Development of a learning support environment for extending components in terms of function, behavior, and structure to acquire computational thinking

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文部科学省はプログラミング的思考を「自分が意図する一連の活動を実現するために、どのような動きの組合せが必要であり、一つ一つの動きに対応した記号を、どのように組み合わせたらいいのか（略）といったことを論理的に考えていく力」と定義している．この力の育成には，①意図と動きの対応の理解，②動きと記号の対応の理解，が必要となると言える．そこで本研究では，デバイスオントロジーの知見を参考に，機能（意図），振舞い（動き），構造（記号）の3側面の対応付け支援を実現する．さらに，ここで獲得される機能・振舞いが結びついた構造を「部品」と呼称し，部品を高度化させるために拡張する手法を実現し，さらに個別診断・フィードバックを備えた学習支援システムを開発する．具体的には，学習者にある機能（意図する活動）を実現するための，構造（ソースコード）を構築させ，次に今構築したものを部品として，より大きな機能を構築させる，これを繰り返すことで部品を段階的に拡張させる手法を実現する．この際，学習者が構造の誤りを犯した場合，個別の構造の誤りについて，どのような振舞いになるか，またその振舞いではなぜ機能を実現できないかをフィードバックとして与える．2022年度は上記の目的に対して，次の3つのシステムを開発し，評価を行った．(1)学習者の構造（ソースコード）から振る舞い（実行結果）を推定するための学習支援システム，(2)(1)を部品単位で行うための学習支援システム，(3)学習者のコードをロボットの振舞いとして可視化することで理解を促進するシステム，の3つである．(1)については任意のコードを自動解析できる機能まで開発した．(1)(2)については研究室単位，(3)については授業実践を通してその効果を確認した．