2020 Fiscal Year Annual Research Report
個別学習から協調学習をシームレスに支援するIoTプラットホーム学習支援環境の開発
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19H01727
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
野口 孝文 北海道大学, 情報基盤センター, 訪問研究員 (20141856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
布施 泉 北海道大学, 情報基盤センター, 教授 (70271806)
千田 和範 釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (30342562)
梶原 秀一 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00280313)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 協調学習 / プログラミング教育 / IoTプラットフォーム / ロボット / IntelligentPad |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，協調学習における課題をモジュールとして実行可能な小課題に分割し，小課題を個別学習で達成した後にその結果を持ち寄り協調学習で課題達成するシステムを開発する．課題を小課題に分割することで小課題の目的が明確化し単純化できるため，多様なレベルの学習者に対応した個別学習を実現できる．また学習者は，自身が担当した小課題を達成することによって，小課題を統合する協調学習では，課題における分担した小課題の役割を理解することができ，積極的に参加することが可能になる．本研究は教材のIoT化によって，IoTプラットフォームで教材の統合を実現し，これをプログラミング教育に用いる
プログラミング教育には，学習者のレベルの差に起因して，①一斉授業では学習者全員に適する課題を用意することが難しい，②グループ学習では学習者同士を協調させることが難しいという問題がある．さらに，③プログラミングの作法が教材に左右され，得た知識が小学校から中学校，高校，大学と継続的に利用し難いといった問題がある．本研究は，個別学習と協調学習を統合することでそれぞれの学習方法における①②の問題を解決するばかりでなく，継続的に利用可能な学習環境を実現することで③の問題を解決する．そのためのシステムとして，個別学習から協調学習をシームレスに支援するIoTプラットフォーム学習支援環境を開発する．
これまでに，ロボット基板の新たな製作およびIoT化の実現，複数のロボットの連携及びこれを用いた授業を北海道大学実施した．昨年度は，対面授業が制限される中でオンラインにおける開発しているロボットを用いた協調学習を実現した．またそのための組み込みを必要としないIntelligentPadシステムも開発した．本年度は最終年度であるが，対面授業が制限されているため，オンラインに対応したロボットを用いた協調学習について研究を進める．
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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
本研究は，以下の3点を実現することによって多様な知識レベルの学習者に対応し，継続的に利用可能な学習支援システムを実現する．① 個別学習と協調学習をシームレスにつなげるIoTプラットフォームの開発，② IoT化したプログラミングロボット教材の開発，③ 開発したシステムの大学および高専における利用評価，本研究は，研究代表者の他に研究分担者として布施泉（北海道大学），梶原秀一（室蘭工大），千田和範（釧路高専）が①から③を，我々が開発してきたシステムおよび授業を基礎にして実施し有効性を確かめるという研究分担で進めている．
概要でも述べたようにこれまで，ロボット基板の新たな製作およびIoT化の実現し，複数のロボットの連携及びこれを用いた授業を北海道大学実施した．昨年度は，対面授業が制限される中でオンラインにおける開発しているロボットを用いた協調学習を実現した．またそのための組み込みを必要としないIntelligentPadシステムも開発した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに，プログラミングロボットのIoT化を行いこのロボットを用いた個別学習とそれを組み合わせた協調学習を釧路高専および北海道大学で実施している．概要でも述べたように昨年度は，対面授業が制限される中でオンラインにおける開発しているロボットを用いた協調学習を実現した．またそのための組み込みを必要としないIntelligentPadシステムも開発した．本年度は最終年度であるが，対面授業が制限されているため，オンラインに対応したロボットを用いた協調学習について研究を進める必要がある．
IoTプラットフォームの開発は，研究代表者が研究開発してきたIntelligentPadの技術を用いて開発している．開発言語にPythonを用いることで，システムをPCにインストールする必要がなく利用することができるようになった．昨年度は，オンライン授業で協調学習を行う必要があったが，本システムを用いることで，ロボットのプログラム作成や学生の作成したプログラムで動作するロボット同士の連携もスムーズに進めることができた．本年度は，本研究の最終年度であるが対面授業に制約があるため，この制約に対応できる学習支援システムを提案できるよう研究をまとめる予定である．
プログラミングロボットは，これまで我々が開発してきたロボットを基にロボットのプログラムおよびIoTプラットフォームの改良を行ってきた．ロボット内部のプログラムについては，授業における操作性向上や学生から要望される機能の追加を行ってきた．また，ロボット基板の改良も行った．今年度は拡張性を考慮して組み込まれているマイクロコンピュータの変更や部品の配置を検討する．昨年度に引き続き，回路の設計を研究分担者の梶原が，基板の設計を千田が，プログラムの開発を研究代表者が行う．
プログラミングロボットを用いた授業は，北海道大学と釧路高専で行う．
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Research Products
(4 results)
