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プログラム挙動可視化ツール活用型オンライン演習のためのモデル授業・電子教材集開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K12290
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62030:学習支援システム関連
研究機関静岡大学

研究代表者

伊東 幸宏  静岡大学, 情報学部, 名誉教授 (20193526)

研究分担者 小西 達裕  静岡大学, 情報学部, 教授 (30234800)
山下 浩一  常葉大学, 経営学部, 教授 (30340110)
小暮 悟  静岡大学, 情報学部, 教授 (40359758)
野口 靖浩  静岡大学, 情報学部, 准教授 (50536919)
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: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードプログラム挙動可視化 / オンライン教育 / プログラミン教育 / 教材開発 / プログラミング演習支援システム / オンライン演習支援
研究開始時の研究の概要

本研究ではオンラインプログラミング演習で生じる問題点のいくつかをプログラム挙動可視化システムTEDViTを拡張して解決する。
(a)オンライン演習における教師と学習者の質疑応答のターン数を低減するため、TEDViT上で再現されたプログラムの挙動にメッセージを書き込むことで対話を行える学習環境を構築
(b) TEDViTの可視化ルールを学習者に編集させ、教材を作らせることを通じてLearning by Teaching 型演習を行う学習環境を構築
(c)これらを活用した演習の実践及び評価
(d)これらを活用した演習のための教材ライブラリの構築と公開

研究実績の概要

研究代表者らは先行研究でプログラム挙動可視化システムTEDViT(Teacher's Explaining Design Visualization Tool)を開発し、複数の教育実践を行っている。類例システムにないTEDViTの特長として、挙動の「見せ方」を教師がルール(本研究では可視化ルールと呼ぶ)の記述によってカスタマイズできる。近年のCovid-19流行に伴って教育現場に劇的変化が生じ、多くの教育機関でプログラミング演習のオンライン開講を余儀なくされる ようになった。一般に演習をオンライン化するには種々の工夫が必要だが、我々のこれまでの研究ではオンライン演習は対象になっていない。そこで本研究ではオンラインプログラミング演習で生じる問題点のいくつかをこのTEDViTを拡張して解決する。 令和5年度は、これまでに開発したシステムの教育実践への導入とその評価を中心に検討した。特に研究分担者の担当授業を中心に、実授業(プログラミング演習)のオンライン授業にこれを導入することを試みた。以下に掲載する雑誌論文2.では、ステップ毎にプログラムの挙動を可視化する機能を持つシステムをプログラミング演習に導入し、その学習効果について評価し、肯定的な結果を得ている(国際学会ICCEにて査読付き論文として発表)。雑誌論文3.では、対面で行う演習とオンデマンドで行う演習のそれぞれについて、学習者のプログラミングの行き詰まりを検出する機構を導入し、学習効果および学習者を指導する教員やティーチングアシスタントからみた有効性の評価を行い、肯定的な結果を得ている(国際学会AIEDにて査読付き論文として発表)。学会発表2(査読なし)は雑誌論文3.のための基礎的検討である。

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

本研究の当初の研究計画において令和5年度は「開発した各機能を持つシステムの教育実践への導入:研究分担者の担当授業を中心に、実授業のオンライン演習にこれを導入する」という期間にあたっている。我々はこのことに対応して、上の「研究実績の概要」欄で述べた通り、いくつかのプログラミング演習系授業に対して本研究で開発したシステムを導入し、その効果などを評価するという成果を挙げている。またその成果は学習教育支援システム・教育工学分野における著名な国際学会であるICCE(International Conference on Computers in Education)[雑誌論文2.]およびAIED(Artificial Intelligence in Education) [雑誌論文3.]にて査読付き論文として採択されており、国際的にも高い評価を受けているといえる。これらの成果を挙げる過程で、研究代表者と研究分担者の協力関係は十分に機能しており、これは上記の発表論文において代表者と分担者の連名での発表が多く行われていることからも伺える。
以上の成果は当初予定していた成果の水準を十分満たすものではあるが、予想を大きく上回るような画期的な技術上の提案や想定以上に極めて高い有効性の実証を行えたとまでは言い難い。よって総合的には現在までの進捗状況を「(2)おおむね順調に進展している」と評価するのが妥当であろうと考えている。

今後の研究の推進方策

令和6年度においては、当初の予定通り令和5年度から引き続いて「開発した各機能を持つシステムの教育実践への導入:研究分担者の担当授業を中心に、 実授業のオンライン演習にこれを導入する」(「」内申請時研究計画調書より)を行うとともに、「上記の枠組みでの授業実践及び評価と普及:実践した授業に関して1年単位でPDCAサイクルを実行する。その過程で必要に応じてシステムの機能拡張を行う。」(「」内同上)ことを進める。前年度の評価の中でシステムの機能拡張のための着想は得られており、これを実現することでPDCAサイクルを回すことができる。また構築した教材は適宜公開し、提案手法の普及展開に努める。得られた成果は内外の学習教育支援システム・教育工学分野の学会にて積極的に発表し、当該分野の発展に貢献する。本研究は令和6年度が最終年度であるため、研究期間中の成果を集約して冊子もしくは電子データとしての公開を行う。また論文や構築した教材データなどのオープンアクセス化に取り組むなど、情報公開に努めることとする。

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

    (8件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Classroom Practice with Learning Support System for Program Design Using Mock Technique Based on Testability2023

    • 著者名/発表者名
      Masaya MURAMATSU, Yasuhiro NOGUCHI, Satoru KOGURE, Koichi YAMASHITA, Tatsuhiro KONISHI, Yukihiro ITOH
    • 雑誌名

      SN Computer Science

      巻: 4 号: 5 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1007/s42979-023-02096-2

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Program Visualization System Supporting Teacher-Intended Stepwise Refinement2023

    • 著者名/発表者名
      Koichi YAMASHITA, Hiroki SOMA, Satoru KOGURE, Yasuhiro NOGUCHI, Raiya YAMAMOTO, Tatsuhiro KONISHI, Yukihiro ITOH
    • 雑誌名

      Proceedings of ICCE 2023

      巻: 1 ページ: 435-440

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Practice of Tutoring Support System Based on Impasse Detection for Face-to-Face and On-Demand Programming Exercises2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro NOGUCHI, Tomoki IKEGAME, Satoru KOGURE, Koichi Yamashita, Raiya Yamamoto, Tatsuhiro KONISHI
    • 雑誌名

      Proceedings of AIED 2023

      巻: 1831 ページ: 334-340

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction Support Systems Between Teachers and Visual Content for Effortless Creation of Program Visualization2023

    • 著者名/発表者名
      Koichi YAMASHITA, Miyu SUZUKI, Yusuke KITO, Yusuke SUZUKI, Satoru KOGURE, Yasuhiro NOGUCHI, Raiya YAMAMOTO, Tatsuhiro KONISHI, Yukihiro ITOH
    • 雑誌名

      Research and Practice in Technology Enhanced Learning (RPTEL)

      巻: 18 ページ: 1-31

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Learning Support System Visualizing Relationships Among Classes and Objects Based on Teacher’s Intent of Instruction2022

    • 著者名/発表者名
      Koichi YAMASHITA, Yusuke SUZUKI, Satoru KOGURE, Yasuhiro NOGUCHI, Raiya YAMAMOTO, Tatsuhiro KONISHI, Yukihiro ITOH
    • 雑誌名

      Proceedings of ICCE2022

      巻: 1 ページ: 314-316

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 自動テスト環境下におけるプログラミング演習での学習活動に関する考察2024

    • 著者名/発表者名
      山本 頼弥,岩清水 玲音,野口 靖浩,小暮 悟,山下 浩一,小西 達裕
    • 学会等名
      人工知能学会 先進的学習科学と工学研究会(ALST研)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] プログラミング演習中の学習者の演習行動履歴の分析結果を用いた演習支援”2023

    • 著者名/発表者名
      小暮 悟, 池亀 智紀, 野口 靖浩, 山下 浩一, 山本 頼弥, 小西 達裕
    • 学会等名
      人工知能学会 第37回全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 場当たり的なデバッグを行ってしまう学習者向け体系的デバッグ手順学習支援環境の複数関数を含むプログラムへの対応2023

    • 著者名/発表者名
      山本 頼弥, 野口 靖浩, 小暮 悟, 山下 浩一, 小西 達裕, 伊東 幸宏
    • 学会等名
      人工知能学会 先進的学習科学と工学研究会
    • 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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