2013/02/21(水)に行った講演会 「大学教育の転換：「どう教えるか」から「どう学か」へ」 の発表スライド。 是非ご覧下さい。

1. 理学特別講演会
東工大院 理工学研究科 物性物理学専攻 勝田仁之
2013. 02. 21.

2. 1987 誕生
2006 東工大理学部 入学
家庭教師
2007 物理学科へ進学
塾講師
2010 東工大院 物性物理学専攻 入学
物理演習
物理教育研究会(APEJ) 入会 中学／高校 講師 TA
予備校 講師
2012 東工大院 博士課程 進学
大学 講師
物理相談室 TA
2013 ４月 中央大学附属中学・高校 就職(理科／物理教諭)
日本物理教育学会、Physics Suite 研究会、
∞ 理科カリキュラムを考える会、Physics by Inquiry 研究会 ・・・

3. 問題の解き方は覚えるが、本質的な理解をしない学生
授業で繰り返し説明した、とても簡単なことすら学生の頭
には入っていない
勉強するのは試験のときだけ、終わった瞬間全てを忘れる
たとえば皆さんも上のような感想を持っていて、なんとかしたいと
します。
では来年度は、授業にどんな改善をしようとしますか？

4. 正解 典型
A G
A D
A B
芝浦工大/後期講義での正答率
(pre) 2012. 10. 02. 25.4 %
(post) 2012. 12. 25. 46.3 %
力学概念調査(FMCE) Thornton and Sokoloff (1998) より抜粋

5. 学問の本質が詰まった優れた教科書や、創発的な講義。
そのうえ我々が丁寧に、時間をかけて教えても・・・
伸びるのは一部の学生だけ。
学生は我々が望むようには学んではいない！
きっと先で考えて頂いた授業の改善で、上述したような
伸びる学生 をさらに伸ばすことはできる。
一方、 伸びない学生 を 伸びる学生 に変えるためには
我々教員が「どう教えるか」よりも、
学生が「どう学んでいるか」に注目すべきだ！！

6. まず何よりも、学生の言葉に耳を傾けなければならない。
しかし、これが意外と難しい！
・教師は本質的に教えたがり屋さん＆沈黙が苦痛
・学びの発達段階にある学生の話はややこしいしじれったい
・学生もなかなか本音をぶつけてこない
・「言え」って言えば言うほど人間は単純ではない
さらに、学生の「言葉」と「思考」が一致するとは限らない。
人が真に何をどう考えているかを追究する必要性
認知科学/心理学の知識を科学教育へ導入！

7. 「なんでそこまでしてあげなくちゃならないの？」
「そんなの学生の自己責任でしょ？後で困っても知らんよ」
「自分の人生は自分で決めればよいじゃない」
「手取り足取りやってもらってちゃ自立できないよ」
「なんで大学に入ってきたの？」
「自分で勉強できない学生が悪い」
「ゆとり教育・・・」
・・・と、まあ、愚痴は尽きないのだけれど。

8. インターネットの普及や大学入試の多様化、大学全入時代。
塾や予備校、中高一貫教育など「入試突破」に特化した、
(本質的な理解の伴わない)教育の普及。
今日の学生と我々の姿は、年齢を重ねる程離れていく。
しかし、今日の社会は おとな が作ったものであり、
いつの世も生まれてくる こども に選ぶ術は無い。
さらに、我々は前述したような学生を入試で選び出している。
学生が突然変わるはずがない。少しずつ学生が変わっていける
ように、教育者である我々も変わっていかなくてはならない。
不満はあれど、きっとその方が世界は良い方に向かうだろう。

9. およそ40∼50年前、「物理学科」は全学科の中でダントツ
トップ。医学部よりも偏差値が高かった時さえある。
現在、大学で物理を学ぶ学生のほとんどは工学系、あるいは
医療を含む生物系の学生である。
(理系学生の物理学科進学率: 東工大 60/1100, 東大 70/1700)
理学系の基礎学問とされていた内容(量子力学, 相対論など)は、
既に工学や医学で応用されている。( 必要な物理 使える数学 )
専門教育はもちろん重要。今日の理学部学生は、未来の科学
者／科学教師となるのだから。
一方で、一部の優秀な専門家を ふるいにかける ような教育
を続けていけば、我々はこれからの社会に居場所を失う。

10. 日本同様、高校/大学で物理の履修者数の減少が国家的問題に。
その後国家的な努力(多額な予算と組織的な研究)によって右肩
上がりに回復。
「アメリカの物理教育研究の動向」覧具博義, 応用物理 第81巻 第10号(2012)より抜粋

11. 米国物理教員協会(AAPT)と米国物理学会(APS)が連携した、
国家的な主導力を持って物理教育改善に取り組む。
認知科学や教育学を巻き込んだカリキュラム改革、新しい
教育手法の開発が進められ、世界的な物理教育研究拠点が
いくつもできた。(ワシントン大やメリーランド大など)
APS声明(2005)：
「物理教育(PER)は物理学の一大分野である。」
論文誌 Physical Review に PER section の登場
多くの研究者／大学院生の流入。
化学／生物／地学／天文教育も同様に研究分野として台頭。

12. E. F. Redish による書籍 Teaching Physics with the
Physics Suite の出版 (Wiley, 2003)
物理教育の問題点／認知科学的な学習理論／具体的な教育手
法／評価ツール などが集約され世界的な注目を浴びる。
2006 国際物理教育会議ICPE(東京) での基調講演で国内に周
知される。
その後、AP研究会(京都)とPS研究会(東京)の連携で翻訳。
2012 和訳本「科学をどう教えるか」出版(丸善)
既に我々は世界に10∼20年の遅れをとっている。
この間に海外諸国でもPER拠点の設立が進んでいる。
日本には大きな拠点が無い。東工大のようなリーダーになれる大学の参入
が必要だ！

13. １、構成主義の原理
２、文脈の原理
３、変容の原理
４、個別性の原理
５、社会的学習の原理

14. Frisby, Seeing: Illusion Brain and Mind より抜粋(Oxford, 1980)

15. Frisby, Seeing: Illusion Brain and Mind より抜粋(Oxford, 1980)

16. Frisby, Seeing: Illusion Brain and Mind より抜粋(Oxford, 1980)

17. 構成主義の原理：
人は、それぞれが持っている知識とつながりを作ることで
記憶を創造的に構成する。(白と黒の塊から「犬」を創造)
では、次にやってみて下さい：
・この犬が歩き出すのを想像
・犬を想像せずに、絵を見る
変容の原理：
記憶構造と合致すること
は学べるし、拡張も容易。
一方で構造を大きく変化
させることは非常に困難。

18. 下の４枚のカードは、
片面が母音の時に裏面は奇数となっています。
K
2
A
7
上の記述が正しいかどうか確認するためには、
最低何枚のカードをめくる必要がありますか？

19. あなたは居酒屋で未成年が飲酒をしていないか監視する
アルバイトをしています。
店員はカードの表に客の年齢、裏に注文をメモしています。
ある店員が下のようにカードを落としてしまいました。
17
カル
ピス 25
熱
燗
未成年が飲酒をしていないか確かめるためには、
最低何枚のカードを裏返す必要がありますか？

20. 先の２問題の論理的構造はまったく同じだが、一般の(理系大
学とかにいない)人には前者の方がずっと難しく感じられる。
文脈の原理：
記憶の構築や応答は、文脈に依存する。
文脈には、心理的状態も含まれる。
学生の知識は、知っている／知らないの２通りだけではなく、
ある文脈の下では思い出せる という状態が無限に存在する。
「重力が常に下向きで一定」なる記憶は全員にある。しかし、
現実的な(コイントスなどの)文脈では応答できず、限定的な
(試験やレポートなどの)文脈でしか応答できないのだ。
我々はこの事実を、肝に銘じなければならない！！！

21. 個別性の原理：
学生の記憶構造も心的状態も人それぞれである。
つまり我々への応答や学習姿勢/方法もそれぞれ異なる。
ここから次の２つの事柄が導かれる。
・「こう教えれば良い」という唯一絶対の教授法は無い。
・教師自身の学習経験は、目の前の学生へ呈示すべき学習法
からは、おそらくほど遠い。
我々教員は、専門の学問を理解したり、好きになることがで
きて、職業にまでしてしまったとても変わった集団である。
長年の訓練によって、知識は科学的/論理的思考に強く整理さ
れている。整理されていなかった頃の自分はもう思い出せない。

22. 社会的学習の原理：
ほとんどの学生にとっては、独学よりも他者との相互作用を
通した学習の方が効果的である。
(私もだが) 物理屋や数学屋は、独学ができる傾向が強い。
そして我々は独学の際、頭の中に「内なる他者」を作り出して
議論することができる。やはり特殊な集団である。
独学の習得によって得られるものは非常に多い。私自身、学生
が習得することを期待しているし、目標にしている。
しかし、目の前の学生にいきなり「独学してみなさい」という
のは、教育とはほど遠い。それこそ、 ふるいにかけ ている。

23. 皆さんに、集中力と動体視力のテストに付き合ってもらいます。
これから、動画を見せます。
白い服を着た３人と黒い服を着た３人が、それぞれ同じ色の
服を着ている人たちとボールをパスし合います。
白い服を着た人たちが何回パスをしたか数えて下さい。
白い服を着た人に、集中して下さい！！！
次のスライドに行く前に、
動画(http://www.youtube.com/watch?v=IGQmdoK_ZfY)
でテストをして下さい。

24. ・ゴリラがウホウホしていましたよね？
・黒い服を着ている人、途中でいなくなりましたよね？
・カーテンの色、変わりましたよね？
我々は常に、五感を通して膨大な情報を受け取る。
脳は「今どう振る舞うべきか」を他者、社会文化、経験など
を鑑みて決定する。その枠組み(フレーム)の中で、必要でない
情報はどんどん削ぎ落としていく。(選択的注意=選択的無視)
私は皆さんのフレームを 白い服の人たちのパス に合わせた。
たとえば学生のフレームが 試験の解き方 に合わされ、我々
が強調して教えていることが 見えないゴリラ になってしまう。

25. ５つの原理＋フレームの概念を鑑みると、座学講義での教え
込みではほとんど何も伝わらないと分かる。(理解度：約10%)
・自然現象に対する記憶構造は、既に(生後数年で)できてし
まっている。それは物理的には間違っている場合が多いが、
日常生活においては合理的である。そう簡単には変わらない。
(重いものほど速く落下、運動する物体は自然に止まる・・・)
・授業に対する各自のフレームを、学生は教室に持ち込む。
それは各自の(褒められた/叱られたなどの)経験や、各学問ご
との文化に大きく依存する、非常に多様なものである。
・学生に「自分は無理だ／頭が悪い」と思わせてしまったら、
丸暗記以外の道は閉ざされたも同然。

26. とりあえず学生に発問してみる：「∼って何でしたっけ？」
→多くの学生は、考えすらしない。学生は形式的な質問に
答えなくても講義が進むこと、黙っていれば教師が答えを
言うことを知っている。
「何か疑問があれば質問して下さい」
→能動的に講義を受けているほんの一部の学生にしか無理。
未習知識を使わないと答えられない発問
→答えられる訳が無い。「この教員の質問には答えられな
い」と思われたら、その学生は２度と考えようとしない。
少なからぬ数の学生が教員を喜ばせようとして発言する
→自分の本音とかけ離れていても、成績が良かった経験による。

27. その科目の内容が分からない学生にも、教員の熱意や誠実さ
はすぐに見抜かれる。
学生に質問をするのなら、本気の質問をすること。
また口頭でのやりとりは、整理された知識を持たない学生に
はほぼ不可能。一度紙に書かせてから、聞き取ると良い。
そして、個人では限界があるし偏る。多くの学生の分析を基
にした、物理教育研究に基づく教育手法／教材を積極的に取
り入れるべきだ。

28. 正しいことを正しく伝えるだけなら教師はいらない。
既に確立されてしまっている学生の知識構造に、揺さぶりを
継続してかけ続けなければならない。(学生の頭は白紙ではない！)
学生が問題を 自分の問題 として捉え、能動的な姿勢を取ら
ないと脳と記憶システムは活性化されない！
(活性度：授業中とテレビ鑑賞中が最も低い[Mazurの調査])
教師と学生、学生同士の相互作用(議論や共有)を通して、
・自分の知識やその矛盾と向き合い(メタ認知)、
・認知的な 藤の中で新たな記憶を自ら構築する。
・・・ように仕組んで「誘導」する！これが教師の仕事だ！

29. ・Tutorial Physics (McDermott)
・Just in Time Physics (Novakら)
・Interactive Lecture Demonstrations (Sokoloffら)
・Peer Instruction (Mazur)
・Activity-Based Physics Tutorial (Steinbergら)
・Cooperative Ploblem Solving (Herrerら)
・RealTime Physics (Sokoloffら)
・Physics by Inquiry (McDermott)
・Workshop Physics (Lawsら)
詳細は、例えば「科学をどう教えるか」第７∼９章を参照。
授業時間や予算に応じて、選択／改良／組み合わせができる。

30. 相互作用型の演示実験講義(Thornton & Sokoloff, 2004)
問題を提示(例：ある運動の位置/速度/加速度のグラフを描け)
測定無しの演示実験を見た後、各自予想を書く
各自の予想について班で話し合う
各班の予想をとりまとめてクラス討論を行う
実際に実験して、ITセンサで結果をリアルタイムに表示する
なぜ正解(実験結果)が物理的に正しくて、
誤答の何が問題なのかを議論する
この繰り返しで、 だんだん 理解するようになっていく。

31. 大学として行う場合は、イージーセンスやパスコなどの
ITセンサーを購入して使った方が良い。
(力、位置/速度/加速度、温度、電流/電圧、濃度/pHなど様々)
個人で購入するのはちょっと大変なので、私はiPhoneの
アプリ(Acceleration1.0)を用いて測定した。←無料！

32. 初めに斜面の下から台車を手で押し離す。
台車はその後斜面を上り、やがて下まで戻ってくる。(演示有)
各時刻の速度と加速度グラフを描け。
x v
t
€ €
a
€
2012.10.09. 芝浦工大にて実施
t
€

33. v v
有限時間静止
t t
€
速度ではなく速さ €
・実は、この実験の直前に、「斜面を上る」「斜面を下る」
€ €
運動のILDsも行っている。(それらのグラフをつなげれば正解)
・学生は全員「速度の微分(グラフの傾き)が加速度」であるこ
とを知っているが、多くの解答でその整合性はない。(文脈)
・一方で、討論の内容、誤答の問題点指摘などからは、
学生がどんどん成長しているように見受けられた。

34. 次の２つの評価は必ず分けなければならない。
・成績評価
各学生の成績をつけるための評価。
出席、試験、宿題／レポート、講義中の課題や発表など。
学生に理解してほしいことは、(多様な文脈の下で)試験に出す
などして必ず成績評価の対象にすべきだ。
・授業評価
授業の成功度合いを測る評価。
学期の前後で実施して成長度を測るものや、その日の授業の
終わりに実施して学生の理解度を測るものなどがある。
成績とは無関係であることを学生に宣言すること！

35. PERの成果を取り込んだ評価ツールが多く開発されている。
力学概念(FMCE, FCI, MBT)、学習姿勢(MPEX, VASS,
EBAPS)、電気回路(DIRECT)、他。(波動や熱分野もある。)
学期冒頭(pre)と講義終了後(post)の結果を比較することで、
その講義による成長度(gain)を測定できる。
gain: preの不正解者のうち、postで正解に転じた割合。
多様な文脈、多様な形式から出題する。(選択肢問題で典型的
誤回答をあえて正解より先に呈示するなど。)
国際的な評価ツールとして機能するためには、絶対に学生に
正解を教えたり、直接的な解説をしてはいけない！
試験後に問題も回収する。
参考：「科学をどう教えるか」第５章

36. 実践ー評価ー修正の繰り返し。
各教員個人ではやっているが、それらは累積／共有がされてい
ない。果たして講義担当教員が変わる度に振り出しに戻り、
いっこうに前進しない。
カリキュ
必要なのは個人の努力を 研究/評価
学習者 ラム開発
モデル
超えた、組織的な教育
システム！
授業実践
Redish, Teaching Physics with the Physics Suite より抜粋

37. 大学１年時の理学系科目(数/物/化/生/地)は、基礎教養として
全学的に全ての学部/学科で開講されている。
各個人でそれぞれの講座を担当するのではなく、各学科が
一丸となって 東工大 入門物理コース などを作れば良い。
1つの講義に5時間費やす教員が20人集まれば、1つの講義に
100時間分のマンパワーを生み出したことになる。
多くの専門家の視点から改良でき、それが共有できる。
設備/器具を共有するので、集中的な投資が可能。
東工大が日本の新しい理工系基礎教育のモデルケースとなる
可能性がある。東工大にはその環境と人材がある！

38. 演習と実験の現状 (進度/内容はリンクしておらずバラバラ)
演習：ただ問題を解いて解説を聞くだけの受け身の空間。(お
そらく模範解答があれば教師も教室も無くて家でできる。)
実験：一見能動的なようだが、実際はレシピ通りに進めてい
るだけで実験への物理的な解釈や考察は伴っていない。
実験は、新しい理論を学ぶ強力な動機付けとなる。(逆もアリ)
そこから演習を出発することもできる。前述した、物理教育
研究に基づく教育手法を部分的にでも取り入れられるはず。
実験室の数や授業数の問題はある。しかし「演習の日」「実
験の日」「講義の日」と分けるのではなく、それらをうまく
ローテーションさせれば、いくらか講義と実験の内容が近く
なるはずである。

39. 先述した新しい教育手法を効果的に進めるためには、
十分な数のTAが必要とされることがしばしばある。
一方、現状の予算では相当数の院生の確保はできそうもない。
１年次の授業のTAとなって活動する授業科目を上級生向けに
開講し、単位を出せば良い。教育に携わってみたい学生は一定
数いる。教職課程と連携すれば、さらに効果的だろう。
「教える側に立つ」ことで初めて見えてくることは多い。

40. 教員も人間なので、得意分野もあれば不得意分野もある。
学生時代からずっと間違いに気づかないこともある。
そんな中で、他の教員とのつながりは非常に重要。
物理教育系の学会／研究会にいる中心メンバーは高校の教員
が多く、大学教員はまだまだ少ない。理数教育は小中高大と
積み重なっていく。我々はもっと連携しなければならない。
大学教員は専門分野の知識に長けているが、中高の教員は
教えるスキルに長けている。お互いに学び合えば、きっと
もっと良い世界になるはず。
教育系の学会／研究会にも足を運んで下さい！！

41. 今日紹介した内容全てに共通して言えることは、
我々は学び手の知識構造に迫っていかなければならない、
ということ。
教育研究が増え、多くの分析や教材開発がなされてきたが、
満足いく教育となるにはまだまだほど遠い。
日本の科学教育は今、転換点に立っている。
ここで踏ん張れないと、本当に国が揺らぐ。
繰り返すが、教える側も変わらなければならない！

42. 物理教育の活動を初めてから、周りの教員／生徒から多くの
ことを学びました。最も重要なこととして：
自分の教育観を変え、新しいものを取り入れる時。
ひとりでやろうとしないこと。できることからはじめること。
今日紹介した内容についてもっと詳しく説明してほしいとか、
新しい教育手法を取り入れてみたいと思って下さったら：
katsuda.phys.edu@gmail.com にご連絡を。
私は来月で東工大を去りますが、その後も物理教員同士、
できることがあれば協力させて下さい。
一緒に勉強していきましょう。
明日の物理教育が、今日よりも良くなるように！！！