[論文レビュー] Physics in Films: A New Approach to Teaching Science

Costas Efthimiou, R. Llewellyn|ArXiv.org|Apr 13, 2004

Film in Education and Therapy参考文献 2被引用数 11

ひとこと要約

本論文では、人気のアクション映画やSF映画のシーンを用いて物理科学の概念を教授することを提案し、学生の関心と理解を高めることを目的としている。『スピード2』における減速の事例を含め、映画シーンの科学的正確性を分析することで、従来の講義法と比較して試験の成績と学生の関心が著しく向上した。

ABSTRACT

Over the past year and a half we have developed an innovative approach to the teaching of `Physical Science', a general education course typically found in the curricula of nearly every college and university. The new approach uses popular movies to illustrate the principles of physical science, analyzing individual scenes against the background of the fundamental physical laws. The impact of being able to understand why, in reality, the scene could or could not have occurred as depicted in the film, what the director got right and what he got wrong, has excited student interest enormously in a course that, when taught in the traditional mode, is usually considered to be `too hard and boring'. The performance of students on exams reflected the increased attention to and retention of basic physical concepts, a result that was a primary goal of the `Physics in Films' approach. Following the first offering of the revitalization of the Physical Science course, in which action and sci-fi films were the primary source of the scene clips used in class, the instructors have demonstrated the versatility of the approach by building variations of the course around other genres, as well --`Physics in Films: Superheroes' and `Physics in Films: Pseudoscience'. A parallel approach to the general education course in astronomy is currently being discussed; many others are in our thoughts.

研究の動機と目的

• 米国では、多くの大人が地球の公転や原子構造といった基本的な科学的知識を欠いていることから、科学的リテラシーの低下に対処すること。
• 物理科学が「難しくて退屈だ」という認識を打ち破り、文化的に関連性のあるメディアを通じて、より魅力的な学びを提供すること。
• 映画を活用した指導法が、一般教育用の科学課程における学生の記憶保持と成績向上に寄与することを示すこと。
• 物理以外の分野にも応用可能なスケーラブルなマルチメディアベースの教育モデルの開発。
• 人気映画が広めている科学に関する誤解を是正し、科学的知識に対する信頼を高めること。

提案手法

• 『スピード2』『インディペンデンス・デイ・アンド・アフター』『タンゴ・アンド・カッシュ』などの人気アクション・SF映画の映像を用い、重力、運動量、加速度といった核心的な物理科学的原則を説明する。
• 講義、クイズ、実験、スライドと映像シーンを統合し、学習を強化し、学生の注意を維持する。
• 即時の形での形成的評価と出席管理を可能にする個人応答システム（クリックヤー）を導入し、成績に反映させる。
• 学生にそれぞれ3つの映画シーンを選んで分析させ、クラスで物理的根拠に基づく評価を書面および口頭で発表させる。
• 減速の運動方程式を適用：$ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} $。映像のフレームごとの速度計データを用いて、現実の物理的妥当性を計算する。
• 複数学期にわたり、学生のフィードバック、試験成績、参加率を収集・分析し、授業の効果を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人気映画を教育的教材として用いることで、伝統的に『退屈』と見なされる一般教育用科学課程における学生の関心や関与が著しく向上するか？
• RQ2 映画を活用した指導法は、物理科学分野における従来の講義中心の教育法と比較して、学生の試験成績にどの程度向上効果をもたらすか？
• RQ3 リアルタイムのオーディエンス・リスポンス・システム（ARS）は、大規模な科学課程において学生の注意と参加意識をどの程度高めるか？
• RQ4 '映画における物理学'のモデルは、関連する映画例を用いて、生物学、工学、法医学などの他の分野へも効果的に応用可能か？
• RQ5 映画に見られる科学的誤りを分析することで、物理学に関する一般の誤解を是正し、科学的リテラシーをどの程度向上できるか？

主な発見

• 『映画における物理学』の授業を受講した学生は、従来の講義形式の授業に比べ、最終試験の平均得点が著しく高く（72.8点）、内容の記憶保持と理解が向上していることが示された。
• 映画ベースの授業の平均最終試験得点（72.8点）は、従来形式の授業（59.4点）よりも13.4点も高く、明確な成績優位性が確認された。
• 学生の関心と参加意欲は顕著に向上し、学期末の評価では80％の学生が授業形式に強く賛成または賛成であった。
• 個人応答システム（クリックヤー）は、導入当初はコストの増加による抵抗を示したが、最終的には学生が学習体験が向上したと報告し、受け入れられた。
• 『スピード2』におけるクルーズ船の現実に反する減速を、実際の物理学的計算を適用して分析することで、誤解の是正に成功した。
• この方法は非常に適応可能であり、すでに『映画における物理学：スーパーヒーロー』や『映画における物理学：フェイク科学』のバリエーションを開発済みで、教員用の教科書およびCD-ROMの作成も計画中である。