2021 Fiscal Year Research-status Report

Development and Evaluation of Educational Systems with Augmented Reality and Sensors for Physics (Circuits / Dynamics) Experiments

Research Project

Project/Area Number	18K02907
Research Institution	Tamagawa University
Principal Investigator	塩澤秀和玉川大学, 工学部, 教授 (80328533)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	拡張現実感（AR） / 教育支援システム / 物理実験 / フィジカルコンピューティング
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では、力学や回路などの物理の学生実験で用いる装置に小型のセンサーを取り付け、実際に測定した力のベクトルや電圧などの物理量を、AR（Augmented Reality;拡張現実感）技術を用いてカメラ映像にリアルタイムに重ね合わせて可視化することで、学習者のより直感的な理解を促すシステムを開発・評価することを目的としている。令和3年度は令和2年度に引き続き、主に力学実験支援システムの多数のセンサーへの対応に取り組んだ。本システムは令和2年度までにM5StickCというIoT（Internet of Things）向け端末とゲームエンジンのUnityを用いた再構築を行い、iOS, Android、Microsoft Hololensに対応させることで一応の機能の完成したが、Bluetooth通信を用いたため接続端末数に制限が生じていた。そこで、令和3年度には、端末からの通信方式としてWi-Fi通信も可能にすることで多数のセンサー端末に対応させことができた。これによって、多数のセンサーを用いたAR対応の力学実験支援システムを構築し、学習用の実験コンテンツの幅を広げることが可能となったので、実験としてのコンテンツを開発することがその後の中心となった。しかし、新型コロナウイルス対策の影響による研究の遅れを取り戻すことができず、実験コンテンツの開発とユーザにシステムを使用してもらう評価実験（ユーザスタディ）にまで進むことができなかった。また、前年度である令和2年度に緊急事態宣言の影響によって研究が大幅に遅れたため、その成果をまとめて学会等で発表することもできなかった。このような状況であるため、研究期間をさらに1年間延長し、今後、回路実験用のシステムを完成させるとともに、教材コンテンツを開発して使用評価を行い、学会等で発表していく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 前年度である令和2年度から引き続き、新型コロナウィルスへの対応による影響もあり、全体として研究の進捗が遅れている。本研究は物理的な現実の環境を情報技術によって拡張するというAR（拡張現実感）を利用しているという特性上、対面指導の環境を想定した教育支援システムであるが、対面の状況を最小限とするという社会状況の下で、学生の協力を得ることが不可欠であるシステムを利用した教材コンテンツの開発と、それを実際に使ってもらって改良する工程がうまく進まず、前年度のからのプロジェクトの進捗の遅れが回復できずにいる。特に、令和2年度の研究の進捗の遅れにより、成果発表等はほとんど行えなかった。そのため、研究期間を1年間延長することとした。
Strategy for Future Research Activity	本プロジェクトの最終年度となるので、当初の計画の遅れを取り戻し、年度前半では、力学実験教材については、本研究のようなARによる情報表示が有効な実験テーマを考察し、具体的な教材コンテンツの開発と評価に取り組んでいくとともに、回路実験教材については、開発が遅延している開発と評価を進める。そして、ユーザに実際に利用してもらうことによる学習支援システムとしての評価実験（ユーザスタディ）を行う。年度後半では、学会や論文誌での研究成果発表に重点的に取り組む。既に、令和3年度までに研究の遂行に必要な機材等の購入はほぼ終わっており、残りの予算は発表等のために用いる計画である。
Causes of Carryover	令和3年度は令和2年度から引き続いて、特に年度前半において研究活動に制約があり、プロジェクトの進捗が遅延したため、特に成果発表のための経費を中心に計画通りに予算が使用されない事態となった。また、関連分野の調査活動についても、学会等がオンライン化されたために旅費等が使用されなかった。そこで、このような状況に対処するため、研究期間をさらに1年間延長し、システムの評価および発表に必要な経費を残して次年度に回す判断をした。1年間の研究期間延長のために最終年度となった令和4年度は、研究成果の発表を中心に経費を使用する計画である。