視線と脳活動の同時計測による思考過程と思考負荷の可視化

• Project/Area Number: 17H04793
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Education on school subjects and activities
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 岡本 尚子 立命館大学, 産業社会学部, 准教授 (30706586)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2017: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
• Keywords: 数学教育 / 脳活動 / 視線

Outline of Annual Research Achievements

近年，教育学の分野では，効果的な指導を行うために，科学的根拠に基づいた教育の重要性が世界的に高まっている。こうした教育の実現には，学習時と指導時における思考過程や思考負荷の関連が可視化される客観的なデータが必要となり，視線計測と脳活動計測の生理学的手法は有用性が高いものであると考えられる。本研究の目的は，学習者と指導者双方の視線と脳活動の同時計測によって，学習と指導の関係を生理学的観点から明らかにすることで，効果的な算数・数学の指導を検討することである。
本年度は，「指導者」「学習者」の視線・脳活動の特徴の解明を目的として，計算課題の実験実施を目指した。1人が「指導者」役，もう1人が「学習者」役として，大学生2人がペアで実験に取り組む想定とした。指導者役は学習者役に適宜助言を行う役割，学習者役は助言を受けながら課題に取り組む役割とし，指導者役の助言が効果的に働く計算課題の内容と助言方法の設定を検討した。計算課題の内容としては，虫食い算，文章問題，数列問題を候補に取り上げ，予備実験として視線移動計測を行った。
検討の結果，虫食い算を用いて，指導者役が着目ポイントを助言として示す方法が効果的と考えられた。学習者が解決までに助言を必要とするだけの一定時間がかかるケースが多く，助言が効果的に機能する傾向にあった。また，同時に，助言にかかる時間は短く，理解を促す助言の伝わりやすさもあった。一方で，文章問題，数列問題は，解決までの時間が短かったり，助言を行う時間が長かったりし，実験課題としてはいくつかの問題点があった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症拡大のため，参加者の募集，視線計測や脳活動計測の実験実施が難しい状況にあった。実験課題設定のための検討までは進められたが，本実験としての視線計測と脳活動計測の同時計測を実施することが困難であった。

Strategy for Future Research Activity

今後は，今年度に検討した指導者と学習者を想定した計算課題を用いて，大学生を対象に視線計測と脳活動計測を実施する。また，これまでに実施してきた図形課題の実験結果と，今後実施予定の計算課題の実験結果を比較・検討し，それぞれの特徴や共通点について考察を行う。

Research Products

• [Journal Article] 実物・タブレット・紙面における立体図形課題遂行時の学習者の解決方略の特徴－生体情報を用いた分析を通して－ (2020)
  • Author(s): 木下卓海，岡本尚子，黒田恭史
  • Journal Title: 数学教育学会誌 Volume: 61 Pages: 89-97
  • NAID: 130008120103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Psychological Effects of Feedback on Students: Experimental Research Using a Psychophysiological Approach (2020)
  • Author(s): Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Journal Title: The Journal of Information and Systems in Education Volume: 19 Issue: 1 Pages: 38-43
  • DOI: 10.12937/ejsise.19.38
  • NAID: 130007905958
  • ISSN: 1348-236X, 2186-3679
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 算数・数学科の図形や座標学習に関わる地図認識の特性－視線計測研究による分析を通して (2020)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史
  • Journal Title: 数学教育学会誌 Volume: 60 Pages: 25-34
  • NAID: 130008038864
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 系列呈示された空間位置の情報の保持と処理に関わる脳活動の検討 (2020)
  • Author(s): 肥後克己，岡本尚子，苧阪満里子
  • Journal Title: 立命館産業社会論集 Volume: 55 Pages: 65-76
  • NAID: 120006825719
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characteristics of eye movement in the instruction process of teachers and the problem-solving process of students: The case of figure problems (2019)
  • Author(s): Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Journal Title: Ritsumeikan Social Science Review Volume: 54 Pages: 39-50
  • NAID: 120006594209
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] メンタルローテーション課題時の視線移動の特徴の考察 (2021)
  • Author(s): 近藤竜生，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 教育システム情報学会2020年度学生研究発表会（関西地区）
• [Presentation] 割合の文章題の指導について －視線移動に着目して－ (2021)
  • Author(s): 岡田祐佳，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 教育システム情報学会2020年度学生研究発表会（関西地区）
• [Presentation] 教師の経験や知識は学習者観察の視点に違いをもたらすのか ―筆算観察時の視線計測― (2020)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 第38回日本生理心理学会大会
• [Presentation] シンガポールの算数科におけるunitの扱い (2020)
  • Author(s): 岡本尚子
  • Organizer: 数学教育学会2020年度秋季例会
• [Presentation] シンガポールにおける初等教員養成 －数学教育を中心に－ (2020)
  • Author(s): 岡本尚子
  • Organizer: 日本教育実践学会第23回研究大会
• [Presentation] Characteristics of order memory and its relation to problem-solving (2020)
  • Author(s): Katsuki Higo, Naoko Okamoto
  • Organizer: Psychonomic Society's 61th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Do eye movements visualize the thinking process of the mental formation of geometric figures? (2020)
  • Author(s): Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Organizer: The IAFOR International Conference on Education
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 立方体の切断課題における学習者の視線移動及び脳活動の特徴 (2020)
  • Author(s): 青木駿介，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 教育システム情報学会2019年度学生研究発表会
• [Presentation] 使用媒体の異なる立体図形課題における学習者の解決方略の特徴 －生体情報を用いた分析を通して－ (2020)
  • Author(s): 木下卓海，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 数学教育学会2020年度春季年会
• [Presentation] 学習中の助言が学習者に与える影響 (2019)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 第37回日本生理心理学会
• [Presentation] 立体図形課題遂行時における学習者の思考過程の分析－脳活動計測を通して－ (2019)
  • Author(s): 木下卓海，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 数学教育学会 夏季研究会
• [Presentation] Characteristics of Brain Activity in Students Alternating Between Teaching And Learning Roles (2019)
  • Author(s): Yasufumi Kuroda, Naoko Okamoto
  • Organizer: The 43rd Annual Meeting of the International Group for the Psychology of Mathematics Education
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 視線移動・脳活動の同時計測による立体図形課題遂行時の思考分析 (2019)
  • Author(s): 木下卓海，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 第44回教育システム情報学会全国大会
• [Presentation] How direct or indirect social interaction affects the brain activities during the drum playing? (2019)
  • Author(s): Hideo Eda, Tatsuro Sibuya, Miki Uchiyama, Tsutomu Tanaka, Madoka Yamazaki, Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda, Masayuki Satoh
  • Organizer: Society for Neuroscience 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in prefrontal brain activity associated with order information memory (2019)
  • Author(s): Katsuki Higo, Naoko Okamoto, Mariko Osaka
  • Organizer: Psychonomic Society's 60th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳活動計測の教育分野への応用例 ―学習者のやる気を脳活動で評価できるか？― (2019)
  • Author(s): 山﨑まどか，江田英雄，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 第35回日本脳電磁図トポグラフィ研究会
• [Presentation] 立体図形問題遂行時における学習者の思考過程の分析－視線移動計測を通して－ (2019)
  • Author(s): 木下卓海，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 教育システム情報学会2018年度学生研究発表会
• [Presentation] 生理学的アプローチによる学習・教育研究 ―科学的根拠に基づく教育の可能性― (2019)
  • Author(s): 岡本尚子
  • Organizer: 日本発達心理学会第30回大会
• [Presentation] 立方体の切断課題における視線移動の特徴－視線移動計測実験の結果を通して－ (2019)
  • Author(s): 青木駿介，岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 数学教育学会2019年度春季年会
• [Presentation] 系列順序情報保持に関わる脳活動の計測 (2018)
  • Author(s): 肥後克己，岡本尚子，苧阪満里子
  • Organizer: 第36回日本生理心理学会大会
• [Presentation] 学習者同士が教え学び合う過程における両者の脳活動の特徴 ―大学生を対象としたタングラム課題実験を通して― (2018)
  • Author(s): 黒田恭史，岡本尚子
  • Organizer: 教育システム情報学会第43回全国大会
• [Presentation] プランニングと系列順序記憶の関連についての検討 (2018)
  • Author(s): 肥後克己，岡本尚子
  • Organizer: 第82回日本心理学会
• [Presentation] 展開図課題における視線移動特徴 (2018)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 日本教育工学会第34回全国大会
• [Presentation] Development of mutual learning system for advanced educational research. - NIRS and GSR measurement during tangram puzzle (2018)
  • Author(s): Madoka Yamazaki, Hideo Eda, Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Organizer: Society for Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measuring Hazard Prediction Skill with Eye Movements (2018)
  • Author(s): Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Organizer: 6th International Conference on Trends in Health and Medicine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 文章問題観察時の視線特徴―教職課程学生と非課程学生の比較― (2018)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史，鈴木麻希
  • Organizer: 数学教育学会2018年度春季年会
• [Presentation] 除法筆算観察時における教師の視線特徴 (2017)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 第35回日本生理心理学会
• [Presentation] 空間性系列順序記憶を担う神経基盤の検討 (2017)
  • Author(s): 肥後克己，岡本尚子，苧阪満里子
  • Organizer: 第35回日本生理心理学会
• [Presentation] Laterality Index plot of NIRS data clearly indicates the difference of the brain activation during Kraepelin performance test and the 2-digit calculation test (2017)
  • Author(s): Hideo Eda, Madoka Yamazaki, Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Organizer: 14th ICB Polish-Japanese Seminar on Biomedical Engineering
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pre-service teachers’ eye movements while observing children’s calculation process (2017)
  • Author(s): Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Organizer: International Conference on Interdisciplinary Social Sciences
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 教師の計算観察過程における着眼点 ―視線計測による大学生との比較をとおして― (2017)
  • Author(s): 岡本尚子，黒田恭史
  • Organizer: 数学教育学会2017年度秋季例会
• [Presentation] 学習観察時における指導者の着眼点―現職教員と教員志望学生の違い― (2017)
  • Author(s): 岡本尚子
  • Organizer: 日本・中国 数学教育国際会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Increase of the deoxyHb calculated by NIRS indicates artifact, that does not contradict BOLD theory of fMRI (2017)
  • Author(s): Hideo Eda, Madoka Yamazaki, Naoko Okamoto, Yasufumi Kuroda
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 順序情報の保持と処理に関わる脳活動の変化 (2017)
  • Author(s): 肥後克己，岡本尚子，苧阪満里子
  • Organizer: 第15回日本ワーキングメモリ学会
• [Book] 算数科教育 (2018)
  • Author(s): 岡本尚子，二澤善紀，月岡卓也，口分田政史，渡邉伸樹，黒田恭史，竹歳賢一，佐伯昭彦
  • Total Pages: 204
  • Publisher: ミネルヴァ書房
  • ISBN: 9784623081998
• [Remarks] 立命館大学研究者データベース
  • URL: https://research-db.ritsumei.ac.jp/rithp/k03/resid/S001057
• [Remarks] 立命館大学研究者データベース
  • URL: http://research-db.ritsumei.ac.jp/Profiles/103/0010246/profile.html