[論文レビュー] Social networks and academic performance in physics: Undergraduate cooperation enhances ill-structured problem elaboration and inhibits well-structured problem solving

Javier Pulgar, Cristián Candia+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2019

Innovative Teaching and Learning Methods参考文献 52被引用数 41

ひとこと要約

本研究は、大学初年度の物理学の授業におけるソーシャルネットワーク構造が、構造的が明確な（代数的ベースの）問題と、構造が不明瞭な（現実世界に類似した）問題における学習成績に与える影響を調査する。実験的手法を用いて、構造的穴を通じた多様な情報へのアクセスが、構造が不明瞭な問題の成績を向上させる一方で、高いクラスタリングは成績を低下させることが判明した。逆に、構造的が明確な問題の成績はクラスタリングの高いネットワークで向上するが、多数の同級生から情報を得る学生は成績が低下する。本研究は、指導法の設計が協同学習の成果を決定的に左右することを強調している。

ABSTRACT

Introductory physics students who actively sought out information from multiple peers were less likely to solve well structured problems compared to those who did not seek help; for ill-structured problems, this effect depended on the features of the learning environment.

研究の動機と目的

• 異なる指導法が物理学の学習成績に与える影響を、ソーシャルネットワーク構造の形成に及ぼす影響を調査すること。
• クラスタリングや構造的穴といったソーシャルネットワーク構造の違いが、構造的が明確な問題と構造が不明瞭な問題における成績に与える差別の影響を検討すること。
• 協同学習が、問題の種類やネットワーク構造に応じて成績を向上させるか、あるいは低下させるかを特定すること。
• 指導法の設計が、物理学教育におけるペア・コラボレーションと学習成果の関係をどのように媒介するかを評価すること。
• 情報の求め方や社会的つながりが、共同学習環境における認知的関与と問題の洗練度に与える影響を検討すること。

提案手法

• 3つのセクションに分かれた82名の1年次物理学学生を対象に、2か月間の実験を実施。異なる指導法を用いて、異なるソーシャルネットワーク構造を誘発した。
• 構造的が明確な問題の成績は標準化テストで、構造が不明瞭な問題（高校生向けの物理問題作成タスク）の成績は実務的課題で測定した。
• Qualtricsを用いて、学生の情報の求め方と、優秀な学生（良い学生）とみなす同級生のネットワークを把握するためのペア・ノミネーション調査を実施した。
• 調査結果とロスター情報に基づき、情報の求め方のネットワークモデルと、優秀な学生とみなす同級生のネットワークモデルをそれぞれ構築した。
• OLS回帰モデルを用いて、ネットワーク予測変数（例：次数、固有ベクトル中心性、制約、構造的穴）と成績、または問題の洗練度の関係を分析した。
• 交互作用項（例：処置 × 制約、処置 × 固有ベクトル中心性）を用いて、指導法が成績および洗練度に及ぼすネットワーク効果を緩和するかどうかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる指導法は、大学初年度の物理学学生のソーシャルネットワーク構造をどのように形成するか？
• RQ2 構造的穴を通じた多様な情報へのアクセスは、構造的が明確な問題よりも構造が不明瞭な問題の成績を向上させるか？
• RQ3 情報の重複が多い（高いクラスタリング）ネットワーク構造は、構造的が明確な問題の成績を、構造が不明瞭な問題の成績よりも向上させるか？
• RQ4 複数の同級生から情報を求める傾向が、構造的が明確な問題と構造が不明瞭な問題の成績を予測する程度はどの程度か？
• RQ5 指導法は、物理学の問題解決におけるソーシャルネットワーク構造と学習成績の関係をどのように緩和するか？

主な発見

• 複数の同級生から情報を求めた学生は、構造的が明確な（代数的ベースの）問題で著しく成績が悪く、OLSモデルにおけるlog(outdegree)の係数は-0.331（p < 0.1）であった。
• 高い制約（高いクラスタリング）を持つネットワークでは、構造的が明確な問題の成績が構造が不明瞭な問題の成績よりも良かった。これは、重複する情報が手順的問題解決を支援することを示している。
• 多様な情報を得られる構造的穴を持つ学生は、構造が不明瞭な問題で著しく成績が良かった。処置と固有ベクトル中心性の交互作用は正であり有意で、β = 0.601（p < 0.01）であった。
• 問題の洗練度（創造性と問題設計の深さ）は、構造的穴によって著しく予測された。ゲートキーパー状態（β = 0.588、p < 0.05）と固有ベクトル中心性（β = -0.456、p < 0.01）が主な予測要因であった。
• 混合型処置と制約の交互作用は負であり有意（β = -0.842、p < 0.1）であった。これは、混合能力グループでは、高い制約が成績を低下させ、特に構造的が明確な問題の成績に顕著に影響したことを示している。
• 優秀な学生とみなす同級生とのつながりは、成績の強力な予測要因であった。1単位の「優秀な学生とのつながり」の増加は、物理学の成績を0.443ポイント向上させた（p < 0.05）。特に、指導がガイドされた条件では顕著であった。