The Effectiveness of an Integrated 9E Learning Cycle and Tetrahedral Representation Model on Students' Motivation and Attitude Toward Hydrocarbons

化学はしばしば、学生にとって遠い国の言語のように感じられます。それは目に見えない粒子や抽象的な記号の主題であり、彼らが日々歩む世界とは切り離されているように思えるのです。これは、燃料やプラスチック、そして私たちが吸う空気そのものの根幹を成す炭素ベースの分子である炭化水素において、特に顕著です。多くの教室では、これらの概念は暗記と急速な講義を通じて教えられており、その結果、学生たちは「自分が見ることのできるもの」と「想像することを求められているもの」との間の溝に苦しむことになります。教材が抽象的すぎると、学生は学習への意欲を失い、主題に対する態度はネガティブなものへと変わってしまいます。これを解決するために、教育者たちは二つの特定のアプローチを組み合わせるという、新しい教授法のテストを開始しました。それは、学生をステップ・バイ・ステップの発見プロセスへと導く「学習サイクル」と、目に見えるもの、目に見えないもの、そして科学者がそれらを記述するために用いる数学的コードの間でアイデアを翻訳するのを助ける「視覚的モデル」を組み合わせるというものです。

エチオピアの研究チームは、これら二つの手法を融合させることが、実際に学生の化学に対する感情を変化させることができるかどうかを確かめるべく、調査に乗り出しました。彼らは4つの公立学校の176人の高校1年生（第10学年）を対象とし、様々な教授スタイルをテストするために彼らを異なるグループに分けました。あるグループは標準的な教科書による学習法を用い、他のグループは、この新しい統合的アプローチ、あるいは二つの手法のいずれか一方のみを経験しました。目的は、単に学生がどれだけの事実を学んだかを知ることではなく、学習へのモチベーションや、主題に対する全般的な態度が改善されたかどうかを測定することでした。また、研究者たちは、男子生徒と女子生徒がこれらの新しい教授スタイルに対して異なる反応を示すかどうかについても注意深く観察しました。これは、科学教育において長年議論されてきた問いです。

結果は、教室の中に明確な変化をもたらしました。新しい教授モデルを経験した学生は、従来の教授法で学んだ学生と比較して、炭化水素に対してより積極的に関与し、より肯定的な見解を持つようになりました。学習サイクルと多層的視覚モデルを併用したグループが最も高い平均スコアを記録しましたが、統計的分析によれば、モチベーションに関しては、この併用グループは学習サイクル単独、あるいは視覚モデル単独を用いたグループよりも有意に効果的であるとは言えないことが明らかになりました。実際、介入グループのすべては、学習意欲を高めるという点において同様に優れた成果を上げました。しかし、態度に関しては、併用アプローチは学習サイクル単独よりも明確な優位性を示しましたが、単独で使用された視覚モデルとは同等のパフォーマンスとなりました。この併用グループにおいて、学生たちは、既知の知識に新しいアイデアを結びつけることから始まり、次に実践的な探求へと進み、最後にそれらの発見を現実世界の応用へと結びつけるという、構造化されたプロセスを経て学習しました。また、彼らは4つの異なる「レベル」間で概念を翻訳する練習を行いました。それは、目で見たり触れたりできる「マクロ（巨視的）レベル」、目に見えない原子や分子である「ミクロ（微視的）レベル」、化学式という「記号レベル」、そして科学を社会や日常生活に結びつける「人間的要素」です。

研究者がデータを精査したところ、併用グループが最も高い平均スコアを持っていた一方で、他の介入グループもモチベーションを育むという点では統計的に同等であることが分かりました。特定のモデルの種類に関わらず、すべての介入グループは、モチベーションと態度の両面において、従来のクラスを大幅に上回りました。興味深いことに、本研究では、男子生徒と女子生徒は当初は同程度の関心を持っていましたが、介入グループにおける男子生徒の方が、女子生徒よりも主題に対してわずかに肯定的な態度を示すことが分かりました。しかし、ジェンダー間のモチベーションの差は有意ではなく、男女ともに、この能動的で実践的な新しい教授スタイルの恩恵を等しく受けていることが示唆されました。

介入前に行われた学生へのインタビューでは、共通の「断絶感」が明らかになりました。学生たちは、化学を難解で抽象的で退屈なものだと表現し、自分たちが質問をしたりアイデアを探求したりする機会がほとんどない、受動的な情報の受け手であると指摘していました。新しい教授法が導入されると、そのトーンは一変しました。学生たちは、レッスンがまるで「発見の旅」であると感じていると報告しました。彼らは、仲間と協力すること、シミュレーションを用いて目に見えない粒子を可視化すること、そして学んでいる化学がいかに自分たちの生活に適用されるかを知る機会を高く評価しました。ある学生は、現象を目にし、粒子を想像し、方程式を書き、そして現実世界への影響を理解するというプロセスを行き来できることが、学習をシームレスで意味のあるものにしていると述べました。

研究者たちは、これらの統合モデルが、学生の化学体験を変容させるための強力なツールであると結論付けました。抽象的な理論と具体的な現実との間の障壁を取り払うことで、このアプローチは、科学の教室をしばしば悩ませる恐怖や退屈を克服する助けとなりました。本研究は、学生に「目に見えないものを可視化するツール」を与え、学習を周囲の世界と結びつけさせることができれば、彼らの自然な好奇心が再燃することを示唆しています。サンプルサイズは特定の地域に限定されていますが、得られた知見は、丸暗記型の学習から、学生を科学的思考のプロセスへと能動的に関与させる教授法へと移行することへの説得力のある提言となっています。