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学生の集中度を向上させる教師の行動の特定および提案-人工知能モデルを使って

研究課題

研究課題/領域番号 22K02868
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分09070:教育工学関連
研究機関東京国際工科専門職大学

研究代表者

上條 浩一  東京国際工科専門職大学, 工科学部, 教授 (10881998)

研究分担者 鈴木 雅実  東京国際工科専門職大学, 工科学部, 教授 (50395141)
島崎 みどり (菅谷みどり)  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50434288)
大関 和夫  東京国際工科専門職大学, 工科学部, 教授 (90317363)
塩尻 亜希 (斎藤亜希)  東京国際工科専門職大学, 工科学部, 助教 (00883357)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード集中度 / 脳波計 / 脳波測定 / 授業構成 / 教師の行動 / 学生の行動 / 画像認識 / オンライン授業 / 人工知能モデル / 質の高い授業 / 脳波
研究開始時の研究の概要

新型コロナ感染症の影響等により、大学等において、オンラインでの授業や会議が頻繁に行われている。対面授業においては、質問をする、グループワークをさせる、等学生を授業に集中・緊張して参加させる方法が経験的に蓄積されているが、オンライン授業においても、同様の方法が同様の効果があるという保証はない。
本研究では、オンライン授業の録画動画像と学生の生体情報を用い、学生の集中度を向上させる教師の行動を特定するAIシステムを開発する。また、対面とオンラインでの集中度向上に効果的なコミュニケーション方法の類似点・相違点を明らかにし、対面授業も含めて、新たな効果的な教師の行動の提案、検証を行う。

研究実績の概要

本研究の目的は、大学での授業の動画像と授業中の学生の生体情報を用い、学生の集中度等を変化させる教師の行動(例:言動、教材、授業構成)を特定するシステムを開発し、それにより、学生の学習意欲、及び、学習効果を向上させることである。
令和4年度においては、pythonの補講授業を通して、3~6人の学生にヘアバンド型脳波計(muse-2)を装着させ、授業の構成や教師と、学生の集中度の関係の解析を行った。
令和5年度においては、主に、授業中の学生の動画と集中度の関係、授業以外のイベントにおける集中度(能面を観測したときの集中度の変化)、10人の学生に対する、1人4回、合計40回の個人授業(英語)における集中度の変化、および、学生がプレゼンテーションを行う際のオーディエンスの集中度の測定を行った。集中度は、脳波計から観測されるα波とβ波の割合(β/α)とした。
その結果、画像として収録した45時間の模擬授業から学生の表情の「笑い」,「眠気」,「PC 作業」,「凝視」の 4種に関して、face shieldのマスクを着けている状態でも、96%の精度で表情の認識が可能であること、能面に額縁をつけて鑑賞してもらうと集中度が高くなること、英語の個別指導では、集中度は授業前後のテスト時に高く、特に授業後のテストで学生がもっとも脳が活性化していること、および、学生のプレゼンテーションにおいては、質問とジョークが取り交わされているときに、オーディエンスの集中度が一番高くなることが判った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の目的である、学生の集中度等を変化させる行動を、大人数で行う授業だけでなく、個別指導、および授業以外のイベントにおいても具体的に特定できたため、おおむね順調との判断に至った。
研究実績の概要の所で述べた通り、個別指導においては、大人数の授業時とは異なり、授業前後のテスト時に集中度が高くなることが確認できた。令和4年度、5年度の結果を今後の授業へ反映させていきたい。
結果的に、国際学会論文2本(全て査読あり)、国内学会5本(全て査読なし)の発表を行った。

今後の研究の推進方策

今年度は、今まで行った研究成果をもとに、マルチモーダル(画像、音声、テキスト、脳波)で、教師の行動と学生の集中度との関係の解析を行いたい。また、集中度だけでなく、教師の行動と成績との相関、学生の性格が集中度、成績に与える影響の解析も行いたい。
さらに、これらの結果を模擬授業等に反映させ、その効果を確認したい。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Recognition of student facial expressions and movements during class, Effects of recognition through generated images and frontalization2024

    • 著者名/発表者名
      K.Ohzeki, A.Shiojiri, K.Kamijo, M.Suzuki
    • 雑誌名

      Proc. Of the 16th International Conference on Computer and Automation Engineering (ICCAE)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of teacher’s behavior on students’ concentration level2022

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kamijo, Aki Shiojiri(Saito), Kei Suzuki, Kazuo Ohzeki, Masami Suzuki, Midori Sugaya
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference on Future of Teaching and Education

      巻: 1-1 号: 1 ページ: 8-16

    • DOI

      10.33422/icfte.v1i1.7

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Analysis of the Relationship between Class Questionnaires, Testing, and Concentration in University Students' Group Programming Classes and Individual Language Classes2024

    • 著者名/発表者名
      Aki (SAITO)SHIOJIRI, Yuya KUSUZAWA, Koichi KAMIJO, Yuji KADOTA,Kei SUZUKI, Kazuo OHZEKI, Masami SUZUKI1, Midori SUGAYA
    • 学会等名
      the 10th international conference on education 2024,
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳波データとテスト結果からみる英語個別指導時における教育効果の検証2024

    • 著者名/発表者名
      塩尻(斎藤)亜希, 楠澤裕也、門田裕次、上條浩一,鈴木圭, 大関和夫, 鈴木雅実, 菅谷みどり
    • 学会等名
      教育システム情報学会 2023年度第5回研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳波計を使用した英語個別指導時の授業評価の試み2024

    • 著者名/発表者名
      塩尻(斎藤)亜希, 楠澤裕也, 上條浩一, 門田裕次, 鈴木圭, 大関和夫, 鈴木雅実, 菅谷みどり,
    • 学会等名
      日本教育工学会2024年春季全国大会(第44回大会)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 人はどのように能面を見て感じるのか?2023

    • 著者名/発表者名
      麻生 りり子, 上條, 浩一, 鈴木 雅実, 茂垣 智哉
    • 学会等名
      第28回日本顔学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 能面を鑑賞する際の視線移動と注視箇所の分析2023

    • 著者名/発表者名
      茂垣 智哉、鈴木 雅実、上條 浩一、麻生 りりこ
    • 学会等名
      第25回日本感性工学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 授業中の学生の表情・動作の認識-生成画像と正面化による認識の効果について-2023

    • 著者名/発表者名
      大関 和夫、 塩尻(斎藤)? 亜希、上條 浩一、鈴木 雅実
    • 学会等名
      電子情報通信学会、教育工学研究会(ET)、信学技報ET2023-39
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳波測定器Muse2による正確な脳波データの取得法分析2023

    • 著者名/発表者名
      安部拓磨,篠崎諒,塩尻(斎藤)亜希,上條浩一,大関和夫,鈴木雅実
    • 学会等名
      教育システム情報学会 2022年度 第6回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect Of Techer’s In-Class Materials and Progress on Students’ Concentration and Comprehension2023

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kamijo, Aki Shiojiri(Saito), Kei Suzuki, Kazuo Ohzeki, Masami Suzuki, Midori Sugaya
    • 学会等名
      9th International Conference on Education 2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 授業中の受講生の典型的な表情の認識 ~集中度・理解度との関係を構築するため~2023

    • 著者名/発表者名
      大関和夫, 塩尻(斎藤)亜希, 上條浩一, 鈴木雅実
    • 学会等名
      情報処理学会第169回コンピュータと教育研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳波・小テスト・アンケートを用いた少人数授業における集中度と理解度の変移2022

    • 著者名/発表者名
      塩尻(斎藤)亜希, 上條浩一, 鈴木圭, 大関和夫, 鈴木雅実, 菅谷みどり
    • 学会等名
      教育システム情報学会2022年度 第4回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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