シミュレータを利用した実験学習における個別的学習支援システムに関する研究

利用模拟器进行实验学习的个体学习支持系统的研究

• 批准号: 14022240
• 负责人: 竹内 章
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14022240/
• 关键词: 学習支援システム; 説明による学習支援; 学習者モデル; シミュレーション; 物理学習; 知識適用能力

理科の学習において、基本的な物理法則を学び単純な物理系が理解できるようになっても、複雑になると系の性質が理解できない場合が多い。同じ物理則しか使われない系であっても、状況が異なると物理則を適用することができなくなるためと考えられる。物理系の理解が完全にそれぞれの状況に依存しているなら、異なる系それぞれを理解するのに一定の負荷がかかることになるが、一定の規則で部品を構成してできる複雑な系の場合であれば、対象に対する理解が深まるにつれて系の性質を容易に理解できるようになる。したがって、系の構造に関する一般化の観点から、知識の適用能力を獲得できるよう学習させることが有効と考えられる。本研究はシミュレータを用いた実験環境で物理系への理解を深める学習の支援を目的としているが、本年度は、実験環境の構築と、支援システムによる物理系の認識方法、学習者の理解状態の表現方法に関する研究を行った。対象領域には、ばねの学習を取り上げた。複雑な系への知識適用能力獲得を支援するには、支援システムが系の複雑さ、系の類似性を認識し、その上で学習者の理解状態をモデル化することが必要となる。そこで、現在対象にしているばね系では、力学系を支配する力の因果構造が部品の結合関係で定義される系の構造と一致することから、部品の結合の種類を軸とする多次元空間上の樹状構造で力学系を表現する方法を提案した。現在対象としているばね系では、直列構造と並列構造の二次元空間となる。直感的には、系の構造は木の構造で、系の複雑さは多次元空間上での木の広がりで表現される。学習者の理解状態は、バグモデルを用いて推定し、木の属性として与えている。このような学習者モデル表現を用いることで、ある系での学習で得られた学習者の理解状態から、系の類似性を利用して別の系に対する理解状態を推定することが可能となる。

在科学研究中，即使学生学习了基本的物理定律并能够理解简单的物理系统，他们往往无法理解复杂系统的属性。这被认为是由于即使系统使用相同的物理定律，如果情况不同，物理定律也无法应用。如果理解一个物理系统完全依赖于每种情况，那么理解每个不同的系统将需要一定的努力，但是对于按照一定规则由各个部分组成的复杂系统，如果是这样，正如你的理解对对象的认识加深，你就能很容易地理解系统的属性。因此，从概括系统结构的角度来看，让孩子学习，获得应用知识的能力，被认为是有效的。这项研究的目的是支持使用模拟器在实验环境中加深对物理系统的理解。我们对表达方法进行了研究。目标领域是泉水的研究。为了支持获得将知识应用于复杂系统的能力，支持系统需要认识到系统的复杂性以及系统之间的相似性，然后对学习者的理解状态进行建模。因此，在我们当前目标的弹簧系统中，由于控制动态系统的力的因果结构与零件连接关系定义的系统结构相匹配，因此我们可以创建一个以连接类型为中心的多维空间我们提出了一种使用上述树状结构来表达动力系统的方法。目前的目标弹簧系统是一个具有串联结构和并联结构的二维空间。直观上，系统的结构表示为树结构，系统的复杂度表示为树在多维空间中的分布。学习者的理解状态是使用 bug 模型来估计的，并作为树的属性给出。通过使用这样的学习者模型表示，可以利用系统的相似性从通过在一个系统中学习获得的学习者的理解状态来估计另一系统的理解状态。