動タイプを導出した:数学・応用指向の活動,統計・応用指向の活動,数学・構造指向の活動,統計・構造指向の活動.また,構築した枠組みに基づいて,DDMにおける教師の6つの介入場面と5つの介入方法を導出した.これらの研究成果は,国際学会の査読付Proceedings(Kawakami, 2023)として公刊された.
さらに,本研究のDDMの枠組みを,STEM教育や社会的な意思決定の学際的な文脈にも拡張を試みることができた.これらの研究成果は,複数の査読付きBook chapterや国際学会の査読付Proceedingsに投稿し,採択が決まっている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究のDDMの枠組みを,STEM教育や社会的な意思決定の学際的な文脈にも拡張を試みることができ,その研究成果が,複数の査読付きBook chapterや国際学会の査読付Proceedingsに採択されたことが理由である.

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進の方策は,以下の通りである.①ICTを取り入れたDDMの教材・授業の開発・実践を通して,本研究で構築した枠組みを精緻化していくこと,②本研究の枠組みを生かして,DDMの課題設計の枠組みを開発すること,③多様で学際的なDDMの活動の可能性を実証的に明らかにしていくこと.

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 3件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 11件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Linkoping University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Kassel University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Linkoping University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Linkoping University(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Investigating the role of data in the teaching of statistical modelling: a literature review2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Jonas Bergman Arleback
    • 雑誌名

      Proceedings of the fourteenth research conference of the Swedish society for research in mathematics education (MADIF14)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Advancement of in-service teacher’s pedagogical content knowledge when teaching mathematical modelling: Through interpretation and design of modelling lessons2024

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Saeki, Kosuke Yata, Masafumi Kaneko, Takashi Kawakami
    • 雑誌名

      Researching Mathematical Modelling Education in Disruptive Times

      巻: - ページ: 353-364

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Roles of mathematical and statistical models in data-driven modelling: A prescriptive modelling perspective2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Akihiko Saeki
    • 雑誌名

      Researching Mathematical Modelling Education in Disruptive Times

      巻: - ページ: 595-605

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extending data-driven modelling from school mathematics to school STEM education2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Akihiko Saeki
    • 雑誌名

      The Contribution of Mathematics to School STEM Education: Current Understandings

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Relationships Between Statistics, Statistical Modelling and Mathematical Modelling2023

    • 著者名/発表者名
      Arleback Jonas Bergman, Kawakami Takashi
    • 雑誌名

      Advancing and Consolidating Mathematical Modelling: Research from ICME-14

      巻: - ページ: 293-309

    • DOI

      10.1007/978-3-031-27115-1_18

    • ISBN
      9783031271144, 9783031271151
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In-Service Teachers’ Transformation of a Mathematised Task into Modelling Tasks2023

    • 著者名/発表者名
      Saeki Akihiko, Kaneko Masafumi, Kawakami Takashi, Ikeda Toshikazu
    • 雑誌名

      Advancing and Consolidating Mathematical Modelling: Research from ICME-14

      巻: - ページ: 241-257

    • DOI

      10.1007/978-3-031-27115-1_15

    • ISBN
      9783031271144, 9783031271151
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A triplet of data/context, mathematical model, and statistical model: Conceptualising data-driven modelling in school mathematics2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami
    • 雑誌名

      Proceedings of the Thirteen Congress of the European Society for Research in Mathematics Education (CERME13)

      巻: - ページ: 1243-1250

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Redesigning a mathematical task to an interdisciplinary modelling task2023

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Mineno, Takashi Kawakami, Akihiko Saeki
    • 雑誌名

      Proceedings of the Thirteen Congress of the European Society for Research in Mathematics Education (CERME13)

      巻: - ページ: 1297-1298

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 学校数学におけるデータ駆動型モデリングの学習指導に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      川上 貴
    • 雑誌名

      兵庫教育大学大学院連合学校教育学研究科博士論文

      巻: - ページ: 1-358

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterising rationales for using statistical modelling in education research from a mathematical modelling perspective: A review2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Jonas Bergman Arleback
    • 雑誌名

      Proceedings of the Twelfth Congress of the European Society for Research in Mathematics Education (CERME12)

      巻: - ページ: 1109-1116

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 学校数学におけるデータ駆動型モデリングの活動を捉える枠組み:数学的モデルと統計的モデルを視座として2022

    • 著者名/発表者名
      川上 貴, 佐伯 昭彦
    • 雑誌名

      科学教育研究

      巻: 46 号: 4 ページ: 421-437

    • DOI

      10.14935/jssej.46.421

    • ISSN
      0386-4553, 2188-5338
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 低学年児童の非形式的な統計的推測の促進におけるモデルの役割:データモデリングの過程に着目して2022

    • 著者名/発表者名
      川上貴
    • 雑誌名

      科学教育研究

      巻: 46

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 説明の評価・改善を通した中学1年生の批判的思考の進展の特徴づけ:「図形の移動の活用」の授業における班の話し合いの事例から2022

    • 著者名/発表者名
      滝田和徳, 水野高宏, 川上 貴, 牧野智彦, 日野圭子
    • 雑誌名

      日本数学教育学会誌 数学教育

      巻: 104

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data-Based Modelling to Combine Mathematical, Statistical, and Contextual Approaches: Focusing on Ninth-Grade Students2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami,Kosuke Mineno
    • 雑誌名

      Mathematical Modelling Education in East and West, Springer

      巻: ー ページ: 389-400

    • DOI

      10.1007/978-3-030-66996-6_32

    • ISBN
      9783030669959, 9783030669966
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 統計教育からSTEM/STEAM教育の第一歩を2021

    • 著者名/発表者名
      川上貴
    • 雑誌名

      新しい算数研究10月号

      巻: 609 ページ: 38-39

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Teaching and learning statistics with paper helicopters2024

    • 著者名/発表者名
      Jonas Bergman Arleback, Takashi Kawakami
    • 学会等名
      Matematikbiennalen 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 学校数学におけるデータ駆動型モデリングの概念化:数学的モデルと統計的モデルを視座として2023

    • 著者名/発表者名
      川上 貴
    • 学会等名
      日本数学教育心理研究学会令和5年度春期研究集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 数学教科書の教材から学際的なモデリングの教材へ:STEM/STEAM教育を志向して2023

    • 著者名/発表者名
      峰野 宏祐, 川上 貴, 佐伯 昭彦
    • 学会等名
      日本数学教育学会第11回春期研究大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Validation in sixth-grade data-driven modelling2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Katsuki Akizawa
    • 学会等名
      The 21st International Conference on the Teaching of Mathematical Modelling and Applications (ICTMA21)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Facilitating problem posing in mathematical modelling: The case of 12th-grade students2023

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Yata, Akihiko Saeki, Naohiro Minagawa, Takashi Kawakami
    • 学会等名
      The 21st International Conference on the Teaching of Mathematical Modelling and Applications (ICTMA21)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Designing mathematical modelling involving a simulation with physical experiments2023

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Mineno, Akihiko Saeki, Takashi Kawakami
    • 学会等名
      The 21st International Conference on the Teaching of Mathematical Modelling and Applications (ICTMA21)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] データモデリングプロセスとデザインプロセスを組み合わせたSTEM/STEAM教育:教員養成の取組み2023

    • 著者名/発表者名
      川上 貴, 西村圭一
    • 学会等名
      日本科学教育学会第47回年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 小学校中学年における統計的思考の促進を目指した授業:STEMアプローチを通して2022

    • 著者名/発表者名
      千葉 将平, 川上 貴
    • 学会等名
      第104回全国算数・数学教育研究(島根)大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] The Role of Mathematical and Statistical Models in Data-Driven Modelling: A Prescriptive Modelling Perspective2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Akihiko Saeki
    • 学会等名
      The 20th International Conference on the Teaching of Mathematical Modelling and Applications (ICTMA20)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Development of In-service Teacher's Perspectives for Analyzing Mathematical Modelling Lessons2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Saeki, Kosuke Yata, Masafumi Kaneko, Takashi Kawakami
    • 学会等名
      The 20th International Conference on the Teaching of Mathematical Modelling and Applications (ICTMA20)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] オーストラリアにおけるSTEM教育に関する動向調査:学習評価と教員支援についての数学教育の視点からの示唆2022

    • 著者名/発表者名
      川上 貴
    • 学会等名
      日本科学教育学会第46回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Characterising rationales for using statistical modelling in education research from a mathematical modelling perspective: A review2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Jonas Bergman Arleback
    • 学会等名
      Twelfth Congress of the European Society for Research in Mathematics Education (CERME12)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 規範的モデリングの観点から見たデータモデリングの特徴:ある大学生によるCOVID-19に関する社会的意思決定の事例から2021

    • 著者名/発表者名
      川上貴
    • 学会等名
      日本科学教育学会第45回年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 数学的モデリングの学習指導を支える教師教育の在り方:国内外の研究動向の概観からみえる論点2021

    • 著者名/発表者名
      川上貴,佐伯昭彦
    • 学会等名
      日本科学教育学会第45回年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Young children’s use of previous modelling processes in advancing data modelling2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami
    • 学会等名
      44th Conference of the International Group for the Psychology of Mathematics Education (PME44)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] How can novice STEM teachers develop Integrated STEM materials: The first step from mathematics textbooks2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Akihiko Saeki
    • 学会等名
      43rd Mathematics Education Research Group of Australasia (MERGA43) Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The rationales of statistical modelling in education research from a mathematical modelling perspective2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kawakami, Jonas Bergman Arleback
    • 学会等名
      The 14th International Congress on Mathematical Education (ICME14)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The development of a modelling teacher education program starting from the transformation of a mathematised task into modelling tasks2021

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Saeki, Masafumi Kaneko, Takashi Kawakami, Toshikazu Ikeda
    • 学会等名
      The 14th International Congress on Mathematical Education (ICME14)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 数学教育の立場からのSTEM教師教育プログラム構想の提案:算数・数学教科書の教材からSTEM教材への再教材化を中核として2021

    • 著者名/発表者名
      佐伯 昭彦, 金児 正史, 川上 貴
    • 学会等名
      日本科学教育学会研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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