[論文レビュー] Lecture-Tutorials in Introductory Astronomy

Colin S. Wallace, Edward E. Prather|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2018

Innovations in Educational Methods被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、初歩的な天文学（astro 101）の授業における概念的理解と推論能力を向上させるために、研究に基づいた、問いかけ型の指導法を採用した『Lecture-Tutorials for Introductory Astronomy』を提示する。20年以上にわたる教育研究の裏付けがあるこの教材は、意図的な指導戦略を用いて実装された場合、700人の学生が参加する大規模授業（メガコース）の事例研究において顕著な学習効果を示しており、大規模な天文学教室におけるアクティブラーニングのスケーラブルなモデルを提供する。

ABSTRACT

The Lecture-Tutorials for Introductory Astronomy have been designed to help introductory astronomy instructors actively engage their students in developing their conceptual understandings and reasoning abilities across a wide range of astrophysical topics. The development of the Lecture-Tutorials has been informed by nearly two-decades of research into common learning difficulties students experience when studying astronomy. The results from multiple studies provide evidence that Lecture-Tutorials can help students achieve learning gains well beyond what is typically achieved by lecture alone. Achieving such learning gains requires that an instructor understand how to effectively incorporate the Lecture-Tutorials into his or her course. This chapter provides details into the best practices for the effective integration and implementation of the Lecture-Tutorials - practices that we have developed through years of reflective practice from working with thousands of Astro 101 students and instructors. We also present a case study of how Lecture-Tutorials were used to promote the active engagement of learners in an Astro 101 mega-course enrolling over 700 students. This case study illustrates how the thoughtful implementation of Lecture-Tutorials can result in dramatic learning gains, even in the most daunting instructional environments.

研究の動機と目的

• 研究に基づいた指導教材を通じて、初歩的な天文学の授業における広範な概念的誤解を是正すること。
• インstructersがLecture-Tutorialsを効果的に授業に統合するための最良の実践法を提供すること。
• Lecture-Tutorialsが大規模な受講者数の授業環境において、スケーラブルで効果的なものであることを示すこと。
• さまざまな天文学的トピックにわたり、多様な学生集団におけるアクティブラーニングと推論能力の向上を支援すること。

提案手法

• Lecture-Tutorialsは、学生が協同学習の形で主要な天文学的概念を推論するのを促すガイダンス付きのワークシートとして構成されている。
• 各チュートリアルは、学生の誤解に関する物理学および天文学教育研究の数十年にわたる知見に基づいている。
• インstructersは授業中にチュートリアルを実施し、ペアやグループディスカッションを促進し、フォーマティブアセスメントを活用することで概念的関与を促進する。
• このアプローチは、科学教育における生産的なディスカッションのモデルに整合し、直接指導よりもインstructerのファシリテーションを重視している。
• トレーニング資料、整合性ガイド、既存のカリキュラム構造への統合フレームワークを用いて、実装を支援する。
• 700人の学生が参加するメガコースの事例研究により、体系的な実装が測定可能な学習効果をもたらすことが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Lecture-Tutorialsを大規模な受講者数の天文学授業で効果的に実装するには、どのような方法が有効か？
• RQ2 Lecture-Tutorialsを用いた場合、どのような具体的な指導戦略が顕著な学習効果をもたらすか？
• RQ3 Lecture-Tutorialsは、異なる授業形式において、多様な学生集団の推論能力と概念的習得をどの程度向上できるか？
• RQ4 Lecture-Tutorialsの統合は、従来の講義中心の指導法と比較して、学習成果にどのような差をもたらすか？

主な発見

• Lecture-Tutorialsは、講義中心の指導法に比べて、顕著に高い学習効果をもたらす。
• 700人の学生が参加するメガコースにおいて、Lecture-Tutorialsを熟慮して実装した結果、学生の学習成果に顕著な向上が見られた。
• チュートリアルは、天体の運動、光、星の進化といった、長年の誤解が根強く残る核心的な天文学的トピックを克服するのにも有効である。
• 成功した実装には、インstructerのトレーニングと、カリキュラム設計への意図的な統合が必要であり、単なる教材配布だけでは不十分である。
• このアプローチは、大規模な教育環境でも、アクティブラーニングと協同学習による推論を支援する。
• 複数の研究からの証拠により、チュートリアルは天文学教育における概念的理解を高める信頼性があり、スケーラブルなツールであると確認されている。