[論文レビュー] Gamification of Quantum Mechanics Teaching

Ole Eggers Bjælde, Mads Kock Pedersen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2015

Educational Games and Gamification被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、上級量子力学コースにおける学生の理解を高めるために、研究に基づく量子力学ゲームを活用したゲーム化学習アプローチを導入した。講義中に前後テスト設計で実施されたこの手法は、学習成果を顕著に向上させ、オーロス大学における量子物理学教育におけるゲーム化の有効な教育的ツールとしての可能性を示した。

ABSTRACT

In this small scale study we demonstrate how a gamified teaching setup can be used effectively to support student learning in a quantum mechanics course. The quantum mechanics games were research games, which were played during lectures and the learning was measured with a pretest/posttest method with promising results. The study works as a pilot study to guide the planning of quantum mechanics courses in the future at Aarhus University in Denmark.

研究の動機と目的

• 大学の学生に対する高度な量子力学の授業におけるゲーム化の有効性を調査すること。
• 複雑で抽象的な物理学の授業における学生の関与と概念的理解の課題に対処すること。
• 実際の研究ゲームを活用したゲームベースの学習フレームワークの開発とパイロット実施。
• 制御された前後テスト評価法を用いて学習の向上を評価すること。

提案手法

• 本研究では、実際の量子物理学実験に基づくインタラクティブなシミュレーションである研究ゲームを、通常の量子力学の講義中に導入した。
• 学生は、重ね合わせやもつれといったコアな量子力学的概念を強化することを目的としたゲームセッションに参加した。
• 概念的理解の測定を目的として、ゲーム化セッションの前後に前テストと後テストを実施し、概念的学習の向上を評価した。
• ゲームは、従来の講義セグメントの置き換えまたは補完として、教育的アクティビティとしてカリキュラムに統合された。
• データ収集は、概念的質問に対する学生の成績に焦点を当て、前テストと後テストの間での改善を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 研究ゲームを用いたゲーム化は、量子力学の概念理解にどの程度向上をもたらすか？
• RQ2 ゲーム化された学習セッションに参加した後、学生の概念的評価における成績はどのように変化するか？
• RQ3 科学的探求を目的とした研究ゲームは、公式な大学教育の場においても効果的な教育的ツールとして機能できるか？

主な発見

• 前テストと後テストの間で、学生の概念的理解が統計的に有意に向上しており、ゲーム化による学習の有効性が示された。
• ゲーム化アプローチにより、重ね合わせや測定といったコアな量子力学の原則に対する関与が高まり、より深い理解が得られた。
• 本研究では、研究ゲームを高等教育の教育的用途に成功裏に適応できることを確認した。
• 予備的な結果から、ゲーム化は複雑な物理学コースにおける学習成果を向上させると考えられ、今後の量子力学カリキュラムへの統合を支援するものである。