小学校プログラミング教育のための学習履歴に基づくリアルタイム授業支援システム
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20K03082
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09070:Educational technology-related
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| Research Institution | The University of Aizu Junior College Division |
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Principal Investigator |
中澤 真 会津大学短期大学部, 産業情報学科, 教授 (40288014)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅澤 克之 湘南工科大学, 工学部, 教授 (20780282)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | プログラミング教育 / 学習履歴 / 学習分析 / 初等教育 / 教育支援システム / リアルタイム授業支援 |
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| Outline of Research at the Start |
初等教育向けプログラミング教育において，サポートスタッフが十分手配できない状況下の教員のためのリアルタイム授業支援システムを開発し，その評価を行う．Scratchのようなビジュアルプログラミング言語を用いた授業において，児童のプログラム作成過程の学習履歴をすべて記録し，この情報を学習分析することにより「学習者の進捗状況」「つまずいている学習者とつまずき箇所」「クラス全体の誤りの傾向」をリアルタイムに可視化し，これを教員側にフィードバックする機能を持つシステムである．単なる操作ログではなく，プログラムの編集履歴を複雑な構文解析なしに効率的かつ推定精度の高い授業支援システムの実現を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，初等教育向けプログラミング教育において，サポートスタッフが十分手配できない状況下の教員のためのリアルタイム授業支援システムを開発し，その評価を行うことである．具体的には，ビジュアルプログラミング言語Scratchを用いた授業において，児童のプログラム作成過程の学習履歴をすべて記録し，この情報を学習分析することにより「学習者の進捗状況」「つまずいている学習者およびつまずき箇所」「クラス全体のプログラムの誤りの傾向」をリアルタイムに可視化し，これを教員側にフィードバックする機能を持つシステムである．今年度はこれに関連して，ビジュアル型言語とテキスト型言語の中間言語が持つべき特徴に焦点を当て，両言語の中間特性を持つ中間コンテンツを提案して実証実験と評価も行った．また，昨年度の引き続き，構文解析のような大量のバックトラッキングを行うことなく，ビジュアルプログラミングで用いるプログラムブロックをグルーピングしたシンプルな構成要素を単位としてプログラムの差異や特徴を分析し，特異な状態な児童の抽出，正解プログラムとの差異からクラス全体の誤りの傾向を提示できるシステムの開発に取り組んだ．特に，構成要素の単位を見直し，プログラムの類似性や特異性をより的確に表現できるモデルの構築に取り組み，標準的な学習者と比較して良い方向，悪い方向それぞれに逸脱している児童を教員へフィードバックした場合の精度向上に取り組んだ．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルスの感染拡大により，小学校への立ち入りが制限された関係で実証実験の実施が一部にとどまり，構築したシステムの検証やデータの分析が今年度もまだ十分にできず，システムやアルゴリズムの開発と，現場教員との打ち合わせやヒアリングのみに専念せざるを得なかった.
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナが２０２３年５月に５類に移行することから，連携している会津若松市内の小学校における実証実験を行う環境が整うことから，実際の教育現場において開発したシステムの実証実験を実施し，構成要素分析処理・差分解析機構について，アルゴリズムの評価・検証をする．とくに，課題が難しくて逸脱しているケースと，簡単すぎて独自の作業をしているケースとを判別精度について詳細に分析し，必要に応じて精度の改善を図る．
また，プログラムの命令ブロックの入れ替えや削除といった修正作業の時系列データを文脈的に捉えて，そのパターンを分析することで学習者の状態を推定する修正遷移パターン抽出機能に基づき，つまずいている学習者やそのつまずき箇所の抽出精度について同じく実証実験で明らかにする．悩んでいる学習者の編集作業の特徴パターン抽出は，統計的なアプローチや機械学習的なアプローチを用いる．
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
