Study on a Method to Facilitate Computational Thinking through Construction of Human Problem-Solving Models

• Project/Area Number: 20K12096
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 62030:Learning support system-related
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: Kojima Kazuaki 帝京大学, 理工学部, 准教授 (30437082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三輪 和久 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (90219832)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: computational thinking / 計算機モデル / モデル構築学習 / 問題解決

Outline of Research at the Start

近年の教育研究は「情報処理エージェントが効率的に実行可能な形式で解法が表現されるように，問題と解法を定義する思考過程」であるComputational Thinking (CT)に注目している．CTを育成する教育の探求は主に初等中等教育で，プログラミングによって行われている．本研究では高等教育を対象として，人間の問題解決を再現する計算機モデルを構築することで学習者のCTを促進する学習支援手法の考案を行う．本研究ではプログラミングによる計算機の問題解決ではなく，人間の問題解決を対象とした学習活動を考案する．ここでのCT促進の目標は，客観的に問題と解を表現する能力を学習者に獲得させることである．

Outline of Final Research Achievements

Computational Thinking (CT), to think like a computer scientist, has attracted increasing attention and many efforts have been made to facilitate CT in primary and secondary education. This study proposed a method for higher education to facilitate learner CT through experience to construct models that have a computer simulate human problem-solving and developed its learning support system. It then conducted classes where general undergraduates enhanced their skills with computational models by using the system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Computational Thinking (CT)育成の取り組みは初等中等教育が中心であり，初学者向けのプログラミング環境を用いて，コンピュータに問題解決をさせることを通じて行われることが多い．高等教育においてもCTの育成は重要であるため，本研究では認知科学の分野においてコンピュータ科学者が用いてきた「人間の問題解決のコンピュータモデル構築」を，プログラミングの訓練を受けていない大学生が低負荷で経験することを支援する手法を実現した．

Research Products

• [Presentation] Introduction of Computer-Based Simulated Experiments in University Psychology Class: a Class Practice of Learning Dual Storage Model of Human Memory (2022)
  • Author(s): Kazuhisa Miwa, Mayu Yamakawa, Kazuaki Kojima
  • Organizer: 19th International Conference on Cognition and Exploratory Learning in Digital Age
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 心理学の授業における実験とシミュレーションを併用した実践―系列位置効果実験を題材として― (2022)
  • Author(s): 山川真由, 小島一晃, 横山真衣, 三輪 和久
  • Organizer: 日本認知科学会第39回大会発表論文集
• [Presentation] 情報処理プロセスの可視化による説明活動の向上 (2021)
  • Author(s): 山川真由, 小島一晃, 横山真衣, 三輪 和久
  • Organizer: 日本認知科学会第38回大会