「思考実験型」モデリング学習環境の運用方法論の構築と学習プロセスの分析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26540181
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 堀口 知也 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 教授 (00294257)
• 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)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 知的学習支援システム / 科学教育 / モデリング / シミュレーション / 知識工学

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者らはこれまで，学習者の作成した誤ったモデルに対する適応的説明能力を持つモデリング学習環境を開発してきた．同環境は，非単調推論に基づく制約処理により，通常は計算不可能なモデルの振る舞いをもシミュレートでき，かつその物理的意味を説明する能力を持つ．これにより，学習者が自己の仮説を「モデル」として自由に表現し，その帰結を適切な説明と共に受け取る「思考実験型の学習」が可能となる．本環境を基盤として，本研究では効果的な思考実験型学習を実現するための方法論を確立すること，本環境での活動が学習者の誤概念をどのように変容させるかを解明することを目的として（１）本環境の改良と機能拡充，（２）システムの試験的・実験的利用のための教材作成，（３）試験的・実験的利用の実施，（４）その結果に基づく「思考実験型学習」方法論の定式化と概念変容プロセスのモデル化，を進めてきた．
平成26年度は上記の（１）および（２）を計画通り完了し，平成27年度は（３）および（４）を実施した．当初，大学生と中学生を対象とする予定であったが，前年度の予備実験（対象は大学生）の結果から，さらに詳細なデータを追加収集する必要があることが判明した．中学生用のシステム・インターフェースの開発および教材作成に係る作業量が計画を超えたものになることが判明したこともあり，研究代表者・分担者間で検討した結果，今回は大学生に関する実験とデータ収集を集中的に行うこととした．大学生のみの実験でも学習プロセスのモデル化は問題なく行え，かつその結果を「思考実験型学習」方法論へと展開することは可能であるとの判断に基づくものである．その結果，「思考実験型学習」方法論への端緒となる，モデリングを通した学習プロセスの一端を明らかにすることができた．よって，本研究は当初の目的を概ね達成することができたと言える．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Northwestern University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Northwestern University
• [Journal Article] A Framework of Generating Explanation for Conceptual Understanding based on 'Semantics of Constraints' (2015)
  • Author(s): Horiguchi, T., Toumoto, T. & Hirashima, T.
  • Journal Title: Research and Practice in Technology Enhanced Learning (Springer) Volume: 10 Pages: online Journal
  • DOI: 10.1007.s41039-015-0002-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 物体にはたらく力・加速度・速度の関連付けのためのError-Based Simulation (2016)
  • Author(s): 山田敦士, 安田健汰, 篠原智哉, 山元翔, 堀口知也, 林雄介, 平嶋宗
  • Organizer: 人工知能学会第76回先進的学習科学と工学研究会(SIG-ALST)
  • Place of Presentation: かんぽの宿有馬, 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2016-03-06 – 2016-03-07
• [Presentation] Error-Based Simulationを用いた力学演習におけるモニタリングツールの設計・開発 (2016)
  • Author(s): 安田健汰, 山田敦士, 篠原智哉, 山元翔, 堀口知也, 林雄介, 平嶋宗
  • Organizer: 2015年度JSiSE学生研究発表会
  • Place of Presentation: 広島市立大学サテライトキャンパス, 広島県広島市
  • Year and Date: 2016-02-29
• [Presentation] Experimental Evaluation of Error-Based Simulation for Dynamics 265 Problems in Science Class at Junior High School (2015)
  • 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
• [Presentation] Experimental Use of Error-Based Simulation for Dynamics Problems in National Institutes of Technology (2015)
  • 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
• [Presentation] 運動系における力の把握の促進を目指したError-based Simulationとその評価実験 (2015)
  • Author(s): 篠原智哉, 東本崇仁, 堀口知也, 山田敦士, 林雄介, 平嶋宗
  • Organizer: 2015年度教育システム情報学会第40回全国大会(JSiSE2015)
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島県徳島市
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-03
• [Presentation] The Effect of Problem Sequence on Students' Conceptual Understanding in Physics (2015)
  • Author(s): Horiguchi, T., Tomoto, T. & Hirashima, T.
  • Organizer: 17th International Conference on Human-Computer Interaction (HCI International 2015)
  • Place of Presentation: Los Angeles, CA, USA
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 人間の素朴な因果理解に準拠した汎用運動シミュレータ (2015)
  • Author(s): 堀口知也, 平嶋宗, 溝口理一郎
  • Organizer: 第29回人工知能学会全国大会
  • Place of Presentation: はこだて未来大学, 北海道函館市
  • Year and Date: 2015-05-30 – 2015-06-02