[論文レビュー] Technology-Enabled Nurturing of Creativity and Innovation: A Specific Illustration from an Undergraduate Engineering Physics Course

Frank V. Kowalski, Susan E. Kowalski+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2013

Innovative Teaching and Learning Methods参考文献 26被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ペン入力デバイスを活用したInkSurveyを用いた、技術を支援する教育的フレームワークを提示する。このフレームワークは、学部レベルの工学物理学教育において、創造性とイノベーションを育成することを目的としている。リアルタイムで匿名かつ構造的なグループブレインストーリングを可能にし、肯定的および否定的思考を組み合わせることで、低リスクのSTEM特化型環境において、アイデアの生成と評価を向上させる。学生たちは、解決策の妥当性を評価するための共通の指標を開発した。

ABSTRACT

There is general agreement that creativity and innovation are desirable traits in the toolbox of 21 extsuperscript{st} century engineers, as well as in the future workforce in general. However, there is a dearth of exemplars, pedagogical models, or best practices to be implemented in undergraduate engineering education to develop and nurture those talents. In this paper, we use a specific example of a classroom activity from a course designed to help bridge the transition from learning the fundamental principles of engineering physics in introductory courses to being able to creatively and innovatively apply them in more advanced settings, such as senior capstone projects and on-the-job challenges in the future workplace. Application of techniques for generating and evaluating ideas are described. To enhance the benefits of group creativity and facilitate real-time electronic brainstorming in the classroom, we use InkSurvey with pen-enabled mobile computing devices (iPads, tablet PCs, Android devices, etc.). Using this free, web-based software in this setting effectively mitigates many of the social issues that typically plague brainstorming in a group setting. The focus, instead, is on paying attention to the ideas of others while encouraging fluency, originality, and honing positive critical thinking skills. This emphasis is reflected as the group creates a metric to evaluate their potential solutions. A specific case from undergraduate and graduate level engineering physics courses is described to illustrate how the extensive work done in this arena in psychology, marketing, and business environments can be applied to STEM education. The classroom process is outlined and actual student results are presented to illustrate the method for other instructors who might be interested in employing similar activities in a non-threatening, low-stakes learning environment.

研究の動機と目的

• デザインや起業を除く学部レベルの工学課程において、創造性やイノベーションを育成する教育的モデルの不足に対処すること。
• STEMの教室で一般的に見られるグループブレインストーリングの課題、すなわち社会的抑制、評価への不安、参加の不均一性を克服すること。
• 学生が評価を恐れずに、アイデアの生成と批判的思考の練習ができる、低リスクで脅威のない学習環境を提供すること。
• 肯定的および否定的批判的思考を組み合わせた、個人のアイデーションとグループでの評価を統合する構造化されたプロセスを構築すること。
• 心理学やビジネス分野で用いられる創造性技法を、具体的な教室での事例を用いてSTEM教育への応用可能性を示すこと。

提案手法

• 学生がテキスト入力またはデジタルインクで、モバイルデバイス（例：iPad、タブレット）を介してアイデアを提出できる、無料のウェブベースのソフトウェア「InkSurvey」を活用する。
• リアルタイムで匿名のアイデア提出を可能にし、社会的不安を軽減し、全学生の参加を促進する。
• 二段階の批判的思考プロセスを組み込む：まず肯定的側面（肯定的批判的思考）を特定し、次に欠陥やリスク（否定的批判的思考）を特定する。
• 全学生のアイデアを一括表示することでグループディスカッションを促進し、教員が入力をもとにフィルタリングや強調、会話の誘導を行う。
• 学生が共同で、提案された解決策の実現可能性と強度を評価するための意思決定指標を開発する。
• 実際の工学物理学の授業の文脈にこの方法を適用し、たとえばほこりの多い環境での岩の体積を測定するといった、基礎的な物理学の原則を実用的問題に応用することに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 デザインや起業を除く学部レベルの工学課程において、創造性やイノベーションを効果的に育成する方法は何か？
• RQ2 匿名でリアルタイムのデジタルブレインストーリングを用いることで、グループ環境におけるアイデアの多様性、独自性、批判的思考がどの程度向上するか？
• RQ3 肯定的および否定的批判的思考を組み合わせた、個人のアイデーションとグループ評価を統合した構造化されたプロセスは、STEM文脈における解決策の質を向上させることができるか？
• RQ4 InkSurveyのようなモバイルペン入力技術の使用は、グループ創造活動における学生の関与度と参加意欲にどのような影響を与えるか？
• RQ5 大規模なSTEM授業において、教員のファシリテーションは、技術支援型創造性教育の成功にどのような役割を果たすか？

主な発見

• モバイルデバイスを用いたInkSurveyの使用により、グループブレインストーリングにおける社会的抑制が顕著に低下し、特に発言が控えめな学生の参加が増加した。
• 従来の口頭ブレインストーリングと比較して、匿名でリアルタイムのデジタル入力を行うことで、学生はより独自性があり多様なアイデアを生成した。
• 肯定的および否定的批判的思考を体系的に適用した結果、当初は現実的でないとされたアイデア（例：ほこりの多い環境でレーザーを用いる）が、音響波を用いる実用的解決策に変容した。
• グループは解決策の質を評価するための共通の意思決定指標を開発し、批判的評価力と共同問題解決能力の向上を示した。
• 本方法により、学生がアイデアを実験し、失敗から学ぶことができる脅威のない低リスク環境が確立された。
• 教員のファシリテーションがプロセスの成功に重要な要因であることが判明したが、その一部は授業後にも対応可能であり、効果に影響を及ぼさないことが示された。