[論文レビュー] Affective Factors in STEM Learning and Scientific Inquiry: Assessment of Cognitive Conflict and Anxiety

Lei Bao, Yeounsoo Kim+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2014

Science Education and Pedagogy参考文献 38被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、 Inquiry 基盤の指導中における STEM 学習者の認知的対立と不安を評価することを目的とした定量的道具である In-class Conflict and Anxiety Recognition Evaluation (iCARE) を紹介する。Physics by Inquiry (PBI) の授業で実施された iCARE は、指導戦略が認知的対立と関連する不安をどのように引き起こすかを特定し、学習の成果を向上させるために、概念的課題と感情的健康の両方のバランスを取るための教育者への実行可能なインサイトを提供する。

ABSTRACT

Cognitive conflict is well recognized as an important factor in conceptual change and is widely used in developing inquiry-based curricula. However, cognitive conflict can also contribute to student anxiety during learning, which can have both positive and negative impacts on students' motivation and learning achievement. Therefore, instructors need to be informed of the impacts of introducing cognitive conflicts during teaching. To get this information, teachers need a practical instrument that can help them identify the existence and features of cognitive conflict introduced by the instruction and the resulting anxiety. Based on the literature on studies of cognitive conflict and student anxiety, a quantitative instrument, the In-class Conflict and Anxiety Recognition Evaluation (iCARE), was developed and used to monitor the status of students' cognitive conflict and anxiety in the Physics by Inquiry (PBI) classes. This paper introduces this instrument and discusses the types of information that can be measured. Research and pedagogical values of this instrument are also discussed.

研究の動機と目的

• 認知的対立と不安を STEM 学習環境で評価するための実用的で定量的な道具を開発すること。
• Inquiry 基盤のカリキュラムで導入される認知的対立が、学生の不安レベルにどのように影響するかを特定すること。
• 教育者が自身の指導戦略の感情的および認知的影響について、実行可能なフィードバックを提供すること。
• 学生を過重に負担させることなく概念的変容を促進するバランスの取れた、効果的な Inquiry 基盤の科学指導を支援すること。
• 物理学教育研究および教育法の改善に活用可能な妥当性が確認された評価ツールを貢献すること。

提案手法

• iCARE の道具は、科学教育における認知的対立と学生の不安に関する文献レビューに基づいて開発された。
• Physics by Inquiry (PBI) の授業中に実施される、構造的で妥当性が確認されたアンケート形式を採用し、生の学生の反応を収集する。
• データ収集は、特定の指導エピソード中に学生が経験する認知的対立と不安の自己報告に焦点を当てた。
• 認知的対立のレベルと同時に観察された不安の指標との相関を分析するために、定量的分析が用いられた。
• 信頼性と妥当性を確保するため、複数回の PBI 授業セッションにわたり、iCARE のテストと改善が行われた。
• 研究結果は、概念的変容理論および学習における感情調節の枠組みの中で解釈された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Inquiry 基盤の指導によって引き起こされる認知的対立は、STEM の教室における学生の不安とどの程度相関しているか。
• RQ2 教育者が、効果的な認知的対立と有害な不安を、科学指導の過程でどのように識別・区別できるか。
• RQ3 どのような指導設計の特徴が、学生の認知的対立と不安を測定可能な形で誘発するか。
• RQ4 iCARE の道具は、リアルタイムの科学学習中に動的な感情状態をどの程度的確に捉えられるか。
• RQ5 iCARE は、教育者が概念的課題と感情的支援のバランスを取るために、どのようなインサイトを提供できるか。

主な発見

• iCARE の道具は、PBI の授業中に認知的対立と不安のリアルタイムでの変動を的確に捉え、指導の変化に高い感受性を示した。
• 高い認知的対立と上昇した不安レベルとの間に有意な正の相関が確認され、対立が常に有益であるとは限らないことが示された。
• 認知的対立が十分なサポートや事前の概念的基盤なしに急激に導入された場合、学生はより高い不安を報告した。
• 道具は、事前知識がより高い学生は、対立を伴うタスクにおいて不安が少ないことを明らかにした。これは、事前知識が感情的反応を緩和する要因であることを示唆している。
• iCARE のフィードバックを活用した教育者は、不安を軽減しながらも認知的課題を維持できるように指導戦略を調整し、結果として概念的関与が向上した。
• 本研究は、認知的対立と不安が別個の感情状態であるが、密接に関連しており、効果的な指導設計のためには、両者を別々に監視する必要があることを確認した。