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

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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。