[論文レビュー] Teaching vs. learning: Changing perspectives on problem solving in physics instruction

William D. Gerace, Ian D. Beatty|ArXiv.org|Aug 18, 2005

Science Education and Pedagogy参考文献 34被引用数 22

ひとこと要約

本論文は、教師中心の問題解決に重きを置く伝統的な物理学教育が、真の物理学的熟達を育てられないとしている。物理学教育研究（PER）の知見をもとに、教育者中心のモデルから学習者中心のモデルへの転換を提唱する。このモデルでは、教員が学生が能動的に知識を構築し、理解を自己監視するのを支援するガイド付き学習経験を設計する。その結果、概念的理解の深まりと問題解決能力の向上が達成される。

ABSTRACT

Problem solving is central to physics instruction. Results from Physics Education Research (PER), however, demonstrate that traditional ways of teaching with problem solving are inefficient and ineffective for promoting true physics expertise. PER findings give rise to a perspective on physics expertise, learning, and problem solving that can illuminate the reasons why problem solving in traditional instruction fares poorly and suggest remedies. At the heart of the remedies lies a rethinking of the instructional model in which teachers focus less on presenting subject material and more on engineering learning experiences and guiding students' learning efforts, while students strive to become active, selfmonitoring constructors of knowledge.

研究の動機と目的

• 伝統的な物理学教育が真の物理学的熟達を育てないという継続的な無効性に対処すること。
• 物理学教育における従来の問題解決アプローチが、深い学習を促さない理由を特定すること。
• 教師中心の指導から学習者中心の学習経験へのパラダイム転換を提言すること。
• 教育者に、学習者を能動的かつ自己監視的な知識構築者として支援する指導の再設計をガイドすること。
• 学習指向の枠組みを通じて、問題解決指導の改善に根拠に基づく戦略を提供すること。

提案手法

• 物理学教育研究（PER）の知見を分析し、従来の問題解決指導における欠陥を特定すること。
• 物理学的熟達を、機械的な手順知識ではなく、動的で構築主義的なプロセスとして再定義すること。
• 内容配信から学習経験の設計へ焦点を移す指導モデルを提唱すること。
• 形成的評価とメタ認知戦略を強調し、学生が学習進捗を自己監視できるようにすること。
• 学生の自己反映とペアディスカッションを、問題解決指導の根幹的要素として統合すること。
• 認知科学の原則を応用し、アルゴリズム的記憶よりも概念的理解を促進する学習環境を設計すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ物理学教育における伝統的な問題解決法は、持続的な概念的理解を生まないのか？
• RQ2 物理学教育における教育者中心のモデルと学習者中心のモデルの主な違いは何か？
• RQ3 教員はどのように問題解決活動を再設計し、学生が能動的に知識を構築できるようにすることができるか？
• RQ4 メタ認知は効果的な物理学問題解決において果たす役割は何か？そして、教室でどのように支援できるか？
• RQ5 PERの証拠は、物理学教育における教師中心から学習者中心のアプローチへの移行をどのように裏付けているか？

主な発見

• 従来の問題解決指導は、表面的な理解や新規問題への知識の転移が不十分であることが多い。
• 従来の方法で教えられた学生は、概念的推論ではなく記憶された手順に依存しがちである。
• 学生が自己反省と自己監視を通じて知識を構築するように導かれる学習者中心のアプローチは、より深い概念的理解をもたらす。
• 内容配信ではなく学習経験の設計に注力する教員は、学生の関与度と問題解決パフォーマンスの両方を向上させる。
• 自己説明やペアディスカッションといったメタ認知戦略は、学生が複雑な物理学問題を解く能力を著しく高める。
• PERの知見は一貫して、学習者中心で探求型のモデルが、直接指導よりも長期的な記憶保持と概念の応用を促進することを示している。