2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K12766
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
ジメネス フェリックス 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60781507)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ロボット / 認知的徒弟理論 / 共同学習 / 認識システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，学習者の応用力や探求心の向上を促す学習支援である認知的徒弟理論に基づくロボットの行動モデルを開発する．また，学習者に学習支援を適切に提供するために，学習者の学習状況やしぐさなどから学習者の心理状態を把握する心理状態認識システムを開発する．そして，学習者に応用力や探求心の向上を促す学習支援ロボットの実現を目指す．
H28年度では，認知的徒弟理論におけるModeling，Coaching，Scaffolding and Fadingによる学習支援をロボットに実装し，大学生を対象とした被験者実験を通して学習支援効果を検証した．その結果，Coachingだけによる学習支援に比べ，Modeling，Coaching，Scaffolding and Fadingを組み合わせた学習支援を行うロボットは，学習者に与える学習効果を向上させる可能性があることを示唆した．また，認知的徒弟理論に基づいてロボットが学習支援を行う場合，Modeling，Coaching，Scaffolding and Fadingの三つを組み合わせることが有効であることと，それぞれの学習支援を提供するロボットの行動を確認できた．
心理状態認識システムでは，画像認識技術の従来研究で提案されている，人の表情から感情を推察する表情認識手法，または学習者の手を追跡し，文字を書いているかどうかを認識する書込認識手法を使用することで，学習者の集中具合や，問題に対する取り組み具合は把握できる傾向があることを確認できた．
認知的徒弟理論に基づく行動モデルと心理状態認識システムの書込認識手法による研究内容は，それぞれ国際会議(WCCI 2018)に採録され，8月に口頭発表予定である．また，心理状態認識システムの表情認識手法では国際会議1件という成果を上げるとともに，研究内容をまとめ，査読付学術雑誌へ投稿している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初，認知的徒弟制理論における，Modeling，Coaching，Scaffolding and Fading，Articulation，Reflection，Explorationの6段階の学習支援に基づいて，ロボットの行動モデルを構築する予定だった．しかし，各段階の学習支援をロボットに実装し，被験者実験を実施したところ，Articulation，Reflection，Explorationによる学習支援は，ロボットが学習者に対して提供するには有効でない可能性があると確認できた．一方，Modeling，Coaching，Scaffolding and Fadingを組み合わせた学習支援は，従来の問題の解き方のヒントを提供する学習支援に比べて，ロボットが学習者に提供することで，学習者の学習効果を向上させる可能性があることを示唆した．そのため，行動モデルは，Modeling，Coaching，Scaffolding and Fadingを基に構築することが有効であるという知見を得られた．
心理状態認識システムでは，従来研究で提案されている，人の表情から感情を推察する表情認識手法，または学習者の手を追跡し，文字を書いているかどうかを認識する書込認識手法を使用することで，学習者の集中具合や，問題に対する取り組み具合は把握できる傾向があることを確認できた．特に書込認識手法は，表情認識手法のように学習者の表情データを事前に学習する必要がなく，実用的な手法であると考える．
上記のModeling，Coaching，Scaffolding and Fadingによる行動モデルと，書込認識手法による心理状態認識システムを組み合わせることで，本研究の目的である，学習者に応用力や探求心の向上を促す学習支援ロボットを開発できると見出せたため，期待以上に研究が進んでいると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
Modeling，Coaching，Scaffolding and Fadingによるロボットの行動モデルを構築する．認知的徒弟制理論における従来研究では，各段階の学習支援は学習者の成績に応じて学習者に提供している．H30年度では，行動モデルにおける学習支援の切り替え基準は，従来研究と同様に学習者の成績とする．そして，中学生を対象とした被験者実験を通して行動モデルを実装したロボットが与える学習効果を検証する．
また，書込認識手法に学習者心理状態認識システムを構築する．本システムでは，学習者の手を追跡し，文字を書いているかどうかを認識する．これにより，学習者が学習に対して集中できているかどうかを把握できると考える．構築後，本システムと，代表者が提案した，学習者にロボットが自身に共感していると実感させる共感表出法を組み合わせる．本システムと共感表出法を組み合わせることで，学習者の集中具合に応じて，ロボットが学習者に共感するような感情を表出する手法(共感表出法Ⅱ)が構築できるとともに，本システムが学習者の集中具合を把握できているかの定量評価が可能となる．実験では，共感表出法Ⅱを搭載したロボットと大学生が問題を解きながら共に学ぶ学習実験を実施し，本システムの有効性および共感表出法Ⅱが及ぼす学習効果を検証する．
そして，ロボットの行動モデルと本システムを組み合わせ，学習者の手が止まった際に学習支援を提供できる行動モデルⅡの構築する．学習者に学習支援を提供するタイミングは重要であると考える．タイミングの基準として，学習者の手の動きを追跡することが基準になると考える．被験者実験を通して，学習支援を提供するタイミングの有効性および行動モデルⅡを搭載したロボットが学習者に及ぼす効果を検証する．
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