[論文レビュー] The challenge of engaging all students via self-paced interactive e-learning tutorials for introductory physics

Seth DeVore, Emily Marshman+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2016

Experimental Learning in Engineering参考文献 71被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、物理学入門課程における自己-pacedで研究に基づいたeラーニングチュートリアルの有効性を検証し、一対一の状況では顕著な効果を示す一方で、多くの受講生が授業外での深い関与を示さないことを明らかにした。宿題やクイズの準備としてチュートリアルの使用が促されたにもかかわらず、成績が悪い学生はペア問題においても成績を上げられず、自己学習環境における自己規制や動機付けの欠如が示された。本論文は、自己規制の支援戦略を通じて自己-paced学習ツールへの関与を高める理論的枠組みを提唱する。

ABSTRACT

As research-based self-paced e-learning tools become increasingly available, a critical issue educators encounter is implementing strategies to ensure that all students engage with them as intended. Here, we discuss the effectiveness of research-based e-learning tutorials as self-paced learning tools in large enrollment brick and mortar introductory physics courses. These interactive tutorials were developed via research in physics education and were found to be effective for a diverse group of introductory physics students in one-on-one implementation. Instructors encouraged the use of these self-paced tools in a self-paced learning environment by telling students that they would be helpful for solving the assigned homework problems and that the underlying physics principles in the tutorial problems would be similar to those in the in-class quizzes (which we call paired problems). We find that many students, who struggled in the courses in which these adaptive e-learning tutorials were assigned as a self-study tool, performed poorly on the paired problems. In contrast, a majority of student volunteers in one-on-one implementation greatly benefited from the tutorials and performed well on the paired problems. This suggests that many students enrolled in introductory physics courses did not effectively engage with the self-paced tutorials outside of class and may have only used them superficially. The findings suggest that many students in need of out-of-class remediation via self-paced learning tools may have difficulty motivating themselves and may lack the self-regulation and time-management skills to engage effectively with tools specially designed to help them learn at their own pace. We conclude by proposing a theoretical framework to help students with diverse prior preparations engage effectively with self-study tools.

研究の動機と目的

• 大規模な登録学生向けの物理学入門課程における、自己-pacedで研究に基づいたeラーニングチュートリアルの現実世界での有効性を評価すること。
• 自己学習ツールによる補習が必要な学生が、なぜしばしばそれらの恩恵を受けられないのかを特定すること。
• 制御された一対一の状況でのチュートリアル効果と、授業内での自己主導的使用との間のギャップを調査すること。
• 学生の動機付け、自己規制、時間管理スキルが、自己-paced学習ツールの成功に与える影響を調査すること。
• 多様な学習環境における自己学習eラーニングツールへの学生関与を改善する理論的枠組みを提言すること。

提案手法

• 大規模な物理教室における研究に基づいたインタラクティブeラーニングチュートリアルの実装。
• 宿題や授業内クイズ（ペア問題）との整合性を通じた学生の使用促進。
• 自己学習中の学生と一対一チュートリアルセッション中の学生のペア問題における成績を比較。
• 学習の転移を評価するために、チュートリアル問題と類似した概念的ペア問題の使用。
• 学生の関与パターンと成績結果の分析を通じて、効果的な自己学習の障壁を同定。
• 将来の自己-paced学習ツールの設計と実装を支援する理論的枠組みの開発。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自己-paced eラーニングチュートリアルは一対一の状況で実証的に有効であるにもかかわらず、なぜ物理学入門課程の多くの学生がそれらの恩恵を受けられないのか。
• RQ2 授業外で自ら独立して使用する際、学生が自己-pacedチュートリアルに意味的に関与する程度はどの程度か。
• RQ3 自己規制と時間管理スキルは、チュートリアル内容に関連する問題における学生の成績にどのように影響するか。
• RQ4 制御された環境でのチュートリアルの成功と現実の教室環境での成功との間の乖離を引き起こす要因は何か。
• RQ5 多様な学術的背景と準備レベルを持つ学生をより効果的に関与させるために、自己学習ツールをどのように再設計または支援すべきか。

主な発見

• 多くの成績が悪い学生が、宿題やクイズの準備としてチュートリアルを使用するよう促されたにもかかわらず、ペア問題で成績を上げられなかった。
• 一対一での実装に参加した学生の大多数は、チュートリアルの恩恵を著しく受けており、ペア問題でも良好な成績を上げた。
• 成績の差は、多くの学生がチュートリアルに深く関与しておらず、自己学習環境では表面的・浅い使用にとどまっている可能性を示している。
• 自己規制や時間管理スキルに欠ける学生は、それらのツールが支援を提供しても、恩恵を受ける可能性が低かった。
• 研究結果は、追加のスキャフォールディングや動機付け支援がなければ、自己-paced学習ツールは多くの学生にとって効果が薄いと示唆している。
• 本研究は、多様な事前準備を持つ学生が自己学習ツールに効果的に関与できるよう支援するための理論的枠組みの必要性を結論づけた。