[論文レビュー] Implementing Competency-Based Grading Improves the Performance of Women and First Generation Students in Introductory Physics

M. S. Richard, Jennifer Delgado+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2022

Mathematics Education and Programs被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、カンザス大学の微積分を用いた力学入門課程において、能力基準評価制度（ALPaCA）を導入し、複数回の評価を通じて各内容分野における熟達度を示せるようにした。この制度により、ストレスが軽減され、学習ペースの多様性にも対応でき、特に女性および初代学生の成績が著しく向上した。DFW率（D、F、退学）は全グループで低下した。

ABSTRACT

We present a model for competency-based grading for calculus-based introductory physics that encourages students to obtain proficiency with all course content. By allowing students to continually improve their proficiency with skills and content throughout the semester, this formative grading system is designed to create a more flexible learning environment that better accommodates the varying schedules and needs of students. While all students show improvement in their performance following the implementation of this grading system, the largest gains were found for women and first generation students, both of whom often pose a retention risk in science and engineering degree programs.

研究の動機と目的

• 微積分を用いた力学入門課程において、柔軟で能力基準に基づく成績評価制度を開発・実装し、多様な学習パスを支援すること。
• 時間制約、事前の準備、ステレオタイプ・トラップに関連する障壁を軽減することで、STEM分野における成績格差を是正すること。
• 複数回の評価機会が、とりわけ代表が不足しているグループやリスクにさらされている学生（特に女性および初代学生）の学習成果にどのように影響するかを評価すること。
• 異なる物理学の内容分野の相対的な難易度を定量化し、指導法の調整やカリキュラム設計に活かす情報の提供を行うこと。
• 能力基準評価制度が、単位修得ではなく、熟達度の証明に基づく新しい履修要件モデルの基盤としての可能性を検討すること。

提案手法

• 学生が複数回の評価で熟達度を示すことで、定着と習得を確実にするフォーマティブ評価制度（ALPaCA）を設計すること。
• 各内容分野について、1学期を通じて複数回の試験機会（毎週のクイズと最終試験を含む）を提供し、学習ペースの多様性に対応すること。
• 各内容分野について、少なくとも2回の試験で得られた最高得点の幾何平均を用いて成績を計算すること（最終試験を含む）。
• 機関データを用いて、性別、初代学生状況、代表が不足しているマイノリティ（URM）状況を分類し、コhortベースでの成績分析を実施すること。
• 個々の学習目標を焦点とした内容特化型のクイズおよび試験を実施し、後続の反復では長時間の試験から短時間で頻回な評価へ移行すること。
• 指導におけるグループ学習を維持するが、成績評価には個別評価を用いることで、個人の責任感と正確な熟達度測定を確保すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数回の評価機会を備えた能力基準評価制度が、微積分を用いた力学入門課程における全体的な学生の成績にどのように影響するか。
• RQ2 女性および初代学生が、同年代の他の学生と比較して、この成績評価モデルのもとで著しく大きな成績向上を遂げているか。
• RQ3 力学入門課程におけるどの内容分野（例：力に基づく力学、エネルギーに基づく力学、運動量）が学生にとって最も困難であり、その困難さが異なる学生コhort間でどのように変化するか。
• RQ4 ALPaCA成績評価制度が、特にリスクにさらされている学生集団において、DFW（D、F、退学）率をどの程度低減するか。
• RQ5 PHSX 211の特定の内容分野における熟達度が、その後の授業の成績を予測できるか。また、この知見は、単位修了ではなく熟達度の証明に基づく新しい履修要件モデルの構築にどのように活かせるか。

主な発見

• ALPaCA能力基準評価制度の導入により、全学生グループの成績が顕著に向上し、特に女性および初代学生の成績向上が著しかった。
• 女性は成績向上の相対的変化が最も顕著で、この制度が物理学課程で一般的に見られる性別による成績格差を効果的に是正した可能性を示唆している。
• 初代学生も成績向上が最も顕著で、学術的ソーシャライゼーションや事前のSTEM経験の欠如に起因する留年リスクを軽減した可能性を示している。
• DFW率は全コhortで低下し、特に女性および初代学生において顕著な減少が観察された。これは、成績維持および課程修了率の向上を示している。
• 学生が最も苦労したのは運動量に基づく定量的問題解決であり、次に力に基づく力学が続くが、エネルギーに基づく力学は相対的に難易度が低く感じられ、指導法の重点的改善に役立つ情報が得られた。
• 本制度の設計（各内容分野で最高得点2回分の幾何平均を用いる）により、熟達度が複数回の評価で確認され、長期的な定着を支援するとともに、1回の高リスク失敗の影響を軽減した。