2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on a Method to Facilitate Computational Thinking through Construction of Human Problem-Solving Models
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20K12096
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
小島 一晃 帝京大学, 理工学部, 准教授 (30437082)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三輪 和久 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (90219832)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | computational thinking / 計算機モデル / モデル構築学習 / 問題解決 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の教育研究では「計算機科学者のように思考する」ことを意味するComputational Thinking (CT)に注目が集まっている．CTに唯一の明確な定義はないとされるが，「（人間と計算機を含む）情報処理エージェントが効率的に実行可能な形式で解法が表現されるように，問題と解法を定義する思考過程」という説明で概ね了承されている．情報分野の専門家に限らず，CTは問題解決一般において，誰にとっても重要なスキルとなっている．国内外におけるCTの育成は初等中等教育が対象の中心となっているが，高等教育を対象としたCTの育成方法も必要であると考えられる．本研究では，高等教育を対象として，人間の問題解決を再現する計算機モデルを構築することを通じた学習者のCT促進のフレームワークと，学習支援手法の考案を行う．これは，認知科学の分野において計算機科学者が実践してきたアプローチである．
2021年度においては，2020年度に考案した学習フレームワークに基づき，学習支援手法の考案と実現を行った．本手法で実現したシステムでは，学習者はプロダクションシステムを用いた計算機モデルの構築を，問題表現の視覚化の支援を受けながら低負荷で経験し，その後この経験を転移して新たなモデルを構築することが可能である．また，学習者がプロダクションシステムによるシミュレーションモデルを用いて，人間の認知過程を統制実験により検討することが可能なシステムをあわせて実現した．今年度はさらに，これらシステムを授業実践において適用し，学習者の振る舞いの観察を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度実現したシステムは動的な教科書コンテンツを持ち，学習者が計算機モデルを構築する過程を段階的に支援する機能を持つ．しかし，この教科書の支援を受けて学習を行っても，依然計算機モデルにおける問題表現の理解に失敗し，計算機モデル構築の経験を転移する活動で失敗するケースが多く観察された．そのため，単に計算機モデルにおける問題表現を視覚化する以上に，学習者が問題表現を理解するための支援が必要であるという新たな課題が判明したことが，やや遅れていると判断される原因である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最後のステップとして，情報科学や情報工学を専門としない大学生を対象とし，人間の問題解決を再現する計算機モデルを構築することで，CTに関連する思考スキルの育成を目指す授業実践を設計し，展開する．情報の専門スキルを訓練していない学習者は，計算機モデルの問題表現の理解に困難さを示すことに留意し，授業で用いる題材を見直し，このような学習者にとって利益がある課題コンテンツを考案する．その上で，本授業実践の評価を行う．
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| Causes of Carryover |
研究分担者との研究打ち合わせや，国内外の会議参加を通じた情報収集のために旅費を支出する予定であった．しかし，コロナ禍によってこれらが全て中止となり，オンラインでの打ち合わせや会議参加に振り替えられたため，旅費の支出がなくなった．関連研究者との情報交換が十分にできない状況にあるため，来年度において出張が可能になれば，そのために支出する．
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