2015 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロワールドグラフの説明生成機能の拡充に基づく知識構成支援に関する研究
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26280127
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
堀口 知也 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 教授 (00294257)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平嶋 宗 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10238355)
東本 崇仁 東京工芸大学, 工学部, 助教 (10508435)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 知的学習支援システム / 科学教育 / 問題演習 / 説明生成 / 知識工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らはこれまで，物理問題をその対象とする系のモデルに基づいて特徴付ける枠組みである「マイクロワールドグラフ」を提案し，これを用いて学習状況に合わせて問題を適応的に系列化し知識の段階的獲得を促す機能を持つ学習支援システムを実現しており，教育現場での試験的利用を通して，それが適切に問題の順序を制御する能力を持つとの知見を得ている．
本研究では，問題系列化が有効に働くための必須条件である問題間の関係を適応的に説明する機能を，関連概念を体系化することによって実現し，領域の段階的学習を支援可能なシステムの構築を目指して（１）適応的説明の基盤となる概念の体系化，（２）問題間の関係の説明生成機能の実現と既有の問題演習システムへの統合，を進めている．また，システムの有効性を実験的・試験的利用を通して検証・評価すべく，（３）大学生を対象とした実験的利用を通した学習プロセスの分析，（４）中学校における試験的利用による学習効果の測定および有効な運用方法の検討，のための準備を進めている．
平成26年度は上記の（１）および（２）を実施した．また平成27年度は，前年度に実装したシステムおよび作成した教材を用いて（３）の実験的利用を実施した．36名の大学生を被験者として，システムが生成した二種の問題系列を用いて学習を行わせた結果，問題間の関係の説明を受けて問題構造への気づきを得た学習者とそうでない学習者との間の学習プロセスや理解の差異が明らかとなった．システムの基本的な学習支援効果が明らかになったことにより，平成28年度の試験的利用へ向けての準備は整ったと言える．
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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
本研究では，（１）問題間の関係の説明生成の基盤となる概念の体系化，（２）それに基づく問題間の関係の説明生成機能の実現と既有の問題演習システムへの統合，（３）大学生を対象とした実験的利用を通した学習プロセスの分析，（４）中学校における試験的利用による学習効果の測定および有効な運用方法の検討，を計画している．これらのうち，平成26年度に計画していた（１）および（２）は予定通り完了し，次年度予定の一部（実験的利用の準備）も実施することができた．平成27年度は，（３）大学生を対象とした実験的利用を計画通り実施し，データの分析によってシステムを用いた学習プロセスや理解の特徴を明らかにした．具体的には，システムが生成する問題系列のうち，問題の構造的特徴が類似した問題が隣接する「構造ブロック系列」を用いた学習では，比較的単純な問題の解法定着に効果があるのに対し，問題の表面的特徴が類似した問題が隣接する「表層ブロック系列」を用いた学習では，より複雑な問題に対応する概念的理解が促進されること，さらに後者の効果は，問題間の説明を受けて問題構造への気づきを得た学習者において顕著に表れることがわかった．すなわち，システムとその支援機能を用いた基本的な学習・理解のプロセスを明らかにすることができた．これらのことから総合的に判断して，本研究は当初の計画通り順調に進んでいると言うことができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度および平成27年度の成果を基に，平成28年度は（４）中学校における試験的利用による学習効果の測定および有効な運用方法の検討，を実施する．目的は，本システムの実用可能性を検討するためのデータ収集であり，学習効果，有効な運用方法（授業における位置付け）の両面から調査を行う．まず，現システムのインターフェースを中学生が使用可能なものに改良する．また，中学生用の教材を新たに開発する．
試験的利用は，研究協力者の勤務する中学校において，研究分担者が担当教諭の協力を得ながら実施する予定である．システムの効果，課題の難易度，授業の進め方や支援・介入の仕方などに関して幅広くデータを収集する．事前／事後テストおよびアンケートを実施して学習効果（達成度や興味・意欲の変化）を測定すると共に，可能であれば個別インタビューを行って生徒にどのような概念変化が起きたかを調査する．
最後に，本研究における試験的・実験的利用を通して得られた結果を総括し，本システムによる適応的問題系列化および問題間関係の説明が領域の概念的理解に貢献したのかどうか，習熟の促進／阻害要因は何か，学習効果はどうであったか，を明らかにする．その結果を（ａ）実用可能性の観点（システムの機能，教材，教示と支援，学習者，運用・評価法）から総括し，今後の実践的展開への指針とする．また，結果を（ｂ）認知的観点から検討し，本システムの機能が領域の概念的理解にどのように貢献した／し得るのか，何が促進／阻害要因になるのか，条件の違いによって効果はどのように変わるのか，「類推」はどのように働いているのかを明らかにし，認知モデルの構築を目指す予定である．
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| Causes of Carryover |
購入物品の価格が当初予定額より安価となったこと，および予定していた海外旅費（研究成果発表）を平成28年度へ持ち越したことによる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
システム開発用計算機の性能向上（メモリの増設等），および研究成果発表のための海外旅費として使用する．
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[Presentation] Experimental Evaluation of Error-Based Simulation for Dynamics 265 Problems in Science Class at Junior High School2015
Author(s)
Shinohara, T., Imai, I., Tomoto, T., Horiguchi, T., Yamada, A., Yamamoto, S., Hayashi, Y. & Hirashima, T.
Organizer
Workshop of 23rd International Conference on Computers in Education (ICCE2015)
Place of Presentation
Hangzhou, China
Year and Date
2015-11-30 – 2015-12-04
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental Use of Error-Based Simulation for Dynamics Problems in National Institutes of Technology2015
Author(s)
Shinohara, T., Tomoto, T., Horiguchi, T., Yamada, A., Yamamoto, S., Hayashi, Y. & Hirashima, T.
Organizer
WIPP of 23rd International Conference on Computers in Education (ICCE2015)
Place of Presentation
Hangzhou, China
Year and Date
2015-11-30 – 2015-12-04
Int'l Joint Research
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