Transcript 心理学と教科教育の融合
人間科学概論 第４回：心理学と教科教育の融合 寺尾 敦 [email protected] Twitter: @aterao 1 今日の学習 • 認知心理学あるいは認知科学とは何かを理 解する． • 「知的な人間」とは何かを理解する． • 認知心理学・認知科学は，学校教育において， どのような目標で，何を教えることを支持する のかを理解する． – 参考資料：ブルーアー, J. T. (1997). 授業が変わる ―認知心理学と教育実践が手を結ぶとき―．北 大路書房．→ 「学習心理学」テキスト 2 認知心理学 • 認知心理学（cognitive psychology）とは？ – 人間の認知機能に関する心理学．認知機能とは， 広い意味で「わかる」こと．感覚・知覚，記憶，思 考，問題解決，意思決定，・・・ – 情報処理アプローチを採用する．人間をコン ピュータにたとえて理解する．環境からの情報の 入力，内部での処理，出力（反応）という一連のプ ロセスを考える． 3 認知科学 • 認知科学（cognitive science）とは？ – 認知心理学を含む，学際的研究領域．他に，哲 学，人類学，言語学，人工知能，神経科学，教育 学を含む． – 情報処理アプローチを採用する（認知心理学と同 じ） 4 認知研究の歴史 • 認知心理学あるいは認知科学は，どのように（ど うして）誕生したのか？ • 人間の認知機能，特に，内的な思考プロセスに ついての関心は，非常に古くからある． – アリストテレスまでさかのぼる． • 20世紀初頭の「意識心理学」は，「内観法」 （introspection）を用いて，人間の思考を研究し た．（Wurzburg [ヴュルツブルグ] 学派） – 参考：実験心理学の誕生は1879年．ライプチヒ大学 で Wundt [ヴント] による． 5 内観法による思考研究 • 被験者に問いを与え，反応を引き出したあと， どのようにしてその反応が出てきたのかを振 り返って報告してもらう． • 例 – 質問：Bite. Cause? – 内観：As soon as I had read the words the search was on. I had also had a picture of a leg with wound on it and saw nothing else. Then ‘dog’ came to me in the form of an idea, with the consciousness: dogs bite. 6 内観法への批判 • 内観法は自己報告．これは本当に心的プロ セスを正しく表しているのか，疑問である． – 参考：現在の認知心理学は，内観法を洗練させ た「発話思考」（thinking aloud）を用いる．課題遂 行と同時に，意識内容を発話する． 7 行動主義 • 1920年ごろからの行動主義（behaviorism）： 内観法を非科学的方法として排除．外から観 察可能な「刺激」（stimulus）と「反応」 （response）の間の関係を研究． • 内的なプロセスの存在は否定しないが，それ は「ブラックボックス」として扱う． 8 古典的条件づけ 無条件刺激 （肉，えさ） 無条件反応 （唾液分泌） 対呈示 条件刺激 （ベル音） 条件反応 （唾液分泌） 無条件刺激と条件刺激の間に連合が形成される 行動主義への不満 • 行動主義は，確かに科学的であったかもしれ ない． – 再現性，反証可能性 • しかし，内的プロセスをブラックボックスとして おくのは，やはりつまらない． • 内的プロセスに踏み込もうとする立場も出て きた．（新行動主義） – 認知心理学誕生前夜の様子は，佐伯先生の著 書『理解とは何か』を参照するとよい． 10 認知心理学・認知科学の誕生 • ２０世紀中ごろに，コンピュータが出現．新し い研究アプローチを手に入れた！ • 人間をコンピュータに例えることで，心的プロ セスの研究をすることができる． – 実際にコンピュータ上で動く思考プログラムも書 かれた．こうしたプログラムは，人間の思考過程 についての強力な仮説，あるいは精緻な説明と なる． 11 教育への貢献 • 認知科学あるいは認知心理学は，どうして教 育に貢献できるのか？ • 教育・学習の根本にかかわる重要な問題を 研究しているから． – 大きな問題の例：学習とは何か？理解するとは 何か？ – 具体的問題の例：数学の問題を解くにはどのよう な知識が必要なのか？ 12 「できる人」とは？ • 「知的な人間」とは何だろうか？ – 数学ができるようになるのは，頭の中で何が変わ るのか？ – 数学ができる人は，論理的な思考のできる人な のか？ – 数学ができる人は，他の科目の成績も優秀なの か？ • この問いは，学校教育で，何を目標に，何を 教えるかを考えさせる． 13 教育内容・目標の４つの考え方 1. 形式陶冶：難しい教科を通して，一般的な知性 を鍛える． 2. 弱い方法：一般的な問題解決方略を教える．さ まざまな領域でこの方略を使うことができる． 3. 領域固有の知識：特定領域で有効な知識や問 題解決方略を教える．特定領域での熟達化を 目指す． 4. メタ認知・学習方略：メタ認知技能と，学習方略 を教える．「知的な初心者」を育成する． 14 １．形式陶冶 • 形式陶冶（けいしきとうや・formal discipline）： 一般的な知的能力を重視する立場．ラテン語 や数学など，難しい科目の訓練によって知性 が鍛えられるとする．古代ギリシアに始まる． • 実質陶冶（material discipline）：実学的な教養， 知識を重視する立場． 15 学習の転移 • 学習の転移（transfer）：先行する学習が，後 の学習に影響を及ぼすこと． • 何が「転移」するのか？ – 形式陶冶の立場では，一般的な知性や能力．特 定の科目で鍛えられた知性が，他の科目の学習 でも役立つと考える． – 実質陶冶の立場では，転移は限定的．特定の科 目での知識は，適用できる範囲が狭い． 16 形式陶冶の否定 • 20世紀初頭には，形式陶冶の立場が広がっ ていた． – いまでも，「数学を学習して論理的思考力を高め る」とか，「脳を鍛える」というのは，形式陶冶の考 えを受け継いでいる． • エドワード・ソーンダイク（Edward Thorndike） は，形式陶冶が主張する転移が本当に生じ るのか研究した．結果は否定的で，形式陶冶 の考え方は否定された． 17 ソーンダイクの研究 • 20世紀初頭に，ソーンダイクによって，転移 の範囲は形式陶冶が主張するように広くない ことが示された． – 図形弁別能力の訓練は，訓練に用いた図形とは 異なる形の図形に転移しない． – 数学の問題形式を変えるとパフォーマンスが落ち る． 18 形式陶冶の否定 • 一般的知性というものの存在は，心理学者の 間で，いまでも信じられている． – 「知能検査」で測定している – 「知能」とは何か，まだ明らかではない． • しかし，特定の教科の訓練によって一般的知 性を鍛えられるという考えは，否定されている． – 数学の学習で身につくのは，どんなときにも役立 つ一般的な論理的思考力ではない． 19 ２．弱い方法 • 弱い方法（weak method）：領域一般の問題 解決方略． • 強い方法（strong method）：領域固有の問題 解決方略． • 初期の人工知能研究は，弱い方法によって 成功を収めた． – 論理学の問題を解く，思考する初めてのプログラ ム Logic Theorist は，手段―目標分析（meansends analysis）を用いた． 20 問題解決とは何か • 問題：現在の状態（初期状態）と目標状態の 間にギャップのある状況． • 操作子（operator）：特定の問題状況に適用し， その状況を変化させることのできる手段． • 問題空間：初期状態から目標状態まで，操作 子を適用することで作られる，可能な状態す べて． • 問題解決：問題空間の中で，目標状態に至る パスを見つけること． 21 手段―目標分析 • 目標状態と現在の状態を差異を解消する操作 子があり，ただちに適用可能であれば，それを 実行する． • 操作子をただちに適用できないのならば，それ が適用できる状況を得ることを下位目標とする． • 下位目標をただちに達成する手段があれば，そ れを実行する． • 下位目標をただちに達成する手段がなければ， さらに下位目標を設定する． • 下位目標の設定と解決を繰り返すことで，最終 目標が達成される． 22 例題：ハノイの塔 23 目標状態は，上から円盤Ａ，Ｂ，Ｃの順で，す べての円盤がペグ３に刺さっている状態であ る．目標状態を達成するために，まず，円盤 Ｃをペグ３に移動したい．この手段を実行でき ればよいのだが，円盤ＡとＢがＣの上にのっ ているので，この移動は実行できない．そこで， 円盤ＢがＣの上から取り除かれた状態を下位 目標（下位目標１）にする．この下位目標を達 成するために，円盤Ｂをペグ２に移動したい． この手段を実行できればよいのだが，円盤Ａ がＢの上にのっているので，この手段を実行 できない． 24 そこで，円盤Ａが円盤Ｂの上から取り除かれた 状態を下位目標（下位目標２）とする．この下位 目標を達成するため，円盤Ａをペグ３に移動した い．この手段はただちに適用可能なので，実行 する．すると，下位目標２が達成される．この下 位目標が達成されたので，円盤Ｂをペグ２に動 かすという手段が適用可能になった．そこで，こ の手段を適用する．これで，下位目標１が達成さ れた．円盤Ｃをペグ３に移動したいが，ペグ３に は円盤Ａがある．そこで，円盤Ａがペグ３から除 かれた状態を下位目標にする．・・・・・ 25 手段―目標分析の挫折 • 手段―目標分析による問題解決は，目標か らさかのぼって問題を解決するので，「後ろ向 き推論」と呼ばれる． • 手段―目標分析に頼った研究は，まもなく挫 折した．数学や物理の問題を解くには，その 領域に固有な，様々な知識や問題解決方略 が必要であることがわかった． • 弱い方法をさまざまな領域で活用するという 形での，学習の転移は期待できない． 26 熟達者と初心者の比較 • 物理の初心者は，手段―目標分析のように，後 ろ向きに問題を解く．熟達者は，問題に与えられ た条件から，前向きに問題を解く． – 熟達者は，特定の問題に関する知識である，問題ス キーマを持っている． • チェスの熟達者は，チェスで現れる駒の配置の 記憶は優れているが，他の記憶課題ではそうで はない．でたらめな駒配置でもダメ． – 意味のある配置を知っており，いくつかの駒の組み 合わせが一つの記憶単位（チャンク）となっている． 27 物理の初心者と熟達者 • 例題：長さ l の斜面を，質量 m の物質が滑り 落ちるときの，斜面下での速度 v を求める． • 初心者は，求めたい速度 v を含んだ公式を 思い出す．その公式の中に v 以外の未知数 があれば，それを求めるための公式をさらに 思い出す． v 2 v02 2ax F ma • 熟達者は問題状況の力学的記述から解決を 始める． F mg sin 28 ３．領域固有の知識 • 人間の知的ふるまいは，特定領域に固有の 知識に支えられている． – 認知心理学・認知科学の基本的主張 • 熟達化は狭い範囲で生じる． • 学習の転移は，ある課題で学習した手続きが， 別の課題にも適用可能な場合に生じる． – ただし，学習者はこの適用可能性になかなか気 がつかない． 29 問題解決に必要な知識 • 宣言的知識（declarative knowledge） ：事実的な 知識．辞書的． • 手続き的知識（procedural knowledge） ：問題の 解き方に関する知識．If-Then形式のプロダクショ ン・ルールで記述可能． • 熟達化は，手続き的知識の獲得と，その洗練の たまもの． • 学習の転移は，ある課題で学習したプロダクショ ン・ルールが，別の課題にも適用可能な場合に 生じる．これは認知的スキルの転移である． 30 ４．メタ認知・学習方略 • 同じ初心者でも，学習のはやい「知的な初心 者」がいる．これはなぜか？ – 初心者なのだから，その領域の知識は関係ない • メタ認知：認知過程をモニタリングし，必要に 応じて行動をコントロールする働き．自分自 身の知識状態や認知的特性に関する理解も メタ認知である． • 学習方略：学習のやり方に関する知識． 31 知的な初心者 • 学習内容が自分にとってどれくらい難しいか 把握する（メタ認知）．難しさに応じた学習方 略をとる． • 自分がどれくらい学習内容を理解できたのか 自己診断する．そのための方法を知っている． • テキストや教師といった学習リソースを，いつ どのように活用したらよいか知っている． • 適切な学習目標を設定し，必要な学習時間を マネジメントできる． 32 メタ認知・学習方略の教育 • メタ認知や学習方略は教育可能である． • ただし，単に教えるだけではうまくいかない． • それらがいつ役に立つのか，なぜ役に立つ のかを同時に教える，「インフォームド」な教 授が必要． – 有効性が実感できなければ，わざわざ負荷の高 い方略を使うことをしない． 33 教育内容・目標の４つの考え方 1. 形式陶冶：難しい教科を通して，一般的な知性 を鍛える． 2. 弱い方法：一般的な問題解決方略を教える．さ まざまな領域でこの方略を使うことができる． 3. 領域固有の知識：特定領域で有効な知識や問 題解決方略を教える．特定領域での熟達化を 目指す． 4. メタ認知・学習方略：メタ認知技能と，学習方略 を教える．「知的な初心者」を育成する． 34 認知心理学・認知科学が支持する 教育内容・目標 • 領域固有の知識：特定領域で有効な知識や 問題解決方略を教える．特定領域での熟達 化を目指す． • メタ認知・学習方略：メタ認知技能と，学習方 略を教える．「知的な初心者」を育成する． 35 社会情報学部で • 認知科学に基づいて教育の問題を考えること は，分野融合（リエゾン）のよい例． – 人間の学習についての理解に基づき，教育をデ ザインする．他者や道具との相互作用を重視す る立場からの研究もある．（社会・人間コース） – 認知科学では，認知過程を説明するコンピュー タ・シミュレーションやモデリングも有力な研究手 法．情報系科目が好きな学生にも参加してほし い．（人間・情報コース） 36 小テスト • 「脳を鍛える」とか「脳トレ」といった言葉が使 われている．認知心理学・認知科学から見て， この表現はおかしい．それはなぜかを述べよ． 以下のことに言及すること． – 認知心理学・認知科学の一般的結論として，何 は鍛える（トレーニングする）ことができて，何は 鍛えられないのか – 「脳トレ」（計算とか音読）が鍛えているものがある とすれば，それは何か 37