科学的な誤解

科学的誤解とは、科学に関する一般的な信念ですが、実際の科学的事実には基づいていません。科学的誤解は、宗教的または文化的影響に基づく先入観を指す場合もあります。多くの科学的誤解は、誤った指導スタイルや、真の科学テキストが時として距離を置いていることが原因で発生します。生徒の事前の知識と誤解は科学を学ぶ上で重要な要素であるため、理科の教師はこれらの概念を特定し、対処できなければなりません。

誤解（別名、代替概念、代替フレームワークなど）は、科学教育における構成主義の主要な問題であり、科学教育に影響を与える主要な理論的視点です。^[1]科学的誤解とは、科学的概念または原理に関する誤った、または不正確な理解であり、多くの場合、過度の単純化、不正確な情報、または直感的な知識の誤用から生じます。誤解は、個人的な経験、文化的信念、または教育現場での情報の提示方法など、さまざまな要因によって発生する可能性があります。科学的誤解に対処することは、自然界に対するより正確な理解を育み、科学的リテラシーを向上させるために不可欠です。^[2]一般的に、科学的誤解は、人間が進化した世界と効果的に相互作用することを可能にする、いくつかの「直感的な知識領域、民俗力学（物体の境界と動き）、民俗生物学（生物種の構成と関係）、民俗心理学（相互作用するエージェントと目標指向の行動）を含む」にその基礎を置いています。 ^[3]これらの民俗科学が現代の科学理論に正確にマッピングされないことは予想外ではありません。科学的誤解の2番目の主な原因は教育上の誤解であり、これは指導の過程で（正式な教育において）誘発され強化されます。

科学のテーマに関する学生の非公式な考えについては広範な研究が行われており、報告された誤解は一貫性、安定性、文脈依存性、適用範囲などの特性の点でかなり異なることが研究で示唆されています。^[4]誤解は5つの基本的なカテゴリーに分類できます。^[5]

1. 先入観
2. 非科学的な信念
3. 概念上の誤解
4. 俗語の誤解
5. 事実に関する誤解

先入観とは、ある概念について一方向のみで考えることです。特に熱、重力、エネルギーについてです。何かの仕組みがわかってしまうと、それが別の方法で機能すると想像するのは困難です。非科学的信念とは、科学的証拠の外で学んだ信念です。たとえば、聖書に基づいた世界の歴史についての信念です。概念の誤解とは、個人的な経験や聞いたことに基づいて、自分が理解していると思う考えです。概念を完全に把握して理解しているわけではありません。俗語の誤解は、特に科学と日常生活に関して、1 つの単語に 2 つのまったく異なる意味がある場合に発生します。事実の誤解は、幼い頃に学んだが実際には間違っている考えや信念です。

学生の誤解のほとんどは認識されないままですが、教科書に存在する誤りや誤解を特定するための非公式な取り組みが行われてきました。^[6]

ソクラテス式教授法では、質問と傾聴のプロセスを通じて、生徒の誤解を特定し、対処します。指導前または指導に応じて生徒が何を考えているのかを理解するために、さまざまな戦略が採用されています。これらの戦略には、さまざまな形式の「リアルタイプ」フィードバックが含まれており、色付きのカードや電子調査システム（クリッカー）の使用が含まれます。^{[7]別のアプローチは、}ジャストインタイム教授法と呼ばれる戦略に代表されます。^{[8] [9]}ここでは、生徒は授業前にさまざまな質問をされ、講師はこれらの回答を使用して、生徒の事前の知識と誤解に合わせて指導を調整します。

最後に、概念目録やその他の診断ツールを構成する項目を作成する目的で学生にインタビューする、より研究集約的なアプローチがあります。 ^[10]概念目録には集中的な検証作業が必要です。おそらく、現在までに最も影響力のあった概念目録は、Force Concept Inventory (FCI) です。^{[11] [12]}概念目録は、効果的な指導の障壁となる難しい概念を特定するのに特に役立ちます。^[13]自然選択^{[14] [15] [16]}と基礎生物学^[17]の概念目録が開発されています。

公開されている診断ツールのすべてが、概念目録のように注意深く開発されているわけではないが、2 段階の診断ツール (誤解の研究に基づいた複数の選択肢を提示し、学習者に選択理由を尋ねる) は、厳密な開発を経ている。^[18]生徒の誤解を特定するには、まず教師が生徒の先入観を特定できる。^[19]「教師は生徒の当初の概念と発展中の概念を知る必要がある。生徒は当初の考えを意識レベルにまで高められる必要がある。」^[20]しかし、誤解を診断する教師の能力は向上する必要がある。進化に関する誤解に直面したとき、教師が診断できるのはこれらの誤解の約半分だけである。^[21]したがって、誤解を特定するための別のアプローチは、教師だけでなく生徒自身も行うというものである。一般的な誤解と例のリストの助けを借りて、生徒は自分の誤解を特定し、メタ認知的にこれらに気づくことができる。^[22]

多くの証拠から、生徒の誤解を認識し修正するには、教材への受動的な関与ではなく能動的な関与が必要であることが示唆されている。一般的な指導方法にはメタ認知、つまり特定の問題についての自分の考えについて生徒に考えさせるという方法がある。この方法では、部分的には生徒が自分の理解を言葉で表現し、擁護し、再定式化することが求められる。現代の教室の現実を認識して、さまざまなバリエーションが導入されている。これには、エリック・マズールのピア・インストラクションや、物理学のさまざまなチュートリアルが含まれる。^[23]研究者は、メタ認知アプローチを使用して、自己評価を通じて生徒が自分の直感的な概念をメタ認知的に認識し、科学的文脈で直感的な概念を自己調整できるようにサポートすることで、生徒の概念理解が向上することも発見した。^[22]科学的探究は、生徒に積極的な関与の機会を提供し、メタ認知と批判的思考を取り入れたもう1つの手法である。

探究型学習活動の成功は、事実の知識の深い基盤にかかっています。次に、生徒は研究している科学的現象についての観察、想像力、推論を使用して、概念的枠組みの中で知識を整理します。 ^{[24] [25]}教師は、指導が進むにつれて形成的評価を通じて生徒の概念の変化を監視します。初期の探究活動は、単純な具体的な例からより抽象的なものへと発展させる必要があります。^[25]生徒が探究を進めるにつれて、生徒に挑戦的な質問を生み出し、尋ね、議論する機会を含める必要があります。マグヌッソンとパリンサンによると、^[26]教師は、概念の理解が成熟するにつれて生徒が同じ質問をすることができる複数の調査サイクルを許可する必要があります。生徒の学習の形成的評価を適用し、それに応じて調整する戦略を通じて、教師は科学的な誤解を正すのに役立ちます。研究によると、理科教師は誤解に対処する幅広いレパートリーを持っており、アナロジーを用いて認知的葛藤を誘発しようとしたり、概念の詳細化を求めたり、推論の特定の欠陥に言及したり、生徒の概念と歴史理論の類似点を提示したりするなど、生徒の代替概念に対応するためにさまざまな方法を報告しています。しかし、教師の約半数は生徒の誤解に対処せず、代わりにそれに同意したり、科学的に間違った対応をしたり、生徒の特定の概念に対処することなく正しい科学的説明を自分で作成したりしています。^[21]

• よくある誤解のリスト – 科学的なものも含めたよくある誤解
• 科学における時代遅れの理論
• 誤りのリスト
• Wiley Bad Scienceシリーズの書籍:
  • 悪い天文学: 占星術から月面着陸の「でっちあげ」まで、誤解と誤用が明らかに
• Badastronomy.comブログ

• Barker, V. 2004. 外見を超えて: 基本的な化学概念に関する学生の誤解。第 2 版 (2008 年 9 月 9 日にオンラインでアクセス)
• Charles, ES & ST d'Apollonia. 2003. 教育へのシステムアプローチ。PEREA レポート。
• Hake RR (1998)。「インタラクティブな取り組みと従来の方法: 入門物理学コースの力学テストデータの 6000 人の学生の調査」Am J Phys . 66 (1): 64– 74。Bibcode :1998AmJPh..66...64H。doi :10.1119/1.18809。
• クレブス、ロバート E. (1999)。『時代を超えた科学の発展と誤解：参考ガイド』。コネチカット州ウェストポート：グリーンウッド プレス。ISBN 978-0-313-30226-8。
• Morton JP、Doran DA、Maclaren DP (2008 年 6 月)。「運動生理学と生化学における学生の一般的な誤解」。Adv Physiol Educ . 32 (2): 142– 6. doi :10.1152/advan.00095.2007. PMID  18539853. S2CID  8066357。
•  Visscher PM; Hill WG; Wray NR (2008 年 4 月)。 「ゲノミクス時代の遺伝率 - 概念と誤解」。Nature Reviews Genetics。9 ( 4): 255– 66。doi : 10.1038 /nrg2322。PMID 18319743。S2CID  690431。
• 学生の学習方法。2005 年。米国科学アカデミーの報告書。
• Fuchs, TT, & Arsenault, M. (2017). テストデータを使用して中等科学における誤解を見つける。School Science Review 364(98) 31-36。