[論文レビュー] Flipping the Large-Enrollment Introductory Physics Classroom

Chad T. Kishimoto, Michael G. Anderson+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2018

Experimental Learning in Engineering参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、大規模な導入物理学講義（N > 100）を対象として、従来の講義を学生主導の活動ワークシートに置き換える逆転授業モデルを提示している。このアプローチにより、従来の講義中心の指導と比較して、顕著な学習の向上と性別格差の縮小が達成された。本手法は、構造化された授業内ワークシート、ペア・コラボレーション、最小限の直接指導を組み合わせることで、大規模なSTEM教育現場における概念的理解と関与度を向上させることを目的としている。

ABSTRACT

Most STEM students experience the introductory physics sequence in large-enrollment (N $\gtrsim$ 100 students) classrooms, led by one lecturer and supported by a few teaching assistants. This work describes methods and principles we used to create an effective "flipped classroom" in large- enrollment introductory physics courses by replacing a majority of traditional lecture time with in-class student-driven activity worksheets. In this work, we compare student learning in courses taught by the authors with the flipped classroom pedagogy versus a more traditional pedagogy. By comparing identical questions on exams, we find significant learning gains for students in the student-centered flipped classroom compared to students in the lecturer-centered traditional classroom. Furthermore, we find that the gender gap typically seen in the introductory physics sequence is significantly reduced in the flipped classroom.

研究の動機と目的

• 大規模な、従来の物理学講義において、学生の関与度や理解度がしばしば最小限に抑えられるという、概念的理解が低いという継続的な問題に対処すること。
• 限られた指導時間やTA支援といった制度的制約のもとで、大規模な物理学講義課程における逆転授業モデルの実装と評価を行うこと。
• 従来の講義時間を学生主導のワークシートに置き換えることで、学習成果の向上と、導入物理学においてよく見られる性別格差の縮小が図られるかどうかを調査すること。
• 大規模なリソースや動画制作を要しない、実用的でスケーラブルなフレームワークを提供し、大規模講義の物理学課程を、積極的で学生中心の学習環境に変革すること。

提案手法

• 概念的理解や問題解決を促進する構造化された、学生主導の活動ワークシートを用いて、従来の授業内講義を置き換えた。
• 動画講義の代わりに、読解の目的、推奨読書、および概要の作成を学生に提供することで、授業への準備を促進した。
• 授業時間は、共同問題解決、ペアディスカッション、およびワークシートの質問に対する学生の反応に基づく、的確な教員の介入に割り当てた。
• 思考を誘導し、リアルタイムで理解度を評価するために、ソクラテス的質問とキッカー形式の質問を統合した。
• 教育的目標を満たすために、さまざまなスケーリングレベルを備えた、既存の物理学教育リソース（例：Knight, McDermott & Shaffer）をワークシート形式に変換した。
• 比較群の間で、コース内容と教員を同一に保ったことで、教育的アプローチの影響を明確に分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な物理学講義課程において、従来の講義を学生主導のワークシートに置き換えることで、測定可能な学習の向上が見られるか？
• RQ2 逆転授業モデルは、概念的物理学評価における成績の性別格差をどの程度縮小するか？
• RQ3 大規模な授業環境において、逆転授業形式と従来の講義形式の間で、学生の関与度と概念的理解はどのように比較されるか？
• RQ4 限られた指導リソースと時間がある大規模大学において、逆転授業モデルを効果的に実装できるか？

主な発見

• 同一の試験問題を用いて測定したところ、逆転授業形式の学生は、従来の講義形式の学生と比較して顕著な学習の向上を示した。
• 逆転授業形式では、導入物理学の成績における性別格差が顕著に縮小されたが、完全に解消されたわけではない。これは、学習成果の公平性が向上したことを示唆している。
• 構造化されたワークシートと授業内での協働作業の導入により、従来の講義中心の指導と比較して、学生の関与度と概念的理解が高まった。
• 動画コンテンツを最小限に抑え、公式な動画講義を一切提供しなかったにもかかわらず、逆転授業モデルは、概念的理解の深化を促進する点で、従来の講義を上回った。
• 本手法は、大規模なクラス編成や限られたTA支援といった制度的制約の中でも、スケーラブルかつ効果的であることが実証された。
• 本研究は、特に小グループ作業を含む学生中心の活動が、教室内での暗黙の性別バイアスを緩和し、すべての学生の学習を向上させられることを示唆している。