統合型STEM教育についてのメタ分析の論文をレビューします。
STEMは、科学(science), 技術(technology)、工学(engineering)、数学(mathematics)の4分野からなる学際的な領域であり、それらの異なる領域を1つに繋げるアプローチとして統合型STEM教育が注目されてきました。
【文献】
Mustafa, N., Ismail, Z., Tasir, Z., & Mohamad Said, M. N. H. (2016). A meta-analysis on effective strategies for integrated STEM education. Advanced Science Letters, 22(12), 4225-4228.
【概要】
統合型STEM教育の実施において、どのような教育戦略が優位を占めているのかを概観した。
研究方法は、ERIC、Science Direct, Wiley Online Library, Taylor & Francis Online, SpringerLink, IEEE Xplore Digital Library, JSTOR, Journal of STEM Educationなどのオンラインデータベースやジャーナルによる関連文献検索戦略のレビューに基づいて行われた。
検索に用いたキーワードは、統合戦略、科学技術、STEMの教授と学習、小学校におけるSTEM、中学校におけるSTEM、高等教育におけるSTEMなどであった。
このメタ分析の結果、STEM教育においては、プロジェクトベースの学習アプローチが、高度に知識化された社会で生徒のスキルを向上させ、他者と競争する能力を高めるという点で優位な戦略であることが判明した。
【イントロダクション】
これまでの実証的研究では、統合的なSTEM学習は、21世紀型スキルを持つ競争力のある将来の労働力を生み出す可能性があり、学生の興味に達成感に対しても良い影響を与えている。
また「学際的あるいは統合的なカリキュラムを用いることで、より関連性が高く、断片的でなく、刺激的な経験をする機会を提供することが研究で示されている」とも述べている。
したがって、STEM教育の統合とは、「科学・数学教育の理論と実践を技術・工学教育に取り入れることである」と定義することができる。
統合型STEM教育は、プロジェクトベース、問題ベース、探究ベース、テーマベース学習などの一般的な教育・学習アプローチによって補完することができる。
STEM教育については、多くの論文があるが、統合型STEM教育の具体的な方策に焦点を当てた研究は限られている。
STEM教育を強化するために多くの努力が払われているにもかかわらず、教師や教育関係者が適切な指導戦略を見つけるために直面している大きな課題がある。多くの教師は、知識がないだけでなく、効果的な教育戦略を知らないのである。
本メタ分析では、学校および高等教育機関における統合的なSTEM教育のための効果的な戦略を明らかにすることを試みている。
【リサーチクエスチョン】
リサーチクエスチョンは以下の2点である。
-初等・中等・高等教育における統合的なSTEM教育にはどのようなアプローチがあるのか？ 初等・中等・高等教育における統合的 STEM 教育の主要なアプローチは何か？
-モチベーション、態度、成果、興味、認識といった生徒の成果に対する統合的 STEM 教育のインパクトは何か？
【研究方法】
ERICのオンラインデータベースを使用して、関連する出版物を検索した。
また、ScienceDirect, Wiley Online Library, Taylor & Francis Online, Springerlink, IEEEXplore Digital Library, JSTOR, Journal of STEM Education : Innovation and Research などの Web ベースのサービスプロバイダーから検索した。
関連する研究の追加情報は、Google Scholarを使用して検索した。
STEM教育を実施するために用いられる適切な戦略に関する関連研究を検索するために、すべての論文をスキャンした。
これらのアプローチに焦点を当てた研究は限られているため、キーワードは、アプローチ、STEM、統合的、実施、教授・学習、教育など、より一般的なものを使用した。
初期段階では、関連する研究の検索に制限はなく、コンセプトペーパー、研究論文、会議報告、政府報告などすべてであった。
その結果、STEM教育について記述された合計187の論文が検索された。
第二段階では、以下の条件を満たす 18 件の論文が発見された。
(1)STEM教育との比較のため、2008年から2016年1月までの論文に限定
(2)使用された教育戦略、適用レベル、生徒の発達への影響について記述された研究に限定
(3)ERIC データベースおよび Google Scholar で実施した文献検索
STEM、教育、影響、アプローチ、プロジェクト型学習、統合的戦略、科学・数学教育、学習などの一般的な用語を用いて、ERICデータベースとGoogle Scholarで検索を行った。
実施、問題解決型学習、発明、21 世紀型スキルなど、より一般的な用語で検索を行った。
検索段階で見つかった論文の中には、著者が研究で使用された指導法の種類に言及したり、明確に説明したりしなかったため、選択されなかったものもある。
論文を定性的に分析し、リサーチクエスチョンにしたがって要約すると、表1、表2のようになる。
表1は、初等・中等・高等教育レベルで実施された調査研究をまとめたものである。
また、総合的なSTEM教育のための教授・学習戦略も特定され、プロジェクトベース、 問題解決型学習、探究型学習などに分類された。
表2は、モチベーション、興味、達成感、態度、認識といった観点から、統合型STEM教育が生徒の発達に与える様々な影響を示している。
【結果と議論】
本研究の主な目的は、STEMの教育的統合を支配する教授戦略に関する情報を得ることであった。
しかし、選択した研究の数が少なく、このことが調査結果の正確さを欠く原因となっている可能性がある。
A. STEM教育統合のための指導戦略 表1に示すように、25件の研究のうち19件は中等教育で行われ、2件だけが高等教育で行われ、残りは初等教育と中等教育の両方に焦点を当てた研究であった。
これらの論文はすべて、STEMの統合を実施するために使用される戦略について論じている。
研究者や学者の間では、中等教育レベルの生徒を対象とした研究に重点を置く傾向があった。
これらの学生は、将来のキャリアとしてSTEM分野のコースを選択する可能性が高い。
STEMの学習では、プロジェクトベースの学習が最もよく使われていることがわかった。
デザインベースドラーニングは、プロジェクトベースドラーニングの一種であり、実社会の有意義な問題に取り組み、解決策を参加、調査、設計、発明する機会を与えることで生徒の内容学習を促進させる。
メタ分析によると、13の論文がSTEM教育におけるプロジェクトベースの学習手法の基準を満たすものであることがわかった。
これらの基準には、能動的学習、生徒の参加、実社会の状況の探求を通じた批判的思考の強化、プロジェクトの解決策の策定などが含まれている。
また、STEM教育においてプロジェクトベースの学習を組み込むことは、有意義な学習に対してプラスの影響を与え、将来STEMキャリアを選択する生徒の自信育成に役立つと述べている。
また、学生は、チームワークで協力することにより、プレゼンテーション能力を高め、プロジェクトの解決策を構築することで、経験的な学習を積み重ねることができる。
したがって、教員や教育者は、プロジェクトベースの教育プログラムが、実世界の本物の複雑な状況を反映し、よく定義され、生徒中心で、よく計画されていることを確認する必要がある。
しかし、探究学習や問題解決型学習など、STEM研究に適用可能な他の適切なアプローチも存在する。
探究型学習は、科学的探究と工学的設計からなり、ともに実生活の状況を用いた有意義な実践活動を促進し、与えられた問題を深く探求することによって新しい知識を発見する機会を生徒に提供するものである。
問題解決型学習は、ガイドラインとして具体的な手順を提供する。
この学習法は、複雑で構造化されていない問題に生徒を参加させ、学習セッションの最後に生徒がグループ内で発表し、発見や計算を仲間と共有することで解決策を見出そうとするものである。
この方法によって、生徒たちは学習内容の知識を深め、問題解決能力の能力を高め、その経験を、生徒が学習を継続する際に役立てることができる。
将来、STEM関連の職業に就くことを選択した場合、得られた経験は有用なものとなる。
このメタ分析では、統合型STEM教育が、実践的な活動やプロジェクトベースの学習によって、生徒の発明や革新を促す指導戦略を促進することが強調されている。
STEM教育における統合的アプローチは、生徒の学習にプラスの影響を与えるため、プロジェクトベース学習は、生徒のSTEM 体験学習への関与を高める。
したがって、プロジェクトベースの学習アプローチの使用は、問題解決型学習や探求学習(inquiry-based learning)と比較して、統合的なSTEM教育のための支配的な戦略である。
B. STEM教育の統合が生徒の発達に与える影響
表2は、リサーチクエスチョン2によるSTEM教育が生徒の発達に与える影響についてもまとめたものである。
16件の研究のうち9件は、生徒の達成度を主目的としている。
STEMを実施する際の教師および生徒の認識について論じている研究は2件のみであった。
生徒の数学、科学、工学に対する興味は、統合的なカリキュラムの中で向上することがわかった。
また、統合的アプローチにより、学習状況や学習資源が豊富になるため、STEM科目においてより高い達成度を示すことがわかった。
さらに、生徒のSTEM学習に対するモチベーションも向上し、STEM関連の活動に参加することに興味を示すようになった。
長期的には、学生は最終的にSTEM学習に対する積極的な態度を示すようになる。
メタアナリシスの結果は、統合的アプローチが学校や高等教育レベルで実施された場合、モチベーション、興味、達成度、パフォーマンス、態度、知覚の面で学生の発達に良い影響を与える可能性があることを示した。
【将来への提案】
統合型STEM教育の実施には、多大な支持がある。
前述したように、統合的なSTEM教育のための戦略は正確に強調されるべきである。
そのため、教育者や教師は、STEM教科の教育プロセスを計画する際に、
（1）提供すべき内容
（2）技能学習のために実施すべき活動
（3）統合的STEM教育のための関連戦略
といった指針を得ることができるようになる。
このテーマに関する研究は限られているため、生徒がSTEM学習をよりよく経験できるような完璧な戦略を決定し、生徒のSTEM分野への関心を引き付けるために様々な戦略をどのように計画すべきかを調査するために、具体的な研究がより必要である。
効果的に統合されたSTEM教育は、科学と数学に対する生徒の関心と成績を向上させ、モチベーションを高めることができる。
したがって、今後の研究では、問題ベース、プロジェクトベース、デザインベースのタスク以外にも、STEMに関連する様々な活動に焦点を当てる必要がある。
また、初等・高等教育段階におけるSTEM教育に対応するための戦略に関する研究も必要である。
加えて、STEMの概念を理解することは、STEM分野での将来のキャリアを追求する生徒の関心を高めることになるため、初等・高等教育段階でのSTEM教育に対応できる戦略に関する研究も行う必要がある。
実世界の問題を用いて実施すべき完璧な教育戦略を特定するための研究や、教育や学習におけるテクノロジーの役割を採用するための研究も実施することができる。
【結論】
本研究は、統合型STEM教育の指導戦略に関するスナップショットを提供した。
一般的に、STEM統合では、問題ベース、プロジェクトベース、デザインベースの学習が適用されていた（National Academic of Sciences, 2014）。
これらの戦略は、解決すべき実生活の状況的な課題を含み、学生は課題の複雑な文脈に対処できることがわかった。
このように、統合型STEM教育のために設計された戦略は、STEMの4つの分野のつながりを特定するための経験を提供する。
STEM教育の統合を実施するための最も効果的な戦略は、プロジェクトベースの学習であることがわかった。
【メモ】
STEM教育改革は、国がグローバル経済において競争力を維持するために、現代の教育において重要な役割を担っている。
長い間、STEM分野はサイロ化されており、学生は学んだ知識を現実の問題と結びつけることができまずにいたが、一部の教育機関ではSTEM分野の統合教育が行われるようになり、このアプローチが生徒をより優れた問題解決者、論理的思考者にすることが示唆されている。
その教育手法にも様々ある中、メタ分析の結果、最も効果があるとされるのがPBL(Project-based Learnig)でした。
PBLの文献を探していたところ、STEM教育の分野でもPBLが効果が高いとされているのは嬉しい発見でした。
【文献】
Mustafa, N., Ismail, Z., Tasir, Z., & Mohamad Said, M. N. H. (2016). A meta-analysis on effective strategies for integrated STEM education. Advanced Science Letters, 22(12), 4225-4228.
【概要】
統合型STEM教育の実施において、どのような教育戦略が優位を占めているのかを概観した。
研究方法は、ERIC、Science Direct, Wiley Online Library, Taylor & Francis Online, SpringerLink, IEEE Xplore Digital Library, JSTOR, Journal of STEM Educationなどのオンラインデータベースやジャーナルによる関連文献検索戦略のレビューに基づいて行われた。
検索に用いたキーワードは、統合戦略、科学技術、STEMの教授と学習、小学校におけるSTEM、中学校におけるSTEM、高等教育におけるSTEMなどであった。
このメタ分析の結果、STEM教育においては、プロジェクトベースの学習アプローチが、高度に知識化された社会で生徒のスキルを向上させ、他者と競争する能力を高めるという点で優位な戦略であることが判明した。
【イントロダクション】
これまでの実証的研究では、統合的なSTEM学習は、21世紀型スキルを持つ競争力のある将来の労働力を生み出す可能性があり、学生の興味に達成感に対しても良い影響を与えている。
また「学際的あるいは統合的なカリキュラムを用いることで、より関連性が高く、断片的でなく、刺激的な経験をする機会を提供することが研究で示されている」とも述べている。
したがって、STEM教育の統合とは、「科学・数学教育の理論と実践を技術・工学教育に取り入れることである」と定義することができる。
統合型STEM教育は、プロジェクトベース、問題ベース、探究ベース、テーマベース学習などの一般的な教育・学習アプローチによって補完することができる。
STEM教育については、多くの論文があるが、統合型STEM教育の具体的な方策に焦点を当てた研究は限られている。
STEM教育を強化するために多くの努力が払われているにもかかわらず、教師や教育関係者が適切な指導戦略を見つけるために直面している大きな課題がある。多くの教師は、知識がないだけでなく、効果的な教育戦略を知らないのである。
本メタ分析では、学校および高等教育機関における統合的なSTEM教育のための効果的な戦略を明らかにすることを試みている。
【リサーチクエスチョン】
リサーチクエスチョンは以下の2点である。
-初等・中等・高等教育における統合的なSTEM教育にはどのようなアプローチがあるのか？ 初等・中等・高等教育における統合的 STEM 教育の主要なアプローチは何か？
-モチベーション、態度、成果、興味、認識といった生徒の成果に対する統合的 STEM 教育のインパクトは何か？
【研究方法】
ERICのオンラインデータベースを使用して、関連する出版物を検索した。
また、ScienceDirect, Wiley Online Library, Taylor & Francis Online, Springerlink, IEEEXplore Digital Library, JSTOR, Journal of STEM Education : Innovation and Research などの Web ベースのサービスプロバイダーから検索した。
関連する研究の追加情報は、Google Scholarを使用して検索した。
STEM教育を実施するために用いられる適切な戦略に関する関連研究を検索するために、すべての論文をスキャンした。
これらのアプローチに焦点を当てた研究は限られているため、キーワードは、アプローチ、STEM、統合的、実施、教授・学習、教育など、より一般的なものを使用した。
初期段階では、関連する研究の検索に制限はなく、コンセプトペーパー、研究論文、会議報告、政府報告などすべてであった。
その結果、STEM教育について記述された合計187の論文が検索された。
第二段階では、以下の条件を満たす 18 件の論文が発見された。
(1)STEM教育との比較のため、2008年から2016年1月までの論文に限定
(2)使用された教育戦略、適用レベル、生徒の発達への影響について記述された研究に限定
(3)ERIC データベースおよび Google Scholar で実施した文献検索
STEM、教育、影響、アプローチ、プロジェクト型学習、統合的戦略、科学・数学教育、学習などの一般的な用語を用いて、ERICデータベースとGoogle Scholarで検索を行った。
実施、問題解決型学習、発明、21 世紀型スキルなど、より一般的な用語で検索を行った。
検索段階で見つかった論文の中には、著者が研究で使用された指導法の種類に言及したり、明確に説明したりしなかったため、選択されなかったものもある。
論文を定性的に分析し、リサーチクエスチョンにしたがって要約すると、表1、表2のようになる。
表1は、初等・中等・高等教育レベルで実施された調査研究をまとめたものである。
また、総合的なSTEM教育のための教授・学習戦略も特定され、プロジェクトベース、 問題解決型学習、探究型学習などに分類された。
表2は、モチベーション、興味、達成感、態度、認識といった観点から、統合型STEM教育が生徒の発達に与える様々な影響を示している。
【結果と議論】
本研究の主な目的は、STEMの教育的統合を支配する教授戦略に関する情報を得ることであった。
しかし、選択した研究の数が少なく、このことが調査結果の正確さを欠く原因となっている可能性がある。
A. STEM教育統合のための指導戦略 表1に示すように、25件の研究のうち19件は中等教育で行われ、2件だけが高等教育で行われ、残りは初等教育と中等教育の両方に焦点を当てた研究であった。
これらの論文はすべて、STEMの統合を実施するために使用される戦略について論じている。
研究者や学者の間では、中等教育レベルの生徒を対象とした研究に重点を置く傾向があった。
これらの学生は、将来のキャリアとしてSTEM分野のコースを選択する可能性が高い。
STEMの学習では、プロジェクトベースの学習が最もよく使われていることがわかった。
デザインベースドラーニングは、プロジェクトベースドラーニングの一種であり、実社会の有意義な問題に取り組み、解決策を参加、調査、設計、発明する機会を与えることで生徒の内容学習を促進させる。
メタ分析によると、13の論文がSTEM教育におけるプロジェクトベースの学習手法の基準を満たすものであることがわかった。
これらの基準には、能動的学習、生徒の参加、実社会の状況の探求を通じた批判的思考の強化、プロジェクトの解決策の策定などが含まれている。
また、STEM教育においてプロジェクトベースの学習を組み込むことは、有意義な学習に対してプラスの影響を与え、将来STEMキャリアを選択する生徒の自信育成に役立つと述べている。
また、学生は、チームワークで協力することにより、プレゼンテーション能力を高め、プロジェクトの解決策を構築することで、経験的な学習を積み重ねることができる。
したがって、教員や教育者は、プロジェクトベースの教育プログラムが、実世界の本物の複雑な状況を反映し、よく定義され、生徒中心で、よく計画されていることを確認する必要がある。
しかし、探究学習や問題解決型学習など、STEM研究に適用可能な他の適切なアプローチも存在する。
探究型学習は、科学的探究と工学的設計からなり、ともに実生活の状況を用いた有意義な実践活動を促進し、与えられた問題を深く探求することによって新しい知識を発見する機会を生徒に提供するものである。
問題解決型学習は、ガイドラインとして具体的な手順を提供する。
この学習法は、複雑で構造化されていない問題に生徒を参加させ、学習セッションの最後に生徒がグループ内で発表し、発見や計算を仲間と共有することで解決策を見出そうとするものである。
この方法によって、生徒たちは学習内容の知識を深め、問題解決能力の能力を高め、その経験を、生徒が学習を継続する際に役立てることができる。
将来、STEM関連の職業に就くことを選択した場合、得られた経験は有用なものとなる。
このメタ分析では、統合型STEM教育が、実践的な活動やプロジェクトベースの学習によって、生徒の発明や革新を促す指導戦略を促進することが強調されている。
STEM教育における統合的アプローチは、生徒の学習にプラスの影響を与えるため、プロジェクトベース学習は、生徒のSTEM 体験学習への関与を高める。
したがって、プロジェクトベースの学習アプローチの使用は、問題解決型学習や探求学習(inquiry-based learning)と比較して、統合的なSTEM教育のための支配的な戦略である。
B. STEM教育の統合が生徒の発達に与える影響
表2は、リサーチクエスチョン2によるSTEM教育が生徒の発達に与える影響についてもまとめたものである。
16件の研究のうち9件は、生徒の達成度を主目的としている。
STEMを実施する際の教師および生徒の認識について論じている研究は2件のみであった。
生徒の数学、科学、工学に対する興味は、統合的なカリキュラムの中で向上することがわかった。
また、統合的アプローチにより、学習状況や学習資源が豊富になるため、STEM科目においてより高い達成度を示すことがわかった。
さらに、生徒のSTEM学習に対するモチベーションも向上し、STEM関連の活動に参加することに興味を示すようになった。
長期的には、学生は最終的にSTEM学習に対する積極的な態度を示すようになる。
メタアナリシスの結果は、統合的アプローチが学校や高等教育レベルで実施された場合、モチベーション、興味、達成度、パフォーマンス、態度、知覚の面で学生の発達に良い影響を与える可能性があることを示した。
【将来への提案】
統合型STEM教育の実施には、多大な支持がある。
前述したように、統合的なSTEM教育のための戦略は正確に強調されるべきである。
そのため、教育者や教師は、STEM教科の教育プロセスを計画する際に、
（1）提供すべき内容
（2）技能学習のために実施すべき活動
（3）統合的STEM教育のための関連戦略
といった指針を得ることができるようになる。
このテーマに関する研究は限られているため、生徒がSTEM学習をよりよく経験できるような完璧な戦略を決定し、生徒のSTEM分野への関心を引き付けるために様々な戦略をどのように計画すべきかを調査するために、具体的な研究がより必要である。
効果的に統合されたSTEM教育は、科学と数学に対する生徒の関心と成績を向上させ、モチベーションを高めることができる。
したがって、今後の研究では、問題ベース、プロジェクトベース、デザインベースのタスク以外にも、STEMに関連する様々な活動に焦点を当てる必要がある。
また、初等・高等教育段階におけるSTEM教育に対応するための戦略に関する研究も必要である。
加えて、STEMの概念を理解することは、STEM分野での将来のキャリアを追求する生徒の関心を高めることになるため、初等・高等教育段階でのSTEM教育に対応できる戦略に関する研究も行う必要がある。
実世界の問題を用いて実施すべき完璧な教育戦略を特定するための研究や、教育や学習におけるテクノロジーの役割を採用するための研究も実施することができる。
【結論】
本研究は、統合型STEM教育の指導戦略に関するスナップショットを提供した。
一般的に、STEM統合では、問題ベース、プロジェクトベース、デザインベースの学習が適用されていた（National Academic of Sciences, 2014）。
これらの戦略は、解決すべき実生活の状況的な課題を含み、学生は課題の複雑な文脈に対処できることがわかった。
このように、統合型STEM教育のために設計された戦略は、STEMの4つの分野のつながりを特定するための経験を提供する。
STEM教育の統合を実施するための最も効果的な戦略は、プロジェクトベースの学習であることがわかった。
【メモ】
STEM教育改革は、国がグローバル経済において競争力を維持するために、現代の教育において重要な役割を担っている。
長い間、STEM分野はサイロ化されており、学生は学んだ知識を現実の問題と結びつけることができまずにいたが、一部の教育機関ではSTEM分野の統合教育が行われるようになり、このアプローチが生徒をより優れた問題解決者、論理的思考者にすることが示唆されている。
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