A study of multiple representations based on thinking process survey in university introductory physics course students

基于大学物理入门课程学生思维过程调查的多重表征研究

基本信息

批准号：
21K02891
负责人：
右近修治
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，理工系大学初年度生を対象とした物理教育研究（PER）による調査結果に基づき，多様表現（multiple representations）を活用した教材群を開発することである。多様表現を活用した，いかなる教材群が問題解法スキルを向上させ，素朴概念の変容を引き起こし，高い学習効果をもたらすのか。現在までに蓄積されている多様表現に関する認知学習理論と物理学固有の題材がDBER（discipline-based education research）として結合することにより，具体的実践的に答えることができる可能性がある。2022年度は多様表現を構成する要素の一つである数式表現に焦点を当てた。学生が物理学で出会う数式は計算手段としてのみあるのではなく，物理世界を数理モデル化した表現であり，物理概念そのものの表現でもある。一方，物理学における数式は特殊文字を用いて高度に記号化されており，解読するためには一定のスキルを必要とする。Ａ高校73名，東京都市大学必修物理学選択者78名対象に数式表現理解に関する調査を実施し，教員にとって自明と思われる数式に対してさえ，その意味が学生に適切に伝わっていない可能性があることが明らかになっている。また2021年度に引き続き，物理概念理解と多様表現との関りを，力学教科書の「運動エネルギーと仕事」「エネルギー保存の法則」を具体的な題材として検討を進めている。22年度にも東京都市大学理工学部初年度生199名対象として「仕事とエネルギー概念調査」を実施し，21年度と合わせて371名からデータを得ることができた。また調査後の聞き取り調査実施者は総計15名となった。調査結果より，学生が持つ仕事やエネルギーに関する誤った理解を改善するために，文章表現や図解表現，数式表現等の多様表現が大きな役割を果たす可能性があることが明らかになってきている。

本研究的目的是根据针对理工科大学一年级学生的物理教育研究 (PER) 调查结果，开发一套利用多种表示形式的教材。什么样的教材能够运用多样化的表达方式，提高解决问题的能力，转变幼稚的观念，产生较高的学习效果？通过将迄今为止积累的关于多种表达的认知学习理论与 DBER（基于学科的教育研究）等物理学特有的材料相结合，也许可以提供具体、实用的答案。 2022 年，我们重点关注数学表达式，它是构成多样化表达式的元素之一。学生在物理中遇到的数学公式不仅作为计算手段而存在，而且作为物理世界和物理概念本身的数学模型的表达而存在。另一方面，物理学中的数学公式是使用特殊字符进行高度编码的，破译它们需要一定水平的技能。我们对 73 名 A 高中学生和 78 名东京城市大学选修物理必修课的学生对数学表达式的理解进行了调查，结果发现，即使对于老师来说看似显而易见的数学表达式，其含义也未必是正确的。明确地向学生传达了这一点。从2021年开始，我们将继续以力学教科书的“动能与功”和“能量守恒定律”为具体科目，探讨理解物理概念和各种表达之间的关系。 2012年，我们以东京城市大学理工学院199名一年级学生为对象进行了“工作与能源概念调查”，2011年我们总共获得了371名学生的数据。调查结束后共采访了15人。调查结果显示，书面表达、图表表达、数学表达等多种表达形式对于纠正学生对工作和能量的误解可能发挥重要作用。