[論文レビュー] Same Activity, Divergent Impacts: Representing Paths Towards Physics Computational Literacy and Physics Identity with Conjecture Mapping-Based Narrative Analysis

Sarah McHale, Tor Ole B. Odden+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2026

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ひとこと要約

この論文は、計算機統合型物理学コースにおいて、2名の学生が物理学の計算リテラシーと物理的アイデンティティをどのように異なる形で発展させるかを、複数日間の活動を対象とした修正された推測マッピング・ナラティブ分析を用いて検討する。

ABSTRACT

Integrating computation into physics teaching is a curricular move that, at present, has been predominately studied for its cognitive impacts. However, if this modality of instruction shifts how students engage with physics, we argue there is room for students to redefine what it means to do physics and how they perceive themselves relative to the field. To investigate this, we situate a comparative case study in the context of a computationally integrated physics course. We study two students' experiences with a multi-day activity to understand how and why they came to affectively divergent self-perceptions. We propose a modified use of conjecture mapping to visualize the production of affective outcomes and connect narrative analysis to activity design. Our analysis highlights how different interpretations of and engagement with activity design reflect students' epistemic framing of code, which, in turn, drives engagement with scaffolding in manners that shape self-perception.

研究の動機と目的

• 設計された複数日間の計算活動への参加が、学生の物理計算リテラシー信念（PCL）と物理的アイデンティティ（PI）にどのように影響するかを理解する。
• 同じ活動文脈内で、2名の学生が感情的成果を異なる体験をする理由を検討する。
• 設計要素、実施、感情的成果を結びつける修正された推測マッピング手法を実証する。
• ナラティブ分析を活動設計に結び付け、計算物理の将来指導に情報を提供する。
• コードの知識論的 framing が、支援構造と自己認識への関与とどのように関連するかを調査する。

提案手法

• 計算機統合型の現代物理学実験コースにおける2名の学生（BridgetとJake）の比較事例研究を実施。
• インタビュー（前期・後期）、教室観察、TA/講師インタビュー、コース文書などのデータを収集・三角測定（ triangulation）する。
• 設計要素（Resources、Activity Structure、Ethos）、実施プロセス（Mediating Processes から改称）、学生成果物、学生体験を用い、物語形式の推測マッピング法を適用して、それぞれの学生のナラティブを活動設計と結びつける。
• 推測マップ上で正の価値（実線）または負の価値（破線）を用いて結びつきを表現し、感情的軌道を描く。
• 物理学計算リテラシー（PCL）と物理的アイデンティティ（PI）フレームワークに沿った演繹的コード分析を実施。
• 設計ベースの研究原理を取り入れ、推測マップのリンクを設計推測と理論推測へ結び付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 設計された複数日間の計算活動の設計への関与が、学生の物理計算リテラシー信念と物理的アイデンティティの発展にどのように影響するのか？
• RQ2 同じ活動設計にもかかわらず、なぜ2名の学生は感情的成果を異なる体験をするのか？
• RQ3 この文脈で、推測マッピングをどのように修正してナラティブを可視化し、設計・実施・成果を結びつけることができるか？

主な発見

• 同じ複数日間の活動中に、2名の学生がPIとPCLに対して異なる感情的姿勢を発展させた。
• 成果の違いは、それぞれの学生が設計をどのように解釈し、活動に関与し、物理の文脈でコードをどのように位置づけたか（コードの知識論的 framing）と関連している。
• 修正された推測マッピング・ナラティブ分析は、Resources、Activity Structure、Ethos が実施プロセスに影響を与え、それがPCL/PIの成果へ結びつく様子を示す。
• ナラティブは、コードと計算的実践への関与の差異が、認知的な利得を超えて自己認識を物理学者として形成する可能性を示す。
• 推測マップは、設計から成果への経路を追跡するデータ可視化ツールとして機能し、複数の学生の視点を比較できる。