[論文レビュー] Student perceptions of laboratory classroom activities and experimental physics practice

Dimitri R. Dounas-Frazer, Kimme S. Johnson+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2020

Innovative Teaching and Learning Methods参考文献 25被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、大学上級レベルの物理学専攻学生が、複数週にわたる最終プロジェクトの経験に基づき、特定の実験室活動を実験物理学の実践の真正な構成要素としてどのように認識しているかを調査している。アンケートとインタビューを用いて得られた研究結果から、学生はプロジェクト実行活動を実験物理学の本質的側面と見なしている一方、部品製作や人間関係の活動は、リソースや熟練度に依存する条件的側面と見なしていることが明らかになった。これは、直接的および間接的なプロジェクト経験が、学生が物理学の実践をどのように捉えているかに大きな影響を与えていることを示している。

ABSTRACT

We report results from a study designed to identify links between undergraduate students' views about experimental physics and their engagement in multiweek projects in lab courses. Using surveys and interviews, we explored whether students perceived particular classroom activities to be features of experimental physics practice. We focused on 18 activities, including maintaining lab notebooks, fabricating parts, and asking others for help. Interviewees identified activities related to project execution as intrinsic to experimental physics practice based on high prevalence of those activities in interviewees' own projects. Fabrication-oriented activities were identified as conditional features of experimentation based on differences between projects, which interviewees attributed to variations in project resources. Interpersonal activities were also viewed as conditional features of experimentation, dependent upon one's status as novice or expert. Our findings suggest that students' views about experimental physics are shaped by firsthand experiences of their own projects and secondhand experiences of those of others.

研究の動機と目的

• 学生が複数週にわたる実験室プロジェクトに参加することで、実験物理学に対する認識がどのように形成されるかを明らかにすること。
• 学生が実験物理学実践の真正な構成要素としてどのように特定の教室活動を認識しているかを同定すること。
• プロジェクトのリソースの違いや学生の熟練度の違いが、何が正当な実験的作業と見なされるかという認識にどのように影響するかを検討すること。
• 直接経験と間接経験の両方が、学生が実験物理学の本質をどのように捉えているかに果たす役割を理解すること。

提案手法

• 上級レベルの光学実験室コースに在籍する大学物理学専攻学生を対象に、アンケート調査と半構造的インタビューを実施した。
• 実験ノートの管理、部品の製作、同級生や教員からの支援要請といった、18の特定の実験室活動に焦点を当てた。
• 定性的データ解析手法、特にコード化とテーマ分析を用いて、学生の認識に見られるパターンを同定した。
• コースの最終プロジェクト段階でデータ収集を行い、真正な実験物理学実践に関する考察を捉えた。
• フォードの科学的実践の枠組み（相互に接続された実践の連鎖としての科学的実践）を用いて、学生の回答を解釈した。
• E-CLASSアンケートに関する先行研究および開かれた形式の実験指導の影響に関する研究を併用して、結果の三角測定を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 学生が実験物理学実践の構成的パフォーマンスとみなす実験室活動は何か。その理由は何か。
• RQ2 学生自身のプロジェクト経験の違いによって、実験物理学実践に対する認識はどのように変化するか。
• RQ3 プロジェクトのリソースの違いや学生の熟練度（初心者対熟練者）の違いが、何が真正な実験的作業と見なされるかという認識にどのように影響するか。
• RQ4 直接的および間接的な実験室プロジェクト経験が、学生の実験物理学に関する認識にどの程度影響を与えているか。

主な発見

• 学生は、データ分析、トラブルシューティング、装置のセットアップといったプロジェクト実行に関連する活動を、実験物理学実践の本質的側面と認識している。
• 部品製作を目的とした活動は、プロジェクト固有のリソースや制約に依存する条件的特徴と見なされている。
• 支援要請などの人間関係的活動も条件的と見なされており、学生の自己認識された熟練度に応じて認識が変化している。
• 学生が実験物理学をどのように捉えているかは、自身のプロジェクト経験および他人のプロジェクトの観察によって強く形成されている。
• 直接的な作業体験を通じて、実験が反復的で非線形的なプロセスであるという認識が強化された。
• 自由度が高く自己主導的なプロジェクトに参加した学生は、手続き的なチェックリストではなく、動的な反復的プロセスとして実験物理学を捉える傾向が高かった。