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2023 年度 実施状況報告書

プログラミング的思考育成のための機能・振舞い・構造の観点の部品拡張支援環境の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K12322
研究機関千葉工業大学

研究代表者

東本 崇仁  千葉工業大学, 情報科学部, 教授 (10508435)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードプログラミング的思考 / プログラミング学習 / 構造・振舞い・機能 / 課題系列 / 可視化 / トレース / ロボットプログラミング / ゲーミフィケーション
研究実績の概要

2023年度はプログラミングにおける構図(ソースコード)と振舞い(実行時の変数の遷移や出力など)の対応付けのためのシステムを開発し,研究室規模での実験を行った.また,その結果について国際会議にて発表を行った.本実験では大きく2つの事項を明らかにした.まず,上記システムのプロトタイプとなるシステムは以前より作成していたが,演習の生成は教授者が手動で入力していた.一方本システムは,ソースコードを読みこみ,ソースコードと振舞いの対応関係のための演習を自動生成するシステムである.実験の結果,以下の2点が明らかになった.(1)自動生成システムであっても,教授者が手動で作成した質の高い演習問題に対してそん色ないこと.(2)また,教科書に掲載されているサンプルとなるソースコードのうち,大部分が自動生成の対象となりえること.以上により,教授者が問題を指定したのち,演習問題を自動生成し,学習者の構造と振舞いの対応付けの理解のための演習を実践できることが明らかになった.
さらに,別のシステムとして,ロボットプログラミングを用いた振舞いの可視化についてを検討し,システムを開発している.特に,本システムでは知識の共有に焦点を当て,他の学習者の作成したソースコードを閲覧し,学べる環境を提案している.その中で,「レベルに差がありすぎる学習者のソースコードより,近い学習者の方が参考になる」という仮説を立て,知識の共有を制限するシステムを開発し,実験室環境で実施した.結果として,知識の共有を制御しないグループにおいても一定の学習効果が得られたが,一部,学力の向上が行えない被験者が発生し,このような被験者における知識の共有の可能性が検討された.

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

当初の計画では,2023年度に課題系列を作成するつもりであったが,これは2022年度に行えた.そのため,この点では順調に遂行できている言える.しかし,2023年度に大学を異動したため,当初予定していた大学での実践についての状況に変化があったため,この変化に対応して,実践環境を整える必要がある.
また,中学校での実践については,(力学の範囲ではあるが)誤りの可視化についての実践を協力していただき,今後,プログラミングにおける実践についても検討することとなる.

今後の研究の推進方策

上述したことと重なるが,今後は中学・大学における授業実践についての計画の立案を行う必要がある.またさらに,システムのインタフェイスを実践に耐えうるようにブラッシュアップする必要があり,そのフェーズを検討することが必要となる.

次年度使用額が生じた理由

概ね予定通りに支出しているが,予定していた英文校正費の見積もりよりやや安価になったため,この差額が生じた.
次年度は,学会発表の件数を当初の予定より増やすことにより,使用を予定している.

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Classroom implementation of an auxiliary problem presentation system for mechanics adapted to learners’ errors2024

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, N., Maeda, S., Mogi, T., Koike, K., Tomoto, T., Imai, I., Horiguchi, T., and Hirashima, T.
    • 雑誌名

      Research and Practice in Technology Enhanced Learning

      巻: 19 ページ: 1-28

    • DOI

      10.58459/rptel.2024.19026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 仮想ロボットプログラミングを用いたコード共有プラットフォームの開発と評価2023

    • 著者名/発表者名
      前田新太郎, 茂木誠拓, 古池謙人, 東本崇仁
    • 雑誌名

      教育システム情報学会誌

      巻: 40(3) ページ: 240-245

    • DOI

      10.14926/jsise.40.240

    • 査読あり
  • [雑誌論文] プログラミングの機能的階層構造の学習環境における習熟度を考慮した適応的フィードバック機能の評価2023

    • 著者名/発表者名
      古池謙人, 藤島優希, 東本崇仁, 堀口知也, 平嶋宗
    • 雑誌名

      教育システム情報学会誌

      巻: 40(3) ページ: 234-239

    • DOI

      10.14926/jsise.40.234

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Classroom Practice Using a Code-Sharing Platform to Encourage Refinement Activities2023

    • 著者名/発表者名
      Maeda, S., Koike, K., and Tomoto, T.
    • 雑誌名

      HCI International 2023. Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14016 ページ: 286-297

    • DOI

      10.1007/978-3-031-35129-7_21

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Learning Support System for Programming that Promotes Understanding of Source Code Function Through Behavior Modeling2023

    • 著者名/発表者名
      Matsui, T., Maeda, S., Koike, K., and Tomoto, T.
    • 雑誌名

      HCI International 2023. Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14016 ページ: 298-309

    • DOI

      10.1007/978-3-031-35129-7_22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal for Automatic Problem and Feedback Generation for Use in Trace Learning Support Systems2023

    • 著者名/発表者名
      Mogi, T., Tateiwa, Y., Tomoto, T., and Akakura, T.
    • 雑誌名

      HCI International 2023. Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14016 ページ: 310-321

    • DOI

      10.1007/978-3-031-35129-7_23

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal for a Semi-subjective Learning Support System with Operation Indices Targeting Vectors2023

    • 著者名/発表者名
      Jumonji, T., Aikawa, N., and Tomoto, T.
    • 雑誌名

      HCI International 2023. Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14016 ページ: 263-273

    • DOI

      10.1007/978-3-031-35129-7_19

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Classroom Test Results for an Error-Based Problem Presentation System for Mechanics2023

    • 著者名/発表者名
      Aikawa, N., Maeda, S., Mogi, T., Koike, K., Tomoto, T., Imai, I., Horiguchi, T., and Hirashima, T.
    • 雑誌名

      HCI International 2023. Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14016 ページ: 213-224

    • DOI

      10.1007/978-3-031-35129-7_15

    • 査読あり
  • [学会発表] プログラミングにおける振舞いモデルと機能解釈の理解を促す学習支援システムの評価2024

    • 著者名/発表者名
      松爲泰生, 前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁
    • 学会等名
      人工知能学会第100回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] 他者のコードからの学びを促すコード共有型プログラミング学習プラットフォームにおける共有制御の有無による効果の検証2024

    • 著者名/発表者名
      前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁
    • 学会等名
      人工知能学会第100回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] 誤りの可視化モデルの拡張に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      東本崇仁, 古池謙人
    • 学会等名
      人工知能学会第100回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] ベクトルを対象として操作指標を用いた半主体的な学習を促す環境の開発と評価2024

    • 著者名/発表者名
      十文字智人, 相川野々香, 東本崇仁
    • 学会等名
      人工知能学会第100回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] EBSにおける力の因果関係に基づく補助問題自動生成システムの授業実践の結果の分析2024

    • 著者名/発表者名
      相川野々香, 前田新太郎, 茂木誠拓, 古池謙人, 東本崇仁, 林健彦, 今井功, 堀口知也, 平嶋宗
    • 学会等名
      人工知能学会第100回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] プログラミングの文章問題における問題解決過程モデルに基づく学習支援システムの開発2024

    • 著者名/発表者名
      白髭虹輝, 松爲泰生, 前田新太郎, 東本崇仁
    • 学会等名
      2023年度JSiSE学生研究発表会
  • [学会発表] 誤りの可視化システムにおけるもっともらしさ向上を指向した解答と可視化の対応付け手法の提案2024

    • 著者名/発表者名
      中村祐希人,相川野々香,東本崇仁
    • 学会等名
      2023年度JSiSE学生研究発表会
  • [学会発表] Evaluation of an Automatic Generation System for Tracing Tasks Based on Textbook Programs2023

    • 著者名/発表者名
      Mogi, T., Tateiwa, Y., Tomoto, T., Akakura, T.
    • 学会等名
      Workshop Proceedings of the International Conference on Computers in Education ICCE 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a Semi-Active Learning Support System with Operation Index for the Mathematics of Vectors2023

    • 著者名/発表者名
      Jumonji, T., Aikawa, N., Tomoto, T.
    • 学会等名
      Workshop Proceedings of the International Conference on Computers in Education ICCE 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] プログラミング課題における問題文からソースコードの作成を指向した問題解決過程のモデル化と学習手法の提案2023

    • 著者名/発表者名
      白髭虹輝, 松爲泰生, 東本崇仁
    • 学会等名
      人工知能学会第98回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] 誤りの可視化システムのフィードバックに対する発話プロトコル分析を用いた分析方法の提案と結果2023

    • 著者名/発表者名
      中村祐希人, 相川野々香, 東本崇仁
    • 学会等名
      人工知能学会第98回先進的学習科学と工学研究会
  • [学会発表] 力学における力の因果関係に基づく再帰的な補助問題自動生成システムの試作2023

    • 著者名/発表者名
      相川野々香, 前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁, 堀口知也, 平嶋宗
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] プログラミング課題の文章問題を対象とした問題解決過程のモデル化と学習支援環境の提案2023

    • 著者名/発表者名
      白髭虹輝, 松爲泰生, 東本崇仁
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] コードの洗練活動を促すコード共有型プログラミング学習プラットフォームにおける静的な評価指標の検討2023

    • 著者名/発表者名
      前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] ベクトルを対象とした操作の要求により半主体的な試行錯誤を促すシステムの提案2023

    • 著者名/発表者名
      十文字智人, 相川野々香, 東本崇仁
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] プログラムトレース課題を自動生成するシステムを用いたトレース学習の実現可能性に関する調査2023

    • 著者名/発表者名
      茂木誠拓, 立岩佑一郎, 東本崇仁, 赤倉貴子
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] 誤りの可視化フィードバックに対する発話プロトコルを用いた分析方法の提案と分析結果の報告2023

    • 著者名/発表者名
      中村祐希人, 東本崇仁
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] 教える活動を通じた物理における制約理解を指向したTeachable Agent Module for Error-visualizationの開発2023

    • 著者名/発表者名
      荻田将徳, 前田新太郎, 相川野々香, 古池謙人, 東本崇仁
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] プログラミングを対象とした振舞いモデルから機能の解釈を支援するシステムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      松爲泰生, 前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁
    • 学会等名
      教育システム情報学会全国大会講演論文集
  • [学会発表] プログラムトレース課題を自動生成可能な学習支援システムに対する予備的評価2023

    • 著者名/発表者名
      茂木誠拓, 立岩佑一郎, 東本崇仁, 赤倉貴子
    • 学会等名
      2023年度 人工知能学会全国大会(第37回)
  • [学会発表] コード共有プラットフォームにおける戦略を考慮した評価指標の実装とその評価2023

    • 著者名/発表者名
      前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁
    • 学会等名
      2023年度 人工知能学会全国大会(第37回)
  • [学会発表] 力学を対象とした力の因果関係に基づく補助問題の自動生成システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      相川野々香, 前田新太郎, 古池謙人, 東本崇仁, 堀口知也, 平嶋宗
    • 学会等名
      2023年度 人工知能学会全国大会(第37回)
  • [学会発表] ベクトルを対象とした半主体的な学習を促す学習環境の提案2023

    • 著者名/発表者名
      十文字智人, 相川野々香, 東本崇仁
    • 学会等名
      2023年度 人工知能学会全国大会(第37回)

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公開日: 2024-12-25  

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