自然科学系の実験実習はどこまでデジタルコンテンツ化できるのか、そのノウハウの探求

• Project/Area Number: 23K22323
• Project/Area Number (Other): 22H01052 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 09070:Educational technology-related
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 松本 顕 順天堂大学, 医学部, 教授 (40229539)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 量 順天堂大学, 医学部, 准教授 (30633507) ; 和田 麻理 順天堂大学, 医学部, 准教授 (60420080) ; 矢田 雅哉 順天堂大学, 医学部, 助教 (60725406) ; 枝松 裕紀 順天堂大学, 医学部, 先任准教授 (70335438)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: 自然科学系実習科目 / デジタルトランスフォーメーション / インタラクティブ / ゲーミフィケーション / ブレンド型教育 / 自然科学系実験実習 / デジタルトランスフォーメション

Outline of Research at the Start

教育分野のデジタルトランスフォーメーションは、教育の質向上の面だけでなく、諸事情により登校困難あるいは機器操作に困難を伴う障がいをもつ学生の理系実習（インクルーシブ教育）への活用の面からも喫緊の課題である。しかし、実験機器、実験動物、試薬の使用が必須の理系高等教育の実験実習科目では効果的なデジタル教材の作成/利用ノウハウはいまだ確立されていない。そこで、本研究では学習要素の異なる３つの実験実習を題材にそのデジタル化ノウハウを探求する。また自発的な学習意欲の向上に資するゲーミフィケーション活用の可能性を探る。

Outline of Annual Research Achievements

実施2年目にあたる今年度は「カエルの解剖」コンテンツを作成し、被験者学生に試用アンケートを行って、対面で実物を用いた解剖実習の事前/事後学習教材としての有効性を検討した。また、VR画像に重ねて組織名や臓器名を問うクイズを実装することで、ゲーミフィケーション要素の取り込みによる学習効果を検証した。本年度の被験者は14名で、各被験者にVRヘッドセットを貸出し、本課題で作成したVRコンテンツの自宅での体験後に記載式のアンケートおよび対面での面談にて試用回数や試用感をインタビューした。
解剖実習の仮想的な事前体験の効果としては、前年度の顕微鏡観察コンテンツとは異なり「あまり役立たなかった」という意見が多かった。面談調査から、VR機器では解剖中の触覚経験や皮膚や内臓の質感（特に濡れた感覚）、解剖器の操作感を再現しにくいことに原因があると思われた。次年度にはコントローラーの振動などによる指へのフィードバックの効果を測定する予定である。ただし「解剖手順の【復習】のためには効果的だった」との意見も得られており、事後学習教材としてのVRコンテンツの有効性が示唆された。事後教材としての活用なら「リアルな触感や形状のCG再現は必要ではなく、操作手順を身体操作を伴って再現するだけで十分」という意見も得られている。
一方、ゲーミフィケーション要素に関しては、比較的単純なクイズであっても、VRコンテンツとして提示することで、書籍の図や写真といった二次元情報媒体を使うよりも記憶の定着に資する可能性が高いという、想定外のアンケート結果を得ることが出来た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、2年度目にあたる本年度は「カエルの解剖」実習のVRコンテンツ化を行い、被験者からの試用アンケートを取ることで、コンテンツの改善点などについて精査を行った。また、去年度作成の「顕微鏡観察」アプリについては、去年度および今年度の被験者からの意見を集約してコンテンツの改良に活かした。これらの過程からVRコンテンツを用いたブレンド型実習教育に関する留意点や限界などの示唆も得られた。また、3年度目に向けて「化学実習」コンテンツ作成の下準備にも着手できた。総合的に判断して、おおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

初年度には「顕微鏡実習」のバーチャルリアリティ（VR）コンテンツを、2年度目には「カエルの解剖」のVRコンテンツを作成した。これらに対する被験者学生の試用アンケートから、顕微鏡実習のような機器操作手順の学習のためにはVR素材は適しているが、「カエルの解剖」のようにリアルな質感や触覚経験を伴う実習の事前学習教材としては若干不向きであることが明らかになった。一方、器官や組織の名称を問う比較的単純なクイズであっても、VRコンテンツとして提示することで、書籍の図や写真といった二次元情報媒体を使うよりも記憶の定着に資する可能性を示唆するアンケート結果が得られた。これらの結果から、VR教材を、実習内容によって、実習前・後のどのタイミングでどのような用途に主眼を置いて利用するのが効果的かの精査が今後の研究課題として浮かび上がった。
次年度は「化学の定量分析」実験のVRコンテンツを作成し、化学反応の仮想的な観察や実験手順の学習への効果を調べる。加えて、VRコンテンツならではの、通常の実習では体験不可能な仮想体験（危険な実験行為が招く爆発、有毒ガスの発生、怪我など）を通して、VR教材活用の有効性の検証も行う予定である。
ゲーミフィケーション要素としては、本研究で作成した３つのVRコンテンツを有機的に結合し、学習要素の異なる３つの理系実習を体験しつつスコア獲得していく教育ゲームコンテンツとして完成させる予定である。