‑ 口重さ長さ

長さ 口・・・ 口 ・ ふれ ' 1 '

高

・ 口 ・ 口 ・ ロ

イ凶数

1 1 1 1 1 1 1 

?14 ・EEEム

n hι  

重さ 口口 ・・ 口 長さ ・ ・ ・ ・ ふれ何 ・・ 口口

イ回数

41211  F 2  

重さ 口・ 口 ・ 口 長さ 口 ・ ふれ幅 ・・・・・

個 数

1 1 1 1 2  F 1 2  

田 口 重さ 長さ

ふれ幅

イ回数

F 3  

重さ ・・・ 口口 長さ ・ 口 ・・・・

ふれ

^ijJ

肩口口口 ・ 口

個 数

112 1 1 1  F 1 3  

2 1  . . .   2  重さ 長さ ふれ幅

個 数

F 4  

‑ 口

一口

問

さ さ 川 数 重 長 川 個

F 1 4   重さ 口 ・ 口 ・ ・ ・

長さ 口 園田園 口 ・ ふれ幅口 ・・ 口 国

個 数

111  1 1 1 1  F 5  

4  2 

口口 ・

・ 口 ・ 口

・園田国国

11311 

さ

さ 叶 数 重 長 イ 佃

﹀︑心

F 1 5   重さ 田園田園 口

長さ 園 口 田 園 ・ ふれ

^ijJffi

・・・・ 口 ・圃

イ回受~

2122111  F 6  

‑・ 口 ・

・ 口 ・・

副 口 ・・

43111 

さ

さ

一J

U 数

主長 山中 佃

F 1 6  

ロ ・ 口 ・

・ 口 ・・ 口

・ 口

1 1 121 

重さ 長さ

ふれ ij]~

{回数

F 7  

口 園田 口 口口 ・

・ 口

1 1 1 1 

一円

閃

さ さ 川 数 霊 長 イ 個

﹀︑ 心

F 1 7  

‑ 口 ・ 1

. .  

2 

口 口

・ 1

. . .

・ 口 l   2 

口 口

1 口

田園

2

重さ 長さ

ふれ ~J高

個 数

F 8  

‑ 口 重さ 長さ

ふれ

^ijJ高 イ回数

ハHV

︑

4

口

・ 口 ・ 園 口 ・

211 

重さ 長さ ふれ幅

イ回数

F 9  

2 1 

「個数」は、そのパターン数

ふ り こ の 周 期 に 関 す る 特 徴 検 出 パ タ ー ン

69 

「口」は、荷重が1.0以上、

「圃」は、荷重がー1.0以 下

図 4 . 3 ‑ 7  

以上のように;、条件に対する考え方が問題を通して一定の場合、特徴検山ノマタ ー ン の 数 が 少 な く な る こ と が 考 え ら れ る^O そこで、その検証を行った。

F 4

、問、

F 1 4

、

F 1 7

の

4

人 の 生 徒 は 、 問 題 を 通 し て 条 件 に 対 す る 考 え 方 が一定しているO ま ず 、 条 件 に 対 す る 考 え 方 が一定 の 場 合 、 特 徴 検 出 の 数 が

2

程度と考えられるので、

数 の ラ ン ク を ①

2

以 下 、 ② そ の 倍 の

4

以 下 、 ③

4

より大、の

3

つ の ラ ン ク に 分 け た^O そ し て 、 問 題 を 通 し て 条 件 に 対 す る 考 え 方 が一定している

4

人の生徒と、 一 定 し て い な い

1 4

人 の 生 徒 に 分 け て 、 各 ラ ン ク の 度 数 を 示 し た の が 表

4 . 3  ‑ 5

であるO

表

4 . 3 ‑ 5

よ り 、 条 件 に 対 す る 考 え 方 の 違 い に よ っ て 、 特 徴 検 山 の 数 に 追 い が あ る か どうか

X

2検 定 を 行 っ た 結 果 、 有 意 差 が 認 め ら れ た (

x 

^02ニ

1 0 . 2 9 ， d f = 2 ，  p < 0 . 0 5 )

。 こ の こ と か ら 、 表

4 .3 ‑ 5

を詳しくみると、条件に対する考えノ

7

が 問 題 を 通 し て一定 の場合、特徴検出ノマターンの数が少なくなるといえる^O そ し て 、 全 体 的 に は 特 徴 検 出 の 数 の 多 い 生 徒 が 多 く 、 プ ロ ダ ク シ ョ ン シ ス テ ム の 分 析 と 同 様 、 問 題 に よ っ て 、 条 件 に 対 す る 考 え 方 が 変 わ る 生 徒 が 多 い こ と が わ か るO

表

4 . 3 ‑ 5  

条 件 に 対 す る 考 え 方 と 特 徴 検 出 の 数 の ク ロ ス 表 ( 単 位 :人)

弘 治 課 釈 と ²

^以下

^{2より大き}

^{く4以 下}

^4より大

問 題 に よ ら ず一定

2  2  O  4 

問 題 に よ っ て 変 化

1 2  1  4 

以上の結果をまとめると、抄くのようになる。

① ふ り こ の 条 件 に 対 す る 生 徒 の 考 え 方 に つ い て は 、 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク に よ る 全 体 的 な 処 理 の 分 析 と プ ロ ダ ク シ ョ ン シ ス テ ム の 分 析 と の 問 に 、 あ る 程 度 の 致をみることができた。

② プロ ダ ク シ ョ ン シ ス テ ム の 分 析 で は 、 モ デ ル の一部 を 変 更 す る 必 要 が あ る こ と か ら 、 単 線 型 の 処 理 を 行 っ て い る 生 徒 は 少 な い と 考 え ら れ た 。 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワークの特徴検出ノマターンの分析結果からは、ほとんどの生徒は、特徴検山ノぞタ ー ン が 多 く 、 ほ と ん ど の 生 徒 が 複 数 の 条 件 を 同 時 に と ら え る全 体 的 処 理 を 行 っ て いるが、その全体的処理が問いによって変わることが考えられた。

6. 両 モ デ ル の 比 較

70 

プ ロ ダ ク シ ョ ン シ ス テ ム お よ び ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク の モ デ ル に よ る 分 析 の 結 果 、 両 モ デ ル か ら 指 摘 で き る 生 徒 の 条 件 の と ら え 方 に つ い て は あ る 程 度一致す る も の で あ り 、 相 矛 盾 す る よ う な 結 果 は 認 め ら れ な か っ たO プ ロ ダ ク シ ョ ン シ ス テムの場合、生.徒の考慮するふりこの条件について、その関係を簡単な記号や式 で わ か り や す く 表 現 で き る 〈 宣言的知識の部分)0 しかし、生徒は、問題によっ ては、 一つ の 形 式 で 表 せ る よ う な 反 応 を 行 っ て い る わ け で は な く 、 複 雑 な 反 応 を 行 っ て い る こ と が 明 ら か に な っ た 。 そ の た め 、 宣言的 知 識 、 あ る い は 手 続 き 的 知 識 に 例 外 を 含 ん だ 表 現 が 必 要 と な る^O こ の 例 外 に つ い て は 、 宣 言 的 知 識 や 手 続 き 的 知 識 を 複 雑 に し て い く こ と に よ っ て 、 な く し て い く こ と も 考 え ら れ る が 、 あ ま り 複 雑 に な る と モ デ ル を 通 し て 知 識 の 解 明 が 難 し く な る と と も に 、 実 際 に そ の よ う な 知 識 活 用 を 生 徒 自 身 が 行 っ て い る と は 考 え に く く な る と い え るO

一 方 、 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク に お い て は 、 例 外 な く 生 徒 の 反 応 を 表 現 で き るO

し か し 、 モ デ ル は 、 各 条 件 が 複 雑 に 絡 ん だ も の で あ る た め 、 全 体 の 特 徴 は つ か み にくく、特徴検出ノマターンのように、ある程度集約したものを分析の対象にしな け れ ば 、 条 件 の 関 係 に つ い て 把 握 し に く い と い っ た 問 題 が あ るO

以 上 の よ う な 両 モ デ ル の 差 異 は 、 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク の モ デ ル の 方 で は 、 プ ロ ダ ク シ ョ ン シ ス テ ム と 違 っ て 、 最 終 的 な 判 断 が 各 条 件 に 対 す る 部 分 的 な 判 断 の 総 和 で は な く 、 お 互 い が 相 互 関 係 に あ っ て 影 響 を 及 ぼ す こ と を 考 え る と こ ろ に ある。たとえは?、 糸 の 長 さ が 長 け れ ば 周 期 が 長 く な る と い う 判 断 は 、 お も り の 重 さ や 幅 の 条 件 と い う 文 脈 の 中 で 判 断 さ れ る^O プロダクションシステムにおいても、

そ の 関 係 を 表 現 し て い く こ と は 可 能 で あ る が 、 各 場 合 の 手 続 き を 表 現 し て い く こ

とが必要となり、かなり複雑となるO

生徒の判断は;、文脈依存の場合が多く、同じ綾な論理を用いる場合においても、

文 脈 に お い て そ の 論 理 を 用 い る こ と が で き た り 、 で き な か っ た り す る こ と が 指 摘 されている^O こ の よ う な 文 脈 依 存 の よ う な 場 合 に 、 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク の 方 が 、 表 現 が 容 易 に な る と 思 わ れ る^O

7 

調 査

3

の目的

本 調 査 で は 、 ふ り こ の 教 材 を 対 象 に 、 学 習 に お け る 全 体 的 処 理 の 変 容 に つ い て 、 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク に よ る モ デ ル か ら 明 ら か に す る こ と を 目 的 と し たO

ふ り こ の 周 期 に つ い て の 学 習 は 、 村 井 (7)が、

l

吸 収 型 マ ル コ フ モ デ ル を 修 正 し た

モデルを提唱し、学習過程を分析した結果、 「被験者の認識過程は作業仮説をた

てながら進んでいく O そ し て そ の 場 合 、 正 し い 作 業 仮 説 を 得 る 確 率 は 試 行 を 重 ね る に つ れ て 、 あ る 段 階 で 飛 躍 的 に の び る 」 と い う 結 論 を 待 て い るO

' 1

﹄ム

ヴI

・

この研究においては、問題の正誤をもとに分析を行っているが、本調査では、

さらに、ニューラルネットワークの特徴検山の特性から、 WI~ 答ノマターン全体をも と に 、 学 習 者 の ふ り こ の 周 期 の 条 件 に 対 す る 全 体 的 処 埋 の 変 容 に つ い て 、 注 口 す ることにした。

8. 調査 3の方法

(  1 

)調査問題

調 査 は 、 調 査

2

を参考に対象者数を増やすため、間{妾法ではなく質問紙を川い て 行 う こ と を 考 え たO そこで、図

4 .3 ‑ 8

に 示 し た よ う に 、 問 題 数 を 増 や し て 問

1 ‑ ‑ ‑ ‑

問

9

の

9

問 よ り な る 質 問 紙 を 作 成 し た^O 問

1 ‑ ‑ ‑ ‑

問

3

は 、 ① お も り の 重 さ 、 ② 糸 の 長 さ 、 ③ ふ れ 幅 の

3

つの条件のうち、

l

つ の 条 件 を 変 え た 場 合 の 周 期 に つ い て 問 う問題である O 問 4~ 陪J

9

は、

3

つの条件のうち

2

つ の 条 件 を 変 え た 場 合 の 周 期 について問う問題である^O 具 体 的 に は 、 基 本 と な る 「 ふ り こ

AJ

と、間 iから問 9に示した「ふりこ

s I J

から「ふりこ

s 9 J

の ど ち ら が 往 復 に 時 間 が か か る か 、 あ る い は 同 じ か に つ い て 、 正 し い 選 択 肢 を lつ 選 ば せ る も の で あ る^O

選 択 肢 に 「 そ の 他

J

を 入 れ る こ と も 考 え ら れ る が 、 調 査

2

で は 、 ほ と ん と の 生 徒 が 「 そ の 他 」 を 選 択 し て い な い こ と 、 ま た 、 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク の モ デ ル

の構造をできるだけ簡単にして、分析を容易にするため、 「その他」の選択肢は

設けなかった。

調査は、次に示したような順序で、実験 l~ 実験 3 の教師による 3 回の演示実 験 を 通 し て 学 習 さ せ な が ら 、 同 じ 質 問 紙 に

4回 答 え さ せ る 万 法 を 用 い た

^O 質 問 紙 は 、 そ の つ ど 回 収 し た^O

① 質 問 紙 の 解 答

② 実 験

1

お も り の 重 さ が 違 う 場 合

③質問紙の解答(①と同じ〉

④ 実 験

2

糸 の 長 さ が 違 う 場 合

⑤ 質 問 紙 の 解 答 ( ① と 同 じ )

⑥実験 3 ふれ ~lÆ が違う場合

⑦ 質 問 紙 の 解 答 ( ① と 同 じ )

実験 l~ 実験 3 は、問 l~ 問 3 の問題に対応している O 具体的には、実験 l は、

基 本 と な る ふ り こ と 、 お も り を 重 く し た ふ り こ の

2

つ を 準 備 し 、 支 柱 の 長 い ス タ ン ド 台 を 用 い て 、 教 師 が

2

つのふりこを同11寺に揺らす方法を用いた。実験

2

、実 験

3

も 同 様 に し て 、 基 本 の ふ り こ に 対 し て 、 糸 の 長 さ を 長 く し た ふ り こ や 、 ふ れ

1

1屈 を 大 き く し た ふ り こ を 同 時 に 揺 ら し て 、 そ の 条 件 が 周 期 に 関 係 す る か と う か を

一

7 2

右の図に示した「ふりこ

A J

があります。下の図の￨問題には「ふりこ

A J

と迫った「ふりこ山

J

から

「ふりこ

B 9 J

が示してあります。

I

ふりこ

A J

と「ふりこ1.l1Jから 「ふりこ凶」の

l

往復する時聞を 比べた場合、どちらが時聞がかかりますか、あるいは同じですか ア、イ、ウの中から適切な答えを

lつ選んで、記号に

O

をつけて下さい。

問 l ふりこ B 1 問 2 ふりこ B 2

問

3

ふりこ

s 3

問

4

ふりこ日

4 問 5 ふりこ s 5

f 

ふりこAより おもりが重く 糸が短い お も り が 重 い ふ り こ

A

より 糸が長い

糸が長い

問

6

ふりこ

s 6

問

7

ふりこ

B 7 問 8 ふりこ B 8

f 

おもりが重く ふれ幅が大きい

糸が長く ふれ幅が大きい おもりが重く

ふれ幅が小さい

図

4 .3 ‑ 8

ふ り こ の 周 期 に 関 す る 調 査 問 題 ( 調 査

3) 

ふりこ

A

/ 

問

9

ふりこ

B 9

ふりこAより

O

糸が長く ふれ幅が小さい

示 し た 。 各 実 験 の 提 示 回 数 は 、 生 徒 が 納 得 す る ま で で 、

3

‑‑‑.，

4

回である^O

① ⑦ 

までの調査に所用した時間は、

3 0

分 で あ っ た^O

各 実 験 の 後 で は 、 生 徒 の つ ぶ や き が 聞 こ え た^O た と え ば 、 実 験 lの 後 で は 「 同 じ だ 」 と か 、 実 験

2

の後では、 「糸の長さが長い方が遅い」なとである^O 教師は、

そのつぶやきにこたえるように、 「 同 じ だ ね 」 と か 「 糸 の 長 い 方 が 遅 い ね 」 と 確 認 す る よ う に 対 応 を 行 っ た^O

(  2 

) 調 査 対 象 お よ び 調 査 時 期

調 査 対 象 は 、 金 沢 市 内 の 公 立

A

中学校第

2

学年

1

ク ラ ス 、 見 子

1 6

人、‑.kてこ!

1 8

人、

計

3 4

人 で あ り 、 調 査 時 期]は、

1 9 9 2 年 5

月であるO

9 

調 査

3

の 結 果

4

回 行 っ た 調 査 に お け る 各 問 題 の 正 答 率 を 表

4 . 3  ‑ 6

に示 し た 。 表

4 . 3 ‑ 6

から、各 実 験 は 問

l

か ら 問

3

に 対 応 し て い る た め 、 各 実 験 後 は 、 そ れ に 対 応 し た 問 題 の 正 答 率 は

9 1 % ‑ ‑ ‑ " 1 0 0 %

となっているO し た が っ て 、 実 験 に よ っ て 各 条 件 の 周 期 に 対 す

る 影 響 の 有 無 は 、 理 解 で き た も の と 考 え ら れ る^O

円 ベ

U

司ft

ドキュメント内 ニューラルネットワークのモデルによる生徒の自然認識に関する研究 (ページ 75-80)