[論文レビュー] Exploring Pedagogical Content Knowledge of Physics Instructors and Teaching Assistants Using the Force Concept Inventory

Alexandru Maries, Chandralekha Singh|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2013

Science Education and Pedagogy参考文献 54被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、力学の入門的分野における学生の一般的な誤った理解を予測できる能力を通じて、物理学の教員およびティーチングアシスタント（TA）の教授法的内容知識（PCK）を調査している。約900名の学生のFCI事前テストデータを用いて、熟練した教員やTAであっても、一般的に見られる学生の誤った理解を正しく特定できないことが判明した。また、その能力は教員経験年数と相関しなかった。

ABSTRACT

The Force Concept Inventory (FCI) has been widely used to assess student understanding of introductory mechanics concepts by a variety of educators and physics education researchers. One reason for this extensive use is that many of the items on the FCI have strong distractor choices that correspond to students' alternate conceptions in mechanics. Instruction is unlikely to be effective if instructors do not know the common alternate conceptions of introductory physics students and explicitly take into account students' initial knowledge state in their instructional design. Here, we discuss research involving the FCI to evaluate the pedagogical content knowledge of both instructors and teaching assistants (TAs) of varying teaching experience. For each item on the FCI, the instructors and TAs were asked to identify the most common incorrect answer choice of introductory physics students. We also discussed the responses individually with a few instructors. Then, we used the FCI pre-test and post-test data from a large population (~900) of introductory physics students to assess the pedagogical content knowledge of physics instructors and TAs. We find that while both physics instructors and TAs, on average, performed better than random guessing at identifying introductory students' difficulties with FCI content, they did not identify many common difficulties that introductory physics students have, even after traditional instruction. Moreover, the ability to correctly identify students' difficulties was not correlated with the teaching experience of the physics instructors.

研究の動機と目的

• 物理学の教員およびティーチングアシスタント（TA）の、力学入門分野における学生の一般的な誤った理解に関する教授法的内容知識（PCK）を評価すること。
• 教員経験年数が、FCIにおける学生の代替的考えを特定する能力に相関するかどうかを調査すること。
• FCIの誤答選択肢の分析を、教員のPCKを診断するツールとしての有効性を評価すること。
• 物理学教育における専門的知識と、学生の困難さに対する認識の間のギャップを明らかにすること。

提案手法

• 約900名の物理学入門課程の学生にFCIを実施し、誤った理解に関する事前テストデータを収集した。
• 各FCIの問題に対して、教員およびTAに、学生が最も多く選ぶ誤答選択肢を特定するよう求めた。
• 教員およびTAの回答を収集・分析し、学生の誤った理解を正しく予測できるかどうかを評価した。
• 一部の教員に対して個別インタビューを実施し、その予測の背後にある推論を明らかにした。
• 統計的比較を用いて、教員およびTAのパフォーマンスがランダムな推測や学生データと比較してどうなるかを評価した。
• 教員の予測の正確性と、教員経験年数を相関させ、経験の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理学教員およびティーチングアシスタント（TA）は、FCIの問題において、学生が最も多く選ぶ誤答選択肢をどの程度正確に予測できるか。
• RQ2 教員経験年数と、FCIにおける学生の誤った理解を特定する能力との間に有意な相関があるか。
• RQ3 教員およびTAの予測パターンは、FCI問題における実際の学生の成績とどのように比較できるか。
• RQ4 教員に対する個別インタビューから、学生の誤った理解を予測する際の推論に関する何が明らかになるか。
• RQ5 従来の物理学教育および経験は、学生の代替的考えに対する効果的な認識につながるのか。

主な発見

• 平均して、物理学教員およびTAは、ランダムな推測よりも高い成績を示し、FCIの誤答選択肢の最も多いものを正しく特定できた。
• そのような上出来の成績にもかかわらず、教員およびTAは、FCI事前テストデータに明確に現れる多くの一般的な学生の誤った理解を正しく特定できなかった。
• 学生の誤った理解を予測する能力は、物理学教員の教員経験年数と有意に相関しなかった。
• 従来の教育を経ても、多くの教員およびTAは、学生の事前テストデータに明確に現れる一般的な代替的考えを認識できていなかった。
• FCIの誤答選択肢の多くは、よく知られた学生の誤った理解を表しているが、その多くが教員およびTAの大多数によって認識されていなかった。
• 本研究は、専門的物理学知識と、学生の誤った理解に対する認識の間の顕著なギャップを明らかにし、物理学教育者における教授法的内容知識の欠如を示唆している。