[論文レビュー] Games as a Platform for Student Participation in Authentic Scientific Research

Rikke Magnussen, Sidse Damgaard Hansen+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2015

Educational Games and GamificationPsychology参考文献 13被引用数 16

ひとこと要約

本論文では、量子コンピューティングの実際の科学的課題を解決させる形で、高校生が本格的な量子物理学の研究に参加できる教育用ゲーム『Quantum Moves』を紹介している。研究では、特に専門家役を割り当てられることで、学生が実際の研究に貢献することに高いモチベーションを示し、物理学教育における学習の実感と関与度が顕著に向上することが明らかになった。

ABSTRACT

This paper presents results from the design and testing of an educational version of Quantum Moves, a Scientific Discovery Game that allows players to help solve authentic scientific challenges in the effort to develop a quantum computer. The primary aim of developing a game-based platform for student-research collaboration is to investigate if and how this type of game concept can strengthen authentic experimental practice and the creation of new knowledge in science education. Researchers and game developers tested the game in three separate high school classes. The tests were documented using video observations of students playing the game, qualitative interviews, and qualitative and quantitative questionnaires. The focus of the tests has been to study players motivation and their experience of learning through participation in authentic scientific inquiry. In questionnaires conducted in the two first test classes students found that the aspects of doing real scientific research and solving physics problems were the more interesting aspects of playing the game. However, designing a game that facilitates professional research collaboration while simultaneously introducing quantum physics to high school students proved to be a challenge. A collaborative learning design was implemented in Class 3, where students were given expert roles such as experimental and theoretical physicists. This significantly improved the students feeling of learning physics compared to Class 1 and 2. Overall the results presented in this paper indicate that the possibility of participating in authentic scientific experiments, which this class of games opens, is highly motivating for students. The findings also show that the learning design in the class setting must be considered in order to improve the students' experience of learning and that various design challenges remain to be addressed further.

研究の動機と目的

• ゲームベースのプラットフォームが高校における科学的探求の質を向上させられるかどうかを調査すること。
• ゲームを通じて本格的な科学的研究に参加する学生の動機付けと学習成果に与える影響を検討すること。
• 共同学習デザイン（特に専門家役の割り当てを含む）が、学生の関与度と知識獲得の実感に与える影響を評価すること。
• 高校生向け教育ゲームにプロフェッショナルな研究タスクを統合する際のデザイン上の課題を特定すること。

提案手法

• 研究者たちは、もともと量子コンピューティング研究を目的として開発された科学的発見ゲーム『Quantum Moves』の教育用バージョンを開発した。
• 3つの高校の授業がゲームのテストに参加し、指導法の設計に差異があった：2つのクラスでは構造化された役割なしでプレイされたが、3番目のクラスでは専門家役を含む共同学習デザインが採用された。
• 動画観察、定性的インタビュー、動機付け・学習・科学的探求の認識を評価する混合方法のアンケートを通じてデータを収集した。
• ゲームインターフェースは、量子系を操作することで実際の研究データに寄与する形で、量子物理学の実験条件を模擬した。
• 3クラスにおける学生の反応の定量的・定性的分析を通じて、学習体験と動機付けのレベルを評価した。
• 異なる学習デザインにおける学生の認識と体験を比較し、役割割り当てが学習成果に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲームを通じて本格的な科学的探求に参加することは、高校生の物理学学習への動機付けにどのように影響するか？
• RQ2 実験的・理論的物理学者などの専門家役を割り当てることで、ゲームベースの科学環境における学生の学習実感はどの程度向上するか？
• RQ3 プロフェッショナルな科学的研究タスクと効果的な高校科学教育を同時に支援するゲームを設計するうえでの主な課題は何か？
• RQ4 学生は、ゲームベース学習プラットフォーム内に統合された本格的な研究タスクをどのように体験するか？

主な発見

• 専門家役を割り当てられたクラスの学生は、2つの対照クラスと比較して、物理学の学習実感が顕著に強いと報告した。
• ゲームで最も動機付けられた要因は、本格的な科学的調査を実施できることと、本物の物理学的問題を解決できることであった。
• 3年生のクラスで採用された共同学習デザインは、学習実感の向上に寄与し、役割割り当てが関与度と知識認識を高めることを示した。
• 高い動機付けにもかかわらず、専門的科学的貢献と高校生向けの理解可能な科学教育の両立を図るゲーム設計は依然として大きな課題である。
• 最初の2つのクラスの学生は、本格的な研究や物理学的問題解決の側面に興味を示したが、3年生クラスで顕著に向上した構造化された役割ベースの関与が欠けていた。
• 本研究は、ゲームを通じた本格的な科学的参加が非常に動機付けになることを確認したが、教育的成果を最大限に引き出すには、効果的な学習デザインが不可欠であると示した。