2022 Fiscal Year Research-status Report
内的学びを促すゲーミフィケーション教材の開発・活用による本質的な韓国語知識向上
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21K00711
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| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
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Principal Investigator |
金 義鎭 東北学院大学, 工学部, 教授 (30364285)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 惠鎭 日本大学, 商学部, 教授 (40399176)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 韓国語教育 / 脳波 / Fmθ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，韓国語の本質的な知識向上を狙うため，学習者の習得過程が解明できるゲーミフィケーション・フレームワークの設計によるスマートフォン用教材の開発・活用を通して，外的学び中心の能動的学修に内的学びを加えた両学びの補完的融合モデルを構築する。開発教材の評価は学習者の脳波に着目し，その分析による定量化・可視化の客観的なデータ検証で習得過程を解き明かすことを目的としている。
本年度では、前年度（2021年度）の研究成果を基に、集団脳波の同時計測システムを開発した。開発したシステムにより、集団脳波の同時測定が容易になり、8名の集団に対して5日間繰り返し測定ができた。また、人間の認知能力と特定の作業を処理するために必要な労力の関係、すなわち精神的負荷も検討した。過度な負荷は、学習パフォーマンスの低下の原因となり、精神的負荷の定量化を試みた。本研究では、ストレスとFmθ波との関係について検討を行い、精神作業中の集中が難易度によって異なることを確かめた。今後は、精神作業中の集中がそのタイミングで精神的負荷に変わるかをFmθ波の出現パターンを測定・分析することで、学習者のパフォーマンスを向上させる新たな指標としての活用を考えている。
一方、教員は成績や個人情報など、学生に対するより多くの情報をスマートグラスを通して提供するシステムも開発した。開発したシステムは、機械学習を用いた人物認識機能とデータベース機能を活用し、リアルタイムで個人情報にアクセスできる新たな教育支援システムも試みた。今後は、より効果的なフィードバックを行うため、表示する情報の項目の検討が必要である。また、システムを講義などの実環境で使用し、モデルの正答率や使用時の適正距離など、有効性を確かめる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では単極脳波計を用いて集団脳波の同時測定手法を提案し、実環境での活用の可能性を見出した。具体的にはNeuroSky社が提供するiOS用APIをiPodに組込み、脳波データはiPodのBluetoothとWi-Fiを用いて送受信する仕組みで構成されている。測定には、開眼でリラックスするT1、閉眼の引き算の暗算T2、開眼で連続問題を筆算で解くT3、開眼で百マスに丸を書き続けるT4、開眼で豆を箸で移し続けるT5のタスクから誘発されたFmθの変化量を確かめた。5日間繰り返し測定実験を通して、本研究で着目したFmθは学習と非学習時の集中を見分けた。しかし、Fmθの変化が他の被験者と比べて、大幅に小さい被験者3/8名も確認できた。これらの被験者から精神作業中の集中を確実に判別できる結果までは至らず、別の脳波を用いた新たな指標確立の課題が残されている。
また、ストレスに関する脳活動の変化を調べるために，異なるタスクを用いてθ波とFmθ波を比較した。いずれも同様の傾向が見られたので、θ波の代わりにFmθ波を指標として用いることは可能性を見出した。これらの結果よりθ波とFmθ波が負荷の度合いにより増加することが示された。しかし、実験回数が2回に留まり、また被験者の数（8名）も少ないことで、分析に必要な十分な脳波データの蓄積までは至らなかった。
最後に、スマートグラスを用いた個人情報を画面に投映するシステムを試みた。このシステムが完成すると、面識のない学生が対象であっても、事前に情報を登録し、学生の画像を人物認識モデルへ学習していれば、対象の人物を認識し、個人情報を得ることが可能である。このシステムにより、教員は素早く目的の個人に対して素早くフィードバックを行うことが期待できる。しかし、本研究はまだシステムデザインのフェーズに留まり、実環境での実験を通して、動作確認までは至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、廉価で装着が簡単なMWM2で開発した集団脳波の同時測定システムを用いた繰り返し測定で得られたFmθの変化を用いて、学習と非学習時の集中状態を見分ける評価指標として有効性を示したい。特に、計算時のFmθの変化は他の精神作業と比べて、明らかな変化が大きかったので、数学や物理などの理科系科目の正規授業で集団脳波の同時測定を長期間の繰り返しで実施したい。その際、Fmθ出現の個人差も考慮し、性格の特性調査アンケートや別の周波数帯域のθ波、α波、β波の脳波を用いた新たな評価指標も検討し、個人毎に適切な指標を見出したい。
また、精神状態の集中が精神的負荷に与える基準、すなわち負荷の度合いを明らかにしたい。つまり、学習者が疲労を感じた時が推定できれば、適切な休憩指示やリラックス状態を求めるアドバイスも考えられる。そのためには、Fmθだけではなく、θ波との比較検討も考えている。また、これらを検討する際には、現状最大8名までの集団脳波の同時測定システムを拡大し、20名程度までの同時測定が望ましい。
最後に、軽量かつ簡易に運用できるスマートグラスと機械学習を用いた人物認識機能、データベース機能を活用した新たな教育支援システムの完成を目指したい。現状では、スマートグラスを用い、人物認識の結果をもとに個人情報を表示する教育支援システムの設計段階に留まり、実環境の正規授業での活用は実施されていない。今後は、より効果的なフィードバックを行うため、表示する情報の項目の検討が必要である。また、システムを講義などの実環境で使用し、モデルの正答率や使用時の適正距離など、実環境での有効性を確認する必要がある。
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| Causes of Carryover |
研究2年目（2022年度）も、コロナ感染拡大の影響で、国内はもちろん予定していた海外の国際会議への参加や韓国への出張ができなかったので、旅費の支出が前年度に続き０であった。今年度からは、コロナ感染関連規制が緩和されることを期待し、積極的に国内・外研究会への参加を行う予定である。
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