2014 Fiscal Year Annual Research Report
数学オンラインテストの解答過程追跡型学習データ解析を基盤とした知識構築のモデル化
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26282033
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中村 泰之 名古屋大学, 情報科学研究科, 准教授 (70273208)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀田 真澄 山口東京理科大学, 工学部, 准教授 (10194995)
吉冨 賢太郎 大阪府立大学, 高等教育推進機構, 准教授 (10305609)
谷口 哲也 北里大学, 一般教育部, 准教授 (10383556)
深澤 謙次 呉工業高等専門学校, 自然科学系分野, 准教授 (50238440)
安武 公一 広島大学, 社会(科)学研究科, 講師 (80263664)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ｅラーニング / 数学教育 / 自然科学教育 / ネットワーク / Learning Analytics |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，主に数学オンラインテストの学習データ，すなわち，学生が選択した問題，その問題の解答履歴，つまりどのような誤答，準正答を経て正答に至るかというサイクルを追跡した，いわば解答過程追跡型の学習データを蓄積・解析することにより，主に数学的知識の獲得過程に関する数理モデルを構築することである。この目的を達成するために，平成26年度では，以下の研究を計画した。1. モバイル環境まで視野に入れた，オンラインテスト環境の構築。2. モバイル環境でのオンラインテスト実施を円滑に行うための，モバイル対応数式入力インターフェースの開発。3. 多様なデータの収集・整理。以下では，それぞれに対しての成果の概要を報告する。
1. 数学オンラインテスト環境として，英国バーミンガム大学で開発され，我々が日本語化したシステムであるSTACKを中心に利用している。また，モバイル環境まで視野に入れた，オンラインテスト環境の構築として，以前，USB型フラッシュメモリに構築されたポータブル型STACKデバイスのプロトタイプをすでに開発していたが，STACKのバージョンアップに合わせて改良を行った。
2. モバイル環境を考慮に入れたオンラインテスト環境を準備するためには，快適な数式入力環境の提供が重要であると考えられる。そこで，スマートフォンやタブレットでの利用を想定したモバイル対応数式入力インターフェースの開発のための調査を行い，我々がすでに実装しているSTACK用数式入力インターフェースMathDoxを活用した，Webアプリケーションとしてのインタフェースを開発することが有効であると判断するに至った。
3. これまでの名古屋大学，北里大学，山口東京理科大学でのSTACKの利用に加え，多様な学生の学習データを蓄積することを念頭に，呉高専でSTACKを運用するための環境整備を行った。
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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
モバイル環境まで視野に入れた，オンラインテスト環境の構築のために，数学オンラインテスト環境として，英国バーミンガム大学で開発され，我々が日本語化したシステムであるSTACKを，USB型フラッシュメモリから動作するためのプロトタイプをすでに構築していたが，26年度ではSTACKのバージョンアップに合わせて改良を行い，利用がより容易となった。具体的には，これまでは利用するコンピュータの環境に合わせて手動で環境設定を行う必要があったが，それを自動化することができた。ただし，動作環境はWindowsに限られる点が，課題の一つである。
モバイル環境でのオンラインテスト実施を円滑に行うため，モバイル対応数式入力インターフェースの開発を計画していた。モバイル環境を考慮に入れたオンラインテスト環境を準備するためには，快適な数式入力環境の提供が重要であると考えられるからである。平成26年度はスマートフォンやタブレットでの利用を想定したモバイル対応数式入力インターフェースの開発のための調査を行うにとどまったが，我々がすでに実装しているSTACK用数式入力インターフェースMathDoxを活用した，Webアプリケーションとしてのインタフェースを開発するという指針が明確になったため，この若干の遅れは平成27年度において取り戻すことが可能であると考えている。
多様なデータの収集・整理を目的として，また，多様な学生の学習データを蓄積することを念頭に，これまでの名古屋大学，北里大学，山口東京理科大学でのSTACKの利用に加え，呉高専でSTACKを運用するための環境整備を行うことができた。ただ，データの蓄積は十分とは言えないが，これは研究期間全体を通じて行うものであるので，これからのデータ蓄積により補うことができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
主に数学オンラインテストの学習データ，すなわち，学生が選択した問題，その問題の解答履歴，つまりどのような誤答，準正答を経て正答に至るかというサイクルを追跡した，いわば解答過程追跡型の学習データを蓄積・解析することにより，主に数学的知識の獲得過程に関する数理モデルを構築するという，研究目的達成のために，平成27年度以降では，初年度から蓄積を開始した学習データをさらに継続していくと同時に，正答に至るまでの解答過程をモデル化していくための理論的基盤の調査を開始し，適切な可視化方法を確立を目指す計画である。
データの蓄積の継続にあたっては，大阪府立大学で運用されているMATH ON WEBのシステムに蓄積された学習データの解析も視野に入れ，また，STACKの問題との共有化に向けた共通の仕様書の策定も行いながらデータ蓄積に役立てて行く予定である。
解答過程の数理モデル化に向けては，解答過程が学生の選択するSTACKのポテンシャル・レスポンス・ツリーの末端要素の時間的推移であることに着目し，要素間の結びつきの強さ，要素間推移の方向などの属性を持つ有向ネットワークとみなした解析を想定している。特定の学生の解答過程を解析することで，理解度が高くなるに従って「開始」から「正答」に至るまでの有向ネットワークがシンプルになると考えられ，この様子をネットワークのダイナミクス，あるいはテンポラル・ネットワークとして表現することが有向な可視化の候補であると考えている。これらの可能性も含め，解答過程のモデル化のための理論的基盤の調査を行うと同時に，知識構築過程の数理モデル化に向けて少なくとも着手する予定である。
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| Causes of Carryover |
モバイル対応数式入力インターフェース開発に利用するスマートフォンの購入と，旅費のために前倒し支払い請求を行ったが，購入を予定していたスマートフォンが販売停止となり，購入することができなかったため。次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
モバイル対応数式入力インターフェース開発について，平成26年度では開発のための調査にとどまり，平成27年度に開発を行う計画である。その動作確認のためのスマートフォンが必要であるが，購入予定のスマートフォンも販売が再開されたので「次年度使用額」分をその購入に充てる計画である。
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