Development of a foundation system for learner understanding bridging among learner physiological-measurements, tutors, and learning support systems

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K00495
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 小島 一晃 帝京大学, 理工学部, 講師 (30437082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松居 辰則 早稲田大学, 人間科学学術院, 教授 (20247232) ; 村松 慶一 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30634274)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 学習者理解 / 心的状態 / 視線

Outline of Annual Research Achievements

近年の知的学習支援研究におけるEducational Data Mining (EDM)では，学習者が持つ知識に留まらず，生体計測データなどを取得して心的状態などにも学習者理解の側面を広げている．EDMによる学習者理解の技術基盤は，学習支援システムによる支援の範囲を，旧来の研究の中心であった知識獲得だけでなく，学習継続のための動機付けなどのメンタリングなどにも拡張することが期待される．しかし，EDMの技術基盤は使用する生体計測データと知りたい学習者の状態に特殊化され，学習者の状態のみを出力するモデルを使用しているため，その心的状態に至るまでに関連した学習者の状況やプロセスなどを知ることができないことから，人間と学習者理解を共有できないという課題がある．本研究では，EDMの技術基盤を応用したシステムの実現にあたり，人間と学習支援システムとで学習者理解を共有することが可能な基盤を設計し，そのシステムの試作を行う．拡張や変更が可能な知識記述を導入し，EDMによる学習者理解を補強し，人間の教授者が介入できるシステム実現の基盤を提供する．
平成２９年度は，先述の学習支援システム基盤の概念設計を行うとともに，実験調査の準備を行った．平成３０年度はスモールケースとして，学習者が多肢選択問題に回答する状況を設定し，正答することへの確信と視線の推移パターンの関係から学習者理解を行うことを対象とし，学習支援システム基盤における知識記述を構築するための実験調査を実施した．実験にあたり，多肢選択問題を出題し，視線計測装置により取得されるデータを分析することで，学習者の振る舞いを出力する機能を持つシステムを構築した．これを用いて一般大学生を対象に多肢選択問題に回答させるとともに，正答することへの確信についてのアンケートに回答させることで，確信が高い時に特徴的に現れる振る舞いが明らかになった．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

平成３０年度の実験では，視線から取得することが可能な学習者の振る舞いと，正答することへの確信という点での心的状態との関係を探索した．その結果，確信が高い時と低い時とを区別する，特徴的な振る舞いは明らかになったものの，確信が中程度の時と低い時とを区別する特徴については十分に明らかにできなかった．現時点の結果では，心的状態と振る舞いの関係から学習者理解を行う知識記述を構築するための知見が不足していると判断したため，遅れていると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

平成３１年度ならびに令和元年度は，学習者の振る舞いと心的状態との関係についての知見をさらに収集するための追加実験調査を実施する．その後，学習者理解を行う知識記述をオントロジーを用いて構築する．オントロジーとは，情報処理システムで基本構成要素として用いられる概念・語彙の体系である．我々の研究グループの先行研究において，オントロジーを用いて学習活動における学習者の振る舞いや学習と関連する情動に関する知識を表現する枠組みを提案しているため，これを適用する．その後，この枠組みによる学習者理解を人間の教師と共有可能か，人間教師にどのように受け入れられるかを探る実験調査を計画する．

Causes of Carryover

当初の予定では，ここまでの実験調査の成果を公表する予定であったが，十分な知見の収集にまで至っていないため，その公表を実施することができていない．そのため，成果公表のための旅費が未使用額となったが，これは成果の公表のための旅費として次年度に使用する予定である．