オンラインツールで天文学の学びを変える

大学では、学生は通常、少なくとも1つの理系の授業を受ける必要があるんだ。多くの理系じゃない専攻の学生にとって、これが科学を学ぶ最後のチャンスかもしれない。この学びは、将来の科学的な話題への関わり方や考え方を形作ることがあるんだ。オンラインには矛盾した情報がたくさんあるから、科学やデータを理解することがますます重要になってる。

多くの理系じゃない専攻の学生がASTRO 101と呼ばれる入門天文学の授業を受けるんだ。学生たちが宇宙における自分たちの位置をより良く理解してこのコースを終えることが大事だよ。伝統的には、講義が学部レベルの主要な教授法だけど、研究によると、学生が教材に関与するアクティブラーニングの方が学習成果が良いらしい。講義チュートリアル（LT）はその一つのアクティブラーニングの方法だ。LTは、学生が小グループで協力して天文学の概念を理解するための共通の課題に取り組むために設計されているんだ。

#オンライン教材の必要性

LTのようなアクティブラーニングの方法をオンラインコースでどう使うかに関する研究はあまり進んでいないんだ。COVID-19パンデミックによって、オンライン教室のための魅力的で研究に基づいた教材が必要不可欠になった。オンラインコースを受ける学生が増えているから、デジタル形式での学習体験を向上させるアクティブラーニングの活動がより求められているんだ。

私たちは、学部の入門天文学の授業で惑星の形成を教えるためのインタラクティブなオンラインLTを開発した。このLTは、伝統的なペンと紙の形式をデジタル活動に変えるものなんだ。オンラインLTの効果を確認するために、それらの結果を講義だけを使ったクラスや標準のペンと紙のLTを使ったクラスと比較したよ。

#主な発見

全体的に見ると、オンラインLTの影響は、対面で行われた伝統的なペンと紙のLTと似ていたんだ。この2つの形式は講義だけのアプローチよりも優れていた。しかし、オンラインLTが非同期（学生が同時に集まらない）で使われた時は、学習の向上が低く、講義だけの方法と似ていた。これは、オンラインLTは期待できるけど、非同期での使用に改善が必要だってことを示しているんだ。

#アクティブラーニングの重要性

アクティブラーニングは、学生が相互に関与し合う教授法を指すんだ。小グループでの作業は、異なる視点を共有することで学生の学びを深めるんだ。LTは、天文学の教育において長年にわたって有益な役割を果たしてきて、グループでの学びが効果的であることを示してきたんだ。研究によると、一緒に働く学生は、一人で勉強する学生よりも良い結果を出すみたい。

#オンラインLTの作成

オンラインLTは、惑星の形成について学びながら学生が積極的に関与できるように設計されたんだ。私たちは、同じトピックの既存のペンと紙のLTをモデルにしたよ。外部太陽系の惑星の発見が増えているから、惑星の形成を理解することは天文学のカリキュラムの重要な部分になってる。

オンラインLTのために、惑星の形成に関連する概念について学生が批判的に考えることを要求する質問や課題を作ったんだ。デジタル形式では、伝統的な紙のLTではできないインタラクティブな要素が可能なんだ。たとえば、学生は星からの距離に基づいて、さまざまな材料が太陽系でどこに凝縮するかを視覚的にプロットできるんだ。

#研究参加者

オンラインLTは、複数の大学のさまざまな天文学のコースで実施されたんだ。学習成果を比較するために、オンラインと対面の設定で学生からデータを集めたよ。この研究に参加した学生のほとんどは理系じゃない専攻で、大学の最初の2年間の学生に焦点を当てているんだ。

#学習成果の評価

学生がどれだけ学んだかを測定するために、惑星形成概念インベントリー（PFCI）というツールを使用したんだ。この評価は、私たちのLTで取り上げたのと同じトピックに焦点を当てていて、難解な言葉を最小限にするようにデザインされているよ。学生は惑星の形成について学ぶ前にプレテストを受けて、その後LTを終えた後にポストテストを受けたんだ。

私たちは次のことを知りたかったんだ：

1. ペンと紙のLTをインタラクティブな要素を持つオンライン形式に変えると、学習成果は改善されるのか？
2. オンラインLTから得られる学生の学習向上は、伝統的なLTや講義だけのアプローチとどう比較されるのか？

#惑星形成講義チュートリアル（PFLT）

PFLTは、学生が惑星の形成を段階的に理解できるように構成されているんだ。これは、一般的な誤解に対処しながら、互いに徐々に関連づける一連の質問を含んでいるよ。活動には約25〜30分かかって、惑星の形成に関する講義の後に学生がペアまたは小グループで作業することを促進するんだ。

PFLTを完了することで、学生は以下を学ぶんだ：

• 太陽系と宇宙がどのように形成されたのかを区別する。
• 太陽からの距離に基づいて、惑星にどんな材料が見つかるかを予測する。
• 惑星の構成を決定する際の霜/雪線の重要性を理解する。
• ガス巨星が別の太陽系の霜線内に存在する可能性について話し合う。

#仲間との議論を通じた学習

PFLTの価値のある側面の一つは、仲間との議論を取り入れているところだ。これらの議論は、学生が互いの理由を対峙し挑戦することを可能にし、それが理解を深めるのを助けるんだ。例えば、学生は宇宙の形成のタイムラインと太陽系のタイムラインを混同するような惑星の形成に関する一般的な誤解について議論することができるんだ。

PFLTには、温度と惑星の位置の関係を視覚的に示すグラフや表などの視覚的補助も含まれていて、学生は一緒にデータを分析することで、素材の理解を強化するんだ。

#オンライン講義チュートリアル（PFOLT）への移行

PFOLTは、オンライン学習に適したインタラクティブな要素を取り入れながら、PFLTの学習成果を再現するように設計されたんだ。学生は、変数を操作して材料が太陽系でどのように凝縮するかを観察できるシミュレーションに関わることができる。

このアプローチは、学生が学んでいる概念を視覚化できるため、よりダイナミックな学習体験を提供するんだ。PFOLTには約40分かかり、学生のインターネット接続に応じて、共同作業または独立して完了することができるよ。

#研究結果と分析

私たちの調査結果では、対面で使用されたPFOLTの学習向上がPFLTと同等であることが示されたんだ。ただ、非同期PFOLTは、講義だけの条件と比較して顕著な学習向上を示さなかった。これは、PFOLTには可能性があるけど、非同期利用には解決が必要な課題があることを示しているよ。

指導の質も学習成果を決定するために重要な役割を果たすんだ。講師が小グループ作業を促進した場合、学生はより高い成果を上げたんだ。対照的に、強い事前指導がない非同期のコースでは、エンゲージメントと理解が低下したんだ。

#学習におけるグループ作業の重要性

私たちの分析からは、小グループでの作業が学習成果を大いに向上させることが明らかだよ。協力する学生は、情報をよりよく処理し、アイデアを共有し、互いから学ぶ傾向があるんだ。

結果の違いは、特にオンライン環境で仲間との相互作用がより難しい中で、協力学習の機会を促進する必要があることを示しているんだ。

#フィードバックへの対応と改善

インストラクターの調査では、PFOLTの一部が繰り返しに感じられた学生がいるというフィードバックがあったんだ。今後、データの提示方法の冗長性を減らし、フィードバックシステムを強化することでオンラインLTを洗練させることを考えているよ。

PFOLTをさらに向上させるために、学生が活動を進める際により詳細なフィードバックとガイダンスを提供するインテリジェントチュータリングシステムの統合を検討するつもりだ。

#結論

オンライン学習への移行は、アクティブな関与を促す効果的な教材の必要性を際立たせたんだ。私たちの研究は、PFOLTがASTRO 101コースで惑星の形成を教えるための便利なツールになる可能性があることを示しているけど、非同期クラスには改善が必要だよ。

課題があっても、私たちの結果は、PFOLTが対面設定で伝統的な講義を上回ったことを示していて、天文学におけるオンライン学習を強化する将来の取り組みの基盤を提供しているんだ。私たちが教材を調整し革新し続ける中で、協力学習と強い指導の質の重要性が私たちのアプローチの最前線に留まることになるだろう。

アクティブラーニング戦略に焦点を当ててオンラインの提供を洗練させることで、学生が日常生活で科学的概念に関与できるように、有能な市民としての役割をより良く準備させることを目指しているんだ。