Proposal of a Method for Quantifying the Effectiveness of Programming Education Using Robots for Elementary, Junior High, and High School Students

Research Project

Project/Area Number	22K02843
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 09070:Educational technology-related
Research Institution	Kagoshima National College of Technology (2023) Osaka Institute of Technology (2022)
Principal Investigator	上田悦子鹿児島工業高等専門学校, 校長, 校長 (90379529)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野田哲男大阪工業大学, ロボティクス&デザイン工学部, 教授 (10416688) 玉木隆幸奈良工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (80455154)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	ロボット教育 / 行動計測 / 教育効果の定量化
Outline of Research at the Start	本研究は，ロボット教材を用いたプログラミング教育に着目し，児童・生徒の「興味・理解度などの定量化方法」と「定量化結果を用いた教育サポートシステム」の提案を目的としています．一般的なプログラミング教育に比べて，ロボット教材を用いたプログラミング教育では，チームでの開発や実機の動作確認などで学習中の動きや発話量が多く，飽きにくく結果もわかりやすいことから，児童・生徒にとって興味や達成感が強いという現場教員の肌感覚があります．この感覚を，従来行われてきたアンケート評価と，マイコンボードと各種センサを活用した行動計測を組み合わせて定量化（数値化）することで，教育効果を明確に示すことが可能になります．
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、ロボット教材を用いたプログラミング教育に着目し、児童・生徒の「興味・理解度などの定量化方法」と「定量化結果を用いたサポートシステム」の提案を目的としている。ロボット教材を用いたプログラミング教育では、チームでの開発や実機の動作確認などで学習中の動きや発話量が多く、飽きにくく結果もわかりやすいことから、児童・生徒にとって興味や達成感が強いという現場教員の感覚がある。この現場教員の感覚を、アンケート評価に、マイコンボードと各種センサを活用した行動計測を加えることで定量化する方法を提案する。2年目となった2023年度は、(1)アンケート調査結果と個人行動計測結果との関係分析　(2)教室内絶対位置推定システムの開発、(3)複数の授業での計測による多様なデータ取得、　の3項目を計画していた。以下に各項目の進捗をまとめる。 (1)収集していた行動データ（加速度、音声）とアンケート結果の定量的分析に関しては、研究代表者の所属機関異動のため十分に行うことができなかった。昨年度報告の通り、定性的な傾向把握にとどまっている。 (2)計測用メインデバイスを昨年度使用していたSONY SPRESENSEからM5Stackへと変更して、BLE(Bluetooth Low Energy)の電波強度を用いた、教室内生徒の絶対位置を推定するシステムを新規に開発した。 (3)2023年度も小学5年生2クラスに対して80分間のロボットプログラミング授業を実施した。2名1組で、ロボット用いて与えられたタスクを行う授業で、約40名の行動（教室内の移動記録）を計測した。同時に2022年と同様なアンケートも実施し、その結果も取得している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 昨年度末の計画では「行動データとアンケート結果の定量的分析」を進めることに注力する予定であったが、有効な分析結果を得るに至らなかった。一方で、教室内生徒の絶対位置推定システムを開発し、同時に複数人の授業中の行動情報を取得することができるようになった。「システムの新規開発＋実際の学校現場での計測」と昨年度計画のうち2つは進捗があったものの、あと1項目の進捗がなかったため「やや遅れている」という判断とした。
Strategy for Future Research Activity	今年度は最終年度となる。そのため、期間前半にこれまで収集した行動データとアンケート結果の定量的分析を行い、傾向を確認する。また、教室内絶対位置推定と加速度情報を元にした行動（立つ、座る、歩く、走る等）推定を同時に組み込み、計測実験と分析を行う。さらに中学生以上年代の受講者による授業での計測を行いデータの多様化に繋げ、分析結果より一般性や特異性を明らかにすることにより、当初の研究計画を推進する予定である。