熟達者の思考過程に基づく仮説設定の段階的な指導

日本理科教育学会第68回全国大会 岩手大会 2018年8月5日

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1. 熟達者の思考過程に基づく 仮説設定の段階的な指導 町田市立七国山小学校 中村 大輝 理科教育学会 2018-8-5 全26枚＋補
2. 研究概要 研究の目的 仮説設定の思考過程の提示と段階的な指導が 児童の仮説設定の合理性の向上や 躓きの把握にもたらす効果を検証する 2 目標 方向性 因果関係 変数同定 問題理解 仮説の表現 仮説設定の思考過程 （中村・松浦，2018） ワークシート に反映
3. 発表の流れ 3 Ⅰ．研究の背景 Ⅲ．まとめ Ⅱ．実態調査
4. 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 （OECD，2016） ① 現象を科学的に説明する力 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 仮説設定能力 コンピテンシーの構成要素
5. 仮説設定の重要性 理科の目標 「見通しをもって観察，実験を 行うことなどを通して… 5 自然事象から見出した疑問に対して、 予想 や 仮説 を持った上で 観察，実験に臨むことが重要 H29年版学習指導要領
6. 学習者の実態 6 （益永・小林，2006） （今田・小林，2004） 0 28% 62% 10% 仮説を立てる能力は生徒に定着しているか ◆中学校教員へのアンケート 定着していない ◆大学生へのアンケート 小～高等学校で仮説を立てた経験はどの程度あるか 9.7 34.1% 44.2% 12.0 経験が少ない
7. 仮説設定の思考過程 7 目標 方向性 因果関係 変数同定 問題理解 仮説の表現 ⚫ 仮説設定における大学生の思考過程 （中村・松浦，2018） • 目標・方向性を明確化した方が、合理的な思考になりやすい （中村・松浦，印刷中） 従来：知識や経験をもとに仮説を立てている
8. 認知的徒弟制 8 徒弟制 ⚫ 雑用から始める中で、 作業過程全体が見えている ⚫ それぞれの作業が、製品を 完成させるという目標の 中に位置づけられている 認知的徒弟制 ⚫ 熟達者の思考過程を提示し、 全体像が見えるようにする ⚫ 学習が文脈に埋め込まれ ている Collins & Kapur（2014）
9. 研究仮説 9 熟達者の思考過程を児童に示し， 段階的に指導することで・・・ 仮説２：学習者の躓きを明らかにできる 仮説１：合理的な仮説設定が促進される （今回） ワークシート （今後） 授業へ位置づける
10. 発表の流れ 10 Ⅰ．研究の背景 Ⅲ．まとめ Ⅱ．実態調査
11. 調査の概要 11 対象 小学校第5学年 計120名 時期 2018年 ４月 ～ ５月 調査方法 ２種類の調査問題 熟達者の思考過程を提示した際の児童の思考の把握
12. 調査の流れ 12 補助なしで 仮説設定を求める 補助ありで 仮説設定を求める 質問紙調査の実施 「自分なりに説明してみよう」 自然現象 思考過程１ 思考過程５ ～ 理科における認知欲求尺度 （雲財・中村，2018） ワークシート ワークシート 自然現象
13. 補助なしの仮説設定シート 13 自分なりに説明してみよう 自然現象 質問紙
14. 補助ありの仮説設定シート 14 目標・方向性の確認 自然現象 問題状況の理解 変数の同定 因果関係の認識 仮説の表現
15. 自然現象１ 15 「豆腐のパック」 スーパーなどでパックに入って売られている とうふは、積み重ねた状態で売られているに もかかわらず、下の方のとうふもつぶれるこ とはありません。それはなぜでしょうか？
16. 自然現象２ 16 秋になると広葉樹の葉は紅葉して様々な色になります。 紅葉は、寒い地方や標高の高いところから始まり、だん だんとあたたかい地方や標高の低いところへと進んでい きます。なぜでしょうか？ 「紅葉の進み方」
17. 結果１ 17 類型 人数 比率 空気や水が入っているから圧力でつぶれない 2 3.2% 水は縮まないから, 重さを水が分散させる 6 9.7% 豆腐が軽いから, 豆腐自体が軽い 2 3.2% 容器の構造が関連している 12 19.4% 空気があるから 7 11.3% 水が関連している 5 8.1% その他 10 16.1% 無答 18 29.0% ⚫ 豆腐のパック ―補助なし 因果関係 まで説明 変数への 着目のみ 因果関係まで説明（n=10）…16.1% 変数への着目のみ（n=34）…54.8% 無答 （n=18）…29.0%
18. 結果２ 18 類型 人数 比率 標高の高いところのほうが、 日光や雨が先に当たるから育ちやすいため 1 3.0% 温度変化に驚いて色が変わる 1 3.0% 葉が温度を上げるために赤くなる 2 6.1% 木が寒いと感じるのが早いから 2 6.1% 紅葉してだんだんと高いところから低くなる 1 3.0% 気温が下がると紅葉する 3 9.1% その他 4 12.1% 無答 18 57.6% ⚫ 紅葉の進み方 ―補助なし 因果関係 まで説明 変数への 着目のみ 因果関係まで説明（n= 6 ）…18.8% 変数への着目のみ（n= 8 ）…25.0% 無答 （n=18）…56.2%
19. 結果の比較１ 19 ⚫ 豆腐のパック 因果関係まで説明（n=10）…16.1% 変数への着目のみ（n=34）…54.8% 無答 （n=18）…29.0% 補助あり 因果関係まで説明（n= 8 ）…24.2% 変数への着目のみ（n= 8 ）…24.2% 無答 （n=17）…51.5% 補助なし • 因果関係まで説明できる比率が上がった • 無答の比率が上がった →思考過程の途中であきらめてしまう児童
20. 結果の比較２ 20 ⚫ 紅葉の進み方 補助あり 補助なし 因果関係まで説明（n= 6 ）…18.8% 変数への着目のみ（n= 8 ）…25.0% 無答 （n=18）…56.2% 因果関係まで説明（n=18）…28.6% 変数への着目のみ（n=12）…19.0% 無答 （n=33）…52.4% • 因果関係まで説明できる比率が上がった • 無答の比率は、高いまま
21. 2問を統合した分析 21 ⚫ ベイズ統計学に基づく残差分析 e > 0 (%) 低 ← 合 理 性 → 高 無答 変数 因果 補助なし 3% 100% 5% 補助あり 97% 0% 95% 補助あり↔因果まで説明 95%の確率で関連がある n 低 ← 合 理 性 → 高 無答 変数 因果 補助なし 36 42 16 補助あり 50 20 26 補助あり↔無答 97%の確率で関連がある 仮説１ 合理的な仮説設定が 促進される
22. 質的分析 22 目標・方向性の確認 変数の同定 何を考えればいいのかを明確にして、 複数の変数を挙げていく様子 補助あり↔因果まで説明95%の確率で関連がある ←Why?
23. 質的分析 23 因果関係の認識 仮説の表現 合理的な仮説設定 因果関係を検討し、文章で表現する様子
24. 躓きの傾向 24 変数の同定 見出した変数を用いて、 現象に応じた因果関係を認識できている 77.4% 見出した変数を用いて因果関係を説明して いるものの、現象には関係のないものに なっている 6.5% 因果関係を説明できていない 16.1% 因果関係の認識 見出した変数の数 多くの児童が、複数の 変数を見出せていない 仮説２：学習者の躓きを明らかにできる
25. 発表の流れ 25 Ⅰ．研究の背景 Ⅲ．まとめ Ⅱ．実態調査
26. まとめ 26 熟達者の思考過程を児童に示し， 段階的に指導することで・・・ 仮説２：学習者の躓きを明らかにできる 仮説１：合理的な仮説設定が促進される 補助あり↔因果まで説明 95%の確率で関連がある 補助あり↔無答 97%の確率で関連がある 変数は見出せても、 因果関係が分からない 複数の変数を見出して 吟味することが難しい 今後の課題：授業の中にどう位置付けるか