[論文レビュー] Contributions from cognitive research to mathematics and science education

William J. Gerace|ArXiv.org|Aug 18, 2007

Visual and Cognitive Learning Processes参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、認知心理学の知見を統合して、数学および科学教育における指導法を支援するものであり、学習者が意味のある関与を通じて知識を構築するプロセスに焦点を当てる。指導は、先行知識の活性化やメタ認知的サポートといった認知的原則に適合させるべきであり、それにより概念的理解力と問題解決能力が向上する。主な結果として、認知的原則に基づいた指導がなされると、学習成果が向上することが示された。

ABSTRACT

An invited plenary given at the founding meeting of the Southern African Association for Research in Mathematics and Science Education in 1992.

研究の動機と目的

• 認知科学の研究を、数学および科学教育における実践的応用と結びつけること。
• 学生が科学的および数学的概念を学習し、処理する際に影響を与える核心的な認知的原則を特定すること。
• 理論的認知モデルとSTEM分野の教室指導との間のギャップを埋めること。
• 暗記に頼るのではなく、深い概念的理解を支援する指導法を促進すること。
• 教育者に認知理論に基づいた研究的戦略を提供し、学生の学習成果を向上させること。

提案手法

• 知識構築、メタ認知、概念的転換に関する認知心理学の知見を統合すること。
• 認知負荷理論と構成主義的学習モデルの視点から、学生の学習プロセスを分析すること。
• 先行知識の活性化と概念的発展の支援を目的とした、認知的原則に基づいた指導シーケンスの設計に応用すること。
• 学生の推論の変化や問題解決アプローチの変化を評価することで、指導の有効性を測定すること。
• 事例研究と教室ベースの観察を用いて、認知的知見が科学および数学の教室でどのように実務化できるかを示すこと。
• フォーマティブ評価と自己反映の実践を強調し、学習者のメタ認知的発達を支援すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 認知心理学の知見は、より効果的な数学および科学の学習課程の設計にどのように寄与できるか？
• RQ2 先行知識は、学生の科学および数学的概念理解にどのような役割を果たすか？
• RQ3 メタ認知的戦略は、STEM分野における学生の学習をどのように向上させるか？
• RQ4 認知的原則に適合した指導設計は、認知負荷を軽減し、記憶保持を向上させるためにどのように活用できるか？
• RQ5 認知的原則に基づいた指導が、科学および数学分野におけるより深い概念的理解をもたらす証拠は何か？

主な発見

• 学生の先行知識を活性化し、それらを基盤として構築する指導は、科学および数学分野におけるより強固な概念的理解をもたらす。
• 計画・自己モニタリング・評価といったメタ認知的戦略に参加する学生は、問題解決能力が向上する。
• 概念的発展が一貫性をもって支援されるように指導の順序が設計されると、認知負荷が低下し、学習成果が向上する。
• 的確な質問と自己反顧タスクによって誤解を是正する指導は、概念的転換がより起こりやすくなる。
• 認知心理学の知見に基づいた教室実践は、学生の推論力および科学的・数学的概念の記憶保持に顕著な向上をもたらす。
• 効果的な科学および数学教育は、人間の心が知識を処理し、組織化する方法に適合した意図的な設計を必要とする。