[論文レビュー] Educational Objectives Of Different Laboratory Types: A Comparative Study

Yasser H. Elawady, Ahmad S. Tolba|ArXiv.org|Dec 4, 2009

Experimental Learning in Engineering参考文献 68被引用数 42

ひとこと要約

本論文は、教育的目標の観点から、実地実験、シミュレーション実験、リモート実験を比較し、リモート実験は実データと技術的利点を提供するが、実地実験に比べて設計スキルの習得に劣ることを主張している。本論文は、概念的理解や実践的スキルの習得を促進するためのリモート実験の改善策を提案している。

ABSTRACT

Laboratory based courses play a critical role in scientific education. Automation is changing the nature of the laboratories, and there is a long running debate about the value of hands on versus simulated and remote laboratories. The remote lab technology has brought a significant improvement in communication within the Academic community and has improved students learning experiences. There are different educational objectives as criteria for judging the laboratories: Hands on advocates emphasize design skills, while remote lab advocates focus on conceptual understanding. Remote laboratories offer all the advantages of the new technology, but are often a poor replacement for real laboratory work. Remote laboratories are similar to simulation techniques in that they require minimal space and time, because the experiments can be rapidly configured and run over the Internet [Web]. But unlike simulations, they provide real data. This paper presents a comparative analysis for the educational objectives of the three laboratory techniques, hands on, simulated, and remote laboratories. In addition, it proposes enhancements for the remote lab activities leading to improving its performance.

研究の動機と目的

• 実地、シミュレーション、リモート実験の3種類の実験形式の教育的目標を分析・比較すること。
• 科学・工学教育における特定の学習成果を支援するうえで、各実験形式の長所と短所を特定すること。
• リモート実験またはシミュレーション実験が、伝統的な実地実験体験に効果的に代われるかどうかという論争に応えること。
• 教育的パフォーマンスと学習目標との整合性を高めるために、リモート実験活動に実用的な改善策を提案すること。
• 教育者が目的とする学習成果や機関の制約を踏まえて、適切な実験形式を選択するのを支援すること。

提案手法

• 実地、シミュレーション、リモート実験手法の教育的目標を比較分析すること。
• 概念的理解、設計スキル、実践的関与などの基準に基づき、各実験形式を評価すること。
• スキル習得（例：設計、トラブルシューティング）と知識習得（例：理論、データ解釈）を区別する枠組みを用いること。
• 反射的タスクや構造化された実験プロトコルの統合といった、リモート実験活動への具体的な改善策を提言すること。
• リアルタイムのデータ取得を維持しつつ、迅速な設定とインターネット接続によるアクセスを可能にするリモート実験技術を活用すること。
• リモート実験の学術的利用に関する既存の文献と実地観察結果を活用し、提言を裏付けること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実地、シミュレーション、リモート実験は、科学教育における概念的理解の支援において、どのように異なるか？
• RQ2 リモート実験は、実地実験に比べて、実践的設計およびトラブルシューティングスキルの習得をどの程度支援するか？
• RQ3 リモート実験活動にどのような具体的な改善策を施すことで、教育的効果を高められるか？
• RQ4 リモート実験とシミュレーション実験は、学習成果の観点から、伝統的な実地実験に比べて時間的・空間的・資源的効率がどの程度優れているか？
• RQ5 教育的価値と学生の関与度の観点から、リモート実験はシミュレーションベースの実験と、どのような点で類似または相違するか？

主な発見

• 実地実験は、工学や実験科学教育において、設計および実践的スキルを育てるのに最も効果的である。
• リモート実験は、実際の実験データを提供し、伝統的実験に比べてアクセス性、時間効率、スケーラビリティの点で顕著な利点を有する。
• シミュレーションに比べて、リモート実験は本物のデータを提供するが、実地実験が持つ触覚的および認知的関与を完全に再現することはできない。
• 本研究では、リモート実験が、構造化されたタスク、誘導型の調査、および反射的要素を組み込むことで、概念的理解の向上が図れることが同定された。
• シミュレーション実験は効率的だが、現実世界のデータが欠落しているため、真正性に欠け、実務的問題解決スキルの習得に有効でない場合がある。
• 形式的フィードバックの統合や実験設計の挑戦を組み込むといった、本研究で提言されたリモート実験の改善策は、教育的パフォーマンスの向上と学習目標との整合性強化に顕著な効果をもたらす。