| 研究課題/領域番号 |
26282032
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
覧具 博義 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (50302914)
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| 研究分担者 |
村田 隆紀 京都教育大学, 名誉教授 (10027675)
合田 正毅 新潟大学, 自然科学系, 教授 (60018835)
箕田 弘喜 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20240757)
笠 潤平 香川大学, 教育学部, 教授 (80452663)
谷口 和成 京都教育大学, 教育学部, 教授 (90319377)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 物理教育研究 / 国際比較 / Force Concept Inventory / アクティブラーニング / 科学的思考力 / 素朴概念 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度に開始された本研究課題においては，物理教育研究をもとに開発された力学概念理解度調査（Force Concept Inventory，略称FCI)と，Lawsonによって開発された科学的思考力調査（Classroom Test of Scientific Reasoning，略称CTSR）のそれぞれの和訳版を用いて，我が国の高等学校，および大学の理工系と理科教員養成系の基礎課程，における物理教育の効果について，調査を行っている。特にニュートン力学の基礎的な概念の理解とその伸長および科学的思考力のレベルの側面に注目して，その結果の分析を行っている。平成26年度から28年度にかけて大規模調査を行った。平成29年度には，前年度までに収集した高・大あわせて約14,000のFCIデータおよび3000のCTSRデータについて詳細な分析を進めた。
力学概念理解度調査については，米国の大学理工系初年次生約4500名のデータとの詳細な国際比較を行った。項目応答曲線（Item Response Curves，略称IRC）などを通じての比較から，FCIの正答総数Sからうかがえる力学概念全容の理解度伸長の様相や，Sの増大にともなう種々の素朴概念の克服の様相が米国と日本とで相互に強く類似することを見出した。
また，物理科目（高校では，「物理基礎」および「物理（の力学部分）」，大学では理工系および理科教員養成系の基礎課程力学）の履修の開始時および終了時に調査を実施し，そのクラス平均正答率の差分から導かれる学習効果の指標「規格化ゲイン」を通じて物理教育の効果を算出し米国など海外での報告例と比較検討した。高・大ともアクティブラーニング（AL）を実施していると申告されたクラスの中には大きなゲインを示すものがあり，ALの有効性がうかがわれた。
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| 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
FCI調査では，10,000を超える多数の，正答率が低位から高位まで広範囲にまたがる，高校生および初年次理工系大学生のテータを得た。FCIデータの「項目応答曲線(Item Response Curves, 略称IRC)」による分析から，ニュートン力学概念の全体的理解の伸長パターンや普遍的の存在する素朴概念の分布やそれらが変容・克服されていく様相は日本と米国の大学生の間できわめて相似性が高いことを昨年度までに見出しているが，この点についてのさらに詳細な分析が進んでいる。
さらに，中小規模から大規模にわたる被検者グループについてFCIの問ごとの正答率分布を相互に比較する簡便な手法として，我々は「問別正答率パターン（Item Response Patterns, 略称IRP）」による分析手法を案出したが，これを用いて校種や学力レベルの異なる様々なクラス集団における概念理解の差異や特徴の分析が進捗している。平成28年度に，高校24クラス(生徒総数約1,200)，大学基礎課程29クラス(学生総数訳1,800)について，物理科目履修の開始時に加えて終了時にもFCIテストを実施し，履修前後でのクラス平均正答率の差分から，概念理解の伸長の指標である「規格化ゲイン」を算出した。アクティブラーニング型授業の効果的な実施により高いゲインを実現しているクラスが複数存在するが，特に大学については，講義主体の伝統的な授業のクラスのゲインがおしなべて低く，大学の授業改革が強く望まれることを示す数値的な裏付けを得た。
FCIテストに加えて科学的思考力テストCTSRも実施したクラスについての分析から，CTSRの正答率と規格化ゲインの間に興味深い相関を見出した。これは学習者の科学的な思考力のレベルに応じた授業設計を行う上で重要な手がかりを与える可能性がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度に開始されたこの調査・研究プロジェクトでは，既に29年度までに当初の期待を上回る規模のデータと豊富な分析材料を得ることができた。最終年度には残された時間と資源の制約に鑑みて重点項目を絞り，これらについて分析の精緻化をはかる。分析結果から得られる物理授業の改善・改革への手がかりを検討し，また，概念理解や科学的思考力の向上の一層の推進に資するべく，日本の高校および大学基礎課程の教育システムにおける改善課題を検討する。この重点化によって，調査研究成果の論文化による外部発信の促進を目指す。
特に，１）FCIデータのIRCによる分析をさらに進め，素朴概念の克服の様相を詳細に調べてそこから授業効果の向上など教育実践の改善のための手がかりを導くこと，２）FCIおよびCTSRデータのIRPによる解析について，個別クラスなどの中小規模のデータの相互比較・分析の事例研究を蓄積して，調査結果の教育現場での利用を支援すること，３）FCIの事前・事後正答率から算出した「規格化ゲイン」の大きさと，授業手法やCTSRテスト正答率からうかがえる科学的思考力のレベルとの相関を検討し，学習者の科学的思考力のレベルに応じた授業のありかたを検討すること，また，４）FCIおよびCTSRの個別項目正答率の間の相関の詳細な分析を進めて解析の精緻化を図ること，５）分析結果の海外からの先行報告との比較検討を踏まえて，日本の高校および大学の物理教育体制の特徴および課題について考察すること，などを目指す。
さらに，本調査研究の成果の全国の物理教育コミュニティへの発信と，教育現場でのFCIやCTSRなどの調査手法の活用を推進するために，関東・関西など複数の地区で，研究成果を報告しフィードバックを得るためのシンポジウムを企画・実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
外注を予定していたデータ処理・グラフ制作などを内製にすることによって支出を圧縮することができたために次年度使用額 300,722円 が発生した。
最終年度である次年度には、精密なデータ処理を追加すること，また，投稿論文や研究報告シンポジウムの資料に用いる図表等を高品質化することなどを予定しており、それらの作業の一部を外注するなどに使用することを計画している。
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| 次年度使用額の使用計画 |
30年度が最終年度であるため、記入しない。
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