教授実験およびデザイン実験

 

 


 

今日,数学教育研究において,「教授実験」と呼ばれる研究方法が広まっている(Kelly & Lesh, 2000).「実験」とはいっても,量的研究法でいう「実験」とは反対に,当事者側の理解を重視した研究であり,質的研究に属すると考えられる.しかし,伝統的な民族誌的研究(エスノグラフィ)がフィールドで起こっていることに介入しないのに対して,「教授実験」では,研究者が教育活動に直接的に介入するのである.教育研究者が教育改革などに関わるようになれば,研究者が教育活動に積極的に介入し,現状を変えていくことが当然求められる.その意味で,教授実験は,新しい教育を作り上げるために,重要な知見を提供すると期待できる.他方,一般の教育研究においても,「デザイン実験」という名称で,研究者が教育活動に直接的に介入する研究が1990年代から広まってきており,数学教育研究の「教授実験」を含む幅広いものとして理解されてきている(Kelly, 2003).ここでは,教授実験およびデザイン実験の特徴と方法について議論する.

 

 

ロシアにおける教授実験

 

教育研究としての「教授実験」は,旧ソビエトで行なわれていた研究に始まるといわれている.それらがSoviet studies in the psychology of learning and teaching mathematicsとして英訳されて英語圏に紹介され,広く知られるようになった.それまで,教育研究における実験といえば,自然科学における実験をモデルにしたもので,予め仮説を定式化し,それを確かめるための実験を計画し,被験者を実験群と対照群にランダムに振り分け,実験後における両群の差を統計的に検定することによって,仮説の成否を結論するというものであった.教授実験は,それとは大きく異なる特徴を備えていた.Thompson (1979)は,それを5つの特徴にまとめている:

 

(1)児童・生徒たちが学校の教科内容を学習する過程を解明することを目指す

(2)研究は長期的な性格をもつ

(3)児童・生徒の学習過程に研究者が介入する

(4)研究の途上に集められた観察結果と,次の研究活動の立案の間を絶えず行き来する

(5)量的データよりも質的なデータ[を活用する];量的データが集められる場合,それらは,主として記述的方法で使われる.(pp. 1-2)

 

 第1の特徴は,特定の教科内容について研究者が予め考案した教授が効果的か否かというようなことに関心をおくのではなく,児童・生徒たちがどのように教科内容を学ぶのか,その心的プロセスを理解することに大きな関心をおいているということである.

 第2と第5の特徴は,この心的プロセスの理解への関心に深く関わっている.心的プロセスへの理解は,テストの点数に代表されるような,量的データだけでは,深まらない.子どもの反応を数量化してしまうのではなく,子どもの活動を観察して解釈することが不可欠なのである.研究が長期的になるのは,学校の教科内容の学習は短時間で完結することは不自然なこと,および,質的データを利用する場合は,長期的に観察することによって妥当性のある結論ができることから当然であろう:

 

「教育研究に対するソビエトと米国の考え方の大きな違いは,ロシアの心理学者たちは,ヨーロッパに広くみられる伝統にしたがって,教育心理学において定量的(量的,quantative)な方法よりも定性的(質的,qualitative)な方法を頻繁に用いるということである.それゆえに,米国の読者は,初期のロシアの論文のいくつかは,デザイン,分析,報告に関する米国の基準に厳密には沿っていないとみるかもしれない.しかしながら,定性的方法を用い,少人数グループ[の子どもたち]を対象として,ソビエトの研究者たちは,子どもの思考に入り込み,その心的過程を分析することができたのである.この目的のために,彼らは研究のために教室で使うタスクや教室環境までもデザインし,学習についての長期的で発生的な研究を強調してきた.」(Kilpatrick, Wirszup,  Begle,  & Wilson , 1975, p.iv)

 

 第3の特徴は,ピアジェらに代表される臨床インタビュー研究との相違を示している.子どもの心的過程の探究では,ピアジェらに代表される臨床インタビュー研究と共通している.しかし,ロシアの研究が臨床インタビューと大きく異なる点は,「教授」介入が中心的な位置を占めている点である.臨床インタビューでは,インタビュアーから課題や質問が被験者に出されるが,被験者への積極的な教授活動は行なわれない.それに対して,教授実験では,被験者への教授活動が積極的に計画され,それを担う「教師」がいる.さらに,第4の特徴で指摘されているように,教授介入の仕方は児童・生徒の反応に応じて柔軟に変えられる:

 

「教授と児童発達の間の相互関係については,ピアジェを指導者とするジュネーブ学派とソビエト心理学者とが鋭く対立する源になっている.スイス心理学者たちは,子どもの発達における教授の役割には限られた価値しか認めていない.彼らによれば,教授は,子どもの精神発達における個々の段階−特定の年齢水準において顕在化し,教授状況からは比較的独立な段階−に従属するものである.
精神についての唯物論的進化の理論の代表者として,ソビエト心理学者たちは教授に中心的役割を与えるのである.教授は発達の可能性を広げ,それを加速化したり,子どもの精神発達の段階の系列のみならず,段階そのものの性格にさえ影響を及ぼすかもしれない,と彼らは主張する.ロシアの研究者は,変化する教授条件のもとで発達を研究し,それら条件を変化させることによって,子どもの発達の本性がその過程でどのように変わるかを示して見せるのである.結果として,彼らは,才能のテストも探究しているのだが,静的ではなく,精緻で動的な指標を用いている.」(Kilpatrick, Wirszup,  Begle,  & Wilson , 1975, p. v)

 

構成主義における教授実験

 

 構成主義とは,1980年代から米国を中心に算数・数学教育界において大きな影響力をもった理論である。それまでの米国の伝統的な教育では,いわゆる「知識注入型指導」が多くみられた。習熟すべき教育内容を予め詳細にカリキュラムとして決定し,教師はそれに沿って,カリキュラムに盛られた知識を生徒に伝達する。生徒はそれを受け取って,練習問題を通してそれを身につけるというものである。

 その典型的な授業スタイルを,中学校1年の方程式の学習の始めの単元で説明しよう。まず,最初に教師の方から一次方程式の定義を説明し,その例が示される。教師はいくつかの式を生徒に問題として提示し,それらが一次方程式であるかどうか問う。教師は生徒の答えをチェックし,誤りについては誤りであることを伝え,正解を解説する。次に,教師は一次方程式の解き方の1つを黒板でステップ・バイ・ステップ方式で明確に手続きとして解説する。教師は,生徒に多くの練習問題を課し,黒板で解説した手続きを使って解くように指示する。教師は解説した手続きを使って生徒が解いているかチェックし,もしそうでなかったら手続きが違うことを伝えて訂正させる。こうして,教師の解説した手続きで生徒が問題が解けるようになったら,学習の目標が達成されたとして次の単元に進むことになる。

 知識注入型指導では,生徒自身の能動的,自発的な活動は大きく制限されている。本来,生徒自身は一人一人いろいろな理解の仕方をしている。しかし,理解の状態に応じて指導を組み立てていくのではない。予め教師や教科書で決められてしまっているのである。それゆえ,生徒自身からのアイデアや理解の仕方は生かされない。また,そのような受身の学び方で身に付けた知識は,学校のテストでよい点はとれるかもしれないが,学校以外の場では役立たないものになりかねない。それゆえに,学ぶ知識の本来の価値を実感することも期待できない。

 知識注入型指導のこのような点に問題を感じた教育者達は,心理学の研究で提案されていた構成主義の考え方に共感し,米国を中心に支持が広がったのである。米国の構成主義は、スイスの心理学者ジャン・ピアジェの理論を基礎にしながら独自に発展した。構成主義の基本原理は,以下のようにまとめられる:

(a)[知識の能動的構成]知識は,外界との感覚経験や他人からの伝達によって,受動的に受け取られるものではない。知識は,人それぞれの内面で,能動的につくりあげられるものである。

(b)[適応を目指した知識]知識の獲得というのは,自分の住む経験世界での適応(「生き残り」)を目指して進むものであり,経験世界で直面する問題の解決に有用なものへと向かう。

(c)[反省的活動による構成]知識は,自分自身の身体的経験や心的経験を振り返って考察し,経験を再組織化することによって成長する(中原, 1995)。

 構成主義にもとづく教育では、子どもの内面における能動的な構成活動を学習の中心とした。それは,子どもによる理解(意味の構成,sense-making)こそが重要であるとする。そして,教師や教科書から提示された「内容」を、子どもがそのまま吸収するという「知識の注入」はありえないとされる。子ども自身の経験と外部から提示された「内容」が完全に一致するという保証はなく、むしろ子どもが受け取ったものは大人である教師の想定したものと意味にギャップがある方が普通であるとする。子どもは自分自身の経験をもとに内面での構成をすすめることによってしか発達しないとする。それゆえ、子ども自身の経験と能動的な構成を理解し支援していくことが算数・数学教育の中心となるべきであるという。

 

 構成主義を理論的な前提として教育研究を推し進める場合,自然科学の実験をモデルにした研究方法ではきわめて不十分であることが明らかになる.知識注入型の授業で,その効果を生徒のスコアで測定して,授業の諸要素と生徒側に生じた効果との間の因果関係を検証しようというタイプの研究は,自然科学の実験モデルに沿ったものである.一方,構成主義にもとづく教育では,子どもがどのような意味を構成しているかが,最も重要になる.教師が提示した内容を,一人一人の子どもにどのように理解し,どのように考えを進め,どのような意味を見出したか,という子どもによる意味の構成活動が分析の焦点になる.これは,まさに,自然科学の実験モデルが分析の対象にしていない領域,「ブラックボックス」化している領域,である.後者は,教師側の働きかけ(インプット)と生徒側のスコア(アウトプット)の数値的関係しか分析しないのである.

 子どもの意味構成活動を探究するような研究方法として,構成主義の原点であるピアジェの臨床インタビューを借りることが考えられる.しかし,米国の構成主義者たちは,臨床インタビューだけでは数学教育の研究には不十分であると考えた.学校における数学学習を前提にした場合,教師は単に子どもにタスクを課してインタビューすることにとどまるわけにはいかない.教師は指導的な働きかけを積極的に行い,子どもの側の反応に応じて,教師の側も働きかけを変化させるという,相互のやりとり(interaction)が不可欠なのである.さらに,数学的概念の発達は時間がかかるため,長期間にわたって研究を継続することになる.

 そこで,構成主義を推し進める研究者たちは,学校現場に戻って,臨床インタビューに継続的な教授的介入を組み合わせた研究方法,構成主義的教授実験,を開発したのである.これは,ロシアにおける教授実験研究が1970年代に米国の数学教育界に紹介されるに際して,広く認知されるようになった.ただし,両者の一般的な研究手続きはほぼ共通しているが,ロシアの教授実験は,唯物論的進化論を前提にしており,構成主義の教授実験は,構成主義を理論的前提としている(Thompson, 1979).この理論的前提の相違は,研究上の関心,教授の位置づけ,結果の解釈の枠組み等々における違いを生み出している.

 質的データを重んじる構成主義的教授実験は,今日,教育研究一般に広く認知されている質的研究法とあいまって,数学教育における重要な研究法となっている.

 

構成主義における教授実験の手続き

構成主義における教授実験では,教授・学習における相互行為とそれを検討する活動(振り返り,reflection)の両面が密接に関わりあう営みである(Simon, 2000).その手続きについて,Steffe & Thompson (2000)をもとに概説する.

 

(1)探究的な教授活動

構成主義は,子どもの意味構成を理解することを目標にしている.そのためには,教授場面における子どもの意味構成の実際について,研究者は,教授場面における相互行為に直接的に関わっておくことが重要になる.研究者本人あるいは研究チームのメンバーが,教授活動に従事することが求められる.

(2)仮説の生成

何かを理解する営みは,それについての妥当性の高い仮説を生成することである.しかし,いきなり妥当性の高い仮説を生成することはできない.探究的教授や研究文献や以前の教授実験の経験から,研究者は暫定的な仮説を作ってみる.これは教授活動の前後や最中のいろいろな機会に生み出される.

(3)仮説の検証

研究者が生成した暫定的仮説は,教授活動(「授業」)の中での子どもとのやりとりの中で,チェックされる.すなわち,仮説から予想される子どもの反応とは矛盾するような様子が観察されるかどうか,に注意するのである.

(4)教授活動の振り返りと次の教授活動の計画

教授活動の記録(授業者による観察,オブザーバーによる観察,ビデオテープやフィールドノーツの記録等)を手がかりにして,研究チームにおいて,子どもの意味構成について検討し,仮説を修正したり,新たな仮説を生成したりする.そして,それをもとに次の教授活動の計画を検討する.

(5)子どもの意味構成に関する発達的モデルの生成

教授活動に従事し子どもの発達の促進を目指しながら,(1)-(4)の過程を何度も繰り返していく.そうして,最終的には,子どもの意味構成過程についての発達的モデルを,それまで得られたデータに基づいて作成する.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


デザイン実験

 

教育実践の具体的な改善を図ったり,新しい教育実践を生み出したりする研究においては,教育実践への積極的な介入が必要になる.「教育実践への介入」は,学習環境の設計(「デザイン」)を行なうことと考えられ,そのような介入を伴った研究は,近年教育学者の間では,デザイン実験やデザイン研究(design experiment, design research, design-based research等々)と呼ぶようになってきている.これは,Herbert Simon(1969)が,著書The Sciences of the Artificialの中で飛行機やコンピュータ・プログラムを設計(デザイン)したりする工学的な研究にならって,教育も「デザイン科学」として位置づけた考え方にならっている(Collins, 2004; Wittman, 1998).実際,教育実践への直接介入は,教材だけでも,教材の内容,単元構成,課題の選択と配列,資料,機材,ワークシート等々の検討が関わってくる.実際の指導では,授業の流れ,板書計画,発問の仕方,子どものさまざまな反応への対応の仕方,評価の仕方,等々といった事柄から,クラスの中での行動の規範のようなクラスの運営に関わるものの検討も関わる.しかも,それらがお互いに関連しあっている面があり,一部を変更すると他の部分も変わらざるを得ない場合も多い.したがって,デザイン実験の遂行にあたっては,研究上の焦点を置いているところだけでなく,学習環境全体を視野に入れて進める場合が多い(cf. Brown, 1992)

 教育研究におけるデザイン実験は,数学教育で従来から行われてきた教授実験を含むものであり,教育現場における相互行為とその理論的な振り返りの両面を備えている.より一般的に述べれば,デザイン実験は,教育研究の過去の理論的成果に基づいて,ある特定の教育現場において学習環境を設計し,そこでの実践の中でその設計を絶えず見直して修正を繰り返し,より現実的で洗練された学習環境の形成を目指す.同時に,その過程の中で,学習環境の設計に関する新たな理論的知見を生み出すことを目指している.特に,特定の設計がどういう機能を果たしたのか,を理論的に説明できることが重要である.単に,特定の教育現場でよい実践を達成するだけではなく,また,現場で役立つノウハウを開発するだけでもない.

 デザイン実験は,概念形成,学習発達,指導法,教育ソフトウェア,カリキュラム,教師教育,学校改革等々,様々な研究領域において活用されている(Cobb, Confrey, diSessa, Lehrer, & Schauble, 2003).それゆえ,デザイン実験の進め方もさまざまであるが,以下の点はいずれにおいても重要と考えられている(Collins, 2004, The Design-Based Research Collective, 2003 参考)

(1)特定の教育現場における学習環境の設計と理論的研究が密接に結びついている

(2)学習環境の研究開発は,設計,実施,分析,再設計,...のサイクルの継続を通して進められる

(3)研究成果は,学習環境の設計や実施に関わる人々に役立つ理論の生成を目指す

(4)特定の設計が実際の教育現場においてどのように機能するのか,明確に説明する必要がある.そのために,特定の設計がどういう結果をもたらしたのかその過程を文書化できるデータ収集・分析の方法がとられる.

 

教授実験およびデザイン実験の方法論的問題

 

教育現場における学習環境はさまざまな要素(「変数」)から成り立っており,抽象化された教育理論だけからは扱いきれない.それゆえに,学習環境の設計は常に不十分な,暫定的なものにとどまる.設計,実施,分析,再設計,...のサイクルの継続を続けて,徐々に洗練していくしかないのである.従来の「実験研究」のように学習環境の設計を予め決めたとおりに固定して無理やり実施し,予め決めた設計が効果的か否かだけを検証するような進め方はしない.また,実験室での研究と違って,研究者が人為的にコントロールすることのできる変数は限られている.さらに,デザイン実験は研究者および研究チームが直接的に長期間にわたって教育現場に関わる研究であるため,実際には限られた数のサンプルでしか実施できない.従来の「実験研究」や調査研究のように,多くのサンプルを用意することは現実的ではない.それゆえに,研究成果の評価を行なうには従来とは違った仕方を検討しなければならない.

 デザイン研究は,学習環境の設計のサイクルにおいて教育現場における当事者である教師や学習者の見方を絶えず理解しそれを設計に反映しようとしており,質的研究に分類できる.それゆえ,デザイン研究においても,質的研究で提案されているさまざまな手法がその妥当性を高めるために活用できる.ただし,デザイン研究では,教育現場における介入活動と同時に,研究チームの研究活動が進められる.それゆえ,教育現場における介入活動と研究チームの研究活動の両面におけるデータ収集とデータ分析が必要になり,さらには,最終的には両面を統合するような理解がもとめられ,データ収集と分析の作業は膨大になる.

 デザイン実験の大きな特徴は,教育実践への介入過程において,介入の仕方を柔軟に修正していくことである.研究成果の妥当性を高めるためには,介入の仕方における修正過程をきめ細かく文書に記録しておく必要がある.これを図に表して考えてみよう.ある介入(「介入1」)の修正が必要になるのは,なんらかの望ましくない結果(「結果1」)を示唆するデータが得られ,そのままでは介入が不成功におわることが予期されたりする場合である.そして,介入1を検討しなおして,「介入2」に修正し,「結果2」を示すデータが得られたとしよう.

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

このようなとき,どういう介入からどういう結果が得られたかについて,2種類の事例が得られたことになる.こういう事例を詳細に文書化して記録しておくことが重要である.両事例の比較考察によって,介入とその結果の間にある過程について理論的な検討が促進される.具体的にどういう介入が行なわれたのか,それがもたらした結果はどういうものか,を詳細に記録しておくことによって,緻密な比較考察ができる.もちろん,比較考察に役立つ事例を生み出すには,介入の修正の際に,どのように修正するか,できるだけきめ細かい議論をしておくことが不可欠となる.修正を繰り返して生み出された多くの事例に対して,比較考察をおこなって,緻密な理論を生成していくやり方は,グラウンデッド・セオリーのサンプリングと分析の方法と共通した考え方である.

 

 

参考文献

 

Brown, A. L. (1992). Design Experiments: Theoretical and Methodological Challenges in Creating Complex Interventions in Classroom Settings. The Journal of the Learning Sciences, 2(2), 141-178.

Cobb, P., Confrey, J., diSessa, A., Lehrer, R., & Schauble, L. (2003). Design experiments in educational research. Educational Researcher, 32(1), 9-13.

Collins, A., Joseph, D., & Bielaczyc, K. (2004). Design Research: Theoretical and Methodological Issues. The Journal of the Learning Sciences, 13(1), 15-42.

Kelly, A. E. (2003).  Research as design. Educational Researcher, 32(1), 3-4

Kelly, A. E. & Lesh, R. A. (Eds.) (2000). Handbook of research design in mathematics and science education. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Kilpatrick, J., Wirszup, I., Begle, E. G., & Wilson, J. W. (Eds.) (1975). Soviet studies in the psychology of learning and teaching mathematics (Vol. VII). University of Chicago.

中原忠男 (1995). 『算数・数学教育における構成的アプローチの研究』。聖文社。

Simon, H. A. (1969). The Sciences of the artificial. Cambridge, MA.: MIT Press.(邦訳「システムの科学」(H.. サイモン,1987,パーソナル・メディア)

Simon, M. A. (2000). Research on the development of mathematics teachers: The teacher development experiment. In A. E. Kelly, & R. A. Lesh (Eds.), Handbook of research design in mathematics and science education (pp. 335-359). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Steffe, L. P. & Thompson, P. W. (2000). Teaching experiment methodology: Underlying principles and essential elements. In A. E. Kelly, & R. A. Lesh (Eds.), Handbook of research design in mathematics and science education (pp. 267-306). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates

The Design-Based Research Collective (2003). Design-based research: An emerging paradigm for educational inquiry. Educational Researcher, 32(1), 5-8.

Thompson, P. (1979). The constructivist teaching experiment in mathematics education research. Paper presented at the Research Reporting Session, Annual Meeting of the National Council of Teachers of Mathematics, Boston, March 1979.

Wittman, E. Ch. (1998). Mathematics education as a ‘design science.’ In A. Sierpinska & J. Kilpatrick (Eds.), Mathematics education as a research domain: A search for identity (pp. 87-103). Dordrecht, The Netherlands: Kluwer.