人間科学概論: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
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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
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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?
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「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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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例題:ハノイの塔
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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.
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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.・・・・・
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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.
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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.
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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. v2  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  mgsin 
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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)
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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
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