[論文レビュー] Comparative analysis of real experiments and digital (ICT) simulations regarding their impact on student learning

Rachid El Aitouni, Ahmed Bouhlal|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2026

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ひとこと要約

研究はモロッコの物理・化学教師を対象に、実験とICTシミュレーションを比較した結果、制約下でのシミュレーションが実現可能性が高い一方、実験は生徒の関与を最も強く促す。ハイブリッドアプローチが推奨される。

ABSTRACT

This study, conducted among more than 250 physics and chemistry teachers in Morocco, analyzes the impact of experimentation on student learning and attention in middle and high school. The results show that the majority of teachers favor digital simulations, except for simple experiments such as electrical circuits. This choice is linked to material constraints, class size, and safety requirements. Simulations are perceived as practical and flexible, allowing experiments to be repeated or slowed down to facilitate understanding. However, teachers emphasize the need for specific ICT training in order to better integrate these tools into their practices. The most effective strategy identified is based on a hybrid approach: using simulations to explain abstract phenomena and real experiments to develop experimental skills, methodological rigor, and critical thinking. This complementary approach appears to be a promising solution for enriching science education and overcoming the constraints encountered in schools.

研究の動機と目的

• 実験とICTシミュレーションが生徒の学習と注意力に与える影響を評価する。
• 機器、授業人数、安全性、時間といった制約が方法選択に影響することを特定する。
• 中高生向け科学教育における有効性、関与、実用性に関する教師の認識を評価する。
• 両方のアプローチを統合して科学教育を改善する戦略を提案する。

提案手法

• 264人を超える物理・化学教師にオンライン質問票を配布。
• student/lesson contextとmethod choiceのセクションに分かれた18問の調査。
• 実験とシミュレーションの好みを分析する記述統計。
• 教師の回答を通じた制約と提案解決策の評価。
• 実践を資源、授業規模、安全性の考慮と結びつけた分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モロッコの中高科の科学における実験とICTシミュレーションの相対的な利用状況と効果の認識はどうか。
• RQ2 実験とシミュレーションの選択に影響を及ぼす制約（機器、時間、授業規模、安全性）は何か。
• RQ3 シミュレーションと実験を組み合わせたハイブリッドアプローチは学習成果と動機づけを改善できるか。

主な発見

• 教師の多数はデジタルシミュレーションを支持するが、実験は関与と実践的スキルの開発の点で依然として好まれる。
• 約85%が実験室に機器が全く不足していると報告し、実験を妨げている。
• ICTベースのシミュレーションを使用している教師は約41.5%。
• 実験は生徒の関心と関与を生み出す場面が多いと約56%の教師が述べる。
• 電気の実験は実験室での実現性が高いと見做され、光学はシミュレーションの方がより適している。
• 教師は概念導入にはシミュレーションを用い、技能開発には実験を用いるハイブリッド教育を支持している。