[論文レビュー] How physics instruction impacts students' beliefs about learning physics

Adrian Madsen, Sarah B. McKagan+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2014

Science Education and Pedagogy被引用数 7

ひとこと要約

24件の研究を対象としたメタアナリシスにおいて、CLASSおよびMPEXアンケートを用いた分析から、従来の物理学教育は、物理学の学び方についてのエキスパートに似た信念を改善するどころか、悪化させる傾向にあることが明らかになった。モデル構築やエキスパート的認識論を重視する介入のみが有望な結果を示しているが、クラス規模や学生の選抜状況といった交絡要因のため、因果関係についての明確な結論は得にくい。

ABSTRACT

Faculty care about their students learning to think like physicists, but often don't assess this because it is not clear how to do so. Physics education researchers have created several surveys to assess one important aspect of thinking like a physicist: what students believe that learning physics is all about. In this meta-analysis, we synthesize the results of 24 studies using the Colorado Learning Attitudes about Science Survey (CLASS) and the Maryland Physics Expectations Survey (MPEX) to answer several questions: (1) How does physics instruction impact beliefs of students? We find that in typical physics classes, these beliefs deteriorate or at best stay the same. There are a few types of interventions, including an explicit focus on model-building and/or developing expert-like beliefs that appear to lead to significant improvements in beliefs. However, because the available data oversamples certain types of classes, it is unclear whether these improvements are actually due to the interventions, or to the small class size, student population or level of incoming beliefs these classes. (2) When do physics majors develop expert-like beliefs? We find that physics majors enter their undergraduate education with more favorable beliefs than non-majors and these beliefs remain relatively stable throughout their undergraduate careers. Thus, typical physics courses appear to be selecting students that already have strong beliefs, rather than supporting students in developing strong beliefs. (3) How do beliefs of students impact their learning of physics? There is a small correlation between incoming beliefs about physics and gains on conceptual mechanics surveys. This suggests that students with more expert-like incoming beliefs may learn more in their physics courses, but this finding should be further explored and replicated.

研究の動機と目的

• 物理学教育が物理学の学び方に関する学生の信念に与える影響、特に教育がエキスパートに似た認識論的信念を育成するかどうかを調査すること。
• 物理学専攻学生がいつエキスパートに似た信念を獲得するか、そして通常の授業がその発達を支援しているかどうかを特定すること。
• 学生の初期信念と物理学の概念的学習の向上の関係を検討すること。
• CLASSやMPEXのようなアンケートの信頼性および妥当性が、信念の変化を測定するためにどの程度適切であるかを評価すること。

提案手法

• コロラド大学の学習態度に関する科学に関するアンケート（CLASS）およびメリーランド大学の物理学期待に関するアンケート（MPEX）を用いた24件の研究のメタ的統合分析。
• 多様な物理学の授業を対象にデータを統合し、物理学の学び方に関する学生の信念の時間的変化を評価した。
• 統計的分析により、伝統的な講義とモデルベースの教育法を含む、さまざまな指導法における信念の変化を比較した。
• クラス規模、学生集団、初期信念水準の影響を分離するために、サブグループ分析を実施した。
• 相関分析により、指導前の信念と概念的力学のテストでの学習の向上の関係を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 通常の物理学教育は、学生の物理学の学び方に関する信念にどのように影響を与えるか？
• RQ2 どの指導法の介入が、学生のエキスパートに似た信念の改善を顕著に示すか？
• RQ3 物理学専攻学生は、学術的キャリアのどの段階でエキスパートに似た信念を獲得するか？
• RQ4 学生の初期信念が、物理学における学習の向上をどの程度予測できるか？

主な発見

• 通常の物理学授業では、学生の物理学の学び方に関する信念は悪化するか、変化しないことが多く、標準的な教育が肯定的な影響を及ぼさないことを示している。
• モデル構築やエキスパートに似た信念の育成に明確に焦点を当てた介入は顕著な改善を示しているが、交絡変数のため因果関係は明確でない。
• 物理学専攻学生は非専攻学生よりも初期段階でより好ましい信念を有しており、学術的キャリアを通じてその信念は比較的安定している。
• 学生の初期のエキスパートに似た信念と、概念的力学のテストでの学習の向上の間に、わずかではあるが測定可能な相関が認められた。
• 特定の介入による信念の向上は、小規模なクラス、成績優秀な学生集団、または初期段階での高い信念水準といった要因の影響を受けており、介入自体の効果とは限らない可能性がある。