教育用立体図形シミュレーターの開発と評価

切断、投影等の操作的活動に関する教育を支援するCGソフトウェア、および、ノート型パソコンと29"オートスキャンモニタを用いた立体図形教育用システムー立体図形シミュレーターーを作成した。本CGソフトウェアの開発に当たっては、以下の点に留意した。(1)分かり易く立体感の得易い表示:CGでは、一般に3次元の"立体"をディスプレイ上に2次元の"図"として表示する。"図"においては、"立体"の持つ奥行き情報が失われがちであり、"図"から"立体"情報を読み取ることは、必ずしも容易なことではない。そこで、認知心理学で得られている知見等を参考にして、できるだけ立体感の得易い表示を目指した。具体的には「運動奥行き効果(動きのある図は立体的に感ずる)」を利用するためにリアルタイムでの動的表示等を実現した。(2)任意立体の自在な切断:本シミュレータでは、ソリッドモデルを採用することにより、任意立体の自在な切断を可能とした。ソリッドモデルと前述の動的表示を組み合わせることにより、切断面を少しづつ動かしながら切口の形状の変化を生徒に観測させるなど、従来、模型ではできなかった新しい教示法を可能とした。(3)任意立体の投影が可能:投影変換機能を持たせることにより、任意立体の任意方向からの投影を可能とした。東京大学教育学部付属中学校において、中学校1年生の生徒を対象にして実験を行い、上記システムの教育効果を評価した。この実験では、ミニカリキュラムに沿って、生徒にシミュレーター上で立体に対する投影、切断などの操作活動を体験させ、その学習過程をプロトコル分析等により分析した。その結果、本システムのリアルタイム動的表示機能や、立体の切断機能が、立体の直観的理解を助けることが示された。

切断、投影等の操作的活動に関する教育を支援するCGソフトウェア、および、ノート型パソコンと29"オートスキャンモニタを用いた立体図形教育用システムー立体図形シミュレーターーを作成した。本CGソフトウェアの開発に当たっては、以下の点に留意した。(1)分かり易く立体感の得易い表示:CGでは、一般に3次元の"立体"をディスプレイ上に2次元の"図"として表示する。"図"においては、"立体"の持つ奥行き情報が失われがちであり、"図"から"立体"情報を読み取ることは、必ずしも容易なことではない。そこで、認知心理学で得られている知見等を参考にして、できるだけ立体感の得易い表示を目指した。具体的には「運動奥行き効果(動きのある図は立体的に感ずる)」を利用するためにリアルタイムでの動的表示等を実現した。(2)任意立体の自在な切断:本シミュレータでは、ソリッドモデルを採用することにより、任意立体の自在な切断を可能とした。ソリッドモデルと前述の動的表示を組み合わせることにより、切断面を少しづつ動かしながら切口の形状の変化を生徒に観測させるなど、従来、模型ではできなかった新しい教示法を可能とした。(3)任意立体の投影が可能:投影変換機能を持たせることにより、任意立体の任意方向からの投影を可能とした。東京大学教育学部付属中学校において、中学校1年生の生徒を対象にして実験を行い、上記システムの教育効果を評価した。この実験では、ミニカリキュラムに沿って、生徒にシミュレーター上で立体に対する投影、切断などの操作活動を体験させ、その学習過程をプロトコル分析等により分析した。その結果、本システムのリアルタイム動的表示機能や、立体の切断機能が、立体の直観的理解を助けることが示された。