[論文レビュー] Active learning in pre-class assignments: Exploring the use of interactive simulations to enhance reading assignments

Jared B. Stang, Megan Barker+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2016

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ひとこと要約

本研究では、初年次物理学コースにおけるアクティブラーニング授業の事前準備および関与度を高めるために、問い志向型のPhETシミュレーションを事前読解課題に統合する効果を調査した。PhETアクティビティは、特に後半に登場する難易度の高いトピックにおいて、学生の満足度と課題に費やす時間の両方を向上させたが、教科書のみの課題と比較して学習効果の向上は観察されなかった。

ABSTRACT

Pre-class reading assignments help prepare students for active classes by providing a first exposure to the terms and concepts to be used during class. We investigate if the use of inquiry-oriented PhET-based activities in conjunction with pre-class reading assignments can improve both the preparation of students for in-class learning and student attitudes towards and engagement with pre-class assignments. Over three course modules covering different topics, students were assigned randomly to complete either a textbook-only pre-class assignment or both a textbook pre-class assignment and a PhET-based activity. The assignments helped prepare students for class, as measured by performance on the pre-class quiz relative to a beginning-of-semester pre-test, but no evidence for increased learning due the PhET activity was observed. Students rated the assignments which included PhET as more enjoyable and, for the topic latest in the semester, reported engaging more with the assignments when PhET was included.

研究の動機と目的

• 事前読解課題にPhETベースのインタラクティブシミュレーションを追加することで、アクティブラーニング授業への学生の準備が向上するかどうかを調査すること。
• PhETアクティビティが学生の関与度および事前課題に対する態度に与える影響を評価すること。
• PhET統合が教科書のみの事前課題を上回る測定可能な学習効果をもたらすかどうかを特定すること。
• 読解とシミュレーションの実施順序（教科書を先に、またはシミュレーションを先に）が学習成果に影響するかどうかを調査すること。
• PhETアクティビティにおける軽度のガイダンスが、自宅での事前課題環境における生産的な探求を支援するかどうかを評価すること。

提案手法

• 大規模な初年次物理学コースの3つのモジュール（ブラックボディ放射、質量とばね、共鳴）で準実験的研究を実施した。
• 学生を3つの条件のいずれかに無作為に割り当てた：教科書のみ、教科書の後にPhET、またはPhETの後に教科書。
• PhETシミュレーションは最小限のガイダンスで使用した：学生はシミュレーション内で特定の関係を調査し、自由記述形式で観察結果を記録した。
• 学習の進捗を測定するために、学期の初めに事前テストを実施し、各事前課題の直後に即座に事後テストを実施した。
• 課題に費やす時間、満足度、学習上の利点の認識に関する学生アンケートデータを収集した。
• 学習の進捗を評価するためにウィルコクソン符号順位検定を用い、アンケート反応にはノンパラメトリック検定を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 事前課題にPhETシミュレーションを含めることで、教科書のみの課題と比較して学習効果が向上するか？
• RQ2 PhETシミュレーションの導入が、学生の関与度および事前課題に費やす時間にどのような影響を与えるか？
• RQ3 学生はPhET強化課題を教科書のみの課題よりも学習に役立つと感じているか？
• RQ4 教科書の読解とPhETシミュレーションの実施順序が、学習成果や学生の関与度に影響を与えるか？
• RQ5 学生がPhETアクティビティをどれだけ楽しんだかと、課題に費やした時間との相関関係はどの程度か？

主な発見

• すべてのトピックにおいて、事前課題から学習の進捗が顕著に認められ、事後テストのスコアが事前テストと比較して向上していた（全トピックでp < .001）。
• PhETを含めたことで満足度と課題に費やす時間が上昇したが、PhET強化条件と教科書のみ条件との間で学習効果の差は統計的に有意ではなかった。
• 共鳴トピック（学期末近くに実施）では、PhETを含めた場合、学生が課題に5〜10分多く費やすと報告しており、疲労状態下でも持続的な関与が促された可能性がある。
• PhET条件に所属する学生は、課題がより楽しいと報告したが、教科書のみの条件と比較して学習上の利点の認識に有意な差は認められなかった。
• 両方のPhET条件の学生は、教科書部分に費やす時間がわずかに短くなったと報告しており、PhETの存在が課題全体の所要時間の認識に影響を与えた可能性がある。
• PhETに費やした時間と学習効果との間に相関は認められず、延長された関与が評価項目での成績向上に結びつかなかった。