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データ駆動型教育のための高密度学習分析基盤の構築と評価

研究課題

研究課題/領域番号 22H00551
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62:応用情報学およびその関連分野
研究機関九州大学

研究代表者

島田 敬士  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (80452811)

研究分担者 峰松 翼  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (00838914)
谷口 雄太  九州大学, 情報基盤研究開発センター, 准教授 (20747125)
大久保 文哉  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (40608824)
山下 隆義  中部大学, 工学部, 教授 (60564721)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2025年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2024年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2023年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2022年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
キーワード学習分析 / 教育支援 / 実時間処理 / センシング / 教育評価
研究開始時の研究の概要

本研究は,学習者の学習状況を学習トピック単位で理解することで個別最適な情報推薦を行うデータ駆動型教育を実現する.①教育学習を学習トピック単位で記録する密センシング手法,②教育学習活動の文脈を把握する深層的活動分析手法,③行動変容を促す説得性を持ったフィードバック手法について研究を進める.大学教育の実践の場でデータ駆動PDCAサイクルの実証実験を実施し,研究成果の有用性と有効性を検証するとともに,成果を国内外に広く展開する.

研究実績の概要

本研究は,データ駆動型教育を実現するための高密度学習分析基盤の構築と評価を行う.学習者の学習状況を学習トピック単位で理解することで個別最適な情報推薦を行うデータ駆動型教育を実現する.ここで,学習トピックとは,科目内で学習する概念や学習項目,学習キーワードなどの構成要素を指す.そのために,①教育学習を学習トピック単位で記録する密センシング手法,②教育学習活動の文脈を把握する深層的活動分析手法,③行動変容を促す説得性を持ったフィードバック手法について研究を進める.数千人が集う大学教育の実践の場で,リアルタイム支援,授業の実施回毎の支援,授業期間毎の支援の3つの時間粒度でデータ駆動PDCAサイクルの実証実験を実施し,研究成果の有用性と有効性を検証するとともに,学習分析技術や基盤システム,エビデンスをオープン化して成果を国内外に広く展開する.
2024年度は,PC搭載のカメラから得られた視線情報に基づくデジタル教材の注視領域内の学習トピックに対する学習パターンの推定手法を開発した.従来のデジタル教材の閲覧ログ分析と比較して,細かい時間粒度と空間分解能(トピックレベル)で各学習者の学習パターンを抽出できることを確認した.学習活動の分析結果に対して説明性や解釈性を高めるために,生成AIと連携したフィードバックの仕組みを開発した.予習や復習などの学習支援を行うためのチャットボットの開発に応用し,その有用性を確認した.

現在までの達成度
現在までの達成度

2: おおむね順調に進展している

理由

研究計画としてあげている「学習活動密センシング」,「横断・学習分析/深層・学習分析」,「説得力のある情報推薦」について,当初計画通り技術開発やシステム開発ならびに評価実験が進んでいる.さらに生成AIを利用した新しい仕組みについても並行して研究開発と評価を進めている.

今後の研究の推進方策

引き続き,研究計画に沿い技術開発と精度検証を行うとともに,生成AIの活用の可能性も並行して検討しつつ,現場での実証実験を進める.

報告書

(4件)
  • 2024 実績報告書
  • 2023 実績報告書
  • 2022 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2025 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 21件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Attention-Based Artificial Neural Network for Student Performance Prediction Based on Learning Activities2024

    • 著者名/発表者名
      Leelaluk Sukrit、Tang Cheng、Minematsu Tsubasa、Taniguchi Yuta、Okubo Fumiya、Yamashita Takayoshi、Shimada Atsushi
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 12 ページ: 100659-100675

    • DOI

      10.1109/access.2024.3429554

    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [雑誌論文] Educational Data Analysis using Generative AI2024

    • 著者名/発表者名
      Abdul Berr, Sukrit Leelaluk, Cheng Tang, Li Chen, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 雑誌名

      The 6th Workshop on Predicting Performance Based on the Analysis of Reading Behavior (LAK24 Data Challenge)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] コロナ禍における九州大学でのLINEを用いた教育支援体制の構築とその後の持続的な取り組み2023

    • 著者名/発表者名
      野口 岳, ウン クアンイー, 上田 尚之, 乗添 凌太郎, 島田 敬士
    • 雑誌名

      学術情報処理研究

      巻: 27 号: 1 ページ: 22-28

    • DOI

      10.24669/jacn.27.1_22

    • ISSN
      1343-2915, 2433-7595
    • 年月日
      2023-11-27
    • 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] A System to Realize Time- and Location-Independent Teaching and Learning Among Learners Through Sharing Learning-Articles2023

    • 著者名/発表者名
      Seiyu Okai, Tsubasa Minematsu, Fumiya Okubo, Yuta Taniguchi, Hideaki Uchiyama, Atsushi Shimada
    • 雑誌名

      Towards a Collaborative Society Through Creative Learning

      巻: 685 ページ: 475-487

    • DOI

      10.1007/978-3-031-43393-1_44

    • ISBN
      9783031433924, 9783031433931
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development and Evaluation of a Field Environment Digest System for Agricultural Education2023

    • 著者名/発表者名
      Kanu Shiga, Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada, Rin-ichiro Taniguchi
    • 雑誌名

      Towards a Collaborative Society Through Creative Learning

      巻: 685 ページ: 87-99

    • DOI

      10.1007/978-3-031-43393-1_10

    • ISBN
      9783031433924, 9783031433931
    • 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] Recurrent Neural Network-FitNets: Improving Early Prediction of Student Performance by Time-Series Knowledge Distillation2022

    • 著者名/発表者名
      Ryusuke Murata, Fumiya Okubo, Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Atsushi Shimada
    • 雑誌名

      Journal of Educational Computing Research

      巻: - 号: 3 ページ: 639-670

    • DOI

      10.1177/07356331221129765

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Live Sharing of Learning Activities on E-Books for Enhanced Learning in Online Classes2022

    • 著者名/発表者名
      Yuta Taniguchi, Takuro Owatari, Tsubasa Minematsu, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 雑誌名

      Sustainability

      巻: 14 号: 12 ページ: 6946-6946

    • DOI

      10.3390/su14126946

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Knowledge Distillation in RNN-Attention Models for Early Prediction of Student Performance2025

    • 著者名/発表者名
      Sukrit Leelaluk, Cheng Tang, Valdemar Svabensky, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      In The 40th ACM/SIGAPP Symposium on Applied Computing (SAC '25)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluating the Impact of Data Augmentation on Predictive Model Performance2025

    • 著者名/発表者名
      Valdemar Svabensky, Conrad Borchers, Elizabeth B. Cloude, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The 15th International Learning Analytics and Knowledge Conference (LAK 2025)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Attention-Seeker: Dynamic Self-Attention Scoring for Unsupervised Keyphrase Extraction2025

    • 著者名/発表者名
      Erwin D. LOPEZ Z., Cheng TANG, Atsushi SHIMADA
    • 学会等名
      The 31st International Conference on Computational Linguistics (COLING2025)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 差分特徴を用いた連合学習によるAt-risk学生検出の検討2025

    • 著者名/発表者名
      米田 俊祐, 大久保文哉, 峰松 翼, 出口 大輔, 島田 敬士
    • 学会等名
      第103回先進的学習科学と工学研究会 (ALST)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] 農作業の定量化による農業実習支援の検討2025

    • 著者名/発表者名
      齊藤 光志, 峰松 翼, 島田 敬士
    • 学会等名
      第103回先進的学習科学と工学研究会 (ALST)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] AIチャットボットによるフィードバックが学習に与える影響の検討2025

    • 著者名/発表者名
      Vimeanseth Thorng, 大久保 文哉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第45回教育学習支援情報システム研究会 (CLE45)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] グループディスカッションの可視化システムの開発2025

    • 著者名/発表者名
      武石 航汰, 陳 莉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第45回教育学習支援情報システム研究会 (CLE45)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] Automated Recommendations for Revising Lecture Slides Using Reading Activity Data2024

    • 著者名/発表者名
      Erwin D. LOPEZ Z., Cheng TANG, Yuta TANIGUCHI, Fumiya OKUBO, Shimada ATSUSHI
    • 学会等名
      The 32nd International Conference on Computers in Education (ICCE 2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Large Language Model Detuning in Learning Content Understanding2024

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Minematsu, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      21st International Conference on Cognition and Exploratory Learning in Digital Age (CELDA 2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Integrating Gaze Data and Digital Textbook Reading Logs for Enhanced Analysis of Learning Activities2024

    • 著者名/発表者名
      Ken Goto, Li Chen, Tsubasa Minematsu, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      21st International Conference on Cognition and Exploratory Learning in Digital Age (CELDA 2024
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparison of Large Language Models for Generating Contextually Relevant Questions2024

    • 著者名/発表者名
      Ivo Lodovico Molina, Valdemar Svabensky, Tsubasa Minematsu, Li Chen, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      Technology Enhanced Learning for Inclusive and Equitable Quality Education (EC-TEL 2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] QA-Knowledge Attention for Exam Performance Prediction2024

    • 著者名/発表者名
      Yongle Ren, Cheng Tang, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      Technology Enhanced Learning for Inclusive and Equitable Quality Education (EC-TEL 2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LLM-Driven Ontology Learning to Augment Student Performance Analysis in Higher Education2024

    • 著者名/発表者名
      Gen Li, Cheng Tang, Li Chen, Daisuke Deguchi, Takayoshi Yamashita, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      International Conference on Knowledge Science, Engineering and Management (KSEM 2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] E2Vec: Feature Embedding with Temporal Information for Analyzing Student Actions in E-Book Systems2024

    • 著者名/発表者名
      Yuma Miyazaki, Svabensky Valdemar, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Tsubasa Minematsu, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Educational Data Mining (EDM2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] How Do Strategies for Using ChatGPT Affect Knowledge Comprehension?2024

    • 著者名/発表者名
      Li Chen, Gen Li, Boxuan Ma, Cheng Tang, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      25th International Conference on Artificial Intelligence in Education (AIED 2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Novel Approach: Enhancing Data Extraction from Student Handwritten Notes Using Multi-Task U-Net and GPT-42024

    • 著者名/発表者名
      Yunyu Zhou, Cheng Tang, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      Joint International Conference on Automation-Intelligence-Safety & International Symposium on Autonomous Systems (ICAIS&ISAS2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 連合学習によるAt-risk学生検出の検討2024

    • 著者名/発表者名
      米田 俊祐, 大久保文哉, 峰松 翼, 出口 大輔, 島田 敬士
    • 学会等名
      信学技報教育工学(ET2024-34)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] 電子教材の閲覧行動とコンテンツの分散表現による学習活動分析2024

    • 著者名/発表者名
      宮崎佑馬, 峰松翼, 谷口雄太, 大久保文哉, 島田敬士
    • 学会等名
      信学技報教育工学(ET2024-34)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] デジタル教科書のログデータを用いたKnowledge Tracingモデルの拡張2024

    • 著者名/発表者名
      川畑 考太朗, 大久保 文哉, 谷口 雄太, 唐 成, 島田 敬士
    • 学会等名
      第23回情報科学技術フォーラム (FIT2024)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] ブルームの分類法の低次カテゴリ別問題の自動生成2024

    • 著者名/発表者名
      十時 蒼太, 陳 莉, 峰松 翼, 島田 敬士
    • 学会等名
      第43回教育学習支援情報システム研究会 (CLE43)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] 生成AIを用いた科目間の関連性および科目の位置付けに関する説明文生成手法2024

    • 著者名/発表者名
      宗村 隆世, 大久保 文哉, 峰松 翼, 谷口 雄太, 島田 敬士
    • 学会等名
      第43回教育学習支援情報システム研究会 (CLE43)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] LLMによるプログラムエラーの説明に基づく教材ページ推薦手法2024

    • 著者名/発表者名
      松本 大輝, 谷口 雄太, 大久保 文哉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第43回教育学習支援情報システム研究会 (CLE43)
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] Analysing Learner Behaviour in an Ontology-Based E-learning System: A Graph Neural Network Approach2024

    • 著者名/発表者名
      Adam Wynn, Jingyun Wang, Zhongtian Sun, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The Fourteenth International Conference on Learning Analytics & Knowledge (LAK24 Companion Proceedings)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Deep learning Grade Prediction Model of Online Learning Performance Based on knowledge learning representation2024

    • 著者名/発表者名
      Shuaileng Yuan, Sukrit Leelaluk, Cheng Tang, Li Chen, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The 6th Workshop on Predicting Performance Based on the Analysis of Reading Behavior (LAK24 Data Challenge)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Educational Data Analysis using Generative AI2024

    • 著者名/発表者名
      Abdul Berr, Sukrit Leelaluk, Cheng Tang, Li Chen, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The 6th Workshop on Predicting Performance Based on the Analysis of Reading Behavior (LAK24 Data Challenge)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Students' Performance Prediction Based on Similarity between Online Textbooks and Questions2024

    • 著者名/発表者名
      任 永楽, 唐 成, 谷口 雄太, 峰松 翼, 大久保 文哉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第42回教育学習支援情報システム (CLE42)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Investigating Programming Performance Predictability from Embedding Vectors of Coding Behaviors2023

    • 著者名/発表者名
      Ikkei Igawa, Yuta Taniguchi, Tsubasa Minematsu, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      International Conference on Computers in Education 2023 (ICCE2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LECTOR: An attention-based model to quantify e-book lecture slides and topics relationships2023

    • 著者名/発表者名
      Erwin D. Lopez Z., Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Educational Data Mining (EDM2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Contrastive Learning For Reading Behavior Embedding in E-book System2023

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      The 24th International Conference on Artificial Intelligence in Education (AIED2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Comparative Analysis of Large Language Models for Contextually Relevant Question Generation in Education2023

    • 著者名/発表者名
      Ivo Lodovico Molina, 峰松 翼, 島田 敬士
    • 学会等名
      第41回教育学習支援情報システム (CLE41)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 生成AIを用いたシラバス情報の拡張と授業内トピック間類似度評価の検討2023

    • 著者名/発表者名
      尾崎 真大, 大久保 文哉, 峰松 翼, 島田 敬士
    • 学会等名
      第41回教育学習支援情報システム (CLE41)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 教育データの分散表現生成手法の提案とAt-risk学生検知への応用2023

    • 著者名/発表者名
      宮崎 佑馬, 峰松 翼, 谷口 雄太, 大久保 文哉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第40回教育学習支援情報システム研究発表会 (CLE40)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 視線情報による高解像度な学習ログの生成システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      後藤 健, 峰松 翼, 谷口 雄太, 大久保 文哉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第40回教育学習支援情報システム研究発表会 (CLE40)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Scaled-Dot Product Attention for Early Detection of At-Risk Students2022

    • 著者名/発表者名
      Sukrit Leelaluk, Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Takayoshi Yamashita, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Teaching, Assessment and Learning for Engineering (TALE2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Assessment of At-Risk Students’ Predictions From E-Book Activities Representations In Practical Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Erwin D. Lopez Z., Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada
    • 学会等名
      International Conference on Computers in Education 2022 (ICCE2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development and Evaluation of a Field Environment Digest System for Agricultural Education2022

    • 著者名/発表者名
      Kanu Shiga, Tsubasa Minematsu, Yuta Taniguchi, Fumiya Okubo, Atsushi Shimada, Rin-ichiro Taniguchi
    • 学会等名
      IFIP World Conference on Computers in Education (WCCE2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 学習システム間横断学習分析のための教育データ関連分析手法2022

    • 著者名/発表者名
      松尾 早一朗, 峰松 翼, 谷口 雄太, 大久保 文哉, 島田 敬士
    • 学会等名
      第38回教育学習支援情報システム研究発表会 (CLE38)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] イメージ・メディア理解研究室

    • URL

      https://limu.ait.kyushu-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2024 実績報告書 2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2025-12-26  

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