プログラミング演習におけるプログラム構造と不定な動作に対応した高速自動採点の研究

• 研究課題/領域番号: 23K02644
• 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: 大阪工業大学
• 研究代表者: 水谷 泰治 大阪工業大学, 情報科学部, 准教授 (10411414)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2026年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: プログラミング教育 / 自動採点 / 高速化

研究開始時の研究の概要

大学の学部規模で実施されるプログラミング演習では受講者が数百人規模になることもあり，効率的に課題を採点するために自動採点システムを用いることが多い．しかし，既存の自動採点ではソースコードや出力の単純な文字列検査に留まることが多く，プログラム構造に対する採点は不十分である．また，よく用いられるC言語では，不定な動作によって誤りのあるプログラムが正常に見える動作をし，正しく採点できないことが多い．
本研究ではこれらの状況に対応できる自動採点手法を確立する．さらに，受講者が数百人規模となるプログラミング演習においても演習中に即時に受講生にフィードバックできるように高速に採点する手法も確立する．

研究実績の概要

本研究は，大学等における数百人規模の受講生を有するプログラミング演習を対象とし，(P1)プログラムの構造を考慮した自動採点，(P2)不定な動作に対する自動採点，(P3)大量の課題プログラムに対する高速な自動採点，の3点を満たす自動採点手法の確立を目的としている．本研究では具体的なプログラミング演習として，大阪工業大学情報科学部で実施されている，C言語を用いたプログラミング演習を対象として研究を遂行する．
令和5年度は，(P1)(P2)を実現するために，C言語で記述されたソースプログラムの抽象構文木を構築するツールを開発した．また，(P2)を実現の一手法として，構築した抽象構文木から未初期化の局所変数の宣言を探索する手法，および，その宣言に対してダミーの初期化を付与するツールを開発した．
また，プログラミング演習において提出されたソースプログラムに対して，開発したツールの予備実験を行った．その結果，未初期化の変数を使用したことによるバグを良い精度で検出できることがわかった．
一方，(P3)については，本研究課題の実施前の段階から開発・運用してきた採点システムを改造し，採点対象となるプログラムや受講生を複数のグループに分割し，それらを並列に動作させる手法を検討し，開発を進めている途中である．

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

「研究実績の概要」で述べた(P1)(P2)(P3)について，(P1)と(P2)の進行度が当初の計画とは逆転しているものの，現時点では全体的には概ね当初の計画通りの進展と言える．

今後の研究の推進方策

未初期化の変数に対するダミー初期値の追加に関する機能について成果をまとめ，学会で発表する．また，プログラムの構造を考慮した自動採点手法について検討を開始する．採点システムの並列化については，引き続き開発を進め，正しく動作する段階にまで到達させる．