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解答過程解析を中心とする理数系eラーニングの分析・設計・運用に関する総合研究

研究課題

研究課題/領域番号 21H04412
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分9:教育学およびその関連分野
研究機関名古屋大学

研究代表者

中村 泰之  名古屋大学, 教養教育院, 教授 (70273208)

研究分担者 宮崎 佳典  静岡大学, 情報学部, 教授 (00308701)
川添 充  大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 教授 (10295735)
吉冨 賢太郎  大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 准教授 (10305609)
谷口 哲也  日本大学, 医学部, 准教授 (10383556)
白井 詩沙香  大阪大学, D3センター, 准教授 (30757430)
福井 哲夫  武庫川女子大学, 社会情報学部, 教授 (70218890)
樋口 三郎  龍谷大学, 先端理工学部, 准教授 (70272474)
市川 裕子  東京工業高等専門学校, 一般教育科, 教授 (10290719)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
40,820千円 (直接経費: 31,400千円、間接経費: 9,420千円)
2025年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2024年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2021年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
キーワード理数系eラーニング / 数式自動採点 / 解答過程解析 / 誤答分析 / 理解過程 / 数学eラーニング / 解答過程分析
研究開始時の研究の概要

数式処理と連動し、数式で入力された解答の自動採点システムが普及しつつあり、理数系のeラーニングにも様々な可能性が出てきているが、その運用は担当者の経験に基づいて模索が続けられている。本研究は、数式自動採点システムを核とした理数系eラーニングを実施する教員のよりどころとなる、理数系eラーニングの運用モデルの構築を目的とする。その目的達成のため、どのような誤答を経て正答に到達したのかに着目した(I)詳細な解答過程の分析により学習者の理解過程を明らかにし、その基盤の上で、到達目標達成のための適切な(II)理数系eラーニングの授業設計、および(III) 効率的な運用の実現の3項目について取り組む。

研究実績の概要

数式処理と連動し、数式で入力された解答の自動採点システムが普及しつつあり、理数系のeラーニングにも様々な可能性が出てきているが、その運用は担当者の経験に基づいて模索が続けられている。本研究では、数式自動採点システムの利用を核とした理数系e ラーニングを始めようとする教員がよりどころとすることのできる、理数系e ラーニングの運用モデルの構築を目的とする。その目的達成のため、どのような誤答を経て正答に到達したのかに着目した(I)詳細な解答過程の「分析」により学習者の理解過程を明らかにし、その基盤の上で、到達目標達成のための適切な(II)理数系eラーニングの授業「設計」、および(III)効率的な「運用」の実現の3項目について総合的に取り組む。研究期間を3段階のフェーズに分け、2023年度は主に次の内容について取り組んだ。
解答過程を解析するための方法論を確立し、学習者の理解過程を明らかにすることを目的として、理数系eラーニングシステムとして、STACKを用い、その数式解答処理機構であるポテンシャル・レスポンス・ツリー(PRT)を活用した解答過程解析手法の確立に取り組んだ。主な成果としては、STACKの解答データをPRTを利用して、知識マップ、ネットワーク、誤答と正答間の距離の概念の導入、などを用いた、解答過程を可視化するための手法を提案した。
STACKの解答提出の際、デジタルペン入力による手書きノートを提出することのできるプラグインを用いて、データ収集のための被験者実験を行い、ノートのログデータ、具体的には、タイムスタンプ情報が付された手書きのストロークデータを利用し、学習者の学習特性(筆記速度、書き直し頻度、筆記停滞箇所の多寡など)を可視化し、そのデータから解答の自信度の推定を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

これまで、数式自動採点システムの解答データを元に、解答過程の分析を行ってきたが、本来、2023年度後半から、それを用いて、理数系eラーニングの設計を検討することを計画していたが、それに着手できていないため。

今後の研究の推進方策

1. 問題作成エディタの開発。STACKの問題を開発するにあたっては、独自の編集が必要となる。その際、STACK独自のCASTextという形式、また、LaTeX形式が混在し、STACK利用初心者には問題作成のハードルが高いと考えられる。本研究課題の一つである、理数系eラーニングシステムの運用面の課題を解決するために、問題作成支援のためのエディタを開発する。
2. オンラインテスト問題の蓄積。我々は、MathbankというSTACK用の問題を蓄積する仕組みをすでに構築している。このコンテンツをさらに充実させ、その際、数学eラーニングコンテンツの標準仕様であるMeLQSに準拠した問題の蓄積を計画している。
3. 問題文をどのように読み、計算をどのように進めていくかについて、受験者の視線情報をもとに、思考過程の分析につなげたい。中村は、STACKの解答提出時にデジタルペンによる計算ノートを提出することのできる機能を新しいプラグインとしてすでに実装済みである。データ収集のための被験者実験を実施しながら、デジタルペンによる手書きノートの学習データの分析とともに、視線データを加味した分析法の探究を行っていく。具体的には、タイムスタンプ情報が付された手書きのストロークデータを利用すると同時に、視線の停留箇所、視線軌跡データから特徴量を抽出することを検討している。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] 数学オンラインテストのペンストロークデータの可視化と自信度の推定2023

    • 著者名/発表者名
      藤本 和伶、中村 泰之
    • 雑誌名

      コンピュータ&エデュケーション

      巻: 54 号: 0 ページ: 34-41

    • DOI

      10.14949/konpyutariyoukyouiku.54.34

    • ISSN
      2186-2168, 2188-6962
    • 年月日
      2023-06-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ぺた語義:数学eラーニングシステムの国内外の動向と今後の展望2023

    • 著者名/発表者名
      中村泰之
    • 雑誌名

      情報処理

      巻: 64 号: 3 ページ: 118-121

    • DOI

      10.20729/00224180

    • 年月日
      2023-02-15
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Analysis of STACK Answer Data Using Pen-Stroke Data from a Calculation Notebook and Item Response Theory2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Nakamura, Kazusa Fujimoto, Kako Ito
    • 雑誌名

      International Journal of Emerging Technologies in Learning

      巻: 18 号: 01 ページ: 279-285

    • DOI

      10.3991/ijet.v18i01.36531

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Automatic classification of incorrect answers to differentiation questions using Potential Response Tree2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura, Yasuyuki; Higuchi, Saburo; Yoshitomi, Kentaro; Miyazaki, Yoshinori; Ichikawa, Yuko; Takahiro Nakahara;
    • 雑誌名

      Proceedings of International Meeting of the STACK Community 2021

      巻: - ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] STACK問題タイプの解答データ分析手法の検討2024

    • 著者名/発表者名
      中村泰之, 樋口三郎, 吉冨賢太郎, 宮崎佳典, 中原敬広, 川添充, 福井哲夫, 白井詩沙香
    • 学会等名
      Moodle Moot 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Network analysis of solution processes in mathematics online tests2024

    • 著者名/発表者名
      Asahi Kurihara, Yasuyuki Nakamura
    • 学会等名
      International Meeting of the STACK Community 2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Classification of Answers in Math Online Tests by Visualizing Graph Similarity2024

    • 著者名/発表者名
      Saburo Higuchi, Yasuyuki Nakamura
    • 学会等名
      The 14th International Learning Analytics and Knowledge Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 視線データからの解答過程の分析における時系列情報を含むヒートマップによる可視化の有効性2024

    • 著者名/発表者名
      岩田 蒼良,中村 泰之
    • 学会等名
      教育システム情報学会2023年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of Knowledge Map based on STACK Answer Data2023

    • 著者名/発表者名
      Lilin Wang, Yasuyuki Nakamura, Takahiro Nakahara
    • 学会等名
      International Meeting of the STACK Community 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 数学オンラインテストにおける解答の推移の三次元可視化と分析2023

    • 著者名/発表者名
      高田知樹,中村泰之
    • 学会等名
      第48回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 学習者のモチベーションへの働きかけを考慮した 数学オンラインテストにおけるフィードバック方略2023

    • 著者名/発表者名
      篠田有史,中村泰之
    • 学会等名
      第48回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 数学オンラインテストの解答データを用いた知識構造の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      王黎琳, 中村泰之
    • 学会等名
      MoodleMoot Japan 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 数学オンラインテストにおける解答の推移の三次元可視化と分析2023

    • 著者名/発表者名
      高田知樹, 中村泰之
    • 学会等名
      教育システム情報学会2022年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] デジタルペンのストロークデータを用いた思考過程の可視化と分析2023

    • 著者名/発表者名
      山本怜弥, 中村泰之
    • 学会等名
      教育システム情報学会2022年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of Knowledge Construction Based on STACK Answer Data2022

    • 著者名/発表者名
      Lilin Wang, Yasuyuki Nakamura
    • 学会等名
      International Meeting of the STACK Community 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of STACK answer data using pen-stroke data of calculation notebook and Item Response Theory2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Nakamura, Kazusa Fujimoto, Kako Ito
    • 学会等名
      International Meeting of the STACK Community 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of students' answer process based on STACK answer data2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Nakamura, Mitsuru Kawazoe, Saburo Higuchi, Yoshinori Miyazaki, Kentaro Yoshitomi, Takahiro Nakahara
    • 学会等名
      The international conference on E-Assessment in Mathematical Sciences
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 数学オンラインテストにおける有向グラフを用いた解答過程の可視化と問題評価への適用2022

    • 著者名/発表者名
      栗原朝陽, 中村泰之
    • 学会等名
      第47回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 数学オンラインテストにおける視線データを用いた解答過程の分析2022

    • 著者名/発表者名
      青野稜也, 中村泰之
    • 学会等名
      第47回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 数学オンラインテストの解答のペンストロークデータの可視化と解析2022

    • 著者名/発表者名
      藤本和伶,中村泰之
    • 学会等名
      第47回教育システム情報学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 数学オンラインテストの解答データを用いた知識構造の可視化2022

    • 著者名/発表者名
      王黎琳,中村泰之
    • 学会等名
      教育システム情報学会2021年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 数式自動採点システムの解答データへの多段階項目反応理論の適用の試み2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤可子,中村泰之
    • 学会等名
      教育システム情報学会2021年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 数学オンラインテストの解答のペンストロークデータの可視化と解析2022

    • 著者名/発表者名
      藤本和伶,中村泰之
    • 学会等名
      教育システム情報学会2021年度学生研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Automatic classification of incorrect answers to differentiation questions using Potential Response Tree2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura, Yasuyuki; Higuchi, Saburo; Yoshitomi, Kentaro; Miyazaki, Yoshinori; Ichikawa, Yuko; Takahiro Nakahara
    • 学会等名
      International Meeting of the STACK Community 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MATH E-LEARNING QUESTION SPECIFICATION AND XML EXPORTER FOR STACK BY USING VISUAL PROGRAMMING LANGUAGE2021

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Nakamura, Takahiro Nakahara, Mitsuru Kawazoe, Kentaro Yoshitomi, Tetsuo Fukui, Shizuka Shirai, Katsuya Kato, Tetsuya Taniguchi
    • 学会等名
      International Congress on Mathematics Education
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] 第1回 理数系eラーニングの分析・設計・運用に関するシンポジウムー数式自動採点システムの活用事例ー2021

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-06-20  

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