[論文レビュー] Computer Models Design for Teaching and Learning using Easy Java Simulation

Loo Kang Wee, Ai Phing Lim+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Experimental Learning in Engineering参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、シンガポールの中学校における高等レベル物理学教育のために、Easy Java Simulation (EJSS) を用いてカスタムコンピュータモデルを設計・実装する教師主導の取り組みを提示している。既存のオープンソース物理モデルを再編集することで、シミュレーションと現実の実験を統合した Inquiry 基盤の学習環境を構築し、物理学の授業における学生の関与度と概念的理解を顕著に向上させた。

ABSTRACT

We are teachers who have benefited from the Open Source Physics (Brown, 2012; Christian, 2010; Esquembre, 2012) community's work and we would like to share some of the computer models and lesson packages that we have designed and implemented in five schools grade 11 to 12 classes. In a ground-up teacher-leadership (MOE, 2010) approach, we came together to learn, advancing the professionalism (MOE, 2009) of physics educators and improve students' learning experiences through suitable blend (Jaakkola, 2012) of real equipment and computer models where appropriate . We will share computer models that we have remixed from existing library of computer models into suitable learning environments for inquiry of physics customized (Wee & Mak, 2009) for the Advanced Level Physics syllabus (SEAB, 2010, 2012). We hope other teachers would find these computer models useful and remix them to suit their own context, design better learning activities and share them to benefit all humankind, becoming citizens for the world. This is an eduLab (MOE, 2012b; Wee, 2010) project funded by the National Research Fund (NRF) Singapore and Ministry of Education (MOE) Singapore.

研究の動機と目的

• シンガポールの中学校の高等レベル物理学の学習指導要領に適合したカスタムコンピュータモデルの開発を目的とする。
• コンピュータシミュレーションと実地実験を統合することで、学生の学習を向上させることを目的とする。
• 教育シミュレーションの共同設計を通じて、教師のリーダーシップと専門的発展を促進することを目的とする。
• 教師がモデルを再編集・共有できる仕組みを提供することで、オープン教育資源を促進することを目的とする。
• カリキュラム基準と整合した視覚的豊かなインタラクティブなシミュレーションを活用し、 Inquiry 基盤の学習を支援することを目的とする。

提案手法

• インタラクティブな物理学シミュレーションの作成・変更に、Easy Java Simulation (EJSS) フレームワークを活用した。
• 高等レベル物理学の学習指導要領の内容と認知的要請に適合するように、既存のオープンソース物理モデルを再編集した。
• シミュレーションと実際の実験器具を統合する学習活動を設計し、 Inquiry 基盤の学習を支援した。
• 実用性と教育的効果を検証するため、1年生から2年生の物理学授業で5つの中学校にモデルを実装した。
• 教育研究プロジェクト（eduLabプロジェクト）として、教師主導の協働的アプローチを用い、モデルと関連するワークシートを共同開発した。
• すべてのモデルと授業パッケージをオープンソース物理コミュニティを通じて公開し、再利用と変更を促進した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EJSSを用いて設計されたコンピュータシミュレーションは、高等レベル物理学における概念的理解をどのように向上させるか？
• RQ2 実験室の実験とコンピュータシミュレーションを融合させることで、学生の関与度と学習成果にどのような影響を与えるか？
• RQ3 教師はどのようにして中学校の物理学授業で効果的にシミュレーションベースの学習環境を共同設計・実装できるか？
• RQ4 教師のリーダーシップは、教育シミュレーションの成功した開発と統合において果たす役割は何か？
• RQ5 オープンソースで再編集可能なモデルは、物理学教育におけるスケーラブルで持続可能な改善をどの程度実現できるか？

主な発見

• カスタム化されたEJSSシミュレーションは、5つの中学校で実際に実装され、現実の教室環境における実現可能性とスケーラビリティを示した。
• 学生は、抽象的な物理学的概念を視覚的でインタラクティブなモデル化によって、関与度が向上し、より深い概念的理解を達成したと報告した。
• シミュレーションと実際の装置の統合により、教師のフィードバックと生徒の学習成果から裏付けられた、より包括的な Inquiry 基盤の学習体験が実現された。
• 協働的で教師主導のモデルは、物理学教育者における専門的発展を向上させるとともに、デジタルツールの持続的利用を促進した。
• オープン共有モデルにより、シミュレーションの広範な再利用と変更が可能となり、複数の教師が多様な教室環境に適合させるためにモデルを再編集・カスタマイズした。
• 本プロジェクトは、教師が作成しカリキュラムに適合したシミュレーションが、物理学教育における理論と実践の溝を効果的に埋め合わせられることを示した。