K-12 STEM教育における数値データグラフ化に関する実証的研究の系統的レビュー

المفاهيم الأساسية

グラフ作成は、グラフの解釈とデータの使用に関するさまざまな困難があるものの、グラフ作成とグラフ解釈のスキルの両方を向上させるため、K-12 STEM教育において有益である。

الملخص

書誌情報

Rufai, V., Thüsbj, D., Malonecj, S., Küchemanndi, S., Becker-Genschow, S., Vogelf, M., ... & Kuhnhi, J. (2024). K-12 STEM教育における数値データグラフ化に関する実証的研究の系統的レビュー。

研究目的

本研究の目的は、K-12 STEM教育における数値データのグラフ化に関する既存の実証的研究を統合し、教育方法としての有効性を評価することである。

方法

本研究では、SCOPUS、ERIC、PsychInfoの3つの主要な科学データベースを用いて、K-12 STEM教育におけるグラフ作成に焦点を当てた実証的研究の系統的レビューを実施した。50件の研究がこのレビューに含まれた。

主な結果

• グラフ作成の指導は、生徒の学習、特にグラフ作成とグラフ解釈のスキルの両方に有益であることがわかった。
• 生徒は、グラフ作成中、データの解釈と使用中に、さまざまな困難を経験した。
• グラフ作成は、数学、生物学、物理学、化学、コンピュータサイエンスなど、さまざまなSTEM科目で使用されている。
• 生徒は、折れ線グラフ、棒グラフ、表など、さまざまな種類のグラフを作成した。
• グラフ作成は、手作業、ツールベース、またはその両方を含むさまざまな方法で実装された。

結論

グラフ作成は、生徒が数値データを理解し解釈するのに役立つ貴重なスキルである。しかし、教育者は、生徒がグラフ作成で経験する可能性のある困難を認識し、これらの課題に対処するために適切な指導とサポートを提供する必要がある。

意義

このレビューは、K-12 STEM教育におけるグラフ作成に関する貴重な洞察を提供する。グラフ作成の利点、生徒が直面する課題、効果的な指導方法に関する情報を提供することで、教育実践と将来の研究の両方に貢献する。

制限と今後の研究

このレビューには、英語で発表された査読付きの研究のみが含まれている。今後の研究では、他の言語で発表された研究や、グラフ作成における文化的および文脈的要因の影響を調査する必要がある。

الإحصائيات

50件の査読付き実証研究が分析に含まれた。
研究は1979年から2024年の間に発表された。
ほとんどの研究は米国で実施された。
グラフ作成は、数学のトピックで最も頻繁に行われた（n=22）。
最も頻繁に作成されたグラフの種類は折れ線グラフ（n=27）であった。
ほとんどの研究で、参加者は手作業でグラフを作成した（n=29）。
参加者は、多くの場合、グラフの作成に関するガイダンスを受けていなかった。
数値データは、ほとんどの場合、参加者自身が作成した（n=23）。
グラフ作成に使用された数値データのほとんどは、二変量（n=34）であった。
ほとんどの研究では、仮説（n=45）と効果量（n=49）が報告されていなかった。

اقتباسات

الرؤى الأساسية المستخلصة من

A Systematic Review of Empirical Research on Graphing Numerical Data in K-12 STEM Education

by Verena Ruf, ... في arxiv.org 11-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.13195.pdf

استفسارات أعمق

デジタル技術の進歩を考えると、グラフ作成の指導方法はどのように進化すべきだろうか？

デジタル技術の進歩は、グラフ作成の指導方法に大きな変化をもたらす可能性を秘めています。従来の紙と鉛筆を使った手書きのグラフ作成に加え、デジタルツールを活用することで、より効果的かつ多様な学習体験を提供できるようになります。

動的な表現とインタラクティブな操作: デジタルツールは、静的なグラフだけでなく、データの変化をアニメーションで表示したり、パラメータを調整してグラフの変化をリアルタイムに確認したりするなど、動的な表現を可能にします。生徒はインタラクティブな操作を通して、データの関連性やグラフの特性をより深く理解することができます。
多様なデータソースとグラフの種類: スプレッドシートや統計ソフトウェア、プログラミング言語などを活用することで、生徒は現実世界の大規模なデータセットや公開データベースにアクセスし、多様な種類のグラフを作成できます。データの収集・分析・可視化のプロセス全体を体験することで、データリテラシーを育むことができます。
共同作業とフィードバックの充実: オンラインホワイトボードや共同編集機能付きのソフトウェアを使用すれば、生徒同士がグラフ作成の過程で協力し、互いのアイデアを共有しやすくなります。また、教師は生徒の作業進捗をリアルタイムで把握し、個別指導やフィードバックを提供することができます。
これらのデジタル技術の活用に加えて、生徒がグラフ作成の背後にある数学的・統計的な概念を理解し、適切なグラフを選択・解釈できるよう、指導方法を工夫していく必要があります。

グラフ作成スキルは、STEM分野以外の分野でもどのように適用できるだろうか？

グラフ作成スキルは、STEM分野だけでなく、人文科学、社会科学、ビジネスなど、幅広い分野でデータ分析や情報伝達の手段として活用されています。

社会現象の分析と解釈: 人口統計データ、経済指標、世論調査結果などをグラフ化することで、社会現象を視覚的に捉え、傾向や相関関係を分析することができます。歴史の推移や社会問題の現状をグラフで示すことで、説得力のある説明や議論が可能になります。
ビジネスデータの可視化と意思決定: 売上高、顧客満足度、市場シェアなどのビジネスデータをグラフ化することで、現状把握や問題点の発見、将来予測などに役立ちます。プレゼンテーションやレポートでグラフを用いることで、相手に情報を効果的に伝え、説得力を高めることができます。
日常生活におけるデータ活用: 家計簿アプリや健康管理アプリなど、日常生活で利用する多くのサービスがグラフ作成機能を備えています。自身の行動パターンや健康状態をグラフで可視化することで、客観的な自己分析や目標設定に役立てることができます。
このように、グラフ作成スキルは様々な分野で応用可能な汎用性の高いスキルと言えるでしょう。

グラフ作成における文化的背景の影響をどのように調査できるだろうか？

グラフ作成における文化的背景の影響を調査するには、多様な文化圏のグラフ作成の実態や認識の違いに焦点を当て、比較分析を行うことが重要です。

グラフの慣習や表現方法の比較: 文化圏によって、グラフの種類、軸の目盛りの付け方、色の使い方、凡例の表示方法など、グラフ作成の慣習や表現方法が異なる場合があります。複数の文化圏の教科書や公的機関の資料、ウェブサイトなどを収集し、グラフの表現方法を比較分析することで、文化的背景の影響を明らかにすることができます。
グラフの解釈や理解に関する調査: 同じグラフを見ても、文化的背景によって解釈や理解が異なる場合があります。例えば、円グラフの分割の仕方や棒グラフの高さの捉え方など、視覚的な情報処理の仕方に文化的な影響が見られる可能性があります。多文化比較調査を実施し、グラフの解釈や理解における共通点や相違点を分析することで、文化的背景の影響を明らかにすることができます。
グラフ作成に関する意識調査: グラフ作成に対する意識や価値観、学習経験なども、文化的背景によって異なる場合があります。アンケート調査やインタビュー調査を実施し、グラフ作成に対する意識や経験を比較分析することで、文化的背景の影響を明らかにすることができます。
これらの調査を通して、グラフ作成における文化的背景の影響を明らかにすることで、より効果的なグラフ作成の指導方法や異文化理解を促進するための教育プログラムの開発に貢献できると考えられます。