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Development of an estimation method of error causes in problems for representing learners' understanding of program behavior

Research Project

Project/Area Number 19K21782
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 9:Education and related fields
Research InstitutionChiba Institute of Technology

Principal Investigator

國宗 永佳  千葉工業大学, 情報科学部, 教授 (90377648)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 野瀬 裕昭  長野県工科短期大学校, 情報技術科, 教授 (60774940)
新村 正明  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20345755)
山本 樹  明海大学, 総合教育センター, 准教授 (30535266)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsプログラム動作 / 理解表出課題 / 誤答原因推定 / トレース課題 / プログラミング基礎概念 / 誤答分析 / プログラミング学習 / 初学者 / プログラム動作理解
Outline of Research at the Start

本研究課題では,プログラミング初学者が基礎的概念をどのように誤って理解しているかを,「トレース課題」の誤答から明らかにする手法を開発する.トレース課題は,研究代表者らが提案する学習者のプログラム動作理解を表出するための課題で,学習者がプログラムの振る舞いをどのように理解しているかを確認することができる.トレース課題の解答には複数の基本的概念についての理解誤りが混在していることが多く,学習者による誤答の要因を分析することは困難である.本研究課題では,プログラミングの基礎概念に関する複合的な要因を含む学習者の理解状況の推定を実現することを目指している.

Outline of Annual Research Achievements

2020年度前半には,2019年度に開発したトレース課題の(単一要因)誤答生成プログラムについて,その妥当性の検証を行った.具体的には,2019年度までに収集した教育実践におけるトレース課題の解答データを用いて,誤答生成プログラムで生成した誤り要因ごとの誤答と,解答データ中の誤答を照合し,適切に誤答を生成できていることを検証した.検証の過程で発見された誤答生成プログラムの不具合については随時修正を行い,最終的には誤答生成プログラムの妥当性を検証することができた.
2020年度後半には,複数要因による誤答生成手法の研究を開始した.これまでに開発した誤答生成プログラムで生成可能な誤答の要因について,それらの関係性についての分析を行った.ここでいう関係性とは,複数の要因が同時に起こりえるか(独立性)や,実践から収集した誤答におけるそれぞれの誤答要因の共起関係などを指す.また,2020年度前半までに開発した誤答生成プログラムについて,当初単一要因のみの誤答を生成するように開発していたが,これを複数要因を同時に含む誤答を生成するように改修することで,2021年度以降の研究に用いることができるようにした.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の概要欄で述べた2020年度の研究実績は,当初計画において実施する予定であった事項をほぼ満たしている.そのため,「おおむね順調に進展している」と評価した.

Strategy for Future Research Activity

2021年度前半には,複数要因を含む誤答生成手法についての検証と修正を行う.これは,2020年度前半と同様に,2019年度後半に開発した手法によって生成された誤答と,実践から得られた誤答とを比較することで検証を行い,必要に応じて手法の修正も行う.
2021年度後半には,類似度算出による誤答要因分析手法についての研究を行う.2021年度前半までに開発した誤答生成手法では,それぞれの誤り要因に対して典型的な誤りを含む誤答を生成することができるが,学習者による誤答については必ずしも典型的な誤りだけで構成されるわけではない.そのため,複数の生成された誤答と学習者による誤答との間で類似度の算出を行うことで誤答の要因を分析する手法を開発する.また,手法の検証についても並行して行う.

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(14 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] ビジュアルプログラミング環境ATにおけるC言語記述の混在を可能にする機能の開発2020

    • Author(s)
      平野晶,國宗永佳
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 120 (289) Pages: 47-52

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] LEGO MINDSTORM EV3を用いた自律ロボットプログラミング教育の取り組み2020

    • Author(s)
      野瀬裕昭,北條史華
    • Journal Title

      長野県工科短期大学校紀要

      Volume: 23 Pages: 19-24

    • NAID

      40022394038

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] プログラム動作理解を表出する課題における誤答生成手法の検討2020

    • Author(s)
      稲葉航平, 國宗永佳
    • Journal Title

      教育システム情報学会2019年度学生研究発表会予稿集

      Volume: 0 Pages: 55-56

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] プログラミング課題における進捗状況可視化手法の提案2020

    • Author(s)
      秋山直斗, 新村正明
    • Journal Title

      教育システム情報学会研究報告

      Volume: 34(6) Pages: 51-55

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] LEGO MINDSTORM EV3を用いた自律ロボットプログラミング教育の取り組み~ステートマシン図によるプログラミングツールの開発~2020

    • Author(s)
      北條史華, 野瀬裕昭
    • Journal Title

      教育システム情報学会2019年度学生研究発表会予稿集

      Volume: 0 Pages: 43-44

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Trial to Increase Motivation on Programming by Using Hardware Control Functions in the AT Visual Programming Environment2019

    • Author(s)
      Hisayoshi Kunimune, Shun Kamijima, Tatsuki Yamamoto, Masaaki Niimura
    • Journal Title

      Proceedings of the 2019 2nd International Conference on Education Technology Management

      Volume: 0 Pages: 50-53

    • DOI

      10.1145/3375900.3375917

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] プログラミング導入演習に対して学習支援システムと自己調整学習が与える影響の分析2019

    • Author(s)
      國宗永佳, 仲林清
    • Journal Title

      電子情報通信学会通信ソサイエティマガジンB-Plus

      Volume: 13(2) Pages: 100-109

    • NAID

      130007700375

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ビジュアルプログラミング環境ATにおけるC言語記述の混在を可能にする機能の開発2020

    • Author(s)
      平野晶,國宗永佳
    • Organizer
      電子情報通信学会 教育工学研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] プログラム動作理解を表出する課題における誤答生成手法の検討2020

    • Author(s)
      稲葉航平, 國宗永佳
    • Organizer
      教育システム情報学会2019年度学生研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] プログラミング課題における進捗状況可視化手法の提案2020

    • Author(s)
      秋山直斗, 新村正明
    • Organizer
      教育システム情報学会2019年度第6回研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] LEGO MINDSTORM EV3を用いた自律ロボットプログラミング教育の取り組み~ステートマシン図によるプログラミングツールの開発~2020

    • Author(s)
      北條史華, 野瀬裕昭
    • Organizer
      教育システム情報学会2019年度学生研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Trial to Increase Motivation on Programming by Using Hardware Control Functions in the AT Visual Programming Environment2019

    • Author(s)
      Hisayoshi Kunimune, Shun Kamijima, Tatsuki Yamamoto, Masaaki Niimura
    • Organizer
      2nd International Conference on Educational Technology Management (ICETM 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 初学者向けビジュアルプログラミング環境AT

    • URL

      https://algtoo.elt.net.it-chiba.ac.jp/

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 初学者向けビジュアルプログラミング環境AT

    • URL

      https://at.elt.net.it-chiba.ac.jp/

    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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