高等学校情報B｢モデル化とシミュレｰション｣の実習におけるコミュニケｰション学習支援システムの開発に関する研究

全文

(1)平成17年度学位論文. 高等学校情報B「モデル化とシミュレーション」の実習におけるコミュニケーション学習支援システムの開発に関する研究. 兵庫教育大学学校教育研究科学校教育専攻教育方法コース. MO4030G 藤原雅彦. 1.

(2) はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・… 1. 第1章普通教科「情報」の設置とモデル化とシミュレーション… 4. 1．1 情報教育の変遷と普通教科「情報」の設置の経緯・… 4 1．2 普通教科「情報」・・・・・・・・・・・・・・・・… 7. 1．2．1 普通教科「情報」のねらい・・・・・・・・… 7 1．2．2 普通教科「情報」の問題点・・・・・・・・… 8 1．2．3 普通教科「情報B」の目標・・・・・・・・… 9 1．3 単元「モデル化とシミュレーション」・・・・・・・… 11 1．3．1 「モデル化とシミュレーション」の扱い・・・… 11. 1．3．2モデルの種類と解決方法・・・・・・・・・・… 12 1．4 単元「モデル化とシミュレーション」における従来の学習指導・・・・・・・・・・・・・・… 16. 第2章モデル化とシミュレーションの学習活動・・・・・・… 18. 2．1 モデル化とシミュレーションの見方・考え方・・・… 18 2．2 コミュニケーション学習と授業計画・・・・・・・… 22. 2．2．1 コミュニケーション活動・・・・・・・・・… 22 2．2．2 モデル化とシミュレーションの授業計画案・… 25. 2.

(3) 1 2. 章．．．. 3 Q u OQ. 第. 実習のための学習環境・・・・・・・・・・・・・・… 36. 学習支援のための教育的機能・・・・・・・・・・… 36 コミュニケーション学習支援システムの開発・・・… 43. 3. 2．1 コミュニケーション学習支援システムの開発と使用環境・・・・・・・・・・・・・・・… 43 0 0. 34 3 3 ． O． QO Q. 2．2 システムの全体構成・・・・・・・・・・・・… 43. 2．3 HT肌の作成・9・・・・・・・・・・・・・… 47. システムのインターフェイス・・・・・・・・・・・… 50. システムの評価・・・・・・・・・・・・・・・・・… 61. おわりに・・・・・・・・・・・・・・… ．．．。．。。。。・64 引用文献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・… 。．．・65 参考文献・・・・・・・・・・… 9・・・・・・・・・…. ・65. 3.

(4) はじめに. 普通教科r情報」では目標を「情報および情報技術を活用するための知識と技能を習得し，情報に関する科学的な見方や考え方を養うとともに，社会の中で情報および情報技術が果たしている. 役割や影響を理解させ，情報化の進展に対応できる能力と態度を育てる」としている［文部省2000］．この目標の中の「情報およ. び情報技術を活用するための知識と技能を習得」は「情報活用の. 実践力」と「情報の科学的な理解」に，「情報に関する科学的な見方や考え方を養う」は「情報の科学的な理解」に，「社会の中で情報および情報技術が果たしている役割や影響を理解させ」は「情報社会に参画する態度」に対応している．「情報活用の実践力」「情報の科学的な理解」「情報社会に参画する態度」という情. 報教育の3っの観点をバランスよく育成することが求められている．情報の科学的な理解を中心的に扱う「情報B」では目標として「問題解決においてコンピュータを効果的に活用するために. 技術の進展に左右されない基本的な考え方や方法を科学的に理解させる」ことが示されている［文部省2000］．. r情報B」の特徴は問題解決の科学的な考え方や方法としてモデル化とシミュレーションが取り入れられていることである．こ. のモデル化とシミュレーションの指導に対して「考え方や方法を. 理解させる」こととr実際の問題解決に活用できるようにする」ことが示されている［文部省2000］．具体的な学習内容として「時. 間的な経過によって変化する現象」と「不規則に変化する現象」. が示されている［文部省2000］．「時間的な経過によって変化す. る現象」とは入出力関係が時問関数として定まる現象である。・1・.

(5) 「不規則に変化する現象」とは確率的な事象を持つ現象のことである．. すなわちモデル化とシミュレーションでは実際の問題解決に活用するために身の回りの現象を用いながら動的なモデルと確率的なモデルについて学習を行う．「時間的な経過によって変化する現象」をモデルとして抽象的に表現する方法はいくつかあるが，現象の中の蓄積量と変化量に注目してモデル化するシステムダイナミクスを考える．システムダイナミクスは問題を各要素と要素問の関係として捉えモデル化を行う。. システムダイナミクスを学校教育へ適応する研究は既に欧米ではいくつかの国で行われている［島田俊郎1994］．日本ではこ. れまでモデル化の学習内容を取り扱う教科がなかったため，研究は少ない．. 確率的なモデルを扱う手法にはモンテカルロ法がある．モンテ. カルロ法とは確率分布と乱数を用いてモデル化とシミュレーションを行う手法である．. システムダイナミクスを用いたモデル化とシミュレーションについて，南勉［1998］は総合的な学習の時問を用いて教材の開発と実践を行っている．中野勝之［2001］はより専門的にモデル化と. シミュレーションのカリキュラムの開発を行っている．これらの. 研究ではモデル化とシミュレーションの学習に実習を取り入れて行っている．これらの研究では学習者は仲間とのコミュニケー. ションは積極的には行われずに独自にモデル化とシミュレーションを行っている．そのためモデルを作成することに重点が置か. れ，他者と意見を交わしながら考え方の違いを認識したり，作成一2・.

(6) したモデルの妥当性の検証を十分に行うことはなされていないため，必ずしもモデル化とシミュレーションの見方や考え方が定. 着し，妥当な問題解決を行える段階まで学習できているとは言い難い．. そこで本研究ではモデル化とシミュレーションの単元で実習を中心として仲間や教師と意見を交わしながら学習を行い，問題. 解決の科学的な方法を学習する授業計画案を考察し，学習者が考. えた見方や考え方について学習者同士でコミュニケーションを. 行いながら検証するための学習環境システムを開発することを目的とする．. 本論文の構成を以下の通りとする．. 第1章r普通教科情報の設置とモデル化とシミュレーション」. では情報教育の変遷や高等学校普通教科「情報B」の狙いやモデル化とシミュレーションにおける見方や考え方について述べる．. 第2章「モデル化とシミュレーションの学習活動」ではモデル化とシミュレーションにおいて見方や考え方を育成するために体験的な活動が不可欠であり，問題解決を行うために学習者同士. のコミュニケーション活動をおこないながら学習活動を行うことについて述べる．. 第3章「学習支援システムの開発」では実際に授業展開する際の学習環境において必要な教育的機能にっいて述べ，この教育的機能の実装について述べる．. 一3・.

(7) 第1章普通教科「情報」の設置とモデル化とシミュレーション. 1．1 情報教育の変遷と普通教科「情報』の設置の経緯近年の情報社会ではものと同様に情報に価値がおかれ，様々な情報があらゆる所に存在する．情報は受け取る人によって価値が変化し，ある人にとっては重要だが他の人にとっては重要でないという情報も多く存在する．情報を適切に扱い，よりよい情報活. 用を目指すためには，情報を取捨選択し，必要な情報へ加工し，発信する情報活用能力が不可欠になっている［菅井勝雄2002］．. このような背景から2003年施行の学習指導要領では高等学校に. 2単位必修とした普通教科「情報」が新設され，情報教育の場が設けられた．. 我が国における情報教育は1969年の理科教育および産業教育審議会での「高等学校における情報処理教育の推進について」に. 示され，高等学校の専門教科を対象とした「情報処理能力」の育. 成を図るr情報処理教育」が始まった．しかし，このころの情報は個人で扱うのではなく企業や官公庁のような大きな拠点となる場所にしかなかった．. 1980年代になると諸外国ではパソコンを学校教育に導入し教育の情報科を図ることになる．このころになると社会において情. 報が集中型から分散型へと移行してきており，これを受けて目本. においても1985年に情報化社会に対応すべく初等中等教育のあり方に関する調査研究協力者会議による中間報告が提出され，小. 学校・中学校・特殊教育諸学校にパソコンを導入し「情報処理能. 力」の育成を目指すr情報教育」に取り組むことになった．学校にコンピュータが導入されたことにより，児童生徒が情報活用や・4一.

(8) 問題解決の道具として利用できるようになった．この情報教育の. 取り組みと関連し中学校技術・家庭科に「情報基礎」が選択領域として設定されている．. 1990年代になると情報・通信技術が急速に発展し，情報の分散化から情報のネットワーク化へと変容している．情報のネット. ワーク化により地球規模の相互コミュニケーション活動が可能. になり，多くの情報を得ることができるようになった．1991年に文部省は「情報教育に関する手引き」を示し，この中で「情報活用能力」として次の4つの柱を提示した．. ①情報の判断・選択・処理・創造の能力. ②情報化社会の特質と人間との関わり合いの理解 ③情報の重要性の認識と責任の理解 ④情報科学の基礎と手段の理解および基本的な能力. さらに，1994年のインターネットを活用する100校プロジェクトなどによりコンピュータが急速に各学校に普及するにつれ体系的な情報教育の必要性が生まれてきた．. 1996年7，月に中央教育審議会はr21世紀を展望した我が国の教育のあり方にっいて」という答申を行った，答申では情報社会に生きる子どもたちにどのような教育が必要か述べられ，教育の改善・充実のためにコンピュータや情報通信ネットワークをど. のように生かしていくかという観点から，情報化に対応した教育. を推進することにっいて次の4点が示された． ①情報教育の体系的な実施. ②情報機器，情報通信ネットワークの活用による学校教育の質的改善一5・.

(9) ③高度情報通信社会に対応する「新しい学校」の構築. ④情報社会のr影」の部分への対応この答申を踏まえ1997年に，情報化の進展に対応した初等中. 等教育における情報教育の推進等に関する調査研究協力者会議（以下，情報教育調査研究協力者会議）は第1次報告「体系的な情報教育の実施に向けて」をまとめた．この調査研究協力者会議では体系的な情報教育について，小・中・高等学校それぞれの児. 童・生徒の発達段階に応じて体系的に育成することを提言している［文部省2000］．高等学校では「普通教育に関する教科として「情報」を設置し，その中に科目を複数設定する」としている［文. 部省2000］．これを受けて1998年の教育課程審議会答申において「高等学校においては，情報手段の活用を図りながら情報を適. 切に判断・分析するための知識・技能を習得させ，情報社会に主体的に対応する態度を育てることなどを内容とする教科「情報」を新設し必修とすることが適当である」とされ，普通教科「情報」が設置されることが決まった．これを受けて新学習指導要領では「情報」2単位が必修化され，. 2003年度から段階的に施行されるに至った．. 一6一.

(10) 1．2 普通教科「情報」. 1．2．1 普通教科「情報」のねらい 1998年8月の情報教育調査研究協力者会議の最終報告では，情報教育の目標として「情報活用の実践力」「情報の科学的な理解」. 「情報社会に参画する態度」の3っの観点が示されている［文部省1998］．この中で，「課題や目的に応じて情報手段を適切に活用することを含めて，必要な情報を主体的に収集・判断・表現・. 処理・創造し，受け手の状況などを踏まえて発信・伝達できる能. 力」がr情報活用の実践力」として示され，r情報活用の基礎となる情報手段の特性の理解と，情報を適切に扱ったり，自らの情報活用を評価・改善するための基礎的な理論や方法の理解」がr情. 報の科学的な理解」として示され，「社会生活の中で情報や情報技術が果たしている役割や及ぽしている影響を理解し，情報モラ. ルの必要性や情報に対する責任について考え，望ましい情報社会. の創造に参画しようとする態度」がr情報社会に参画する態度」として簡潔に示された。これら3つの観点を相互に関連づけて， 3つの観点をバランスよく育てることが大切である．. 普通教科「情報」では「情報及び情報技術を活用するための知識と技能の習得を通して，情報に関する科学的な見方や考え方を. 養うとともに，社会の中で情報及び情報技術が果たしている役割や影響を理解させ，情報化の進展に主体的に対応できる能力と態度を育てる」としている［文部省2000］．この目標の中に記載さ. れている「情報及び情報技術を活用するための知識と技能を習得」は「情報活用の実践力」と「情報の科学的な理解」に，「情. 報に関する科学的な見方や考え方を養う」はr情報の科学的な理一7一.

(11) 解」に，「社会の中で情報および情報技術が果たしている役割や影響を理解させ」はr情報社会に参画する態度」に対応している．. 3つの観点が相互に関連しながら，総合的に「情報化の進展に主体的に対応できる能力と態度」を育成することが求められている［文部省2000］．. 1．2．2 普通教科r情報」の問題点学習指導要領の改訂に伴い2003年度から普通教科「情報」が実施されている．目本情報教育開発協議会が2003年に行った普. 通教科「情報」の実施に関するアンケートによると75％もの学. 校がr情報活用の実践力3に主眼をおいたr情報A」を採択している．高等学校学習指導要領解説情報編によると，「「情報活用の実践力」は小・中・高等学校段階において各教科やr総合的な学. 習の時問」の学習活動でコンピュータや情報通信ネットワークを. 用いて適切かつ積極的に活用することを通して育成しなければいけない。」［文部省2000］と述べられ，小学校段階から体系的に r情報活用の実践力」をつけることが示されている．. 近年，情報通信ネットワーク社会の陰の部分も大きく取りざたされている．情報倫理という言葉とともに情報を選択することの. 重要度が増してきている．現在の情報社会においてあらゆる所に情報が存在しており，生徒は情報に囲まれながら生活を行っている．この身近にある情報の危うさを知り，うまく活用することが. 必要である⊂情報教育学研究会2000］．情報の危うさが身近にあるからこそ「情報社会に参画する態度」はできるだけ早期の学習が必要と考える．. ・8一.

(12) 2005年度以降に高等学校に入学する生徒は現在施行されている中学校技術・家庭科の技術分野「B情報とコンピュータ」において，コンピュータの操作や活用を中心として情報活用の基礎的. な理論や方法について望ましい情報社会の創造に参画する態度を学習していることになる［文部科学省2004］．つまり高等学校. に入学する段階の生徒はすでに「情報活用の実践力」や「情報社会に参画する態度」について最低限の学習していることになっている．. 以上を考慮すると，小・中学校の情報教育が定着していくに従. って高等学校で情報の3つの観点をバランスよく学習するためにはr情報の科学的な理解」を学ぶ必要がある．普通教科r情報」. においては特にr情報の科学的な理解jを中心としたr情報B」で学ぶことが必要と考える．. 1．2．3 普通教科「情報B」の目標普通教科「情報Bjでは目標を「コンピュータにおける情報の表し方や処理の仕組み，情報社会を支える情報技術の役割や影響を理解させ，問題解決においてコンピュータを効果的に活用する. ための科学的な考え方や方法を習得させる」としている［文部省. 2000］．問題解決においてコンピュータを効果的に活用するための科学的な考え方や方法を学ぶために，身近な問題解決に当ては. めて考え方や方法の習得を図る．普通教科「情報B」では身近な. 問題解決の考え方や方法を中心的に学習する単元としてモデル化とシミュレーションがある．モデル化とシミュレーションの単. 元では身の回りの現象を対象にモデル化とシミュレーションを・9・.

(13) 行い，問題を解決することにより，科学的な考え方や方法を生徒に理解させ，実際の問題解決に活用できるようにすることを目的としている．. 本研究では普通教科「情報B」のコンピュータを活用した問題解決においてモデル化とシミュレーションの見方や考え方について学習していく．この見方や考え方にっいてコミュニケーショ. ン活動を中心とした実習を行うための学習環境について考える．. ・10・.

(14) 1．3 単元「モデル化とシミュレーション」. 1．3．1 モデル化とシミュレーションの扱いモデル化とシミュレーションの単元はデータベースとの選択領域であり，教科書によってその取り扱い方法はかなり異なる．. そこで目本情報教育開発協議会のアンケート調査において採用率の高い実教出版，目本文教出版，第一学習社，数研出版，啓林. 館の5つの教科書においてモデル化とシミュレーションの取り扱いについて検討した結果，以下の理由から実教出版の教科書を主として取り扱っていくこととする．. ●普通教科「情報B」のなかで最も多く採用されている．. ●学習指導要領に最も沿った形で作成されている．. ●各社の教科書の中で最も深く科学的に取り扱っている．. 本研究においてモデル化とは対象となる事象の特徴を何らかの形で抽象化して表現する方法である．モデルには実物を縮小し. たような具体的モデルなども存在するが，ここで述ぺるモデルは. 図的モデルや数式モデルのような抽象的なモデルを対象としている［平井一正1994］．. モデルを作成するには対象となる問題を検討し，本質を見極める必要がある．学習者は今までの体験をもとにしたり，獲得して. いる知識，アイデアを基に要素と要素間の関係を見いだす．体験. や知識を基にするため，同一の問題をモデル化するときでもモデ. ルを作成する目的やモデルを作成する人の視点や経験が異なれば異なったモデルが生まれる．そこで問題の条件に応じて，解決. 方法の中から最も妥当と思われるものを選択する．問題解決の手一11・.

(15) 法であるモデル化とシミュレーションの見方や考え方を学習することで問題解決にコンピュータを活用し，科学的な考え方や方. 法を習得させる。モデル化とシミュレーションの見方や考え方を. 身にっけさせるために実習を中心とした学習活動を設定し，学習支援を行う．. 1．3．2 モデルの種類と解決方法モデル化とシミュレーションでは問題をシステムとして捉え抽象化してモデルを作成する．ここでのシステムとはある目的を達成するために，複数個の要素が有機的に結合された集合のこと. である［平井一正1994］．抽象化するモデルにはいくつかの種類. が存在するが，種類は分類方法によって異なる．次の表1．1にモデルの分類方法と種類の表を記す。. ・12一.

(16) 表1．1 モデルの分類方法と種類モデルの種類モデルの表数学モデル形式的モデル. 分類方法. 説明. 数式，論理式などによるモデル的表現によるモデルミュレーション用語によるモデル. ミュレーショー“ンモアノレ. モデリング機能モデル. システムの機能を調べるためのモデル. 目的. 造モデル画モデル. ステムの構造を明らかにするモデル画，スケジューリングを目的とするモル機能，コスト，信頼性，時間などシステ. 価モデル. システムの. 測モデル静的モデル. 評価を表すモデルステムの未来値を予測するモデル入出力関係が同時時点で定まるモデル. 性. 的モデル. 出力関係が時間関数として定まるモル確定的な性質を持つモデル. 定的モデル率的モデル型モデル線形モデル続時間モデル散時間モデル. 率的な性質を持つモデル出力関係が線型関係であるモデル出力関係が線型でないモデル間的に連続な動作をするモデル定の時間の刻み時間ごとに動作するデル. クロモデル. ステムを瞬間的・微視的に捉えたモデレシステムを長期的・巨視的に捉えたモデ. クロモデルレ. ［浅居喜代治1979］. この分類の中で普通教科「情報B」では具体的な学習内容として「時問的な経過によって変化する現象」と「不規則に変化する. 現象」として示されている［文部省2000］．これら2つはそれぞれ，時間的に連続して蓄積量が変動するような事象を対象とした. 動的モデルと，確率的に変動する事象を対象とした確率的モデルに対応している．. ・13・.

(17) 動的モデルをモデル化する手法にシステムダイナミクス（SD）. と呼ばれる方法がある，システムダイナミクスは現代社会の現象における要素間の因果関係をフィードバックの概念で捉え，シス. テムの構造を明らかにする手法である［浅居喜代治1986］．これ. は1950年初めにJ．W．Forresterによって開発された概念であり. 複雑で非線形的で多重フィードバックのあるようなシステムをシミュレーションするために開発された［浅居喜代治1986］．シ. ステムダイナミクスは身の回りの社会的現象をシステムとして捉えてそれを基に問題解決を行うものである．実教出版の教科書ではこのシステムダイナミクスの考え方が取り入れられている．. システムダイナミクスを学習する上では「現象の構造と振る舞. いの関係」と「基本的構造」の2つの概念が重要である［正司和. 彦2001］．r現象の構造と振る舞いの関係」の学習では現象を起こす要素とその時間の関係がどのように関わっているかを数量的・構造的に理解することが重要である［正司和彦2001］。また，. シミュレーションを行うことで振る舞いを明確にすることが可. 能になる。これによりr現象の構造と振る舞いの関係」を理解することが可能になる．「基本的構造」とは様々な分野の現象で観. 察されるr典型的な現象の振る舞いをもたらす基本的な現象の構造のパターン」を指す．モデル化とシミュレーションの学習の中. では「変化の速さが一定の場合」「変化の速さが蓄積量に比例する場合」「変化の速さが目標値と蓄積量との差に比例する場合」. という動的なモデルの基本的な構造がそれに該当する．基本的な. 構造を知り，社会的現象をこれら基本的構造の組み合わせたシス. テムとして捉え，様々な考え方を用いて問題解決へと導く．問題一14・.

(18) 解決の見方や考え方を学ぶことで，現象の振る舞いや構造といった本質を見極め，解決へと導くための能力を育成することができる．. 次に確率的モデルについて考える．確率的モデルとは要素の中に不確定なものが含まれたモデルである．確率的モデルでは不確定な事象が起こる頻度を確率分布として得ることが重要である．. この頻度とコンピュータで発生させた乱数用いることで確率的な要素を模擬的に表現できるからである．この方法はモンテカルロ法と呼ぱれ，ランダムにサンプルを決定することで不確定要素を表現する［宮武修1960］．乱数ではランダムに数値を出すため，. 乱数を発生させた数が少ない場合に偏りが起こる可能性がある．この不確定要素のシミュレーションの信頼度を上げるためには，. 乱数のデータ数を多く用いることでデータの精度を上げることができる．モンテカルロ法では乱数を使用するため，容易に乱数を発生させることができるコンピュータがよく使用されている．. 確率的モデルの本質を見極めるためにモンテカルロ法の手法を学習する．. 一15・.

(19) 1．4 単元「モデル化とシミュレーション」における従来の学習指導. 「モデル化とシミュレーション」の単元は学習指導要領の中で r問題のモデル化とコンピュータを利用した解決」の内容として，. rアモデル化とシミュレーション」「イ情報の蓄積・管理とデータベース」として位置づけられている［文部省2000］，しかし，「実習は生徒の実態に応じア，イのいずれかを選択して扱う. ことができる」としているため［文部省2000］，モデル化とシミ. ュレーションを取り上げている学校は普通教科「情報B」を取り上げた学校の中の25％と少ない［目本情報教育開発協議会2004］．. これは教師が十分なモデル化とシミュレーションの理解と指導経験がないことのほかに，十分な体験に基づくモデル化とシミュレーションの学習を行わせるために，学習者のレベルにあった実. 習をすることが難しいことにも原因がある．この原因には見方や考え方を身につけさせるための方法が一般的に普及しておらず，. 問題解決を個別に行い，解決方法が正しいかを検証することまでは行われていない．. モデル化とシミュレーションでは実習を主体とした授業展開を行う必要があるが，実習を主体とした授業を行った研究として南勉［1998］，中野勝之［2001］がある．これらの研究ではシステム. ダイナミクスの考え方を採用し，南は総合的な学習の時間におい. てモデル作成ソフト（以下Stellaと記す）を用いて授業を行って. いる．中野は専門教科rモデル化とシミュレーション」においてカリキュラム開発を行っている．作成したカリキュラムに従い，. 動的なモデルについてStellaを用いて体験的に学習させている．一16一.

(20) このStellaを用いた体験的な学習は，それぞれの学習者が独立してモデルを作成し，見方や考え方について考える学習形態を. 取っている．しかしモデル化とシミュレーションの学習を普通教. 科「情報B」で初めて行う学習者が見方や考え方を身にっけるために，互いの見方や考え方について議論したり，質問できる場の. 設定が必要である．コミュニケーション活動を行う中で学習者が見方や考え方の変容を記録し，後に自らの考え方の変容を見ることができるようにする。この学習者の考え方の変容の記録により. 教師が学習者の理解について適切に把握することが可能になる，. 加えて初めてモデルを作成する学習者に対してモデルの作成を支援する必要もある．. ・17・.

(21) 第2章モデル化とシミュレーションの学習活動. 2．1 モデル化とシミュレーションの見方・考え方モデル化とシミュレーションの学習における目標は，モデル化とシミュレーションの見方や考え方を身につけさせ，身の回りの問題解決に活用できるようにすることである［文部省2000］．. 実際の問題解決に役立てるためには実習を中心とした学習を取り入れることが必要である．モデル化とは問題の要素を抜き出し，. 要素同士の関係を明らかにして図や数式に表現することである［平井一正1994］．問題解決のためにモデルを作成し，モデルをコンピュータなどでシミュレーションし，目的に照らし合わせて. モデルのパラメータを変更して検証し問題解決を行う．このモデ. 圃−靭. ル化とシミュレーションの流れを図2．L1に示す．. モデルの妥当性について検証. シミュレーションシミュレーションの結果. 問題解決図2．L1 モデル化とシミュレーションの流れモデルの作成においては，問題の捉え方やモデル作成者の経験. や考え方によって，1っの問題に対して異なったモデルが作られ一18一.

(22) る．作成された複数のモデルの中から妥当なモデルについて検証することが重要となる．. 動的モデルを作成する場合では，見方や考え方である蓄積量や変化の速さなどの要素を抽出し，要素と要素間の関係について議. 論を行い，妥当性を検証することが重要になる．動的モデルの場合の「見方」とは，モデル化をする際に学習課題の中から蓄積量を抽出することであり，この蓄積量を決定づける変化の速さを抽. 出することである．「考え方」とは，これらの要素同士の因果関. 係を明らかにして図や数式に記述し，妥当性を検証することである．動的モデルでは，システムダイナミクスの考え方にしたがっ. て要素間の関係を図2．L2に示すような図記号を用いることで. 図に数式的意味合いを持たせて表現する［正司和彦20001．動的モデルを作成する上で基本となる要素には時問経過によって蓄積していくものを「蓄積量」として，時間経過によって蓄積量の変化を単位時問あたりの変化で表したものを「変化の速さ」，変化の速さを決定する上で必要な要素として「その他の要素」，こ. れらの要素の関係を「情報の流れ」で表す．これら4つの要素を用いることで動的な事象を表現することが可能である．. 変化の速さ. その他の要素. 図2．1．2基本的な要素の図記号動的モデルを作成するためには，初めに蓄積量について着目す一19一. れ. r繊. 蓄積量.

(23) る．蓄積量は学習課題の中から時間的に増減するものでありこれに着目する．次に蓄積量に対する単位時問あたりの変化量に着目. する．この単位時間あたりの変化量が「変化の速さ」である．動的モデルの「害虫が発生し，単位時問あたり10％ずつ増加する．この現象を表すモデル」の例を図2．L3に示す．. 増加速度. 害虫の数. 増加率. 図2．1．3 モデルの構築この図では害虫の数が蓄積量である．蓄積量であるr害虫の数」. と「増加率」が「変化の速さ」を決定する要素であり，図中では「増加速度」として表している．増加速度を数式モデルで表現す. ると0．1X「害虫の数」となる．. 次に不規則な現象の確率的な性質を調べてモデル化する確率的なモデルの場合について考える．確率的要素を含む現象をモデル化し，さらにシミュレーションする一般的な手法としてモンテ. カルロ法がある．ここではモンテカルロ法を用いてモデル化とシミュレーションを行う．. ①学習課題から確率的な現象を見つけ，測定データから相対度・20・.

(24) 数の分布すなわち確率分布を求める． ②確率分布を基に累積確率を求め，これに［0，1）の範囲で発生さ. せた乱数を当てはめ，確率的な現象に類似したデータを得る．［0，1）とは（0〈＝xく1）のことである．. 確率的モデルの場合は，初めに現象を観測し測定データから確率分布を求める必要がある．確率現象の中にある特定の事象が起こる頻度のことである。確率的モデルの場合には初めに確率分布を見いだすことがr見方」にあたる．さらに［0，1）の乱数を用い. て現実の確率分布に類似した現象を作り出してこのデータから問題を解決することがr考え方」にあたる．. これらの作成するモデルには作成者が問題の捉え方や意図によって見方や考え方がモデルに大きく反映される．作成者の見方. や考え方によって同じ問題であっても異なったモデルが作成される［平井一正1994］．この作成された複数のモデルの中から問. 題に対して最も妥当なものを検証し探すことが重要である．検証を行うことで他によい解決策があるのか，モデルが正しいかを検. 証することになるからである．作成したモデルの妥当性を検証するには，様々な視点から意見を述べ問題解決へと導く必要がある. 様々な視点から意見を述べることで異なった視点から問題を捉え目的に基づいてモデルを検証することができるからである．そこで学習者同士が異なった視点から問題を捉え，学習者がコミュ. ニケーション活動を行い，モデルの見方や考え方，妥当性にっいて議論を行う．. ・21一.

(25) 2．2 コミュニケーション学習と授業計画. 2．2．1 コミュニケーション活動本研究では学習者に問題解決の手法としてモデル化とシミュレーションの考え方を身につけさせるために，学習を支援するシ. ステムを導入する．学習者は作成するモデルの見方や考え方について学習ファイルに書き込み，これを基にしてコミュニケーショ. ンを行い，モデルの見方や考え方について検証する．検証するこ. とによって学習者は自らの学びを振り返る機会を得る．他者と考. え方を検証する場としての学習支援システムを構築することにする．』. モデル化とシミュレーションの単元におけるコンピュータを活用した教材開発の研究として南はモデル化とシミュレーションの学習を「導入」「基本」「発展」「応用」という4つの段階に. 分けている，南の学習では学習者は1台のコンピュータに2人を基本として，それぞれのコンピュータで独立して学習を行う．し. かしこの方法では初めてモデルを作成する学習者が正しい見方や考え方を持っているか，その見方や考え方が妥当なものであるのか，同じコンピュータを使っている学習者同士でしか検証できず，他の多くの見方や考え方を知ることができない．. モデル化とシミュレーションの見方や考え方を育成するためには学習者が複数の学習者とモデル化とシミュレーションの見方や考え方について議論することが重要になる．正司和彦［2004］. は問題解決の熟達化をするために「子どもひとりで知識を獲得して知識を組み立てる行為として捉えるのではなく，子どもは学習. 共同体の一員として役割を持ちお互いを認識し，他者に支えられ一22一.

(26) ながら知識を共有し獲得していく過程として捉える」と述べている．この学習では学習者が個別にモデル化とシミュレーションの. 見方や考え方を学習し獲得するのではなく，学習者同士が互いに自らの意見として見方や考え方にっいて述べ，意見を学習者同士. で議論することが他者に支えられながら知識を共有し獲得していく過程であると考える。この知識の共有を円滑に行うためにモデル化とシミュレーションの見方や考え方について議論を行う．. モデル化とシミュレーションの見方や考え方であるモデル図を学習者が共有できるようにする．. 本研究では授業計画に南の学習の流れを取り入れ，加えてコン. ピュータによるコミュニケーションを行うことができるように学習ファイルと掲示板を用いた学習支援システムを開発し、導入する．この学習支援システムの概要を図2．2．1に示す．. 一23・.

(27) インターネツト購灘端宥 ’一』r「「廷「’戯ア「 3 ・一・聴コのドずコげゴやゆ . ヒドル. 学習者A （学習ファイルの閲覧）. し、、I ■ . Webサーバ. ㌧∫r籍げF■占‘督”、. 、 f、「、■ げや. 「唱、、ら【 ■ 1 「『 . 』7、』 l r. 、パ、1 い「. データベース（DB）. 学習者B （掲示板の閲覧）. 学習支援システム. 図2．2．1学習支援システムの概念図. 学習者は各端末のコンピュータからブラウザを用いてインタ. ーネットを介してWebサーバにアクセスを行う．このWebサーバを通してデータベースにアクセスを行う。データベースはユー. ザ・グループDB，学習ファイルDB，掲示板DB，学習課題DBという4つのファイルを持っている．. ユーザ・グループDBはユーザの名前などデータの管理を行うデータベースである．. 学習ファイルDBには学習者のモデル図を作成する上での考え方などを蓄積できるようにする．. 掲示板DBでは学習ファイルの根拠を基にして学習者同士がモデルの見方や考え方についてやモデルの妥当性ついて議論する．. 学習課題DBには学習者がモデル化とシミュレーションを行う学習課題が記録されている．・24・.

(28) 2．2．2 モデル化とシミュレーションの授業計画案南の学習の流れに基づき授業の展開を考える．南の授業の展開に加えて，学習者同士のコミュニケーション活動に注目し，見方. や考え方を深めることができるように授業展開を変更した授業計画案を以下に示す．. モデル化とシミュレーションの学習の第1段階は導入の段階である．導入はモデルとはどのようなものかを学習する段階であり，学習者の身近な問題を扱い，学習に興味を持つような学習課. 題を設定する．学習者はモデル化とシミュレーションが問題解決の一つの手法として利用されていることを知る．. 第2段階ではモデルの作成について学習する段階である．モデルの基本的な構造を知り，それぞれの学習者がモデルを作成する．. ここで対象となるモデルは実教出版の教科書に則して，時間的に変化する現象に関しては「変化の速さが一定の場合」，「変化の速. さが合計量に比例する場合」，「変化の速さが目標値と合計量の差に比例する場合」とし，これに加えて確率的な現象としてはr不. 規則な現象を含む場合」とする．これらの基本的な構造のモデル. を学習しながらモデルの基本的な見方や考え方について学習を行う．. 第3段階では第2段階で学習したモデルの基本的な構造の理解を深めるために学習支援システムを用いて実習を行う．基本的な構造についてモデルを作成する演習を行いながら，基本モデルの振る舞いについてシミュレーションの結果を基に確認する．学. 習者は要素の設定や考え方について他の学習者とコミュニケーションを行いながら，モデルの基本的な構造について理解を深め・25一.

(29) る．コミュニケーション活動では同じ学習課題を共有した学習者. が，どのモデルが妥当であるか議論を行うことで，モデル化の手順や方法にっいて学習を行う．. 第4段階では，教師は学習者が今まで学習したことを用いて解けるレベルの学習課題を複数設定し，学習者グループで学習課題を検討させる．学習は互いに意見を出し合いながら解決を行う．. また，学習者に社会や身のまわりの事例を問題として設定し，モ. デル化とシミュレーションの方法を用いて問題解決させる演習を設定する．事前に設定した学習課題や学習者が設定した学習課. 題を解く中でモデル化とシミュレーションの見方や考え方を実生活に活用できるようにする段階として設定する。. 以上に述べたモデル化とシミュレーションの学習を基にした授業計画案を表2．1に示す．. ・26・.

(30) 表2．1 授業計画案配当時問. 2. 学習段階第1. 段階. 学習内容. 学習項目. 学習形態. 問題の解モデル化とシミュレーションが実座学. 決方法. 際の問題解決の手法として利用さ. れていることについて知らせる．. ● モデル化の概念を述ベモデル化とはどういったものであるのかを示す．. ● モデル化の手順としてモデル化がどういった段階を踏んで行われるのかを示す．. ● どういった種類のモデルがあるのかにっいて知らせ，それぞ. れの手順を踏まえながらモデルを作成させてみる段階へと進める．. シミュレーションを行う意義につ座学いて理解を促し，シミュレーションの手順を示す．. 4. 第2. 段階. モデル化時間的に変化する現象について説座学の方法に明を行い，この現象の見方や考えついて学方を捉えられるようにする．ぶ. 時間的に変化する基本的な現象について示す．. ● 変化の速さが一定の場合. ● 変化の速さが合計量に比例する場合. ● 変化の速さが目標値と合計量に比例する場合. ・27・.

(31) 学習課題の中に不規則な現象があ座学る場合，類似した状況をコンピュ一タで作り，不規則な現象を模擬的に作り出す．そのためのモンテカルロ法について知らせ，その見方や考え方にっいて学ばせる．. ①起こる事柄に対して度数を記録する. ②度数を集計することで事柄の. 起こる確率を求める ③集計結果から累積値を求め，それを基に乱数に従った値を出す. ④コンピュータで発生させた乱数を用いて累積確率を求める. 7. 第3. コンヒ。ユ. 段階. 一タによるシミュ. 問題解決の手法としてモデル化と実習シミュレーションの見方や考え方の理解を深めるために学習支援シ. レーショステムを用いて実習を行なわせン活動をる．. 行い，見方. ここでは基本的な構造をもつモデや考え方ルを作成させシミュレーションを. について身につけ. 行わせる．. る．. ● 変化の速さが一定の場合（水量の変化）. （プリンタの印刷）. ● 変化の速さが合計量に比例する場合（預金金額の時問的変化）（人口の変化）. （携帯電話の加入者）（チェーンメール）. ● 変化の速さが目標値と合計量に比例する場合（エアコンによる温度変化）（トイレタンクの水量）（車とバイクの速度）. このモデルやシミュレーションの結果を基にモデルの見方や考え方について議論したりパラメータを変更し，その結果について議論し，違いを検証させる．・28・.

(32) 確率的な要素を含む問題解決につ. いて，第2段階で学習した見方や. 考え方を深める．学習課題から確率分布を設定しコミュニケーション活動をしながら見方や考え方について議論し検証させる． ● サイコロのモデル ● 天気予報のモデル ● コインの出るパターン. 3. 第4. 段階. モデル化今までの学習を基に複合的な学習とシミュ課題の問題解決を行い，解決方法レーショ. ンの応用. 実習. について議論を行なわせる。また，. 学習者自身が学習課題を設定できるようにする．. 次に実習を始める第3段階について詳しく述べる．第3段階では学習支援システムを用いてモデルの基本構造の理解を深める．. 第2段階で学習した基本的な構造のモデルに対してモデルを作成しシミュレーションを行う．モデルを作成する演習を行いなが. ら，自らの考え方が正しいのかを学習者同士で議論を行う．第3. 段階では学習者にとって身近な問題を適切に設定し問題解決を行う．そこでシステムには複数の学習課題を記録しておき，学習. 者の興味関心によって学習課題を選択させて解決させる．設定した学習課題すべてを行う必要はなく，学習者の興味や理解度に応じて教師や学習者自身が選択できるようにする．理解度の高い学. 習者に対して教師が学習課題の中の数値を変更することができるようにする．学習者はこの数値の変更によってシミュレーショ. ン結果がどのように影響を受けるかを理解させる．また，学習課. 題の設定条件を追加することでモデルがどのように変更され，そ一29一.

(33) の結果シミュレーション結果にどのように影響を与えるかを理解させる．この変更を繰り返すことで学習課題の中の数値やモデ. ルの設定条件の変更によってモデルやシミュレーション結果に対してどのように影響するのか学習者は予測することが可能になる．そこで教師は学習課題の中の数値の変更を行ったり，設定条件を追加できるようにする，この変更したモデルによってシミ. ュレーション結果を予測できるようになると学習者自身が学習課題を設定する際に，問題解決を行うために必要な要素について. 予測して問題を設定できるようになる．ここで扱う学習課題は学習者が生活に関わる身近な問題について設定する．システムに始めに登録している学習課題を表2．2にまとめ，それぞれの詳細について次に示す．. 表2．2 初期登録している学習課題 1分間に6リットルの水を入れたとき，初期水量を2リ舜ルの場合に. 変化の速さが一定の場合. は水量はどのように変化するかシミュレーションしよう学校のプリンタは1分間で100枚印刷できる．学校のプリンタの印刷枚数をシミュレーションしよう美希さんは10000円を年利8％で複利預金した．金額の変化をシミュレーションしてみよう. A市の人口は現在25600人です．1年間に人口の12％の人が増. 変化の速さが合計に比例する場合. γワ. え人口の8％の人が減少します．このとき10年後には人口は何人になっているでしょうか A社の携帯電話の加入者は現在12800人です．1月に3％ずっ増する場合の加入者の増減についてシミュレーションしてみよ. 次のようなメールが来た．「このメールを5人の人に送ると幸福が訪れます．」全員がこのメールに従うとすると1ヶ月後には何人の人がこのメールを受け取りますか現在の室温と温度設定の差に比例して冷暖房を行うエアコンを部屋に設置したとき，温度変化を0．3として室温変化をシミュレーションしよう. 変化の速さが目標と合計量に比例する場合. 水洗トイレのタンクは常に一定の水がたまっている．この水量変化をシミュレーションしてみよう車とバイクがある．車は最高速度が150km／h，加速力は0．5とする．バイクは最高速度が120km／h，加速力は0．8とする。この2 つの乗り物でどちらの方がどれだけ速いかシミュレーションしてみよう一30一.

(34) 確率的な事象を含む. 場合. サイコロの目の出る確率を調べよう晴れ，曇り，雨，雪の天気の予想を確率的に行おう. コインを投げて表が出ればx軸方向に1移動，裏ならy軸方向 1移動する，このとき，10回後に（5，5）座標にいる確率をシュレーションしよう. 初めに「変化の速さが一定の場合」の問題として2つの学習課題を示す．「1分間に6リットルの水を入れたとき，初期水量を2リット. ルの場合には水量はどのように変化するかシミュレーションしよう」．. この学習課題は第2段階で扱い，教科書に記載された問題である．この学習課題を第3段階に入れたのは，学習者は一度モデルを作成しており，システムの操作に集中できると考えたためである．この学習課題でのコミュニケーション活動は操作に慣れるためのものである．. 「学校のプリンタは1分間で100枚印刷できる．学校のプリンタの印刷枚数をシミュレーションしよう」．. この学習課題は学習者の理解度に合わせて学習課題を変更できるように学習者に身近な問題として設定する．この問題では学. 習者が第2段階で学習した基本的なモデルの事例であるかどうかを考えてモデルを作成することを想定している．コミュニケー. ション活動もモデルの基本形に関する見方について話し合うことを想定している．. 次に「変化の速さが合計量に比例する場合」として4つの学習課題を示す．この学習課題は蓄積量からフィードバックがある場合である．この構造を持つ現象での蓄積量や変化の速さの設定っいて理解し，パラメータを変更したときの影響について知ること一31・.

(35) を目的とする．. r美希さんは10000円を年利8％で複利預金した．金額の変化をシミュレーションしてみよう」．. この学習課題は教科書に載っている問題である．この問題の解答例は教科書に記載されている．学習者が問題の見方や考え方がわからず，他の学習者もわからないために支援がうまくできない. ことが予想されるときに教師がこの学習課題を選択できるようにする．学習者はこのモデルに対する教科書の見方を見て「なぜ蓄積量を預金金額とおいているのかな？」といった疑問を持ったり，質問を行うことが想定される．. rA市の人口は現在25600人です．1年問に人口の12％の人が増え人口の8％の人が減少します．このとき10年後には人口は何人になっているでしょうか」．. 「A社の携帯電話の加入者は現在12800人です，1月に3％ずつ増加する場合の加入者の増減についてシミュレーションしてみよう」．. 「次のようなメールが来た．「このメールを5人の人に送ると. 幸福が訪れます．」全員がこのメールに従うとすると1ヶ月後には何人の人がこのメールを受け取りますか」．. これら3っの学習課題では蓄積量からのフィードバックとその他の要素によって変化の速さが決定される．変化の速さが何によって決定するのかを考えることが重要となる．よってコミュニケーション活動では「変化の速さは蓄積量と関係があるの？」，「変化量＝蓄積量×他の要素だよね．」といったコミュニケーショ. ンが起こることを想定する．この学習課題で学習者が作成するモー32・.

(36) デルの例を図2．2．2に示す．. 預金金額利子金額利率. 図2．2．2 変化の速さが合計量に比例する場合. 次に「変化の速さが目標値と合計量に比例する場合」として3 つの学習課題を示す．このモデルにも蓄積量からのフィードバックがある．蓄積量と変化の速さを決定する要素とその関係を知り，. モデルの形状について理解することが重要になる．加えてパラメ. ータを変更したときに，どのような動きをするかを理解を得られるようにする．. 「現在の室温と温度設定の差に比例して冷暖房を行うエアコンを部屋に設置したとき，温度変化を0．3として室温変化をシミュレーションしよう」．. この学習課題は教科書に例題として示され，解答の手順も記載されている．この学習課題は，学習者がモデルの見方や考え方が. わからず，他の学習者からの支援もうまく行われないと予想される場合に教師が選択するように設定する．学習者はこの教科書を. 読んで「なぜ蓄積量を温度と置き，変化の速さを決定する要素には何があるのか？」といった見方や考え方に関する質問ができるようなコミュニケーション活動を行うことを想定している．一33・.

(37) 「水洗トイレのタンクは常に一定の水がたまっている．この水量の変化をシミュレーションしてみよう」．. 「車とバイクがある。車は最高速度が150km／h，加速力は0．5 とする．バイクは最高速度が120km／h，加速力は0．8とする．こ. の2っの乗り物でどちらの方がどれだけ速いかシミュレーションしてみよう」．. この2つの学習課題では蓄積量には限界が存在し，限界を超えない範囲で増減する．蓄積量の増減を決定する変化の速さが蓄積. 量からのフィードバックによって決まることを理解しモデルを. 作成する．ここではr蓄積量が目標値に近いほど変化の速さは小さくなるね．」といった学習者同士のコミュニケーション活動が. 行われることを想定している．この学習課題で学習者の作成するモデルの例を図2．2．3に示す．. 甥. 温度変化温度変化率温度差. 設定温度. 図2．2．3 変化の速さが目標値と合計量に比例する場合. 次に確率的なモデルの学習課題を3つ示す．一34・.

(38) 「サイコロの目の出る確率を調べよう」。. 「晴れ，曇り，雨，雪の天気の予想を確率的に行おう」．. 「コインを投げて表が出ればx軸方向に1移動，裏ならy軸方向に1移動する．このとき，10回後に（5，5）座標にいる確率をシミュレーションしよう」．. この確率的モデルの学習課題では不規則におこる現象を特定し，その現象の起こる頻度を観測して確率分布を求める必要があ. る．この確率分布を見つけ出すことが見方に当たる．次にこの確. 率分布にコンピュータで発生させた乱数を当てはめることで問題解決を行う．これが考え方にあたる，コミュニケーションでは. r乱数を確率分布にどのように対応させるのか．」といった質問が起こることを想定する．. 第3段階ではモデルの基本構造について理解を深める段階である。ここでは学習課題を解決するためにコミュニケーション活. 動をモデルの見方や考え方について質問したり，モデルの設定について議論することを想定している．コミュニケーションを行う. 中でモデルの作成方法やモデルの作成手順について深化し，モデルを作成できるようにする．. 第4段階に入るとモデル化する対象が複雑な問題を対象とするため学習者の見方や考え方によって様々なモデルが学習者によって作られる，多くのモデルの中から学習課題の目的に照らし. て最も妥当なモデルについて議論したり，見方や考え方について. 検証を行う．検証を行う場としてコミュニケーションの場が用いられる．. ・35・.

(39) 第3章実習のための学習環境. 3．1 学習支援のための教育的機能モデル化とシミュヒーションの学習では，見方や考え方を身に. つけ，実際の問題を科学的に解決する必要があることを第2章で述べた．このモデル化とシミュレーションの見方・考え方を定着. させるためには，体験的な学習を行うことが重要である．2．2. では実習を中心としたモデル化とシミュレーションの学習をおこなうことを示した。この実習を中心とした学習に必要となる学習支援を行う環境について示す．. ● 「モデルを作成し，蓄積できる機能」. 学習課題の表現を容易にするために図を用いて抽象化する．モ. デルを図に表現するために用いる基本的な要素の図記号を3．L1 に示す，. れ. 変化の速さ. その他の要素. 3．L1 基本的な要素の図記号のモデル. 3．L1に示した図記号は実教出版の教科書に沿った図形にしている．モデルを作成するために用いる図記号は用意したメニュー. バーからドラッグアンドドロップすることで容易に作成できるようにする．モデルを作成するための機能として図3．1．2のようなGUI（Graphical User Interface）を実装する．一36・.

(40) アイコンのドラッグ＆ドロッブ. ロ. . ○鵬. 精報の流れ. 図3，L2 モデル作成のイメージ. ● 「モデルの見方や考え方にっいて書き込み，蓄積できる機能」. 第2段階までで学習したモデルを作成するための見方や考え方について学習者が理解しながらモデルを作成しているかどう. かを教師が確認できるようにモデル作成の各段階でシステム操作の意図について記述させる．たとえば動的モデルについてモデ. ルを作成させる場合に学習者が蓄積量や変化の速さなどの要素を設定した際に，学習者が設定した理由や根拠を記述させるよう. にする．記述した内容についてシステムは学習者IDと問題に関連させて登録順に保存しておく．. 見方や考え方の根拠の記述を見た学習者は作成意図を踏まえて客観的にモデルを見ることができる．この客観的に見ることでモデルの問違いを見出したり，より妥当なモデルを作り出すこと・37・.

(41) も可能である．他者とのコミュニケーションやモデルを客観的に. 見て自らの見方や考え方が変わり，モデルに修正を加える場合にはモデルを修正する意図も記録できるようにする．モデルを変更. するたびに見方や考え方について記録することで，この記録を見た人は学習者の見方や考え方の変容を蓄積し把握できる．教師も. 学習者の見方や考え方を常に把握できるため，その都度適切な支. 援を行うことが可能になる．このモデルの見方や考え方を蓄積す. る様子を図3．L3に示す. 蓄積量を水量とした理由. この問題では水量が：増加する様子を、、、. “思. の蓄積. 変化の速さをO Oとした理由. 図3．L3 モデルの見方や考え方の蓄積. ● 「モデル図の作成を支援する機能」（help機能）. 学習者に対してモデルを容易に作成しできるように支援を行っても作成する方法にっいて理解が得られていない場合にはモデルの作成を支援することができない．第2段階で行った例題とその解答例をテキストとして，モデルの作成を行う画面から立ち. 上げられるようにし，モデルの基本的な構造別に表示する．第2 段階の例題と解答例を見ることで，モデルの作成方法が全くわか. らない学習者が参照することで全体的なモデル化の手順がわかるようにする，. ・38・.

(42) モデル化の途中で次の作成手順がわからなくなった学習者に対しては，モデル化の手順を追って順に示しモデル化の道筋を示すようにする．モデル化の手順について次の手順だけ知りたい学習者にとって，次に何を行えばよいか，わからない部分だけ知ることができるようにする．. ● 「コミュニケーションの内容を蓄積する機能」. モデル化とシミュレーションの見方や考え方を基に作成した学習ファイル上の自らのモデルが正しいか，見方や考え方につい. て妥当かどうかを検証する必要がある．本指導案では検証の作業. をコンピュータ上で他の学習者とコミュニケーションを取りながら行なわせる．コンピュータ上でのコミュニケーション活動は関口実［2004］，陶山紀宏［20031などが行っている．これら2つの. 研究では学習者は自らの考えを学習ファイルに示すことができない学習者に対して，他の学習者や教師から支援を受ける場として掲示板が使用されている．掲示板上で学習課題を共有している. 学習者同士で考えを相互に吟味し検討させることで，学習者は知識を獲得し知を再構築していく．. コミュニケーション活動では学習者の見方や考え方である学習ファイルを相互に参照できるようにする．学習ファイルを見ら. れるようにすることでコミュニケーションを行う相手の考え方にっいて，発言した学習者の意図について学習ファイルを参照しながら議論を行えるため，より深い議論を行うことができる．ま. た考えを相互に閲覧しながら議論することにより新たなアイデアを創造することもできる．モデルを作成できなかった学習者も，・39・.

(43) 作成途中の学習ファイルを示しながら疑問や質問を掲示板上で投げかけることで，他の学習者から支援を受けることができる．. コミュニケーション活動を会話ではなく掲示板で行うことによりコミュニケーションの内容を記録し蓄積することができる．掲. 示板上でのコミュニケーションの内容を記録することで会話を非同期的な学習活動とでき，学習者は自らの思考するぺ一スに合. わせて意見を考えてコミュニケーション活動を行うことができる．普段なかなか発言できない学習者も非同期なコミュニケーシ. ョンの場合にはコミュニケーションに参加でき意見を述べられるような配慮を行っている．非同期コミュニケーションを行うこ. とで同期コミュニケーションヘ参加する自信につなげることができるとも考える．. 掲示板ではコミュニケーション活動が蓄積されていくため，疑問が生じた場合に過去に同じ疑問を持った学習者がいたのか，いたらどのように解決したのか，掲示板の記録を読むことで疑問を. 解決することも可能である．以上のような意図や目的を想定し本研究においてもこれを活用し，モデルの見方や考え方についてコ. ンピュータの掲示板上でのコミュニケーションを学習者に行わせる．コミュニケーション活動のイメージを図3．L4に示す．. ・40・.

(44) 掲示板. 0 ●. この問題で蓄積量を水量といたんだけど？. O O. まこ、、か ‡. 習ファイルや考え方●9■■●■●●o・◎■g o. ，■o●鱒■o・o o o o9. ‡学習ファイル. 変化の速さが違うね，んでそう考えたの？. 900. デルの晃方. ↓. モデルの見方や考え方●9900■o嬬顧■●瞼■・. 』●●o■■●●⇔●o●●. 図3．1．4 コミュニケーション活動のイメージ. ● 「教師や学習者が学習課題を追加したり，学習者の理解度に. 応じて学習課題の数値を変更，条件の追加ができる機能」システムには事前にモデルの基本的な構造を設定している．モ. デル化とシミュレーションの学習では身近な生活に役立つ問題解決能力の育成をねらいとしているため，学習者の興味や関心に. よって学習課題を設定する必要がある．そこで第3段階では教師. が学習者の興味や関心を基に学習課題を追加できる機能を持たせる．しかしすべての学習課題の中から興味関心のあるものだけを解決させるのではなく，教師が学習段階に応じてモデルの基本的な構造ごとに学習課題を表示し，その中で学習者が選択できる. ようにする．そこで学習課題の基本的な構造ごとに学習課題を選. 択して表示できるようにする，この機能により教師が順序立てた・41一.

(45) 通りに，つまり簡単な構造を持つ学習課題から複雑な構造を持つ学習課題の順に学習者は学習を行う．また，学習者の理解度に合わせて学習課題を変更する機能も作成する．学習課題を変更する. ためには学習課題データベースの中の課題のフィールドを変更する必要がある，しかし変更すると元の学習課題が消えてしまう. ため，学習課題の数値の変更や設定条件の追加を行う場合には新. しく学習課題を追加する形式をとる．第4段階では初めに入力されている学習課題に加え，教師や学習者の興味や関心に応じて学習課題を追加することができるようにしている．この学習課題の. 数値の変更や設定条件の追加、学習課題を蓄積する様子を図 3．L5に示す．. 問題の蓄積諜の翻豫を入糠憾棚物防の場合には水量はどのよ. 糊㎜）. 獅. 欄鵬. o o. うに変化するかシミュレーションしよう. 60リットルの容器に入れる. 変化の速さが合計量に比例金金額の時間的変化追加問題の迫加. o o. 学習者変化の遽さが合酬. 0の変化. 6 0 一. 図3．1．5 学習課題の数値の変更や設定条件の追加、. 学習課題を蓄積する様子一42・.