VR技術を用いた物理教育システムの開発

利用VR技术开发物理教学系统

• 批准号: 15020247
• 负责人: 松原 行宏
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Hiroshima City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15020247/
• 关键词: 教育支援システム; バーチャルリアリティ; 反力デバイス; 没入感; 理数科系教育; 初等力学; 滑車; 学習者モデル

反力デバイスを利用した実験環境として,15年度に知的な学習支援の枠組みであるITSとバーチャルリアリティを結合した学習支援システムVR-ITSの枠組みを設計し,物理の教材を対象として第1のプロトタイプシステムを構築した.具体的には滑車の題材を取り上げ,動滑車と定滑車のモデルをコンピュータ内部に持たせ,VR型の装置である反力デバイス(PHANToM)を用いて滑車の操作が可能なシステムが完成した.これは,知的好奇心を喚起した上で,初等力学の基本的な概念(運動法的式,力とつりあい等)の学習を支援することを目標としている.一方,16年度は,プロトタイプシステム1を用いて予備実験を実施し,基本的機能の動作と有効性を確認した.また,その知見を基に,基本システムとコンテンツの拡張を行った.具体的には,第2のプロトタイプシステムとして,物体の運動のひとつである鉛直投げ上げの題材を扱うシステムの構築を行った.本システムで学習できる知識には定量的なものと定性的なものがあり,前者は投げ上げに関する定量的な関係を表した基本公式であり,後者は速度の変化などに関する定性的な性質である.本システムでは,学習者が与えられた問題に解答し,仮想実験室を通じて確認するプロセスで進めることを想定している.問題は投げ上げの基本公式から解答が導出できるものであり,初速度は学習者による投げ上げ動作から検出する.すなわち,学習者が問題作成に関与することを意図している.また,工業高等専門学校において,15年度に完成したシステム1(滑車の題材)と16年度前期に構築したシステム2(鉛直投げ上げの題材)の評価を行った.システム1に対して,反力デバイスを用いたシステムと,マウスで同等な操作が擬似的に行えるシステムによる比較実験を実施した.その結果,特に学習態度が積極的な生徒が反力デバイスを使用した場合,記述式問題の成績が実験時も実験後も極めて良好であった.全般にアンケートやビデオなどから反力デバイスに関心を持っている様子や好奇心を抱いている様子も見て取れ,知識だけでなく(重さに対するセンシティビティも含め)感性にも作用する可能性が示された.次に,システム2に対して,反力デバイスの操作感の違いによる学習効果を比較した.学習コンテンツの拡張により,反力デバイスの用途の拡張が可能であることが示されたので,同じ用途における用法の違いの影響を分析した.仮想実験室内の学習者を表した人形の動きと学習者の動作の類似関係は作業効率に影響するだろうから学習効果にも関係するのではないかという点に着眼した.そこで反力デバイスの持つ部位が同じで把持形態の異なるグループで投げ上げ作業を実行しながら物体の運動の問題を解いてもらった.具体的には,実験前の知識が仮想実験室での実験を通じてどう変化するか,速度と時間の定性的関係を選択肢から選ばせることで調べた.その結果,用法について明確な差異はなかったものの実験によって知識が変化した生徒がどちらのグループにも見られた.身体動作を伴った問題作成への関与,主体的に実験条件を制御する中で自分の考えの確認,力覚が刺激となった発想,などに起因したと推察される.反力デバイスは知識を点検する手段となったが,用途と用法については精査する必要があることもわかった.

In response to this, the 15-year-old learning support group was designed to combine learning support with physical education materials. The specific pulley theme is selected from the upper part, the movable pulley and the fixed pulley, and the inner part is held, and the VR type device is equipped with a reaction force (PHANToM). The curiosity of knowledge is aroused, and the basic concepts of elementary mechanics (equations of motion, forces, etc.) are supported by learning. On the other hand, in 2016, the basic functions and functions of the system were confirmed. The basic idea is to create a new environment for the future. Specifically, the second part of the theme is the construction of the motion of the object. The knowledge of this system is both quantitative and qualitative, the former is quantitative and qualitative, the latter is qualitative and qualitative, the former is quantitative and qualitative. This article is about the learner's understanding of how to solve the problem and how to make sure that the problem is solved. The basic formula of the problem is to cast the upper part of the problem, and the initial speed is to cast the upper part of the problem, and the solution is to cast the upper part of the problem. The learner makes the problem and the meaning. In the middle of the year, the industrial high school completed the first stage of the project (the theme of the pulley) and the first stage of the project (the theme of the vertical projection) in the early stage of the year. In the first place, the reaction force is used to compare the results of the simulation. As a result, the attitude of learning is especially positive, and the reaction is very good when it is used. All kinds of knowledge and knowledge are available to show the possibility of emotional interaction. Second, the system 2, the reaction force, the operation feeling and the learning effect are compared. Study the influence of the usage of the reaction on the possibility of the reaction. The relationship between the learner's behavior and the learner's behavior in the classroom is similar to that of the learner's performance. The reaction force of the reaction force is different from that of the control form. The problem of the movement of the object is solved. Specific, prior knowledge of the process, the process of the process, the qualitative relationship between speed and time, the selection of the process, the adjustment of the process. As a result, the usage of the word is clear, the difference is clear, and the knowledge is changed. Body movement is associated with the problem of creating a relationship between the subject and the condition of the subject, which is self-identified, stimulated, thought, cause, and inference. For example, if you want to know more, you can use it.

项目成果

T.Yamasaki, Y.Matsubar 他: "Eye tracking evaluation using eye camera for visual pointing interface"Int.Conf.on Computers in Education. ICCE2003. 790-793 (2003)

T.Yamasaki、Y.Matsubar 等人：“使用眼睛相机进行视觉指向界面的眼睛跟踪评估”Int.Conf.on Computers in Education2003 (2003)。

岩根典之, 中村学, 松原行宏 他: "オントロジー指向の検索について"電子情報通信学会技術研究報告. Vol.103,No.536. 105-110 (2003)

Noriyuki Iwane、Manabu Nakamura、Yukihiro Matsubara 等人：“面向本体的搜索”IEICE 技术报告，第 103 卷，第 536 期。105-110 (2003)

筆記具の動きを学ぶ体感型書き方学習システム

学习书写工具动作的体验式书写学习系统

• 发表时间: 2004
• 期刊: 電子情報通信学会論文誌 Vol-J87-D-I, No.12
• 作者: 稲見望;松原行宏;山崎敏範 他
• 通讯作者: 山崎敏範 他

Development of VR-based physics e-learning system using haptic device

使用触觉设备开发基于 VR 的物理电子学习系统

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of the Seventh International Conference on Industrial Management ICIM2004 Vol.7
• 作者: M.Inoue;Y.Matsubara;他
• 通讯作者: 他

VR技術を用いた物理教育システム

利用VR技术的物理教育系统

• 发表时间: 2004
• 期刊: 平成16年度情報処理教育研究集会講演論文集
• 作者: 松原行宏;岩根典之;中村学
• 通讯作者: 中村学