2019 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of elementary school student's thinking process at programming learning and design of educational support system based on it
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17K01101
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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) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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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 / 反転学習 / 協働学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初等教育向けのプログラミング教育の実証実験のため，会津若松市教育委員会を介して会津若松市立一箕小学校と連携し，昨年度に引き続きプログラミング授業のカリキュラムづくりと授業での実証実験を実施した．新学習指導要領で求められている一般教科にプログラミング的思考を盛り込んだカリキュラムとして，算数の4年生の単元「四角形を調べよう」を題材に構築した．ポイントはプログラミング的思考を養いつつ算数の理解の深化を図ることであり，平行線の性質と各種四角形の特徴について交差角をパラメータとしたプログラムを作成することで試行錯誤しながら理解の定着を目指した．さらに，苦手な生徒が多い四角形とその対角線の特徴について，対角線を描いてからその頂点を結んだ四角形を考えさせるという通常とは逆のアプローチによって，対角線の性質に関する気付きを促す授業モデルを構築した．これらのプログラミング授業の学習効果は，事前・事後テストによって理解度の低かった部分を改善できることを明らかにした．また，これらの授業ではすべて，プログラムの作成過程の履歴を取得して理解度やつまずきとの関係性について分析した．この学習分析に必要な特徴量として，プログラムの構成要素の種類別の使用率と，ネスト構造の使用率を用いることで，クラス全体の進捗や，誤ったプログラムブロックの使われ方の傾向，さらには多くの学習者が作成しているプログラムから逸脱しているものの把握を可能にした．また，学習履歴を時系列的に分析することで，ブロックの削除の繰り返しや，プログラムが変化しない時間などを特徴量とすることで，学習者の状態を判断できる可能性についても明らかになった．さらに，ピア・ラーニングを実施するための最適なグルーピングを学習履歴から自動生成する方法や，反転学習のように自学自習時の学習履歴活用についても併せて取り組んだ．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
若松市内小学校（大規模校）におけるプログラミング教育のカリキュラム作りや実証実験・分析・システム構築は予定通り実施できた．しかし，小規模校では指導要領改訂に伴う2020年度からの全面実施が難しい状況であるため，本事業を1年延長してこれらの学校への支援と継続したプログラミング教育の枠組み作りに取り組む．特に，TT体制が厳しい小規模校に対応可能な教育支援システムの構築と追加実証実験を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
既に蓄積できている学習履歴データについて，テキストマイニング的な手法とデータマイニング的な手法を用いてさらに詳細な学習分析を実施する．とくに，小学校の現場での実用に耐えられるものを目指し，これらの分析結果がリアルタイムに教員へフィードバックできるようにすることや，学習環境としてScratch2.0から3.0への対応，作成したプログラムの自動保存やファイルの管理・共有機能などを実装したシステムの構築を目指す．また，小規模校での実証実験の拡大と，カリキュラムのリファインなども進める．
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| Causes of Carryover |
延長申請により，小規模校を対象とした実証実験および分析を実施するため．実証実験に必要な消耗品機器などを購入予定．また成果報告のための旅費にも用いる．
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