植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム―センシング技術による協調学習の促進―

全文

(1)研究論文. 植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム ―センシング技術による協調学習の促進―. 小宮直己. 江草遼平. 矢野美波. 東京理科大学. 明治学院大学. 多摩美術大学. 森田朝陽. 齊藤七海. 山本一希. 東京理科大学. 東京理科大学. 東京理科大学. 稲垣成哲. 溝口博. 神戸大学. 東京理科大学. 生田目美紀. 楠房子. 筑波技術大学. 多摩美術大学. Quiz Game-type Collaborative Learning Support System about Plant Germination and Growth Conditions: A Case Study on Promotion of Collaborative Learning by Sensing Technology Naoki KOMIYA*1, Ryohei EGUSA*2, Minami YANO*3, Tomoharu MORITA*1, Nanami SAITO*1, Kazuki YAMAMOTO*1, Shigenori INAGAKI*4, Hiroshi MIZOGUCHI*1, Miki NAMATAME*5, Fusako KUSUNOKI*3 *1Tokyo University of Science *2Meiji Gakuin University *3Tama Art University *4Kobe University 5 * Tsukuba University of Technology With the advance of computer technology in recent years, the use of ICT has become widespread in science and science education. Research on learning support systems is also being actively pursued in Japan, and practical research has shown its effectiveness. Therefore, we thought that learning could be further advanced by developing a learning support system incorporating two elements, collaboration, and sensing technology. For that purpose, we developed a quiz game-type system that allows three people to learn about the conditions of germination and growth of plants. Experiments were performed on 5th and 6th-grade primary school students who had learned about germination and growth conditions, and 3rd and 4thgrade primary school students who had not learned about germination and growth conditions. As a result, it was suggested that the developed system can advance learning about germination and growth conditions of plants while collaborating. Future research will be required to investigate to what extent this system can promote collaboration among experienced persons by conducting a contrast experiment. Key words: Collaborative Learning, Learning Support System, Sensing Technology, Kinect Sensor, Primary School. 32.

(2) 科学教育研究 Vol. 45 No. 1（2021）. Ⅰ．はじめに. 33. ムの特徴として，目的があること，ルールが有ること，. 近年のコンピュータテクノロジーの進歩により，科. フィードバックを受けることができること，自発的参. 学・理科教育において ICT（Information Communication. 加であること，の４点がある．このような特徴を活か. Technology）の活用が盛んになっている（林，2019）．. し，普段の学習とは異なる視点から学習できる，フィー. ICT を用いた学習支援の方法の１つとして，学習支援. ドバックを素早く受けることで学習のサイクルが早まる. システムがある．学習支援システムとは，様々な特性. 等の利点がある．さらに，様々な実践研究で，ゲーム性. を持つ児童に対して適切な教育・学習支援を実現する. を取り入れることで学習意欲の向上が確認されている．. コンピュータシステムのことである．学習支援システ. そこで，著者らは，植物の発芽・成長条件について. ムの研究は，日本でも盛んになってきており，実践的. ３人で協調して学習可能なクイズゲーム型システムを. な研究からその有効性が示されてきている（藤本・森. 開発した．植物の発芽・成長条件を題材にした理由と. 田，2017）．. しては，子どもにとってそれらの条件の定着は難しく，. 学習支援システムは，科学・理科教育における協調. 発芽条件の１つである水が存在しない状況でも種子が. 学習にも応用されている．例えば，自然体験学習後の，. 発芽すると誤解してしまう報告（安部・山岡・高橋・. 子どもたちがグループを作って行う学習内容のまとめ. 松本，2019）や，学習を行っていたとしても，時間の. 活動を支援するシステムがある．このシステムでは，. 経過とともにその知識が薄れてしまうこと，発芽条件. タンジブルなインタフェースを用いて，複数人が自然. と成長条件を混同してしまうことがあるという報告が. 体験で得た知識や経験を共有することが可能となって. ある（田中・畦，2013）ためである．. いる．実験の結果，紙媒体を用いてまとめ作業を行う. このシステムでは，体験者同士が話し合い，回答を. 場合よりも，作成したシステムを用いたほうが効率的. 行い，正解するまでこのクイズゲームを体験すること. にまとめを行うことができることが確認された（北. ができる．そのため，体験者たちは，繰り返しフィー. 原・丸山・井上・重野・岡，2005）．. ドバックを受け，条件を変更しながら植物が成長する. センサの小型化，画像処理技術の向上に伴い，セン. 条件を何度も探索することができる．これにより，体. シング技術を用いた学習支援システムの構築について. 験者は植物の成長についての疑似的な対照実験を，実. 研究が行われている．Eisenberg & Pares（2013）では，. 際に植物の成長についての対照実験を行うよりも短時. タンジブルなインタフェースとともにセンシング技術. 間で体験することができる．さらに，距離画像センサ. を用いた身体性のインタフェースのレビューが行われ，. を用いたセンシング技術により，体験者同士が学習の. センシング技術によって空間ベースの学習環境を構築. ために共有された空間内に身体ごと入り込むことで，. し，学習の場をデザインする研究について紹介されて. 装着具や道具を用いることなく，容易に複数名での学. いる．このようなセンシング技術を用いた空間ベース. 習に取り組めるようデザインした．これにより，空間. の学習環境の構築には，空間を共有する学習者同士で. を共有する体験者同士の協調が促進されることを期待. 課題に取り組むことにより，協調が促進される効果が. している．. 期待できる．Soler, Ferrer, & Parés（2009）は，「Interactive. 本論文では，開発したシステムの概要，小学校３∼. Slide」というシステムを開発し，その評価を行った．. ６年生に対し，本システムの協調学習促進の有効性の. 「Interactive Slide」とは，ビニール製の滑り台にプロ. 評価のために行った実験とその評価について述べる．. ジェクタに映像を投影し，カメラで体験者の動きをセ. 本システムが，発芽・成長条件に関して未習である子. ンシングすることで，投影された映像の中に体験者の. どもに対しても科学的概念形成の一助となるのかを調. 動きを反映することができる．実験の結果，デザイン. 査するため，発芽・成長条件に関して既習である小学. された空間において，体験者同士の協調を促進するこ. 校５，６年生の他に，発芽・成長条件に関して未習で. とが示唆された．また，距離画像センサなどの非装着. ある小学校３，４年生も実験の対象とした．. 型のデバイスの利点として学習環境にシームレスに参加できることが述べられている．ゲームが持つ長所を用いて，教育に応用する研究も進んでいる（Prensky，2003；藤本，2015）．主なゲー. Ⅱ．システム１．概要本システムはクイズ形式であり，体験者たちは１種.

(3) 34. 小宮・江草・矢野・森田・齊藤・山本・稲垣・溝口・生田目・楠：植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム. 類の植物（ニンジン）の発芽・成長条件について，身. にセンシング技術を導入した．床面にスクリーンを設. 体を動かしながら３人で協調して回答し，学習する．. 置，クイズの選択肢としてアイコンを投影し，学習者. システムの概要を図１に示す．システムはスクリーン. の動きを測定することで，アイコンの上に立つとその. ２台，プロジェクタ２台，Kinect センサ，制御用 PC. 選択肢を選ぶことができるようにした．人の動きを測. １台で構成されている．スクリーン，プロジェクタは. 定するセンサとしては，Kinect センサを用いた．. 壁面用と床面用の２つがある．図１の壁面スクリーン. Kinect センサは，非接触に人物の骨格座標を３次元座. には，ニンジンの植物の種子または苗と，体験者たち. 標として取得することができる（Alabbasi, Gradinaru,. の回答が表示される．そして，床面スクリーンには，. Moldoveanu, & Moldoveanu, 2015）．これを利用し，. クイズの選択肢が表示される．壁面スクリーンの表示. Kinect センサから取得した人物位置と床面選択肢アイ. 内容を図２に，床面スクリーンの表示内容を図３に示. コンの位置を比較し，体験者の回答を壁面スクリーン. す．体験者たちは，３人で話し合いながら，立つ位置. に表示する．. を変更することで，床面スクリーンの選択肢を選び，クイズに回答する．. ２つ目の工夫は，クイズの回答を分担させることである．これは，学習者がそれぞれに異なる観点の知識の理解を深め，その後に各々の知識を交換・統合しな. ２．クイズゲーム型協調学習支援システム本システムでは，以下の２つの工夫により，協調学. がら問いの答えを導く知識構成型ジグソー法（三宅， 2011）から着想を得た．クイズの回答を分担するこ. 習の促進を実現している．１つ目の工夫は，センシン. とには，体験者が自身の担当する部分において思考し，. グ技術の導入である．具体的には，クイズの回答方法. 他の体験者と自身の考えを交換・統合しながら回答を導くようにクイズゲームの流れを設計することで，協調を促進する狙いがある．また，クイズの回答の分担には，回答の決定において参加する体験者それぞれが納得のもとで自身の意見を表現できるようにする狙いもある．このシステムでは，床面スクリーンにクイズの選択肢が３×３の９つ表示されている．解答は縦１列に１つのみとなっており，体験者は１人ずつ縦１列の３つの選択肢から１つ回答を選ぶよう設計した．これら２つの工夫により，協調学習の促進を期待している．次に，システム体験の流れを説明する．まず，体験者たちは，床面スクリーンの選択肢を見ながら，回答について話し合う．回答が決定したら，体験者たちはその選択肢の上で立ち止まってもらう．すると，壁面スクリーンに体験者たちの回答が表示される．その後，回答について正解か不正解かが壁面スクリーンに表示される．体験者たちの回答が全て正解であれば，発芽条件の場合，「種」の画像が「発芽した種」の画像に変化する．成長条件の場合，「苗」の画像が「成長した植物」の画像に変化する．不正解の場合，再挑戦する．これを正解するまで行う．選択肢が正解か不正解かを視覚的に提示するため，正解した場合，体験者は達成感を感じ，不正解に場合は間違いを印象付け，発芽・成長条件に関する知識を獲得の支援することを期待している．システム体験の流れを図４に示す．. 図１システムの概要.

(4) 科学教育研究 Vol. 45 No. 1（2021）. 図２壁面スクリーンの表示内容. 図３床面スクリーンの表示内容. 図４システム体験の流れ（発芽条件のクイズ）. 35.

(5) 36. 小宮・江草・矢野・森田・齊藤・山本・稲垣・溝口・生田目・楠：植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム. Ⅲ．評価実験. 学習体験をデザインした本システムにおける協調的な. １．目的. 活動，すなわちプレイヤー間の関わり合いが円滑に実. 本システムの有効性を明らかにするために，３点の. 践されることを評価するのに適していると考えられる．. 評価を行った．１点目は，本システムによって体験者. social presence module において，「共感」，「負の感情」. 同士が協調できていたかについて主観的な評価を求め. の２観点は，それぞれ，ゲーム体験における他プレイ. ることであった．２点目は，システム体験前後で，発. ヤーとの心理的な関与の肯定的側面，否定的側面を示. 芽条件に関する知識の変化を評価することであった．. す項目群である．これにより，本システムの体験にデ. ３点目は，システム体験前後で，成長条件に関する知. ザインされた他体験者との協調的な活動における体験. 識の変化を評価することであった．. 者の主観的な肯定的，否定的心理側面を評価することができる．「行動の関わり合い」は，ゲーム体験にお. ２．対象と実施時期. ける行動的な関与の側面を示す項目群である．ゲーム. 対象は千葉県野田市立山崎小学校に在籍する小学３. 体験においては他プレイヤーの行動に応じて自身の行. ∼６年生153名であった．表１は各学年における参加. 動が影響を受ける．本項目群により，本システムの体. 者数を示したものである．５年生，６年生については，. 験での協調的な活動における，他体験者との相互作用. B 生命・地球（1）植物の発芽，成長，結実に関す. を評価することができる．質問紙項目は，ゲーム内容，. る授業を履修済みであった．児童は，本システムを利. 対象に合わせ，設計した．表２に質問内容を示す．. 用した経験がなかった．評価実験は，2018年10月９. 「共感」に関する項目は７項目，「負の感情」に関する. 日∼12日に実施された．. 項目は４項目，「行動の関わり合い」に関する項目は，６項目の計17項目であった．回答方法は５段階のリッ. 表１参加者学年人数. 3 年生 40. 4 年生 49. 5 年生 19. 6 年生 45. カート尺度であった．発芽条件に関する課題は，植物の発芽に関する３条件（水分，空気（酸素），適切な温度）を９つの選択肢の中から選ぶ形式の問題であった．問題は全３問で. ３．実施方法まず，体験者たちは３人１組のグループに分けられた．そして，システム体験前に発芽・成長条件に関する課題に回答した．その後，１グループずつ開発したシステムを体験した．システム体験後に，システム体験前に回答したものと同様の発芽・成長条件に関する課題，そして本システムに関する質問紙に回答した．開発したシステムに関する質問紙は，ゲーム体験におけるエンゲージメントを測定する GEQ（Game Experience Questionnaire）の１つである，social presence module（Kort, IJsselsteijn, & Poels, 2007；IJsselsteijn, Kort, & Poels, 2013）を基に作成した．social presence module では，社会的ゲーム体験での体験者の心理的・行動的なゲームへの参加を「共感」，「負の感情」，「行動の関わり合い」の３観点から調査している．GEQ はゲーム評価尺度の代表的な１つであり（Drachen, Mirza-Babaei, & Nacke, 2018），とりわけ，social presence module はゲーム体験における社会的な側面を評価するよう設計されている（Kort et al., 2007）．このような特性から，複数名のプレイヤーによる協調的なゲーム. 表２質問内容「共感」に関する質問内容 (1) 友達の気持ちがよく分かった (2) クイズ中，友達と繋がっていると感じた (3) 友達と一緒にクイズをするのは楽しかった (4) 友達が楽しそうな時，自分も楽しかった (5) 自分が楽しい時，友達も楽しんでいたと思う (6) 友達をすごいと思った (7) クイズは楽しかった「負の感情」に関する質問内容 (1) 友達に腹が立った (2) 友達が間違えたり答えられなかったりすると嬉しくなった (3) 友達の様子は，自分の気持ちに影響した (4) 一緒にクイズをすることは友達の気持ちに影響したと思う「行動の関わり合い」に関する質問内容 (1) クイズ中，友達の意見を聞いて自分も動いた (2) クイズ中，友達は自分の意見を聞いて動いていたと思う (3) クイズ中，友達をよく見た (4) クイズ中，友達は自分のことをよく見てくれたと思う (5) クイズ中，友達の意見は，自分の動きに影響した (6) クイズ中，自分の意見は，友達の動きに影響したと思う.

(6) 科学教育研究 Vol. 45 No. 1（2021）. あった．９つの選択肢は以下の通りである：みず，た. 37. 体験前後で得点に伸びが見られる結果となった．. いよう，こおり，つち，くうき，ひりょう，みみず，. 表４は，システム体験前後の成長条件に関する得点. あたたかいおんど，すずしいおんど．みず（水分），. における中央値，四分位数のうち第１四分位数（Q1）. くうき（酸素）は各問で共通して正答，種子によって. と第３四分位数（Q3）を示したものである．母集団. あたたかいおんど，すずしいおんどのいずれか（適切. の分布の差について，Wilcoxon の符号付順位和検定. な温度）を正答とした．１問ごとに正しい選択肢１つ. を用いて分析を行った結果，３，６年生では有意な差. につき１点の計３点，３問で計９点を満点とし，得点. が見られ，４，５年生では有意な差は見られなかった．. を計算した．. ３，６年生では，中央値，四分位数（Q1–Q3）から. 成長条件に関する課題は，植物の成長に関する５条. 見て，体験後の得点分布中心が体験前の得点分布中心. 件（水分，空気（酸素），適切な温度，日光，肥料）. より高得点に変化する傾向が現れており，システムの. から，空気と適切な温度を条件のうちの２つとして示. 体験前後で得点に伸びが見られる結果となった．. し，残る３条件である水分，日光，肥料について９つの選択肢の中から選ぶ形式の問題であった．問題は全. 表５∼８は，質問項目における回答数を集計した結果である．質問紙の回答について，「とてもそう思う」，. ３問であった．９つの選択肢は以下の通りである：み. 「そう思う」を肯定的回答，「どちらでもない」，「あま. ず，たいよう，かぜ，けむし，とり，ひりょう，みみ. りそう思わない」，「そう思わない」を中立・否定的回. ず，でんき，おんがく．みず（水分），たいよう（日. 答に分類し集計した．逆転項目である，「友達に腹が. 光），ひりょう（肥料）を各問で共通して正答とした．. 立った」，「友だちが間違えたり答えられなかったりす. １問ごとに正しい選択肢１つにつき１点の計３点，３. るとうれしくなった」については，「とてもそう思う」，. 問で計９点を満点とし，得点を計算した．. 「そう思う」，「どちらでもない」を肯定的回答，「あまりそう思わない」，「そう思わない」を中立・否定的回. ４．結果. 答に分類し集計した．その後，肯定的回答数と中立・. 表３は，システム体験前後の発芽条件に関する得点. 否定的回答数間の偏りを調べるため，１×２直接確率. における中央値，四分位数のうち第１四分位数（Q1）. 計算（母比率不等）を用いて分析を行った．ただし，. と第３四分位数（Q3）を示したものである．母集団. 「負の感情」における，「友達の様子は，自分の気持ち. の分布の差について，Wilcoxon の符号付順位和検定. に影響した」，「一緒にクイズをすることは友達の気持. を用いて分析を行った結果，３，４，６年生では有意な. ちに影響したと思う」の２項目については，質問項目. 差が見られ，５年生では有意な差は見られなかった．. の設計上，肯定的回答であるか，否定的回答であるか. ３，４，６年生では，中央値，四分位数（Q1–Q3）から. の判別が困難であった．そのため，「負の感情」につ. 見て，体験後の得点分布中心が体験前の得点分布中心. いては上記の２項目の結果を除き分析を行った．「共. より高得点に変化する傾向が現れており，システムの. 感」に関する７項目，「負の感情」に関する２項目で. 表３システム体験前後での発芽条件に関する課題の得点の中央値と四分位範囲（Q1–Q3）. 表４システム体験前後での成長条件に関する得点の中央値と四分位範囲（Q1–Q3）. 体験前四分位数 (Q1-Q3) 3 3-4. 3 年生 (N=40) ** 4 年生 3 (N=49) ** 5 年生 8 (N=19) n.s. 6 年生 5 (N=45) **. 体験後四分位数 (Q1-Q3) 5.5 4-7. 3-4. 6. 4-7. 6-8. 7. 7-7. 3-6. 7. 7-8. 四分位数：第１四分位数（Q1），第３四分位数（Q3）について「Q1–Q3」と表記 *p ＜ .05，**p ＜ .01，n.s.：有意差なし. 体験前四分位数 (Q1-Q3) 8 6.75-9. 3 年生 (N=40) * 4 年生 8 (N=49) n.s. 5 年生 9 (N=19) n.s. 6 年生 9 (N=45) **. 体験後四分位数 (Q1-Q3) 9 8-9. 6-9. 9. 7-9. 9-9. 9. 8-9. 7.75-9. 9. 9-9. 四分位数：第１四分位数（Q1），第３四分位数（Q3）について「Q1–Q3」と表記．*p ＜ .05，**p ＜ .01，n.s.：有意差なし.

(7) 38. 小宮・江草・矢野・森田・齊藤・山本・稲垣・溝口・生田目・楠：植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム. は，小学３∼６年生のいずれの項目でも肯定的回答数と中立・否定的回答数間の差に有意性が見られた．. ５．考察まず，システム体験前後で行った，植物の発芽条件. 「行動の関わり合い」に関する６項目では，小学３，４，. に関する課題の結果について考察する．発芽条件に関. ６年生は全ての項目で肯定的回答数と中立・否定的回. する課題については，小学５年生除くすべての学年で. 答数間の差に有意性が見られた．小学５年生の「クイ. 点数の上昇がみられた．Wilcoxon の符号付順位和検. ズ中，友達は友達の意見を聞いて動いていたと思う」. 定を用いて分析を行ったところ，３，４年生，６年生. という質問項目では，肯定的回答数と中立・否定的回. では有意な差が見られ得点の向上がみられたが，５年. 答数間に有意差が見られなかった．. 生では有意な差は見られなかった．このことから，開発した学習システムによって，小学３，４年生，６年. 表５システム体験に関する体験者（小学３年生）の回答傾向（人）とてもそう思うクイズは楽しかった ** 39 友だちの気持ちがよくわかった ** 25 クイズ中，友だちの意見を聞いて自分も動いた ** 29 クイズ中，友だちは自分の意見を聞いて動いていたと思う ** 24 クイズ中，友だちと繋がっていると感じた ** 28 クイズ中，友だちは自分のことをよく見てくれたと思う ** 20 クイズ中，友だちのことをよく見た ** 28 友だちといっしょにクイズをするのは楽しかった ** 38 自分が楽しい時，友だちも楽しんでいたと思う ** 35 友だちが楽しそうな時，自分も楽しかった ** 35 友だちをすごいと思った ** 24 クイズ中，友だちの意見は，自分の動きに影響した ** 23 クイズ中，自分の意見は，友だちの動きに影響したと思う ** 21 友だちに腹が立った ** 2 友だちが間違えたり答えられなかったりするとうれしくなった ** 3 質問項目. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15). すこしそう思う 1 12 10 13 9 16 10 2 4 4 12 12 16 0 2. どちらあまりそう全くそうでもない思わない思わない 0 0 0 3 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 2 3 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 2 1 1 3 2 0 2 1 0 4 2 32 1 3 31. N ＝40 p** ＜ .01，p* ＜ .05，n.s.：有意差無し. 表６システム体験に関する体験者（小学４年生）の回答傾向（人）とてもそう思うクイズは楽しかった ** 46 友だちの気持ちがよくわかった ** 16 クイズ中，友だちの意見を聞いて自分も動いた ** 27 クイズ中，友だちは自分の意見を聞いて動いていたと思う ** 18 クイズ中，友だちと繋がっていると感じた ** 23 クイズ中，友だちは自分のことをよく見てくれたと思う ** 18 クイズ中，友だちのことをよく見た ** 33 友だちといっしょにクイズをするのは楽しかった ** 46 自分が楽しい時，友だちも楽しんでいたと思う ** 37 友だちが楽しそうな時，自分も楽しかった ** 44 友だちをすごいと思った ** 28 クイズ中，友だちの意見は，自分の動きに影響した ** 20 クイズ中，自分の意見は，友だちの動きに影響したと思う ** 16 友だちに腹が立った ** 0 友だちが間違えたり答えられなかったりするとうれしくなった ** 0 質問項目. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15). N ＝49 p** ＜ .01，p* ＜ .05，n.s.：有意差無し. すこしそう思う 3 28 14 16 20 23 10 3 9 3 15 17 17 0 0. どちらあまりそう全くそうでもない思わない思わない 0 0 0 3 1 1 6 1 1 6 3 6 3 2 1 4 2 2 4 1 1 0 0 0 2 0 1 1 0 1 3 1 2 7 1 4 8 2 6 4 1 44 7 2 40.

(8) 科学教育研究 Vol. 45 No. 1（2021）. 39. 表７システム体験に関する体験者（小学５年生）の回答傾向（人）とてもそう思うクイズは楽しかった ** 17 友だちの気持ちがよくわかった ** 4 クイズ中，友だちの意見を聞いて自分も動いた * 10 クイズ中，友だちは自分の意見を聞いて動いていたと思う n.s. 6 クイズ中，友だちと繋がっていると感じた ** 6 クイズ中，友だちは自分のことをよく見てくれたと思う 5 クイズ中，友だちのことをよく見た ** 9 友だちといっしょにクイズをするのは楽しかった ** 16 自分が楽しい時，友だちも楽しんでいたと思う ** 13 友だちが楽しそうな時，自分も楽しかった ** 16 友だちをすごいと思った ** 10 クイズ中，友だちの意見は，自分の動きに影響した ** 5 クイズ中，自分の意見は，友だちの動きに影響したと思う * 5 友だちに腹が立った ** 0 友だちが間違えたり答えられなかったりするとうれしくなった ** 0 質問項目. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15). すこしそう思う 1 11 2 5 8 6 7 1 4 1 4 8 7 0 0. どちらあまりそう全くそうでもない思わない思わない 0 1 0 0 4 0 6 0 1 6 1 1 1 2 2 6 1 1 2 1 0 1 0 1 1 1 0 2 0 0 4 1 0 3 2 1 3 2 2 0 0 19 1 0 18. N ＝19 p** ＜ .01，p* ＜ .05，n.s.：有意差無し表８システム体験に関する体験者（小学６年生）の回答傾向（人）. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15). とてもそう思うクイズは楽しかった ** 41 友だちの気持ちがよくわかった ** 25 クイズ中，友だちの意見を聞いて自分も動いた ** 41 クイズ中，友だちは自分の意見を聞いて動いていたと思う ** 32 クイズ中，友だちと繋がっていると感じた ** 22 クイズ中，友だちは自分のことをよく見てくれたと思う ** 22 クイズ中，友だちのことをよく見た ** 31 友だちといっしょにクイズをするのは楽しかった ** 40 自分が楽しい時，友だちも楽しんでいたと思う ** 35 友だちが楽しそうな時，自分も楽しかった ** 39 友だちをすごいと思った ** 28 クイズ中，友だちの意見は，自分の動きに影響した ** 32 クイズ中，自分の意見は，友だちの動きに影響したと思う ** 27 友だちに腹が立った ** 1 友だちが間違えたり答えられなくなったりするとうれしくなった ** 2. すこしそう思う 4 14 3 11 17 19 10 2 6 4 13 10 15 2 0. どちらあまりそう全くそうでもない思わない思わない 0 0 0 4 1 1 0 0 1 1 0 1 4 2 0 3 1 0 1 2 1 1 1 1 2 2 0 0 1 1 3 0 1 1 1 1 2 0 1 0 2 40 3 1 39. N ＝45 p** ＜ .01，p* ＜ .05，n.s.：有意差無し. 生は，体験者が発芽の三条件に関する知識を獲得したこと分かった．. 科学的概念への変化が不十分であった可能性がある．次に，システム体験前後で行った，植物の成長条件. しかしながら，小学５年生では，発芽条件における. に関する課題の結果について考察する．成長条件に関. 得点の変化が見られなかった．これは，学習要領に. する課題では，小学３，６年生ではシステム体験前後. よって，小学５年生において B 生命・地球（1）植. の課題の点数に有意な差がみられたが，小学４，５年. 物の発芽，成長，結実に関する授業を履修しており，. 生では有意な差がみられなかった．この理由として，. 授業において取り扱ってから時間がたっていないこと. 植物の成長条件の課題に関しては，体験前の段階で課. が原因ではないかと推察する．一方，小学６年生は学. 題の得点が高い傾向にあり，天井効果の可能性がある．. 修済みであったにもかかわらず，点数の向上がみられ. 特に，授業で扱っていない３，４年生でも高い得点を. た．これは，５年生での学習時における素朴概念から. 取っている．これは，幼児教育，小学１∼４年生での.

(9) 40. 小宮・江草・矢野・森田・齊藤・山本・稲垣・溝口・生田目・楠：植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム. 植物に関する学習から知識を得ていたことが考えられ. する課題を実施した．また，システム体験中，体験者. る．また，植物の成長条件に関しての既有概念と科学. 同士で協調できていたかを質問紙を用いて調査した．. 的概念に一致があったという可能性がある．今回は，. その結果，発芽条件に関する課題では，小学３，４，. 植物の成長条件の課題として取り扱わなかった空気，. ６年生においては点数が向上した人数が有意な差が生. 適切な温度を含めると結果が変わる可能性がある．. じた．このことから，小学３，４，６年生においては，. 最後に，システム体験後に行った質問紙に関して考. 開発したシステムにより植物の発芽条件に関する知識. 察する．共感に関する８項目では，小学３∼６年生の. の定着を支援できたことが示唆された．成長条件に関. 全ての項目で肯定的回答が中立・否定的回答よりも多. する課題では，小学３，６年生においては点数が向上. い結果が得られた．また，肯定的回答数と中立・否定. した人数が有意な差が生じたが，小学４，５年生にお. 的回答数間の差に有意性が見られた．このことは，開. いては有意な差がみられなかった．このことから，小. 発されたゲームにおける社会的なゲームプレーにおい. 学３，６年生において，開発したシステムにより植物. て，児童に参加における共感が発生したことを示して. の植物条件に関する知識の定着を支援できたことが示. いる．「負の感情」に関する２項目では，小学３∼６. 唆された．また，システム体験後にシステム体験につ. 年生のいずれの項目でも肯定的回答数と中立・否定的. いて質問紙を用いて調査した．「共感」，「負の感情」. 回答数間の差に有意性が見られた．このことから，開. について，小学３∼６年生は全ての項目で肯定的回答. 発されたゲームにおける社会的なゲームプレーにおい. 数と中立・否定的回答数間の差に有意性が見られた．. て，参加における「負の感情」が発生しないことがわ. このことは，システム体験によって，児童に，参加に. かった．「行動の関わり合い」に関する６項目では，. よる共感が発生したこと，参加による負の感情が発生. 小学３，４，６年生は全ての項目で肯定的回答が中立・. しないことが確認できた行動の関わり合いについて，. 否定的回答よりも多い結果が得られた．また，肯定的. 小学３，４，６年生は全ての項目で肯定的回答数と中. 回答数と中立・否定的回答数間の差に有意性が見られ. 立・否定的回答数間の差に有意性が見られた．小学５. た．小学５年生の「クイズ中，友達は友達の意見を聞. 年生においては１つの質問項目を除いて，肯定的回答. いて動いていたと思う」という質問項目では，肯定的. 数と中立・否定的回答数間に有意差が見られた．この. 回答数と中立・否定的回答数間に有意差が見られな. ことは，開発したシステムにおいて，小学３，４，６年. かった．このことは，開発されたゲームにおける社会. 生は積極的な行動の関わり合いが存在したことがわ. 的なゲームプレーにおいて，すべての学年で積極的な. かった．これらの結果から，開発したシステムによっ. 「行動の関わり合い」が存在したとはいえないことが. て，体験者同士で協調し，植物の発芽・成長条件につ. わかった．これらのことから，本論文における評価実験におい. いて学習できたことが示唆された．今後の発展として３つある．１つ目は，クイズゲー. て，体験者同士は，協調してシステム体験を行ったこ. ムの内容について発展させることである．具体的には，. とが示唆された．しかしながら，本システム体験に. 提示する課題のバリエーションを増加させることを検. よって体験者同士の協調が促進されていたかについて. 討している．今回のシステムでは，１種類の植物（ニ. は，対照実験を行う必要がある．今後は，本システム. ンジン）について取り扱った．これについて，他の植. 体験を通した学習と，システム体験を除いた学習者同. 物を題材とした課題を複数体験することで，植物の種. 士の話し合い活動を伴う学習について，対照実験を. 子の発芽・成長に共通する法則について学習するため. 行っていく必要がある．. のコンテンツをデザインする．このような複数の課題による法則の発見は，参加が容易かつ短時間に試行と. Ⅳ．おわりに本研究では，植物の発芽・成長条件を題材として，. 結果のフィードバックが行える本システムの利点を生かすことができると考える．. センシング技術を用いたクイズゲーム型の協調学習支. ２つ目は，学習内容に関連した身体動作の導入であ. 援システムの開発を行った．そして，システムによっ. る．本システムでは，協調学習を促進するという目的. て，発芽・成長条件の知識を獲得できたか確認するた. でセンシング技術を用い，空間ベースの学習環境の構. めに，システム体験前後で植物の発芽・成長条件に関. 築と，身体全体で入り込み空間の中で身体を動かす要.

(10) 科学教育研究 Vol. 45 No. 1（2021）. 41. 素を取り入れている．一方で，ゲームの操作として身. on Full-Body interaction and collaboration (in press),. 体的な動作を用いるという面については，発展の余地. th Proceedings of 13 Biennial Conference of the European. がある．学習の身体化という面では，身体化認知の考. Science Education Research Association.. えからより効果的なゲームプレイデザインが考えられる（Abrahamson & Lindgren, 2014）．また，佐伯（1978）では，擬人的認識論として，対象の中に仮想的な自己を投入することで現象について納得を伴った理解が得られるという考えが示されている．実際に，様々な研究から学習内容を意識させるような身体動作を用いた学習により，学習効果が上がることが確認されている（金井ら，2018；八幡ら，2014）．このような面から，センシング技術とアニメーションを用いた半没入的なインタラクティブ学習空間において，学習内容に関連した身体動作を取り入れることの有効性が期待できる．具体的には，選択肢を選ぶ際に，それに応じたジェスチャを行う（例えば，じょうろで水をやる動きで「みず」の選択を表現する）ことで植物を実際に育成している様子を疑似体験させる，または，植物になりきって必要な条件を探索するようなデザインをすることで，より高い学習効果が得られることを期待している．３つ目は，協調の促進に関する評価についてである．本実験では，システム体験によって体験者同士の協調をどの程度促進できていたかについては確認することができていない．今後の課題として，対照実験を行うことで，本システムによって体験者同士の協調をどの程度促進できているのかを調査する必要がある．謝辞本研究を行うにあたり，野田市立山崎小学校の教員生徒のみなさまに協力していただいた．この場を借りて深く感謝する．本研究の一部は，日本学術振興会科学研究費補助金（課題番号 JP18H03660）の助成を受けて行われたものである．附記本論文は，以下の研究発表に大幅な加筆・修正を加えて作成されたものである． Komiya, N., Yano, M., Yamamoto, K., Egusa, R., Inagaki, S., Mizoguchi, H., Namatame, M., & Kusunoki, F. (2020): Reinforcement of knowledge on germination and plant growth: A case study of learning support system based. 文献安部洋一郎・山岡武邦・高橋信幸・松本伸示（2019）：発芽条件の指導における対照実験の問題点と改善法，理科教育学研究，59, 3, 335–343. Abrahamson, D. & Lindgren, R. (2014): Embodiment and embodied design. In Sawyer, R. K. The Cambridge handbook of the learning science (2nd ed.) (pp. 339–357). New York, NY, USA: Cambridge University Press. Alabbasi, H., Gradinaru, A., Moldoveanu, F., & Moldoveanu, A, (2015): Human motion tracking & evaluation using Kinect V2 sensor, 2015 E-Health and Bioengineering Conference, 1–4, IEEE. Drachen, A., Mirza-Babaei, P., & Nacke, L. E. (Eds.). (2018): Games user research. Oxford University Press. Eisenberg, M. & Pares, N. (2014): Tangible and full-body interfaces in learning. In Sawyer, R. K. The Cambridge handbook of the learning science (2nd ed.) (pp. 339–357). New York, NY, USA: Cambridge University Press. Gerry, S., Timothy, K., and Daniel, D. S.（2009）：コンピュータ支援による協調学習，R. K. ソーヤー「学習科学ハンドブック」，326–340，培風館．藤本徹（2015）：ゲーム要素を取り入れた授業デザイン枠組の開発と実践（教育実践研究論文）．日本教育工学会論文誌，38, 4, 351–361. 藤本徹・森田裕介（2017）：ゲームと教育・学習，ミネルヴァ書房．林敏浩（2019）：教育支援システムから見た科学教育における ICT の利活用，科学教育研究，43, 2, 74–81. IJsselsteijn, W. A., De Kort, Y. A. W., & Poels, K. (2013): The game experience questionnaire, Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven. 金井司・久保田善彦・川崎恭輔・松岡浩平・葛岡英明・鈴木栄幸・加藤浩（2018）：360°パノラマ動画による太陽の日周運動の理解身体化認知からの検討，科学教育研究，42, 4, 290–300. 北原圭吾・丸山祐太・井上智雄・重野寛・岡田謙一（2005）：実世界指向インタフェースを用いた時空間コンテンツによる協調学習支援システムの開発，情報処理学会研究報告グループウェアとネットワークサービス，49, 56, 37– 42. Kort, Y. A. W., IJsselsteijn, W. A., & Poels, K. (2007): Digital games as social presence technology: Development of the social presence in gaming questionnaire. Proceedings of PRESENCE, 195–203. 三宅なほみ（2011）：概念変化のための協調過程，心理学.

(11) 42. 小宮・江草・矢野・森田・齊藤・山本・稲垣・溝口・生田目・楠：植物の発芽・成長条件を題材としたクイズゲーム型協調学習支援システム. 評論，54, 3, 328–341. Prensky, M. (2003): Digital game-based learning. Computers in Entertainment (CIE), 1, 1, 21–21. 佐伯胖（1978）：イメージ化による知識と学習，東洋館出版社． Soler-Adillon, J., Ferrer, J., & Parés, N. (2009, June): A novel approach to interactive playgrounds: the interactive slide project. In Proceedings of the 8th international Conference on interaction Design and Children (pp. 131–139). 田中翔一郎・畦浩二（2013）：植物の生命の連続性における児童の概念形成について - 植物の発芽の学習分析にもとづいて，大阪教育大学紀要第Ⅳ部門教育科学， 62, 1, 43–52. 八幡開・赤澤紀子・武田弾・中山泰一・角田博保・鈴木貢（2014）：身体を動かすことを通してローマ字習得を支援するシステム，情報処理学会研究報告，コンピュータと教育研究報告，4, 1–7.. （受付日2020年１月16日；受理日2020年11月７日）〔問い合わせ先〕. 〒278-0022. 千葉県野田市山崎2641 東京理科大学大学院理工学研究科小宮直己 e-mail: [email protected]. 〒278-0022. 千葉県野田市山崎2641 東京理科大学理工学部溝口博 e-mail: [email protected]. 〒657-8501. 兵庫県神戸市鶴甲3-11 神戸大学大学院人間発達環境学研究科稲垣成哲 e-mail: [email protected].

(12)