2021 Fiscal Year Research-status Report

Analysis of Concept Formation Process of Peer Instruction Using AI and Development of Website

Research Project

Project/Area Number	20K03162
Research Institution	Kanazawa Institute of Technology
Principal Investigator	工藤知草金沢工業大学, 基礎教育部, 准教授 (90759515)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中村晃金沢工業大学, 基礎教育部, 教授 (60387355)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	Concept Test / 数学 / 物理 / ニューラルネットワーク / ピア・インストラクション / 概念形成 / インタラクティブVBA教材 / Webページ開発
Outline of Annual Research Achievements	相互作用型授業形式の一つにピア・インストラクション型授業があり、授業中に概念問題（Concept Test）を出題し、学生同士で議論しながら概念形成する。しかしながら、数学の概念問題がまとまった形で公開されているWebサイトがなかったために、数学の分野でピア・インストラクション型授業を実施することが難しかった。そのような背景から、数学の概念問題を豊富に作成して、容易に相互作用型授業を実施できる環境を整える必要があった。本年度の実績として、数学の概念問題130問以上をWeb上に公開した（工藤担当）。以下に、概念問題の内容を示す。「線形代数」の分野では、ベクトル、ベクトルの演算、直線の方程式、平面の方程式、行列、行列式、一次変換、一次独立と一次従属、部分空間、基底と次元、固有値と固有ベクトル、二次曲線の概念問題を公開した。「確率統計」の分野では、確率、集合と論理の概念問題を公開した。「微積分学」では、極限、微分、積分、微分方程式の概念問題を公開した。Webの訪問者がラジオボタンで概念問題に回答すると、正解・不正解が表示され、解説、もしくは、関連した知識のページにハイパーリンクして、スムーズに概念形成できるように工夫した。さらに、本年度の実績として、測定データから概念形成するインタラクティブ教材をWeb上に公開した（工藤担当）。Webに公開した内容は、力学の分野で、作用反作用、単振動、円運動のインタラクティブ教材になる。開発したWebサイトを以下で示す（工藤担当）。 https://w3e.kanazawa-it.ac.jp/math/concept_test/index.html 高校と大学で、ピア・インストラクション型授業を容易に実施できるWeb環境を整えるとともに、高校生や大学生が、遠隔でも自分のモバイルで、スムーズに概念形成できるWeb環境を整えた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 現在までの進捗状況として、数学の「線形代数」、「確率統計」、「微積分学」の分野で、130問以上の概念問題をWeb上に公開した。訪問者が、概念問題にラジオボタンで回答すると正解・不正解が表示され、不正解のときに、解説や、ハイパーリンクで関連ページを学習することができるようにしたが、今後、解説を充実させ、ハイパーリンクが不足しているWebページを新たに開発する必要がある。また、高校で活用する概念問題をさらに開発し、高校で相互作用型授業を容易に実施できるWeb環境を整える必要がある。また、概念問題の総合的な分析も継続して行い、質の高い概念問題を開発する。また、現在までの進捗状況として、力学の「作用反作用」、「単振動」、「円運動」のインタラクティブ教材を開発し、Web上からダウンロードできるようにした。測定データを増やし、さらに、インタラクティブ教材を充実させ、学生が自宅からでも、データ分析能力や概念形成を培うことを可能にするインタラクティブ教材を充実させる。
Strategy for Future Research Activity	2021年1月にセンター試験から大学入学共通テストに移行し、2年目になる。本質的に概念理解をしているかを問うような問題が出題された。このような背景を踏まえ、今後の研究の推進方策として、数学の概念問題をさらに開発し、Web上で公開する。特に、高校の「数学Ｉ」、「数学Ⅱ」、「数学Ⅲ」に関連した概念問題も開発し、高校生がスムーズに概念形成できるWeb環境を整える。一方で、概念問題の総合的な分析も行い、質の高い概念問題を開発する。また、大学入学共通テストでは、表データを数学的に適切に処理し、背景にある物理現象を予測する問題も出題されている。このような背景を踏まえ、今後の研究の推進方策として、物理実験の測定データを増やし、データ分析能力を培い、多角的に現象を理解するとともに、概念形成を促進するインタラクティブ教材を開発して、Webサイトで公開する。このような取り組みにより、高校と大学で相互作用型授業を容易に実施できるWeb環境を整えて、さらに、高校生や大学生が、遠隔でも自分のモバイルで、スムーズに概念形成するWeb環境を整えることで、社会に貢献することを目的とする。
Causes of Carryover	学会が遠隔で開催されたため、次年度使用額が生じた。次年度の学会や、その他の経費で使用する。
Remarks	Concept TestのWebページから、「線形代数」、「確率統計」、「微積分学」の各Webページと、インタラクティブ教材のWebページにハイパーリンクした。高校生や大学生が、自分のモバイルを活用して、数学の130問以上の概念問題と力学のインタラクティブ教材に回答しながら、スムーズに概念形成できるWebサイトを開発した（工藤担当）。