研究内容（土佐幸子）

私の研究領域は大きく分けて次の７つです。

メンター制を活用したアクティブ・ラーニング型大学物理講義への改善
アバターに用いた教員育成プログラムの開発と実践による理科授業改善
理科授業の国際比較
大学物理の教授法改善のためのレッスンスタディ（授業研究）
小中学校理科の授業分析と「深い学び」，子どもの誤概念について
アメリカ小中学校算数・数学の授業研究を通しての教師の変容
ICT活用による探究的学習を促す効果の検証

１．メンター制を活用したアクティブ・ラーニング型大学物理講義への改善

　2012年に中央教育審議会答申において、大学講義の質的転換が謳われましたが、大学物理講義はどれだけアクティブ・ラーニング（AL）型に改善されたでしょうか。大学の物理教員は、物理学科の学生の他に一般教養教育や他学部の基礎教育において、様々な制約がある中で多様な学生を対象に講義を行っています。高校物理の履修状況もまちまちで、学生の理解度の不十分さに行き詰まりを覚える教員の声を多く聞きます。また、AL型の講義手法を形式的に取り入れても、教育効果に不安を感じる教員の声も耳にします。本研究では大学初年次物理講義について、教員同士がペアを組んで互いの講義を実地訪問し、メンター。メンティーとしての役割を果たすことで自分の講義を振り返ってAL型授業改善を進め、その効果を検証します。

１）土佐幸子，アクティブ・ラーニング型大学物理講義の実践における困難と改善策，日本物理学会第79回年次大会講演概要集（2024）

２．アバターを用いた教員育成プログラムの開発と実践による理科授業改善

　新学習指導要領によって、「主体的・対話的で深い学び（アクティブ・ラーニングの視点からの授業改善）」が校種を問わず重視される中（文部科学省、2017・2018年）、理科授業において、アクティブ・ラーニング（AL）を通して児童生徒に深い概念理解を促すような指導技術をもつ教員の養成は急務だと考えられます。ALを通して学習者の概念構築を助けるには、教員自身が科学的概念を深く理解し焦点化していると同時に、学習者が思考の積み上げを通してその概念を自分の頭の中に構築できるように、学習者の状況に合わせて発問や環境整備を行う技術と実践知を教員が獲得していなければなりません。しかし、そのような高度な力量の形成を、短い教育実習の期間に行うには限りがあります。そこで本研究では仮想空間の教室にいるアバターを児童生徒、教員志望の学生を教師としてオンライン上でやり取りを行い、発問や授業展開の技術を実践的に学ぶ教員養成プログラムを開発して実践し、その効果を検証します。対象とするのは小中高の理科教員です。本研究によって、理科教員を志望する学生にAL型の指導技術を獲得する機会を多く提供できるようになることが期待されます。また、本研究で取り上げるアバター・ロールプレイを用いて、現職教員向けのプログラムを開発して教員研修活動に用いたり、他教科に拡大したりすることは容易です。アバターを用いて、教員育成活動の姿が大きく変わる可能性も考えられます。

１）土佐幸子，石井恭子，笠潤平，後藤顯一，アバターロールプレイを用いた高校物理教員の指導技術の向上，日本物理学会2022年秋季大会講演概要集（2022）
２）S. Tosa & K. Ishii, Effectiveness of a Professional Development Program for High-School Science Teachers Using Avatar Role-Playing, World Association of Lesson Studies (WALS)口頭発表，マレーシア国民大学，クアラルンプール，マレーシア（2022）
３）土佐幸子，石井恭子，笠潤平，後藤顯一，アバターロールプレイを用いた理科教員養成活動が学生に及ぼす効果，日本物理学会2023年春季大会講演概要集（2023）
４）S. Tosa, Providing Deliberate Practices for Teachers Through Avatar Role Playing: Using Action-Reaction Law of Physics as a Topic, 第33回日米教師教育学会JUSTEC口頭発表，University of West Florida, USA（2023）
５）土佐幸子，石井恭子，笠潤平，後藤顯一，アバターを用いた教員育成活動における物理概念の獲得を促す過程について，日本物理学会2024年春季大会講演概要集（2024）
６）土佐幸子，アバターロールプレイを用いた活動が明らかにする中高理科教員志望学生の困難，日本科学教育学会第48回年会講演概要集（2024）

３．理科授業の国際比較

　『ティーチング・ギャップ』（1999年）^１）という本で、J. W. スティグラーとJ. ヒーバートは米国、日本、ドイツの3カ国の中学校数学の授業を比較し（TIMSS1995数学ビデオ研究^２））、生徒が問題を考えて解くことに焦点を当てた展開が多い日本の授業に比べ、米国の数学授業では簡単な問題の反復練習が多く、生徒に考えさせる要素に欠けていることを明らかにしました。このように授業の国際比較は、一つの国の中では当たり前になっている課題点を浮き彫りにし、異なる指導方法があることを教えてくれます。

　理科でも同様にTIMSS1999理科ビデオ研究^３）が行われ、日米の比較では探究型の授業展開が多い日本の中学校理科授業に比べ、米国の授業は情報伝達型であることがわかりました。しかし、日本の理科授業は知識の教え込みが多いと指摘した研究結果^４）もあることから、理科授業において、教師がどれだけ概念のつながりをつけた展開をしているかを指標を用いて分析し、教師を対象としたアンケート調査やインタビュー調査の結果とつき合わせながら、日米の中学校理科授業の特徴を探りました^{５）６）７）}。この研究で明らかになったのは、日本の中学校理科授業は米国の授業に比べて、教えたい科学的概念がはっきりしていながら教師の生徒への働きかけが乏しく、教師は生徒の理解を積極的に助けていないということでした。

　続いて小学校理科でも日米比較を行いました^８）。さらに、米国と中国の高校物理授業の比較を行い^９）、インドネシアと日本を含む４カ国比較に研究を拡大^１０）しました。これらの研究を通して、同じ学校レベルの授業を国同士で比べるだけでなく、一つの国の理科授業を小中高大と縦に見ながら国際比較を行うという多視点に立った分析が可能になります。国際比較研究で得られた知見は、教員研修や教員養成の場で、課題点を解決する代替手法を考えるという形で活かされています。^{１１）１２）}

　さらに、コロナ禍において海外調査が行えない状況の中、RTOP（Reformed Teaching Observation Protocol）^１３）という授業評価指標の日本語版開発と効果検証を行っています。^１４）

１）J. W. Stigler and J. Hiebert, The Teaching Gap: Best Ideas from the World's Teachers for Improving Education in the Classroom, Free Press (1999).
２) National Center for Educational Statistics, The TIMSS Videotape Classroom Study: Methods and Findings from an Exploratory Research Project on Eighth-Grade Mathematics Instruction in Germany, Japan, and the United States, NCES Publication 1999074 (1995).
３）K. J. Roth, et al., Teaching Science in Five Countries: Results From the TIMSS 1999 Video Study (NCES 2006-011), U.S. Department of Education, National Center for Educational Statistics, Washington, DC (2006)
４）小倉康，わが国と諸外国における理科授業のビデオ分析とその教師教育への活用効果の研究：IEA/TIMSS-R授業ビデオ研究との協調，研究成果報告書，国立教育政策研究所（2004）
５）S. Tosa, Teaching Science as Inquiry in US and in Japan: A Cross-Cultural Comparison of Science Teachers’ Understanding of, and Attitudes toward Inquiry-Based Teaching, マサチューセッツ州立大学ローエル校教育学大学院博士号論文(2009)
６）S. Tosa, Comparing US and Japanese inquiry-based science practices in middle schools. Middle Grades Research Journal, 6(1), 29-46 (2011)
７）土佐幸子, 日本の中学校理科授業は米国の授業よりも探究的か？―中学校理科教員の意識調査の日米比較研究―, 理科教育学研究, 58(1), 42-53 (2017)
８）土佐幸子，日米比較研究から見えた日米の小学校理科授業の特徴，日本科学教育学会第37回年会論文集(2013)
９）S．Tosa & L. Qian, Comparison of U.S. and Chinese High-School Physics Teaching and the Need for Active Learning at the College Level, Proceedings of the 12th Asia Pacific Physics Conference, JPS Conf. Proc. 1, 017002, 1-6, The Physical Society of Japan (2014)
１０）土佐幸子，高校物理授業の国際比較研究，日本物理学会第70回年次大会講演概要集（2015）
１１）土佐幸子，学びを助けるアクティブ・ラーニングとは? : 日米中の物理授業比較から，大学の物理教育，22(2)，64-67 (2016)
１２）土佐幸子,「日本の大学物理講義にアクティブ・ラーニングは必要か―物理教育の日米中比較研究に基づいて―」, 日本物理学会誌, 73(1), 39-43 (2018)
１３）M. Piburn & D. Sawada, Reformed Teaching Observation Protocol (RTOP) Reference Manual. Technical Report (2000)
１４）土佐幸子，石井恭子，笠潤平，後藤顯一，アクション・リサーチとRTOPによる高校物理授業改善，日本物理学会第76回年次大会講演概要集（2021）

４．大学物理の教授法改善のためのレッスンスタディ（授業研究）

　大学物理の講義において、学生の能動的な学習を促す指導形態を積極的に取り入れ、学生の概念理解を図ろうという動きが、米国では20年以上継続して進められています。日本でも最近、アクティブラーニングという言葉が盛んに使われるようになりました。アクティブラーニングは単にグループで話し合わせることではありません。実験や観察を通して、学習者自身が自然現象のメカニズムを理解しようと能動的に活動し、自分の言葉で表現できるようになって初めて、アクティブラーニングは成立すると考えられるでしょう。話し合いはその過程における有効な手法の一つに過ぎません。

　アクティブラーニングの手法を取り入れて、学生の概念理解を促す大学物理講義を実践するために複数の大学（東京学芸大学、岐阜大学、福井大学、京都教育大学、広島大学、新潟大学）に所属する教員が連携し、教授法改善のためのプロジェクトを立ち上げました（「日米６大学連携で能動的学習型へ教授法の質的転換を図る大学物理教育イノベーション」）。授業研究（レッスンスタディ）の手法を取り入れ、授業の前後に教員同士で議論を交わしながら、指導法の課題点を探り、解決方法を模索しています。

　このプロジェクトで着目しているのは、学生の概念理解と教員の意識変化の二つです。学生の概念理解については、FCIなどの国際標準調査問題を用いてデータ収集を行っています。教員の意識については、何がどのように変わっていくと指導法に変化が起こるのかということに焦点を当て、研究を進めています^{１）２）３）}。

　科研費2期目（基盤研究（B）、令和元年度～5年度）の研究「日本式アクティブ・ラーニング型教授法開発・実践による６大学物理教育イノベーション」においては、これまでの実践例に基づき、日本の学生の学習傾向を踏まえた日本式アクティブ・ラーニング型の教授法を開発・実践・効果検証し、その知見を広めることを目指しています。^４）

１）土佐幸子，大学物理の授業改善に効果を上げるレッスンスタディ（授業研究），日本物理学会第69回年次大会講演概要集（2014）
２）S.Tosa, Lesson Study as a Vehicle to Promote Active Learning in College Physics and Other Sciences (Oral Presentation), American Association of Physics Teachers National Conference (AAPT), Minneapolis, MN (2014)
３）土佐幸子,「日米の大学物理講義の改善に効果を発揮するレッスンスタディ―米国における教員研修形態としての意味付けを基に―」, 物理教育, 66(2), 144-147 (2018)
４）土佐幸子他9名，大学物理講義の改善を促すオンライン・レッスンスタディ，日本物理学会秋季大会講演概要集（2021）

５．小中学校理科の授業分析と「深い学び」，子どもの誤概念について

　国際比較研究で示唆された小中学校の理科授業の課題点の一つに、教師の働きかけの弱さがありました。実際の理科授業実践において、教師の働きかけにどのような特徴があるのかを明らかにするために、教師の発問や教師と子どものやり取りから、どれだけ子どもたちの考えを深めるような展開がなされているかを調べる指標の開発を行っています^１）。それらの指標や他の方法を用いて授業分析を進めたところ、子どもの深い学びを促すための具体的な課題点がデータを根拠に明らかになってきています^２－４）。

　また、自然現象に関する誤概念の調査にも取り組んでいます。2015-16年には、浮力に関する子どもと大人の誤概念を調査し、誤概念と日常経験のつながりや、コンフリクトマップを用いた実践でどのように誤概念を覆すことができるかを研究しました^５）。その後、てこや質量に関してなど、より広い範囲の誤概念について研究を進めています^６－７）。

　さらに、子どもの深い学びを促すための手立てとして、教科書の「資料」の活用やものづくり、モデリング・描画、協同学習などを取り入れた授業の効果について、研究を進めています。^{８－１１）}

１）土佐幸子，喜多俊介，中学校理科教師が教えたい概念と生徒の理解の間のギャップを縮める－ＴＩＭＳＳ授業ビデオの談話分析を通して－，日本科学教育学会第39回年会論文集(2015)
２）土佐幸子，田中秀志，太田聖久，授業分析を通して明らかにする日本の小中学校理科授業の潜在的特徴，新潟大学教育学部研究紀要，10(1)，291-297（2017）
３）土佐幸子，山本伸寿，上原真衣，粉川依莉沙，中学校理科授業における「深い学び」を促す要素を探る―ダニエル電池を教材として，新潟大学教育学部研究紀要人文・社会科学編，12(1)（2019）
４）土佐幸子，山本伸寿，山際貢，中学校理科授業における「深い学び」を促す要素を探る（その２）―電流とそのはたらきの単元において―，新潟大学教育学部研究紀要人文・社会科学編，12(2)（2020）
５）土佐幸子，田澤美麻梨，松田琴，浮力に関する誤概念研究－形状に着目して－，新潟大学教育学部研究紀要, 9(2)，83-90（2017）
６）土佐幸子，内田悠人，理科授業実践におけるコンフリクトマップの有用性－てこの原理に関する誤概念に注目して－，新潟大学教育学部研究紀要，11(1)，1-15（2018）
７）土佐幸子，島影樹，質量に関する中学生の誤概念の特徴，新潟大学教育学部研究紀要自然科学編，12(2)（2020）
８）土佐幸子，星ありさ，高野和明，教科書の「資料」を「深い学び」につなげる小学校理科授業の開発研究，新潟大学教育学部研究紀要，13(2)，343-350（2021）
９）土佐幸子，南暁大，加藤聡，「ものづくり」をいかに効果的に小学校理科授業に取り入れることができるか？新潟大学教育学部研究紀要13（2），331-342（2021）
１０）土佐幸子，森悠人，加藤聡，モデリングは児童の概念理解をどのように促すのか？―小学校３年理科「光を調べよう」の単元を通して―，新潟大学教育学部研究紀要，14(1)，115-127（2021）
１１）土佐幸子，渡邊響，協同学習を通して「誰に聞いても大丈夫」を実現する理科授業の開発新潟大学教育学部研究紀要，14(2），305-313（2022）

６．日米小中学校の授業研究を通しての教師の変容

　米国ライト州立大学における研究の一環として、2009年より2016年まで州教育庁から研究費を受託され、授業研究（レッスンスタディ）の形態を用いて、オハイオ州デイトン市周辺の小中学校教員を支援しました。授業案を複数の教員が作成し、授業実践の参観を通して子どもの理解の難しさを観察し、授業後協議会で改善方法を議論します。日米比較も含め、この過程を通して、教師がどのように成長するかを、振り返りの深さのレベルという形で調べる研究を進めています^１）。

　また、授業研究は日本で生まれて世界に輸出された教員研修の形態ですが、近年、レッスンスタディという名称で多くの国に広まりつつあります。米国文化には馴染みのないレッスンスタディも、授業後協議会において議論の内容や順序を定めたプロトコルを用いると、議論が活性化することが示唆されています^２）。

１）S. Tosa & A. M. Farrell, Identifying Levels of Teacher Reflection during Post-Lesson Discussions through Lesson Study (Oral Presentation), Annual Meeting of American Educational Research Association (AERA), San Francisco, CA. (2013)
２）S. Tosa & A. M. Farrell, Impact of the Use of Discussion Protocols on Teacher Discourse in Lesson Study, World Association of Lesson Studies, International Conference 2011, Tokyo, Japan (2011)

７．ICT活用による探究的学習を促す効果の検証

　マサチューセッツ州立大学の教育学大学院在籍中、コンピュータ科学科のF. マーティン教授と、データロガーとセンサーの使用が子どもや教員の探究活動をどのように支援するかを研究しました。質的研究法を用いて、教員の探究活動を追った研究では、データを自動的に収集したり即時にグラフ化したりすることができるICT機器の特長が、学習者の概念理解を助け、探究的活動について新たな気づきをもたらすことが示唆されました^１）２）。この研究は新潟大学において、データロガーとセンサーの使用が、日本の中学生の概念変化をどのように引き起こすかを調べる研究に引き継がれています^３）。
新潟大学では、100名を超える大規模講義におけるICT活用の有効性について調査しています。例えば、グループごとにタブレット端末を利用して、シミュレーションを操作させたり、動画を利用して物体の運動を詳細に観察したりすることが、学生のICT活用に関する意識にどのようにインパクトを与えるかを調べています。

　また、ICT活用の一つの形態として反転授業という言葉をよく耳にします^４）。反転授業では、ビデオ視聴等を通し、新しく学習する内容を授業前にもってくるわけですが、プレレクチャーという形態では、ビデオ視聴がこれから学習する内容の準備を整える役割を果たします。講義前にWeb上でビデオ視聴と問題に対する回答を行うプレレクチャーを課すことにより、学生の学習スタイルに及ぼす影響を調査しています。

１）S. Tosa & F. G. Martin, Impact of a professional development program using data-loggers on science teachers’ attitudes towards inquiry-based teaching, Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 29(3), pp.303-325 (2010)
２）土佐幸子，データロガーを用いた研修が日米の理科教員に与える効果－探究的指導法に関する意識に着目して－，新潟大学教育学部研究紀要，7，pp．171-184 (2014)
３）土佐幸子，末永誠徳，橋田優希，中学校理科授業におけるＩＣＴ活用がいかに生徒の科学的概念理解を助けるか，新潟大学教育学部研究紀要，10(2)，561-568･（2018）
４）土佐幸子，反転授業の長所と短所を探る－「反転」ではなく「事前」授業を－，大学の物理教育(日本物理学会)，20，61-65 (2014)

研究論文・著書一覧（抜粋）

土佐幸子,「日米の大学物理講義の改善に効果を発揮するレッスンスタディ―米国における教員研修形態としての意味付けを基に―」, 物理教育, 66(2), 144-147 (2018).
土佐幸子,「日本の大学物理講義にアクティブ・ラーニングは必要か―物理教育の日米中比較研究に基づいて―」, 日本物理学会誌, 73(1), 39-43 (2018).
土佐幸子,「参加者のアクティブ･ラーニングを促す研究大会開催をめざして」, 物理教育, 65(3), 156-160 (2017)．
土佐幸子, 「日本の中学校理科授業は米国の授業よりも探究的か？―中学校理科教員の意識調査の日米比較研究―」, 理科教育学研究, 58(1), 42-53 (2017)．
土佐幸子,「日米の大学物理講義の改善に効果を発揮するレッスンスタディ―米国における教員研修形態としての意味付けを基に―」, 物理教育, 66(2), 144-147 (2018).
土佐幸子,「日本の大学物理講義にアクティブ・ラーニングは必要か―物理教育の日米中比較研究に基づいて―」, 日本物理学会誌, 73(1), 39-43 (2018).
土佐幸子,「参加者のアクティブ･ラーニングを促す研究大会開催をめざして」, 物理教育, 65(3), 156-160 (2017)．
土佐幸子, 「日本の中学校理科授業は米国の授業よりも探究的か？―中学校理科教員の意識調査の日米比較研究―」, 理科教育学研究, 58(1), 42-53 (2017)．
S．Tosa, “Obstacles for learning introductory college physics in Japan: Identifying factors from a case study”, 2015 PERC proceedings, 327-330, (2015).
土佐幸子，岸本功, 「大学物理の初年次学習における困難－多視点からの調査結果を用いて要因を探る－」, 新潟大学教育学部研究紀要，8，21-28 (2015).
土佐幸子, 「生徒のアクティブ･ラーニングを促す探究的理科指導法―国際比較研究を基に」, 物理教育，63, 139-144 (2015).
S．Tosa & L. Qian, “Comparison of U.S. and Chinese high-school physics teaching and the need for active learning at the college level”, Proceedings of the 12th Asia Pacific Physics Conference, JPS Conf. Proc. 1, 017002, 1-6, (2014).
土佐幸子，「スケールアップ形式の物理授業を始めよう－ICT活用とアクティブラーニングの世界的な動きの中で－」, 大学の物理教育（特別増刊号）, 20-S, S61-S64, (2014).
土佐幸子，「データロガーを用いた研修が日米の理科教員に与える効果－探究的指導法に関する意識に着目して－」，新潟大学教育学部研究紀要，7，171-184 (2014).
S. Tosa, “Comparing US and Japanese inquiry-based science practices in middle schools”, Middle Grades Research Journal, 6(1), 29-46, (2011).
S. Tosa & F. G. Martin, “Impact of a professional development program using data-loggers on science teachers’ attitudes towards inquiry-based teaching”, Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching (Association for the Advancement of Computing in Education), 29(3), 303-325, (2010).
S. Tosa, “Teaching science as inquiry in US and in Japan: A cross-cultural comparison of science teachers’ understanding of, and attitudes toward inquiry-based teaching”, マサチューセッツ州立大学ローエル校教育学大学院博士号論文, 256頁, (2009)
土佐幸子, 「ライト兄弟はなぜ飛べたのか―紙飛行機で知る成功のひみつ」. さ・え・ら書房, 63頁, (2005).（第52回青少年読書感想文全国コンクール小学校高学年部課題図書）
R.ギルモア著, 江沢洋監訳, 土佐幸子訳, 「クォークの魔法使い―素粒子物理のワンダーランド」, 培風館, 257頁, (2002).
W. ムーア著, 小林澈郎, 土佐幸子訳「シュレーディンガー―その生涯と思想」, 培風館, 598頁, (1995).
V.D.バーガー, M.G.オルセン著, 小林澈郎, 土佐幸子訳「電磁気学―新しい視点にたってⅠ」, 培風館, 291頁, (1991).
S. Tosa, “A model for nuclear matter in terms of quark clusters”, ロチェスター大学Technical Report No.UR-937, 134 頁, (1985). （博士号論文）

競争的外部資金獲得状況（代表）

科学研究費基盤研究（B）「メンター制を活用したアクティブ・ラーニング型大学物理講義への変革推進研究」，2024～2028年度（令和6～10年度）
科学研究費挑戦的研究（萌芽）「教員研修プログラム「アバターに教えて」の開発と実践による高校理科授業改善の研究」，2022～2024年度（令和4～6年度）
科学研究費基盤研究（B）「日本式アクティブ・ラーニング型教授法開発・実践による６大学物理教育イノベーション」，令和元年度～5年度
科学研究費挑戦的研究（萌芽）「理科授業の国際比較に基づく挑戦的な高校理科カリキュラム開発」，令和元年度～3年度
科学研究費挑戦的萌芽研究「探究的指導法を軸として高校物理授業の課題点を明らかにする４カ国比較研究」，平成28年度～29年度
科学研究費基盤研究（B）「日米６大学連携で能動的学習型へ教授法の質的転換を図る大学物理教育イノベーション」，平成27年度～29年度
Ohio Department of Education Mathematics and Science Partnership, “Impact of Lesson Study as a Model of Collaborative Professional Development”, Co-director, 2010～2016
Ohio Board of Regents Improving Teacher Quality Programs, “Lesson Study: Research on Teaching and Learning”, 2010～2014

受賞

日本科学教育学会年会論文発表賞，令和4年9月
日本科学教育学会年会論文発表賞，平成27年9月
新潟大学教育学部教育賞，平成27年4月
ライト州立大学教育優秀賞，平成23年5月