| 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, 名誉教授 (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 – 2020-03-31
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| キーワード | 物理教育研究 / 教育調査 / 国際比較 / 科学的思考力 / アクティブ・ラーニング / Force Concept Inventory / DBER |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、高等学校で科目「物理基礎」と科目「物理」を、また、大学初年次に基礎物理学ないし類似の科目名で力学を学ぶ生徒・学生達に対して、力学概念理解度調査（Force Concept Inventory：略称 FCI）および科学的思考力調査（Classroom Test of Scientific Reasoning：略称CTSR）を実施した。
大規模FCIデータの国際比較：「物理教育研究」をもとに開発されたFCIは、ニュートン力学の基本的な概念の理解を様々な文脈でテストする30項目（問）の5肢択一問題で構成されている。本研究では、15,000を超える大規模なFCIデータを得たため、Morrisらが提唱した「項目応答曲線（Item Response Curves：略称IRCs）」手法による分析を適用することができた。その結果は米国大学での4000名規模のFCI調査結果と良く整合し、「物理教育研究」に基づく学習や授業の指針が国際的な普遍性を持つことが裏付けられた。
大規模データと小規模クラスデータの比較: IRCs分析の手法を、教育現場の数十～数百名程度のクラスの小規模データに近似的に適用する手法として、我々は「項目応答パターン（Item Response Patterns：IRPs）」による分析手法を案出した。小規模データのIRPは、それぞれの項目のクラス平均正答率を項目番号順にプロットして得る。大規模データから正答総数Sが一定の被検者データを抽出したものをそれぞれのS値の「標準IRP」として用いた。クラスIRPをクラスの平均S値に対応する標準IRPと比較することによって当該クラスの概念理解分布の特徴を読み取ることができる。能動的学習が顕著に効果を挙げている大学クラスでは、コース終了時の事後テストIRPが標準IRPと異なってくる傾向があることを見出し詳細に検討した。
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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
本研究課題の最大の目標は初中等から大学基礎教育に至る教育課程での、物理教育の達成レベルとその特徴を、「物理教育研究」に基づいて開発されている世界共通的なツールを用いて分析することにある。平成26年から28年にかけて実施した調査で回答者数15000を超える大規模データを得ることができ、その結果の分析から、調査に用いた調査ツール、力学概念調査（FCI）や科学的思考力調査(CTSR)の和訳版の有効性を確認することができた。さらに、日本の生徒・学生における力学概念理解や科学的思考力の発達の様相が、米国など物理教育研究を進めている各国でのそれと共通性が高く、物理教育研究から得られる学習や授業に関する指針の国際的な普遍性について見通しを得ることができた。
コース（科目）の授業の開始時点と終了時点に事前テストおよび事後テストとして行ったFCI調査から得られるクラス平均正答率の推移から定義される規格化ゲインｇ（理想上限値=1.0）はそのコースでの学習の効果の目安の一つと考えられている。ｇ値は米国からの報告例では従来型授業クラスで0.25前後、アクティブ・ラーニング授業のクラスで0.3～0.7程度である。本課題研究で得たデータによれば高等学校の「物理基礎」と「物理」をともに履修した生徒についてのその推定値は0.27であった。これに対して、日本の大学基礎課程力学クラスのデータから得られたg値は、アクティブ・ラーニング型授業を効果的に実施している少数のクラスについては0.3～0.5と大きいものの、データを得た全29クラス（学生数計1777名）の平均値は0.08と小さい。その原因として、授業方式の違いに加えて、米英等に比べて、科目あたり週あたりのクラスでの学習時間が少ないことや並行履修が許される科目数が多いなど、大学の授業体制の違いも検討項目として浮上した。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26－30年の研究期間中に当初の想定を大きく超える調査データを入手でき、また、その分析から日本の高等学校および大学基礎課程での物理教育の現状と課題について重要な知見が得られた。規格化ゲインで評価した大学基礎課程での物理(力学)学習の有効性については米国からの報告値を下回る結果を得た。その原因は、単に物理の、そしてその授業法の、問題にとどまらず、日本の大学の授業体制にもかかわるところが大きいことが推察される。すなわち、週あたり1回のみ90分という典型的なクラス内授業時間の短さや、並行履修科目数の上限制限(いわゆるCAP制)が徹底されていないことなどから、学習の密度が低いことの影響も考えられる。
令和元年にこれら検討の一部を継続することによって考察を深め、論文・提言等の形で情報発信することをめざす。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の想定を超える大規模な調査データが得られたために、その分析に当初想定より多くの時間を要した。このため論文投稿などの外部発表の作業の進捗が若干遅れ、論文作成・投稿のための支出が予算を下回ったことにより次年度使用額が生じた。この額は次年度に研究成果の論文投稿などの外部発表を行うために充当する。
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