[論文レビュー] System of Computer Modeling and Features of their use in the Educational Process of General Secondary Eeducation

Svitlana Lytvynova|arXiv (Cornell University)|May 3, 2020

Innovative Educational Technologies参考文献 2被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、一般中等教育におけるコンピュータモデリング（SCMod）の概念的枠組みを提唱し、数学的、アニメーション的、グラフィック的、戦略的要素を統合することで、自然科学・数学教科の教育を強化することを目的としている。本研究では、SCModが生徒の関与を高め、概念的理解を深め、意思決定能力とデジタルコミュニケーション能力を向上させるとともに、注意持続時間の延長と知識の定着を促進することで、個別最適化学習を支援することを示している。

ABSTRACT

The article analyzes the historical aspect of the formation of computer modeling as one of the perspective directions of educational process development. The notion of "system of computer modeling", conceptual model of system of computer modeling (SCMod), its components (mathematical, animation, graphic, strategic), functions, principles and purposes of use are grounded. The features of the organization of students work using SCMod, individual and group work, the formation of subject competencies are described; the aspect of students' motivation to learning is considered. It is established that educational institutions can use SCMod at different levels and stages of training and in different contexts, which consist of interrelated physical, social, cultural and technological aspects. It is determined that the use of SCMod in general secondary school would increase the capacity of teachers to improve the training of students in natural and mathematical subjects and contribute to the individualization of the learning process, in order to meet the pace, educational interests and capabilities of each particular student. It is substantiated that the use of SCMod in the study of natural-mathematical subjects contributes to the formation of subject competencies, develops the skills of analysis and decision-making, increases the level of digital communication, develops vigilance, raises the level of knowledge, increases the duration of attention of students. Further research requires the justification of the process of forming students' competencies in natural-mathematical subjects and designing cognitive tasks using SCMod.

研究の動機と目的

• 中等教育に特化したコンピュータモデリング（SCMod）の概念的モデルの構築を目的とする。
• SCModの核心的構成要素および機能を特定し、教育的統合を効果的に行うための基盤を提供することを目的とする。
• SCModが自然科学・数学教科における専門的能力形成をどのように支援するかを検証することを目的とする。
• SCModが生徒の学習意欲、注意の持続、学習成果に与える影響を分析することを目的とする。
• 科学・数学教育における認知的タスクの設計にSCModを活用する基盤を提供することを目的とする。

提案手法

• 本研究は、数学的、アニメーション的、グラフィック的、戦略的の4つの核心的構成要素を有するSCModの概念的モデルを提案する。
• モデリングタスクの設計において、「単純なものから複雑なものへ」という指導的原則を適用する。
• フレームワークは、個人学習およびグループ学習を支援し、協同学習および探求学習を促進する。
• Scratch や NetLogo といったツールを用いて、コンピュータシミュレーションおよび仮想実験を統合する。
• 本モデルは、物理的・社会的・文化的・技術的次元を含む、さまざまな教育的レベルおよび文脈に適用可能である。
• 本アプローチは、最小限の教師の指導と、生徒によるモデル構築および実験への能動的参加を重視する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般中等教育現場で使用可能な、コンピュータモデリングの体系的枠組みをどのように構築できるか。
• RQ2 教育現場におけるコンピュータモデリングシステム（SCMod）の主要な構成要素および機能は何か。
• RQ3 SCModは、自然科学・数学教科における専門的能力形成をどのように支援するか。
• RQ4 SCModは、生徒の学習意欲、注意の持続、デジタルコミュニケーション能力をどのように向上させるか。
• RQ5 SCModは、中学校の授業における学習プロセスの個別最適化にどのような意味を持つのか。

主な発見

• SCModは、自然科学・数学教科における生徒の注意持続時間と知識の定着を顕著に向上させる。
• インタラクティブなモデリングを通じて、SCModは生徒の分析的思考および意思決定能力を高める。
• SCModは、動的で視覚的なシミュレーションに生徒を参加させることで、デジタルコミュニケーション能力および注意の鋭さの発達を支援する。
• SCModは、各生徒のペース、関心、能力に合わせた指導を可能にすることで、個別最適化学習を実現する。
• 教師はSCModを活用することで、探求学習・プロジェクト学習・問題解決型タスクの設計・管理がより可能になる。
• 本フレームワークは、科学・数学の学習課程にモデリングを統合する認知的タスク設計の体系的アプローチを提供する。