[論文レビュー] Designing Open Source Computer Models for Physics by Inquiry using Easy Java Simulation

Loo Kang Wee, Sze Yee Lye|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Experimental Learning in Engineering参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、教育現場における物理学教育のためのオープンソースコンピュータモデルの設計フレームワークを提示する。Easy Java Simulation (EJS) ツールキットを用いることで、教員がインタラクティブなシミュレーションをカスタマイズし、再配布可能となる。クリエイティブ・コモンズおよびGPLライセンスの下でアクセス可能なソースコードを活用することで、変更・再利用可能なシミュレーションを通じて、学生中心で概念的な理解を深める学習体験を支援する。

ABSTRACT

The Open Source Physics community has created hundreds of physics computer models (Wolfgang Christian, Esquembre, & Barbato, 2011; F. K. Hwang & Esquembre, 2003) which are mathematical computation representations of real-life Physics phenomenon. Since the source codes are available and can be modified for redistribution licensed Creative Commons Attribution or other compatible copyrights like GNU General Public License (GPL), educators can customize (Wee & Mak, 2009) these models for more targeted productive (Wee, 2012) activities for their classroom teaching and redistribute them to benefit all humankind. In this interactive event, we will share the basics of using the free authoring toolkit called Easy Java Simulation (W. Christian, Esquembre, & Mason, 2010; Esquembre, 2010) so that participants can modify the open source computer models for their own learning and teaching needs. These computer models has the potential to provide the experience and context, essential for deepening students conceptual understanding of Physics through student centred guided inquiry approach (Eick, Meadows, & Balkcom, 2005; Jackson, Dukerich, & Hestenes, 2008; McDermott, Shaffer, & Rosenquist, 1995; Wee, Lee, & Goh, 2011).

研究の動機と目的

• 教員が Easy Java Simulation ツールキットを用いて、物理学教育のためのオープンソースコンピュータモデルを設計・カスタマイズできるようにすること。
• アクセス可能で変更可能なシミュレーションを提供することで、学生の物理学における概念的理解を高める Inquiry-based learning を支援すること。
• クリエイティブ・コモンズやGPLなどのオープンライセンスの下で、物理学シミュレーションの共有と再配布を促進すること。
• 特定の学習目標に合致した、教室に特化したシミュレーションのニーズに対応すること。

提案手法

• インタラクティブでオープンソースの物理学シミュレーションを開発するために、Easy Java Simulation (EJS) オリジネーティングツールキットを活用すること。
• 既存のオープンソース物理学モデルのソースコードにアクセスし、編集することで変更を行うこと。
• 再配布と再利用を保証するため、クリエイティブ・コモンズおよびGNU一般公衆ライセンス (GPL) を適用すること。
• 現実の物理学現象とダイナミックな可視化を統合することで、ガイダンス付きの調査を支援するシミュレーションを設計すること。
• シミュレーションを授業指導に統合し、学生中心の探求と概念的発展を促進すること。
• 教員が改変したモデルをオープンソース物理学コミュニティ内で共有することで、共同による教育的イノベーションを促進すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 教員は、特定の教室での学習目標を満たすために、どのように効果的にオープンソースの物理学シミュレーションをカスタマイズできるか？
• RQ2 オープンソースのシミュレーションは、Inquiry-based learning を通じて、学生の物理学の概念的理解をどのように高めるか？
• RQ3 Easy Java Simulation のようなツールで、ソースコードが利用可能であることは、物理学教育における教育的イノベーションをどのように支援するか？
• RQ4 ライセンス付きで変更可能なシミュレーションを教師主導の調査活動に使用する際の実用的利点は何か？
• RQ5 オープンソースのシミュレーションモデルは、どのようにしてグローバルな教育コミュニティの利益となるように共有・変更可能になるか？

主な発見

• 教員は、Easy Java Simulation ツールキットを用いて、オープンソースの物理学シミュレーションを効果的にカスタマイズ・再配布でき、特定の学習体験に適合させることができる。
• クリエイティブ・コモンズやGPLのような許可が緩いライセンスの下でソースコードが利用可能であることで、シミュレーションの広範な再利用と変更が促進される。
• カスタマイズされたシミュレーションは、Inquiry-based learning を通じて学生の関与を高め、概念的理解を深める支援となる。
• EJS ツールキットは、高度なプログラミングスキルがなくても、インタラクティブな物理学モデルの作成・変更の技術的障壁を低くする。
• このアプローチは、オープンソース物理学コミュニティ内での教育リソースのスケーラブルで協働的な開発を可能にする。
• このフレームワークは、現実の物理現象を反映するコンテキスト豊富でインタラクティブなモデルの作成を支援し、学習成果を向上させる。