2013 Fiscal Year Research-status Report
生体情報を活用した視覚誘導に基づくプログラミング学習の支援
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25750092
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Hiroshima Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松本 慎平 広島工業大学, 情報学部, 准教授 (30455183)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | プログラミング / 教育工学 / 学習支援 |
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| Research Abstract |
学習教材として，１．準備デバッグ中心は間違いが含まれた課題を提示するもの，２．繰り返し回数や処理の順番が逆になっているもの，３．解答を得るために必要な命令を追加するもの，４．完成したプログラムの読解と出力値やその数の推測，の4種類の教材を作成した．以上の教材は，実際の講義内で利用し教材として活用すると共に，被験者評価を行うためのデータとして今後活用する予定である．このデータを電子化し，データベース構築を完了させた．本研究では，いずれもC言語を想定した．収集したデータを用いて分析を行った結果，プログラミングを不得意とする学習者の典型的間違いのパターンの抽出を行うことができた．次に，学習者の評価指標の案を作成した．プログラミングの技術項目を細分化した．大きく文法の理解，アルゴリズムの理解と分けた．詳細な分類に関しては，独立行政法人情報処理推進機構の示すC言語に必要な知識を参考に作成を行った．これらの分類により，学習者の分類に活用できると考えている．次に，視線計測実験と解析の予備実験を行った．学習者にはプログラムを読ませ，どのような結果が表示されるか答えてもらう問題を複数作成した．今回は非接触型の視線計測器を用いてプログラムの思考過程を計測した．その結果，視線データはどちらとも不正解の解答をした学習者であったとしても，視線データから学習者によって理解度が異なることが示された．以上から，学習者に応じて視線情報から学習者の理解度や性格を推定するための可能性を得ることができた．
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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
本研究を遂行するにあたっては，まずゲーム感覚でアルゴリズムを学べるビジュアルプログラミングソフトウェアを開発した．ビジュアルプログラミングの特徴として，プログラミングを不得手と主観的に評価する学習者層の理解度把握に活用することが可能であるため，学習者分類の予備データを収集する目的で活用した．次に，本稿では，プログラミングを不得手とする学生が犯す典型的な間違えを分析して，学習者を分類する手法を検討した．研究代表者らは，Dehnadiらが開発したテストに着目しその有効性を確認するために，プログラミング技能判定教材を開発し，Dehnadiらの能力テストとの相関を調べた．具体的には，Dehnadiらの能力テストを利用して，プログラミングテストの各解答についての誤程度を数値化することで，学習者の誤りパターンを分類する手法を提案した．その結果，能力テストによるプログラミング素養の推定がある程度妥当であることが分かった．また，プログラミング技能判定教材の解答，誤程度，および解答者の割合から，利用者分類の可能性を得た．今後は，この手法を複数の問題に同時に適用して多次元ベクトル化することで，より詳細な学習者の誤りパターンの分類を試みる予定である．そして，学習者の評価指標の案を作成した．プログラミングの技術項目を細分化し，特に，大きく文法の理解，アルゴリズムの理解と分けた．詳細な分類に関しては，独立行政法人情報処理推進機構の示すC言語に必要な知識を参考に作成を行った．また，視線計測実験と解析を行った．その結果，これまで評価されていなかった学習者に応じた技術要素に対する達成水準を得ることが可能となることが明らかとなった．以上の通り，当初予定した通り研究を遂行できており，また実験データも着実に収集できているため，順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
視線追跡を活用したプログラミングの難易度推定法に取り組んでいきたいと考える．難易度推定に関しては，一般的には項目反応理論が広く適用されており，またその有効性から現在も様々な試験で積極的に利用されている．しかしながら，論理的思考力養成のためのプログラミング練習問題では，項目反応理論の適用は可能である反面，その判定に至った根拠を客観的に説明することは難しい．問題作成者の教員や熟練プログラマによる試験事前での類推や事後的な理由付けに頼っているのが現状である．そこで，本研究では視線追跡機器を導入し，感性工学的アプローチに基づくことにより言語と生体反応を関連付け，プログラミング問題の難易度評価に関する根拠の客観的構築を行うことで，学習支援に活用したい．本研究では，論理的思考力養成のためのコード補完形式でのプログラミング練習問題を扱っており，この有効性の根拠も明らかにしたい．これは最小単位のモジュールを取り上げ，入力，出力，処理の中で不足部分を補う形式の問題である．ここでは一問一答形式により解答を得る．本研究が事前に用意したプログラミング練習問題を学習対象者全員に適用し，項目反応理論を適用する．その結果により学習者個々の理解度が推定される．それと同時に学習者個々は各自の考え方を言語化する．言語化水準は理解度により異なるため，以上のデータを基礎に，考え方のプロセスを明確にする．ここに視線追跡機器を導入し，生体反応と言語との対応付けを図る．言語化では十分に補完できない点を視線追跡で補完する．また，各個所の重要度は十分に言語化できないことを踏まえて，視線追跡を活用する．具体的には，時間軸に沿って重要個所のヒートマップ視覚提示を行い，言語化の中で曖昧なものとなる思考の順序，個所の重要度を明確にする．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の予定においては，脳波，眼球運動，顔表情・動作といった生体情報を活用して，視覚誘導に基づきプログラミング技能を養成するシステムの開発環境を整備することを予定していた．したがって，脳波計，眼球運動測定装置，顔画像認識ソフトウェアなど一式を整備するための予算を考えていたが，脳波計については扱いが困難であること，顔画像認識については無償のもので代替可能であることを踏まえて，眼球運動に焦点を当てて研究を遂行することを検討している．なお，眼球運動で研究を遂行させるにあたっては，研究機関内に課題を円滑に進めるために解析ソフトウェアが必要であり，まとまった金額を用意する必要がある．したがって，予算を繰り越し，翌年度以降にまとめて執行する計画を立てた．
上記のとおり，眼球運動の解析ソフトウェア購入費に充てることを計画している．解析ソフトウェアについては，SPSS互換データ出力機能，ゲイズプロット，ヒートマップ，クラスターのアニメーション解析を可能とする要件を満たしたTobii Studio Professionalを予定している．
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Research Products
(6 results)
