仮説設定における思考過程とその評価に関する基礎的研究

日本理科教育学会第66回全国大会信州大会 2016年8月6日

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1. 仮説設定における思考過程と その評価に関する基礎的研究 広島大学大学院 ◦中村 大輝 広島大学大学院教育学研究科 松浦 拓也 理科教育学会 2016-8-6 全26枚＋補
2. 仮説設定 研究概要 研究の目的 仮説設定の評価について検討した上で、学習者が 説明仮説を立てる際の思考過程を明らかにする 2 実験方法の考案 ? 説明仮説の形成 問題の把握 ⚫ 何を評価するか ⚫ どのように評価するか ⚫ どのように考えているのか ⚫ 個人差の要因は何か
3. 仮説設定 研究概要 研究の目的 仮説設定の評価について検討した上で、学習者が 説明仮説を立てる際の思考過程を明らかにする 3 実験方法の考案 ? 説明仮説の形成 問題の把握 ✓ 仮説設定における評価方法 ✓ 仮説設定の思考過程 ✓ 思考傾向との関連
4. 研究の背景｜PISA2015の枠組み 4 科学的リテラシー S c i e n t i f i c L i t e r a c y ② 科学的な調査のデザインと評価の力 ③ データと証拠を科学的に解釈する力 ① 現象を科学的に説明する力 →仮説設定能力の育成は重要な目標の1つ （OECD，2016）
5. 研究の背景｜先行研究の課題 5 ⚫ 仮説設定に関する研究の課題 1. 何をどのように評価するべきかの研究が不足 2. どのように考えて仮説を立てているのかが 明らかになっていない 3. 何が個人差に繋がっているのかが不明
6. 研究の方法 6 ＊ 評価の方法 Ⅰ．仮説設定の評価に関する理論的検討 ＊ 思考傾向との関連 Ⅲ．思考傾向の個人差と思考過程の合理性の関連 ＊ 思考過程 Ⅱ．仮説設定における大学生の思考過程の実態調査
7. Ⅰ．理論的検討｜歴史的経緯 Popper (1968) 仮説設定の過程は、 ただの推測や自由な発想、 詩的直感の結果に過ぎず、 論理的分析は必要無い Peirce(1955) ,Hanson(1961) 仮説設定のプロセスは心理 的要因を含む、論理的・ 合理的なプロセスである 7 ⚫ 多くの科学教育、科学哲学の研究者は、 仮説設定のプロセスに関心を示してこなかった（Park，2006） →思考過程の合理性という観点から評価を行うべき 現代的科学観
8. Ⅰ．理論的検討｜評価の先行研究 8 評価の先行研究 文献 評価方法 石井ら（2011） 客観的な根拠を挙げられているか 川崎ら（2015） ①問題を説明するものになっているか /②根拠があるか/③検証可能か 直感的な思考の産物という批判を解決できていない 結果としての 仮説を評価 →結果ではなく、思考過程の合理性を評価するべき 思考過程の合理性という観点からの評価を 行った研究は見られない
9. Ⅰ．理論的検討｜評価の先行研究 9 評価の先行研究 文献 評価方法 山田・小林 （2014） 仮説設定能力を「変数の同定」と 「因果関係の認識」に分けて、 それぞれの調査問題により評価 この枠組を採用し、それぞれの過程の合理性を評価 仮説設定のプロセスを意識した研究
10. Ⅰ．理論的検討｜評価対象の具体 10 因果関係の認識 変数の同定 仮説設定能力 山田・小林（2014） 思考過程における２つの要素の 合理性を0～2点で得点化 ２点 ２点 計４点 仮説設定の 合理性 変数の同定過程 の合理性 因果関係の認識過 の合理性 合理性評価の枠組み
11. Ⅰ．理論的検討｜合理性の得点化基準 11 変数の同定 因果関係の認識 2点 根拠を持って変数を選択・ 消去している 示されたすべての変数につ いて検討している 変数間の因果関係を論理的に 説明できている 1点 根拠なく変数を選択・消去 している 一部の変数しか検討してい ない 変数間の因果関係の説明に 飛躍や破綻がある 0点 変数を意識できていない 変数間の因果関係を説明して いない 合理性の得点化基準
12. 研究の方法 12 ＊ 評価の方法 Ⅰ．仮説設定の評価に関する理論的検討 ＊思考傾向との関連 Ⅲ．思考傾向の個人差と思考過程の合理性の関連 ＊ 思考過程 Ⅱ．仮説設定における大学生の思考過程の実態調査
13. Ⅱ．思考過程の実態調査｜方法 13 仮説設定問題の提示 発話思考法を用いな がら、仮説を立てる ことを求める 思考過程 面接の流れ 半構造化面接の実施 合理性得点 合理性の得点化 2つの要素について 合理性を得点化する n=16 認知欲求の調査 全6問
14. Ⅱ．思考過程の実態調査｜調査問題６ 14 （問題状況の要約） そのまま水に入れる 粉にして水に入れる 軽石 浮く 沈む 割り箸 浮く 沈む 軽石も割り箸も1つのかたまりのときは浮くのに、削ると 沈むという同じような性質を示すのはなぜでしょうか？ 仮説を立ててください。
15. Ⅱ．思考過程の実態調査｜合理性得点 15 知識に依存していない n.s. n.s. n.s.
16. Ⅱ．思考過程の実態調査｜合理性が高い思考過程の特徴 16 自身の思考に間違いがないか振り返る思考場面 が相対的に多く見られる ＜例＞ • そんな限定的ではないのではないか？ • 白亜紀後期が新第三紀より後だとしたらどうだろう か？
17. Ⅱ．思考過程の実態調査｜方法 17 仮説設定問題の提示 発話思考法を用いな がら、仮説を立てる ことを求める 思考過程 面接の流れ 半構造化面接の実施 コーディング 思考過程の分析 思考過程の構成要素を 整理する n=16 認知欲求の調査 →計６個のプロセスを抽出 全6問
18. Ⅱ．思考過程の実態調査｜仮説設定の思考過程 18 ① 問題状況の理解 ② 変数の同定 ③ 因果関係・規則性の認識 ④ 仮説の表現 ⑤ 目標・方向性の確認 ⑥ 仮説の批判的検討 思考過程の構成要素
19. Q1の思考過程（例） 19 問題状況 の理解 目標・方向性 の確認 変数の同定 因果関係・ 規則性の認識 仮説の 批判的検討 仮説の表現 3 5 5 23 6 3 5 3 5 15 （出現回数） →出現頻度の高い経路を整理
20. Ⅱ．思考過程の実態調査｜仮説設定の思考過程 20 問題状況 の理解 目標・方向性 の確認 変数の同定 因果関係・ 規則性の認識 仮説の批判的検討 仮説の表現
21. 研究の方法 21 ＊ 評価の方法 Ⅰ．仮説設定の評価に関する理論的検討 ＊思考傾向との関連 Ⅲ．思考傾向の個人差と思考過程の合理性の関連 ＊ 思考過程 Ⅱ．仮説設定における大学生の思考過程の実態調査
22. Ⅲ．合理性の個人差 22 認知欲求と合理性の関連 Stanovich(2009) 思考傾向の個人差 →合理性の個人差に影響 認知欲求 （Manktelow, 2012） 努力を要する認知活動に従事したり、 それを楽しむ内発的な傾向 （Cacioppo & Petty, 1982） 認知欲求と仮説設定における 合理性との関係性に着目
23. Ⅲ．合理性の個人差｜認知欲求質問紙の構成 23 神山（1991） 日本語版認知欲求尺度15項目 Cacioppo & Petty（1982） 因子負荷量が.4以上の10項目 表記の修正・項目の再検討 2015年12月24日 理系大学生109名 因子構成の確認 面接調査での利用
24. Ⅲ．合理性の個人差｜相関分析 24 Spearmanの順位相関（ノンパラメトリック） 認知欲求 合理性得点 相関係数 .520* 有意確率 (両側) .039 N 16 →有意な正の相関が見られた 日頃から疑問を見出して考えることを楽しむ思考傾向は、 変数や因果関係を見出す能力と関係がある
25. 今後の課題 25 ◆明らかになった仮説設定の思考過程や個人差の 要因をもとに、実際の授業場面における指導法 を検討する ◆面接以外で思考過程の合理性を評価する方法に ついて検討する
26. 研究概要 仮説設定の評価について検討した上で、学習者が 説明仮説を立てる際の思考過程を明らかにする 26 ＊ 評価の方法 思考過程における＜変数の同定＞と＜因果関係の認識＞の合理性を評価 ＊ 思考傾向との関連 自身の思考に間違いがないか振り返る過程が重要 認知欲求（普段から問題を考えたり、楽しもうとする動機）と合理性の相関 ＊ 思考過程 問題状況の把握 → 変数の同定 ⇄ 因果関係・規則性の認識 → 仮説の表現 ＋目標・方向性の確認 ＋批判的検討 研究全体の目的