計算論的思考育成のための状態空間モデルを用いたプログラミング上の見通しの検知

計算論的思考は、獲得した知識を組み立てて、問題解決に向けた見通しを立てることを意味する。本研究では、知識を獲得したうえで、制約充足に向けて知識を組み上げるための見通しを立てる能力を系統的・定量的に判定する手法の開発に取り組んだ。本研究では、データサイエンスの手法を用いて、学習者から得られたデータを分析する。分析の対象となるデータは、学習時のふるまいと発話内容である。学習時のふるまいの分析では、第1に、データ分析のための数学授業における学習者の聴講態度から、論理的知識の獲得にどの程度注力しているかを推定する手法を構築した。第2に、問題解決に向けた創造性の推定のために、電子ペンを用いたタブレット端末への描画動作における筆記特性を分析する手法を提案した。第3に、グラフィック・ライブラリを用いた描画プログラミング時の学習者のふるまいをコーディング・ベクトルとして可視化して見通しの有無を判定する手法を開発した。学習者の発話内容の分析では、見通しを立てる能力を定量的に推定するために、与えられたテーマに関連した発話をどの程度行っているか自動評価する手法を提案した。自然言語処理の技術を用いて、テーマと発話の関連度を自動評価し、関連する発話をしているほどテーマに対し見通しを立てていると考える。これらの手法により、獲得した知識を、創造性を使って組み上げているときの特徴を抽出することができた。また、プログラミング時のふるまいの可視化により、コード断片からソースコードを記述する際に、ある機能的まとまりから別のまとまりへと推移していく学習者は、正解に向けぶれることなくプログラミングしていることが、可視化されたデータから読み取れた。これは見通しがあることを示唆している。さらに、見通しがない学習者は、正解に向けた流れからのぶれが大きいことも判った。

計算論的思考は、獲得した知識を組み立てて、問題解決に向けた見通しを立てることを意味する。本研究では、知識を獲得したうえで、制約充足に向けて知識を組み上げるための見通しを立てる能力を系統的・定量的に判定する手法の開発に取り組んだ。本研究では、データサイエンスの手法を用いて、学習者から得られたデータを分析する。分析の対象となるデータは、学習時のふるまいと発話内容である。学習時のふるまいの分析では、第1に、データ分析のための数学授業における学習者の聴講態度から、論理的知識の獲得にどの程度注力しているかを推定する手法を構築した。第2に、問題解決に向けた創造性の推定のために、電子ペンを用いたタブレット端末への描画動作における筆記特性を分析する手法を提案した。第3に、グラフィック・ライブラリを用いた描画プログラミング時の学習者のふるまいをコーディング・ベクトルとして可視化して見通しの有無を判定する手法を開発した。学習者の発話内容の分析では、見通しを立てる能力を定量的に推定するために、与えられたテーマに関連した発話をどの程度行っているか自動評価する手法を提案した。自然言語処理の技術を用いて、テーマと発話の関連度を自動評価し、関連する発話をしているほどテーマに対し見通しを立てていると考える。これらの手法により、獲得した知識を、創造性を使って組み上げているときの特徴を抽出することができた。また、プログラミング時のふるまいの可視化により、コード断片からソースコードを記述する際に、ある機能的まとまりから別のまとまりへと推移していく学習者は、正解に向けぶれることなくプログラミングしていることが、可視化されたデータから読み取れた。これは見通しがあることを示唆している。さらに、見通しがない学習者は、正解に向けた流れからのぶれが大きいことも判った。