【研究分野】教育工学

【研究領域課題番号】17H02003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

STEM教育 / 空間的思考力 / タンジブル教材 / 教師教育 / バーチャルリアリティ / 空間的思考 / 論理的思考 / 教材開発 / タンジブル学習 / 実践研究 / タンジブルユーザインタフェース / VR / AR / 天体学習 / プログラミング教育 / インタフェース

【研究成果の概要】

本申請課題では、次の3点について研究を行った。まず、日本の学習指導要領において、STEM領域に関連する教科（理科、数学、技術、情報）から、空間的思考力に関連する学習内容を抽出し、教材を開発した。開発した教材は、実物体と仮想物体が連動した天体学習のためのタンジブル教材、空間図形を学ぶためのタンジブル教材、数の概念を学ぶためのゲーム型学習教材であった。次に、STEM 学習を実践授業に導入することを想定し、実践的評価を実施した。 また、教員を志望する教員養成系大学の学生に対し、STEM教育プログラムを試行し、有用性を検証した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)

【研究分野】教育工学

【研究領域課題番号】16K21262 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

防災教育 / シリアスゲーム / システム開発 / VR / 防災学習 / 学習システム / 避難訓練 / 拡張現実感 / ヒューマンインターフェース / 教材開発 / ヒューマンインターフェイス / 教育工学 / 情報システム / ヒューマンインタフェース

【研究成果の概要】

本研究では、没入型ヘッドマウントディスプレイ（HMD）を用いて災害時の行動を学習する災害体験学習システム“もしも”を開発した。視界を覆うタイプのHMDを用いることで没入感の高い映像提示を実現すると同時に、操作感の向上と学習者の安全確保のため、ゲーミングフットコントローラを組み合わせた。このシステムを用いて学習するために、ゲームエンジンを用いて学習コンテンツを開発した。ビルが建ち並ぶ都内で首都直下地震（震度Ⅶ相当）が発生した状況を想定し、災害発生後の時間経過と共に発生する二次災害を定義したシナリオとした。ゲームエンジンを利用することで、ユーザの行動をリアルタイムに反映させることができた。

【研究の社会的意義】

一般的な防災学習で行われる訓練は、災害が発生していない日常の世界での訓練となるため、現実感に欠けてしまう面がある。このため、より災害が自分の身に起こりうる事として捉えやすくする、つまり「わがこと意識」が醸成されるような工夫が必要となる。学習者が没入しやすくなる仕組みを実装した点は有用であると考える。また、防災教育の機会を設けやすい学校現場で取り入れる際には、手軽に安価で実施できることが重要なポイントとなる。本研究では民生機器を用いて開発しているため、現場での実践にも転用できるシステムである。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】科学教育

【研究領域課題番号】15K01009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

教材開発 / AR / VR / ICT / 技能者育成 / 技術者教育 / 施工実習 / 建築躯体工事 / BIM / 3Dモデル / 建築躯体 / 教育訓練 / 技能工育成 / ＡＲ / ＢＩＭ / 重畳表示 / ３次元モデル / ３Dプロダクト・モデル / AR（拡張現実）技術

【研究成果の概要】

国の重要なインフラ整備や維持管理を担う建築技術者や技能者が不足している。建築の技術・技能の教育訓練には、座学に加えて実大の施工実習が効果的である。ところが、従来の施工実習用の教材は２次元図面が主体であり、初学者にとっては難解であった。そこで、ＡＲ技術を応用して、２次元図面の上にかざしたスマートフォンやタブレットに、構造物が完成した状態の３Ｄモデルを重畳表示する仕組みを開発した。その結果、初学者による図面の理解が進み、技術・技能の習得度が向上した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】科学教育

【研究領域課題番号】21680053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

教材開発 / 空間認識 / 理科教育 / 天体学習 / タンジブル / インタフェース / 空間的思考力 / 仮想現実 / 拡張現実 / 評価 / 教材情報システム / ヒューマン・インターフェイス / 実験・観察

【研究成果の概要】

本研究では,タンジブル技術を応用し,空間認識能力を育成するため拡張現実(AR)の技術を応用したタンジブル教材を開発するとともに,実践的活用における有用性を評価した.小学校での実践的研究の結果,タンジブル教材は,空間認識力の高い児童の「月の満ち欠け」に関する理解を促進したことが明らかとなった.中学校での実践的研究の結果,「金星の満ち欠け」に関する理解度テストの得点は,授業後に有意に上昇していた.高等学校では,理解度テストの得点は上昇しなかったが,空間認識テストの得点が有意に上昇していた.これらの結果から,タンジブル教材を用いた授業は,小・中学校における理解度の促進,並びに高校生の空間認識力の育成に有効であることが示された.

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】科学教育

【研究領域課題番号】19300265 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

科学的社会認識 / 原爆 / VR / 教材開発 / 遠隔授業 / 科学技術的認識 / バーチャル浦上 / 遠隔VR / クロマキー / クロマキ

【研究成果の概要】

本研究では,原爆への科学技術的認識を育てることを意図したVR(Virtual Reality)技術を活用した学習環境を構築し,それを用いた遠隔授業実践を行うことを目的として研究を行った。その結果,携帯端末との連携を図るVR学習環境及び,それを遠隔地から操作するとともにテレビ会議映像の立体視伝送を行う環境を開発することができた。そして,これらの環境を用いた授業実践を行い効果を確認するとともに,今後の課題を把握することができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】20,540千円 (直接経費: 15,800千円、間接経費: 4,740千円)

【研究分野】科学教育

【研究領域課題番号】17700592 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バーチャルリアリティ / 仮想空間 / 教材開発 / コンピュータグラフィックス

【研究成果の概要】

本研究では,STSP (Science, Technology, Society, and Peace)教材の開発ならびに没入感や臨場感の教育効果の検討を目的とした。
STSP教材については,長崎原爆を題材として取り上げ,浦上天主堂の被爆前と後をコンピュータグラフィックスで再現した。そして,コンピュータグラフィックスによる仮想空間内を自由に探索できるよう,3次元立体視可能なバーチャルリアリティ教材として完成させた。この教材では,学習者がコントローラーを操作することによって仮想空間内を自由に移動できる。また,学習者はボタンを操作することによって,原爆投下前と後の様子を切り替えられる。
続いて,先の教材を4つのクライアント・コンピュータと1つのホスト・コンピュータから構成される簡易式没入型バーチャルリアリティ提示装置(P-IPTS)で提示できるよう開発を進めた。P-IPTSは,5m×2mの大型スクリーンに液晶DLPプロジェクター4台を使って仮想空間を投影することができ,かつ,移動設置することが可能な装置である。設計時に,教材に取り入れることになっていた被爆者の映像については教材化することができなかった。
評価については,P-IPTSを特別教室に設置し提示実験を行った。高等学校の生徒を対象に調査を実施した結果,視覚的な効果が学習者の興味を喚起していたことが明らかになった。一方で,P-IPTSをより実用的なものにするため,教員を対象にアンケート調査を実施し,大型スクリーンとは別に,より小型のスクリーンも開発した。そして,教員が実際に授業で活用するために必要な条件を明らかにした。現職教員は,通常の授業での利用を想定した場合は,教卓より少し大きめのスクリーンがよいこと,3分程度で設置できるものがよいことがわかった。また,大人数では大きなスクリーンがよいことが明らかになった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】教育工学

【研究領域課題番号】16650213 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バーチャル・リアリティ / 時空間GIS / V字スクリーン / 遠隔授業 / 教材開発 / 原爆 / バーチャル時空間GIS

【研究成果の概要】

本研究課題で得た成果は,次の通りである.
1.簡易式バーチャルリアリティ提示装置の評価
V字型簡易式バーチャルリアリティ提示装置の改良型として,U字型提示装置の評価実験をV字型と比較する形で実施した.地図課題及び主観評価の結果,地図課題ではU字スクリーン型提示装置はV字と同等の高い学習効果を示した.また,主観評価においては,U字スクリーン型提示装置はV字より有意に高い結果を示した.
2.時空間GISの教育への活用可能性
空間GISの概念を明確にするとともに,時空間データの作成を通して,その教育分野への活用の可能性を明らかにした.
3.教材としての時空間VRコンテンツの開発
簡易式バーチャルリアリティ提示装置に搭載するSTSP(Science, Technology, Society, and Peace)教材として,長崎における原爆をテーマとする時空間VRコンテンツを開発した.時空間GISにより起こした被爆前,直後,現在の地図情報をもとに,浦上天主堂近辺の新旧の写真を活用することで,現在の天主堂と被爆直後の天主堂を瞬時に切替表示できるようにした.
4.遠隔授業における有用性の検討
長崎大学における遠隔授業研究の成果をもとにして,直接対話を重視した遠隔授業の現状として,小学校道徳における遠隔授業の事例,教育実習の遠隔参観,そして国際遠隔授業についてまとめた.それを基にして,遠隔授業と時空間コンテンツの利用と遠隔授業におけるVRの可能性を明らかにした.

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)