2021 Fiscal Year Research-status Report
専門科目受講前の予備体験用アクティブ・ラーニング仮想教材の学生視点による開発
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19K12263
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| Research Institution | Ariake National College of Technology |
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Principal Investigator |
塚本 公秀 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 嘱託教授 (30155337)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大渕 慶史 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (10176993)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | VR/AR / アクティブ・ラーニング / 予備教材 / 学生視点 / 学習前体験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では学生視点から開発したアクティブ・ラーニング教材のネットワーク上での構築を試みている．ここ数年XR(Virtual reality/Augmented reality(VR/AR)を含む総称)技術の進歩は目覚ましく，グローバル化の影響だけでなく新型コロナ感染症（COVIT-19）の感染防止のための遠隔環境と相まって，この２年間で社会に急速に浸透してきた．この技術を教育現場に適用して学生の興味を強く惹くアクティブ・ラーニング教材の開発を行っている．以前より学生と共同開発した教材は実体モデルとして実際の授業に用いてきた実績があるが，予算，製作時間と技術，設置場所などの制約により実物が製作できなかったモデルも少なくない．そこでこれらの教材をXR技術を用いて仮想世界でのアクティブ・ラーニング教材として再構築した．教材制作にあたっては，実物でなく仮想空間だからこそ表現できる教材を目標として開発した．また，補助教材や事前学習だけでなく，遠隔授業や反転授業のための学習ストーリーを創造することを行った．そのため，教材のコンテンツは，３Dモデルを仮想空間に構築してHMD(Head Mount Display)とコントローラーでインタラクティブに視聴できるものだけでなく，360°カメラを用いて実際の実験装置や実習作業の撮影を行い，遠隔授業の補助教材用としてスマートフォンの画面で視聴したり，あるいは，スマートフォンを簡易型のHMDに装着して立体的な視聴ができるものなどを制作した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
専門教育に活用できる科目のストーリーを想定し，高専や大学の学生と共同で専門科目用アクティブ・ラーニング教材を，いくつかの形態のVRコンテンツとして開発してきた．2020年後半からHMDが低価格で市販されるようになり，360°カメラも高解像度になってきたため，新たな研究協力者を加えた体制とし，共同および分散でコンテンツ制作が可能になるよう同一の開発環境を構築した．この２年は新型コロナ感染症のパンデミックにより，多くの高等教育機関では感染防止のために遠隔授業がなされている．講義形式では動画やデジタル黒板の利用で対応しているが，実習や実験では体験が必要で，オンラインでの実施が難しいとXR技術への期待が大きくなっている．そこでいくつかの視聴形態に適した以下のVRコンテンツ制作を行った．（１）実際の撮影画像を学習者がスマートフォンのモニター上で視聴したり，簡易型のHMDで視聴したりできるように，360度カメラで実習工場の全天球撮影をし，これをサポートするVRプラットフォームを用いて制作したインターネット上の実習工場．（２）３D-CADで制作した３Dモデルを学習者がスマートフォンのモニター上で視聴できるように，３Dモデルをインターネット上のVRプラットフォームを用いて制作した教材．（３）仮想空間に実験・演習室を制作し，その建物の中に各種の加工機械を設置し，学習者がHMDを装着して自由に動き回って安全に工場見学ができる仮想実習工場．（４）３Dモデルの機構モデルを演習室に設置し動きを与えて学習者がHMDを装着してモデルの運動を確認できるアクティブ・ラーニング教材としてのVR実習・演習室．
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| Strategy for Future Research Activity |
学生の視点から開発されたアクティブ・ラーニング教材のコンテンツをVR技術の活用によってより効果的なものとすること，および，現在の感染症のパンデミック状況下での遠隔教材として有効利用する観点での可能性を検討する目的から，制作方法を多様化して開発速度とコンテンツの種類を増してゆく予定である．これまで制作した仮想実習工場内に実習作業を立体視できる機能を付加するため，360度カメラにより動画で作業を撮影し，実際の音や説明の音声と立体映像で学習する仮想空間を制作する．さらに，共同研究者や新たな研究協力者と共に，以下に例示するような，実物でなく仮想空間だからこそ表現できる教材の制作を計画している．（１）機械系学生の学習項目で，結晶構造の3次元的把握が教科書等の紙面では難しいことが指摘されているため，金属結晶やダイヤモンド構造の3Dモデルを活用してVRによる立体的な結晶構造を制作し，学生が結晶の中を自由に移動して構造を把握できる空間体験コンテンツ．（２）機械系学生にとって理解しにくいと指摘されている材料力学の材料に作用している３次元の組み合わせ応力を理解しやすくするため，学習者が指定する切断面での応力ベクトルを矢印で表示するインタラクティブコンテンツ．（３）電気系学生の回路製作実験で低学年生の経験の乏しさを原因とする回路の結線作業で失敗が近年多く見られるため，仮想空間だからこそ敢えて失敗を体験できる実験コンテンツ．
申請時の予定ではVR/AR技術を用いた教材の開発・応用を行っている先進の海外の教育関係者との議論を行い，情報を得るとともに，アクティブ・ラーニング教材としてのストーリーを設計しようとした．しかし，パンデミックという社会状況により，海外の関係者と開発したコンテンツについての共同視聴が遠隔でできる環境まで進んでいないため，この部分については今後の社会状況を見ながら進めて行く．
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| Causes of Carryover |
本研究は学生視点の開発が主となっている．今年度においては，コロナ感染症拡散防止のための学生の行動規制が何度も分散されて発生したため，研究代表者の高等専門学校や研究協力者の大学においても遠隔授業を主とする在宅学習となり，学生による本テーマの研究に遅れが生じる結果となった．これに加えてXR総合展などにも出張制限から参加できず，XR先進国の北欧での研究者との交流も行えなかったため，先端技術を知るための機会を逃してきた．学会発表もリモートで行われたため，多くの開発に対する批評や助言を得ることができない状態が本年度前半まで続いたことで研究の進捗自体が遅れていることから研究費に残が生じる結果となった．次年度使用計画として，年度後半から制限が緩和され社会情勢にあわせながら，制作中のコンテンツの完成およびその教育効果の評価を行い，成果発表としての学会参加や関連研究者との交流を計画している．
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