2020 Fiscal Year Research-status Report
Tracking thinking processes of mathematics learners based on manipulation log and communication analysis of mathematics models and and its application to designs of classroom
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19K03175
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
野田 健夫 東邦大学, 理学部, 准教授 (90431618)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江木 啓訓 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30422504)
金子 真隆 東邦大学, 薬学部, 教授 (90311000)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 協働学習 / 対話分析 / 操作ログ分析 / 数理モデル教材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、タッチデバイスで操作できる数理モデル教材の利用が「主体的で対話的な深い学び」にいかに結びつくかを客観的な根拠に基づいて明らかにすることにあり、学習者間の対話やデバイスの操作ログに関するデータを取得し統計的処理に基づいた学習活動の分析を行うことを目指している。特に、学習者が対話しながら1つのデバイス上の数理モデル教材を操作する状況を設定して高校生・大学生を被験者とした実験を行い、モデルの操作傾向の変化と対話の特徴量との連関の探求を目標としている。2020年度の実績の概要は以下の通りである。
(1) 操作ログの取得と分析：Moodle上に置かれた動的幾何コンテンツの操作ログを取得するプラグインを利用して、学生が関数の多項式近似を連続的に探索するコンテンツを操作する際のログを取得し分析した。この際、学生を２群に分けて異なる事前解説動画を視聴させてからコンテンツを操作させ、操作傾向の違いを調べることにより授業内容と学生の理解の相関関係を調査した。
(2) 操作ログと対話記録の連関の追跡：三角関数の加法定理を図解する動的幾何コンテンツを用意し、２～３名の学生が対話しながらコンテンツを操作して定理の証明を考える実験を行った。この実験中に対話ログも取得し、発話量データに現れるユニゾン（同時発話）と対話内容の質的変化に関連性が見られることを確認した。
(3)3次元図形操作と学習者の理解の関係：大学初年次の解析における全微分を理解するための3次元図形モデルについて、学習者が静止画を見る場合・動画を見る場合・動的にコンテンツを操作する場合の理解の違いを分析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
Moodleのプラグインの活用により、操作ログに関しては効率的に高粒度のデータを取得することができるようになり、また関数の多項式近似についてはε近似半径や関数の差のノルムなどによる操作傾向を特徴づけるデータの分析フローを確立できており、これに続けて対話記録の取得とデータの蓄積、および対話に関する量的分析モデルの確立を目指していたが、新型コロナウィルスの感染拡大により学生を被験者とする実験を行うことが困難になり十分な対話データを取得することができなかった。
感染予防の観点から被験者間の距離をとった実験も試みたが、物理的距離は対話量に大きな影響を及ぼし、今後の実験方法を再検討する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
動的幾何コンテンツの操作ログの取得システムは確立しているので、オンラインでの実験も実施し、対象を広げてデータの取得と分析を行いたい。また、データ分析フローが確立していることから、実験直後に被験者に操作過程とその意味付けをフィードバックし、思考過程との関係性も調べていきたい。
対話分析に関しては、当面は実験規模を拡大することは難しいと予想されるので、小規模の実験でデータの質を高めるよう実験手法やコンテンツを検討したい。具体的には、実験環境を見直し、予備課題で被験者をリラックスさせるなどして対話量の増加を目指し、また指差しや身振りなど非言語的コミュニケーションを対話の一部と考えて分析対象に加えていきたい。
将来的には、グループ内の議論や操作の遷移や連関を特徴付ける客観的指標を見出し、その指標に基づいて学習者の状況に応じた指導者の適切な介入のあり方を明らかにしていきたい。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により、予定していた学会がオンライン開催となり旅費を使用せず、また、多くの学生被験者を集めての実験を行うことができずに対話データ取得のための録音・データ蓄積用機材の購入を見送ったため、使用額が少なくなり次年度分に充てることとなった。今後は感染防止に配慮して学生を被験者とした実験を行うことができるよう、複数の端末を協働で操作できるよう機材を揃え、またオンライン上でログデータを収集するシステムを充実するためMoodleのオプション契約を行いたい。
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