個人発表２環境情報学部 1 年 71075231対馬 尚

Cognitive Science and

Science Education

- October 1986 “American Psychologist” -Susan Carey

MIT

概要

主題：教育への認知的な志向性　→科学教育のケアリーの議論のためのコンテキストを提供

• 科学教育は数学教育と同様に質の改善への努力が注目されている

• この志向性とは何かを理解するために、まず既存の知識のスキーマに統合する必要があるという考えから始まる

科学教育のパラドックス• 科学教育のパラドックス「その目標が教えられている科学理論とは異なる学生の現存の考え」を、置き換えるために新しいスキーマを伝えること

• このパラドックスを解決することで、科学教育における現在の研究のための準備をすることができる

ケアリーの再調査ケアリーは、学生のスキーマと専門家のスキーマとの間のミスマッチの程度を示すための研究を再調査した。

アプローチ方法• 理論の変化に関する科学の歴史から• 初心者―エキスパートのシフトに関する認知科学の文献

から• 科学の教育者からだけでなく、ピアジェの業績から

素朴理論と科学理論の違いのいくつかの特徴付けを比較

minirevolution in education• 教育のミニレボリューションとよばれるこの問題で多く

の記事は確かに、彼らはそれが特にリーディング、ライティングの授業では、すでに進行中であることを示している

• この革命のキーワード→理解（ understanding）

• 読書の目標とはテキストから理解すること。 　そして、読書を教えることは人の現時点での、理解の習得とその観察のためのテクニックを教えることを伴う。

The Phenomena of Misconceptions

• ケアリーの言及する現象… 教育にはとても抵抗力があると判明する誤解

• 誤解の診断は、生産性の高い家内工業である　（ e.g., the proceedings of the International Seminar on Misconceptions in Science and Mathematics, Helm & Novak, 1983 ）

• 教育者と認識的な科学者によるこの現象の独立している発見を例証するには、力学の 2 つの例をあげる。

Figure2 　コイントスの問題• 位置 a ：軌道の上向きの位置• 位置 b ：軌道の下向きの位置

• 指示Position a と Position b においてコインに作用している力を示しなさい。

• 初心者の物理学者（物理学の専門でない人）は（たとえそれらがニュートン力学の関連部分を教えられている大学の物理学を学ぶ年齢でも）パネル B のように矢印を描く。

• 専門家は、パネル C （クレメント、 1982 ）のように矢印を描く。

初心者の誤解初心者には、次のように位置にそれらの 2 つの矢印を説明する

• その増加傾向にコインに作用する二つの力がある「上に投げられた時に付与される上向きの力」と「重力」

• 前者の力は増加傾向に大きい　→コインが上昇している理由である

• 下向きの軌道では重力の力は、唯一の力である、あるいは 2 つのうちの大きい方が重力である…それがコインが降下する理由である。

専門家との違い• 対照的に Newtonians は、コインが動きで設定されると重

力の力だけを認識する

• 明らかに、初心者は動きについての誤解があり、 “引き起こす力を加えずして動きはない”というような授業への強い耐性がある

• これは、 “引き起こす力がなしに加速はしない”というニュートンの法則に関連する概念を違反している

科学の誤解に関する研究• このような類似の誤解は、 Viennot （ 1979 ）、マクダーモット（ 1984 ）、そしてシャンパンとクロッパー（ 1984 ）など、他の科学の教育者によって報告されている。

• 認知心理学者もまた、これに関する研究に貢献してきた。 • 例えば、マクロスキー（ 1983 ）は同一の結果と、クレ

メントの問題のわずかな変形を説明した。 マクロスキーはまた、力学の誤解のいくつかの新しいケースについての研究に貢献した。

Figure3 ボールの落下の問題• 問題被験者は 50 MPH の摩擦で崖から落ちるボールを想像し、それが地面に落ちていく軌跡を描画する

• ボールが 50 MPH で水平に移動し続けるが、重力（ボールに作用する唯一の力）によって加速されるため、正しい答えは、放物線の軌道（パネル A ）である

放物線軌道の誤解• ほとんどの被験者は、ほぼ放物線を描くが、一部（約四

分の１）は純粋な水平方向の動き（パネル C ）の期間を以下のような純粋な下方への運動の周期があるようなパネル B と C のもの、のようなカーブを描く

• 被験者は、水平方向の動きを引き起こす力が放散されており、その重力がその後を引き継いだということで、これらの軌道を説明する。

• 類似の誤解は、科学のカリキュラムの他の段階でも確認されている

• ジョンソンとウェルマン（ 1982 ）幼児が脳は何のためにあるのか誤解することについて文書化した

• 彼らはそれを精神的な生命の臓器ととらえ、記憶、夢を見ること、問題解決、というように、思考のために必要であると判断したが、歩行や呼吸、くしゃみには、また会話でさえにも無関係であるとみなした

• ジョンソンとウェルマンの５年生を対象にした研究の一つでは、自律神経の議論だけでなく、中枢神経系で完了する、脳での 2週間のカリキュラムを行った。

• このカリキュラムを履修していた子どもたちは、まだ履修していない子供たちがそうであったように脳を見て同じように呼吸やくしゃみに無関係だと考えていた

• 重要な問題点高校と大学の物理学を 2 年以上やって、関連する知識を教育された学生でも力学の誤解がよくおこるということを再度強調するということ

• 学生のこれらの応答を行うコースの教師は、さらに懐疑的に驚いている

• ここでのポイントは、カリキュラムのこれらの誤解の文書の障害が望むための理解を付与するということ

• 学生は、他の誰と同様に、入ってくる現在保持されている知識のスキーマへの関連した情報で理解する。

• 理科の授業で紹介する情報は、さらに全体のコースは、カリキュラムを付与することが意図されている知識構造から体系的な方法で異なる既存の知識構造に同化される。

• 学生はまだ専門家の精神的なスキーマを持っていないが、彼らは物理的、生物学的、および社会的な世界を理解するためのいくつかのスキーマをもたらす。

Knowledge Restructuring--the View From Cognitive Science• 認知科学者は、初心者と専門家のシフトに関する他の研

究の文脈で誤解の作業を置く

• 初心者と専門家のシフトとは→ いくつかのドメインでの初心者から専門家への変化

• 多くのドメインを検討→ 力学の専門知識、チェスゲームで専門知識、特に力学 • カイ、グレイザー、と Rees （ 1982 ）は、初心者と専門

家のシフトの認知科学の研究の優れたレビューを提供→3 つの方法は、初心者がエキスパートとどう違うのかの説明に耐えるためにもたらされている

• 専門家は明らかに初心者に顕著ではない抽象的なスキーマの面で物理学の彼らの知識を整理している

• この力の違いは、３つの方法の研究により明確になった。

• ラーキンと彼女の同僚（ラーキン、マクダーモット、サイモン＆サイモン、 1980 ）は、力学の問題を解決するとき、初心者は、彼らが問題に関連していきたいと考えて方程式を扱い、手段の分析を使用することを示した。

• 対照的に、専門家は、開始する前に、ソリューション全体の計画を持っていることを示し、順方向で正しい方程式を適用する。

• 専門家は物理学の知識は、それらが初心者はできないような方法で問題の構造を把握することが可能に編成かという観点で図式化する

• チーらが説明するように、これらの最初の 2 つの方法。 （ 1982 )---- 誤解、類似性の判断の分析の分析は科学の教育者によって使用されている。

• 科学の教育者も学生と教師、または生徒と研究者は、一緒にドメイン内の学生の概念の表現を生成する技法「概念のマッピング」を開発した。

• このプロセスは、研究と教育の目標の両方を提供する。

• ドメインの学生の利益の習得として生成連続するコンセプトマップを、比較することによって、研究者は知識が買収の過程で再構築する方法を見ることができる。

• すべてのこれらの技術は、二つの構造を比較すると、“リ ストラ”の問題が対処されることがありますように、彼らの目標として、初心者の（と専門家の）ドメインの構造の記述を持っている。 1. 専門家は初心者が（“力なしに動きなし”から“力のなし

に加速なし”への変化のように）それらの間で表す関係とは異なる概念間の関係を表しています。

2. パターンは、物理学の問題の中で知覚される類似性の変化との影響を受けやすくない変化の反映のどちらか。

• 初心者 - 専門家のシフトは、 2 つのシステムが多くの概念を共有している

• 私たちは 物理的に同じ大きさ約または 専門家 のものとは異なるが同じ概念間の初心者の表す関係などの専門家とは異なる初心者の誤解から想像する ことができる場合にのみ有効

Knowledge Restructuring--the View From Science Education• 科学の歴史の中で概念的な変化の研究は、はるかに急進

的な知識の再構築の観点につながっている• 科学教育の見解では、どのような理論の変化も、必ずし

も概念的な変化を伴う• 連続する理論が不整合であり、それぞれの理論が偽であ

ること

A Different View of Restructuring--Piaget’s• ピアジェは、私たちの幼い子どもたちの学習への障壁に

対し全く異なる見方を与えた。

• 科学的概念の構造と概念を表すことができない子供たちの考え方は、根本的に大人と異なる種類であることを教えてくれた

• ピアジェのシステムでは、これらの変化は、ドメインが独立している

• つまり、特定の形式的特性と知識のどのようなドメインにも、その情報に関係なく、新しい情報を学習しないで、子供の限界を説明するということを意味した

The Challenges• “alternative conceptual framework” の見解のうちいくつか

のバージョンは間違いなく正しい。 • それが明らかに別のバージョンを明記するために、どの

ケースで正しいかを検出することが重要である。 • さらに 2 つの課題がある　→表象の問題とメカニズムの変化の問題

1. 概念的な組織再編を分析することができるように概念的な構造を表すのより良い方法を見つける必要がる。

2. 私たちはどんな原因が変化を引き起こすのかという理論を開発しなければならない。

なぜ認知科学と科学の教育者は、互いが必要であるのか• 両者の懸念の中心と同じ現象の独立の相似は、認知科学

と科学の教育者との間の協力が成功するための段階を設定する。

• 成功したコラボレーションの第二の要件は、補完的な強みである

• 表象の問題は、認知科学者によって、すべての場合、解決される

• 認知科学者たちは、人間の概念の性質因果概念の関係上と存在論的概念の分析に取り組んでいる

• そのような仕事は間違いなく、より正確な知識を獲得する過程で再構築する方法を示すの共同事業を支援する

まとめ• メカニズムの変化の問題は、二つのグループのコラボ

レーションにより、すべての場合、解決される• 科学の教育者は教室で知識の再構築を行うための方法に

ついてのアイデアをテストする必要がある

• 表象の問題は、認知科学者によって、すべての場合、解決されるでしょう。

• 多くは、概念的な構造の現在のネットワークの表現に不満を持っていると科学的知識の表現のための新たな形式化に取り組んでいる。

• 例えば、 Forbus とゼントナー（ 1984 ）のモデル定性推論、その知識を表現するための定式化を説明し、最も直感的な理論は、むしろ自然現象の定量的な説明はその質的なを提供している。

• メカニズムの変化の問題は、二つのグループのコラボレーションにより、すべての場合、解決されるでしょう。 それは、教室で知識の再構築を行うための方法についてのアイデアをテストする必要がある科学の教育者です。

• 最近の記事では、ポズナー、ストライク、ヒューソン、そして Gertzog （ 1982 ）は、ビューと知識の再編成に影響される提案された指導戦略の "代替の概念的枠組み "ポイントの挑戦を受け入れた。

• これらに沿って多くの作業が求められている。• • 知識獲得に関するアイデアは、その再編の困難な問題を

提起しない例に対してテストされている必要がある