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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Measurement and big data analysis of child's mental state for uncovering the non-cognitive ability

Research Project

Project/Area Number 19H01718
Research InstitutionTamagawa University

Principal Investigator

大森 隆司  玉川大学, 脳科学研究所, 研究員 (50143384)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金井 玲奈  桜美林大学, 健康福祉学群, 助教 (00818065)
岡 夏樹  宮崎産業経営大学, 経営学部, 教授 (20362585)
長井 隆行  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (40303010)
中村 友昭  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50723623)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords行動センシング / 関心推定 / 教員と生徒 / 相互作用 / グラスの集中 / 個々人の授業参加
Outline of Annual Research Achievements

2021年度までの研究により,教室での教員と児童生徒の行動センシングシステムの開発が完了した.教室サイズの空間で35人という日本の1クラスの標準人数に対する授業の映像から,個々人の位置と顔向き・視線の向きの計測に成功した.この広さと人数での映像からの詳細な個々人の行動情報の抽出は世界初である.
2022年度は,そこで得られた情報から,授業の活動状況とクラス全体の集中や児童生徒の授業の活動への参加の推定を目指した.さらにそのような児童生徒の活動を引き起こした教員と児童生徒の相互作用の解明にむけたデータ分析を行った. 結果,クラス内の児童生徒の視線の向きの交点群の分布からクラス全体の特定対象への集中度を推定することができ,さらにその集中が教員から児童生徒への語り掛けの瞬間に起きていることが判明した.さらにクラス全体の集中度を見ると,そこには緩急の波があり,教員が児童生徒を集中させる瞬間とその前後にリラックスさせてる瞬間を作り出していることがデータで示された.
このような教員と児童生徒の集団としての相互作用が実際の授業におけるデータで示されたことは2022年度の大きな成果であった.ただ,現在の分析は対面での講義型の授業場面のみであり,これを他の学びの活動に広げることが今後の課題である.
以上の成果は,教育工学会の大会など国内で8回の発表を行い,国際会議NCSP2023にて発表した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2021年度までの研究により,センサ装置はほぼ安定してカラー映像および距離画像を記録することができるようになり,2022年度は観測した教室での学びの活動の内容を分析する段階に移行した.
2021年度は幼稚園も観測対象としたが映像からの行動情報の抽出は困難であったことを踏まえ,2022年度は観測対象を教室で児童生徒が机に座っていて顔情報の抽出から教室での状況が把握しやすい小学生および中学生を対象として,関心をキーとしたクラスの学びに関する状態の推定を試みた.
当初の計画では一斉授業型の場面での関心推定の適用を想定していた.しかし,秋学期の授業では担当教員にお願いしてグループワーク型の活動を含む内容に変更した.これにより,当初の計画では予定していなかったグループワーク場面の計測に成功した.
一斉授業型の場面では,教員の働き掛けに対する児童生徒の関心の集中と弛緩を計測することができた.これは,単なる計測を超えて,教員と児童生徒の間の相互作用を定量的に計測したものと考えることができる.一方のグループワークに対しては現状の行動センサシステムでは各グループの詳細の活動の推定はこんなんであることが判明した.
以上の経過により,本共同研究は年度当初の目的とした教室での児童生徒の関心推定技術の開発に,その技術の応用としての教員と児童生徒の認知的な相互作用の検証が加わり,教育の先端技術による高度化の研究としての深みが加わった.

Strategy for Future Research Activity

2022年度の成果を受けて,以下に今後の課題を整理する.
(1) 個人追跡機能の拡充による処理の容易化:画像中から顔を検出をするが,その検出が一旦途絶えて回復したときに別の顔として認識される現象を顔認証などと組み合わせて解消し,個人追跡機能を充実することを目指す.
(2) 個人の授業参加度の推定精度向上:精度向上の鍵はデータ数の増加であり,そのためにはより多くのクラスの計測を行う.また,より高度な学習アルゴリズムの利用も必要であり,データの分布に合わせたアルゴリズムの検討が必要である.
(3) ダッシュボードの開発とデータベースの設計:教員に自身の授業の分析結果をフィードバックして,自身で検討してもらうための道具としてのダッシュボードの開発が必要である.また,ダッシュボードのバックエンド側のデータベースも,多くの授業の結果を相互利用して分析を行うためのしかけとして必要である.
(4) 処理のリアルタイム化:教員からの要望として多いのが,授業中のリアルタイムでの児童生徒の授業参加度の表示である.これにより,その場で授業の改善の試行ができる.現時点ではそこまでの処理の高速化は艱難であるが,中期的には目指したい.

  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Graph2vecを用いた世界モデルの分散表現獲得と他者世界モデルの推定2022

    • Author(s)
      境 辰也, 堀井 隆斗, 長井 隆行
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: 40 Pages: 166-169

    • DOI

      10.7210/jrsj.40.166

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Estimating children's classroom participation using machine learning methods2023

    • Author(s)
      Mayuko Maruyama,Masahiro Miyata,Tetsuji Yamada,Takeshi Aihara,Takashi Omori
    • Organizer
      NCSP2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 児童は教師の鏡:授業行動からの教員の語り掛けの効果推定2023

    • Author(s)
      大森隆司,宮田真宏,山田徹次
    • Organizer
      日本教育工学会2023春季全国大会
  • [Presentation] 顔情報を用いた授業内活動の自動分類の試み2023

    • Author(s)
      宮田真宏,丸山真優子,山田徹志,大森隆司
    • Organizer
      日本教育工学会2023春季全国大会
  • [Presentation] 生活環境に潜む子どもの事故要因検知システムの開発2023

    • Author(s)
      平居珠実,岡夏樹,田中一晶
    • Organizer
      電子情報通信学会HCS研究会
  • [Presentation] リフレクション支援のための顔情報による子どもの授業参加度の推定2022

    • Author(s)
      丸山真優子,宮田真宏,山田徹志,相原 威,大森隆司
    • Organizer
      人工知能学会全国大会
  • [Presentation] 顔情報を用いた個々の子どもの特性を考慮した授業参加状態の推定2022

    • Author(s)
      宮田真宏,山田徹志,大森隆司
    • Organizer
      教育システム情報学会2022年度 第2回研究会
  • [Presentation] 機械学習を用いた子どもの授業参加推定の試み2022

    • Author(s)
      丸山 真優子,宮田 真宏,山田 徹志,相原威,大森 隆司
    • Organizer
      日本教育工学会2022秋季全国大会
  • [Presentation] 振り返り支援に向けた授業中の子どもの行動推定2022

    • Author(s)
      宮田 真宏,山田 徹志,大森 隆司
    • Organizer
      日本教育工学会2022秋季大会
  • [Presentation] 教室映像からの子どもの授業参加程度の推定2022

    • Author(s)
      大森隆司
    • Organizer
      日本認知科学会第39回大会
  • [Presentation] 小学校低年のプログラミン的思考を育む授業実践―3年間の縦断研究から―2022

    • Author(s)
      油川さゆり,高平小百合,鈴木美枝子,小酒井正和,小原一仁,大森隆司
    • Organizer
      第18回日本子ども学会学術集会
  • [Presentation] 能動的説明提示の実現に向けた行動観測による他者内部状態の推定2022

    • Author(s)
      日紫喜 祐也, 境 辰也, 堀井 隆斗. 長井 隆行
    • Organizer
      人工知能学会全国大会
  • [Presentation] 遠隔保育ロボットによる発達支援のための幼児 の関心推定システム2022

    • Author(s)
      井口丈琉,阿部香澄,中村友昭,長井隆行
    • Organizer
      日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 幼児発達支援の呼称課題における回答自動分類機の開発2022

    • Author(s)
      大道弘明,阿部香澄,中村友昭,長井隆行
    • Organizer
      日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 遠隔保育ロボットのための自律的距離調整の学習2022

    • Author(s)
      佐藤 駿介, 阿部 香澄, 堀井 隆斗, 長井 隆行
    • Organizer
      日本ロボット学会学術講演会
  • [Book] コグニティブインタラクション-次世代 AI に向けた方法論とデザイン-2022

    • Author(s)
      大森隆司,岡 夏樹,長井隆之(植田,大本,竹内 編著)
    • Total Pages
      280
    • Publisher
      オーム社
    • ISBN
      978-4-274-22889-6

URL: 

Published: 2023-12-25  

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