講義システム

原 謙治
04/02/18
[Table of Contents] [Index]

eClass(旧Classroom2000) Georgia Tech

Publications (Ph.D. Thesis & Journal)
  • ペーパー一覧へ
  • 博士論文
    • Jason.A.Brotherton, "Enriching Everyday Experiences through the Automated Capture and Access of Live Experiences"
      Georgia Tech, College of Computing Ph.D. Thesis, 2001 [pdf]
  • Journal
    • Gregory D. Abowd, "Classroom 2000 An experiment with the instrumentation of a living educational environment"
      IBM Systems Journal 1999 [pdf]
    • Maria da Graca Pimentel, Yoshihide Ishiguro, Gregory D. Abowd, Bolot Kerimbaev and Mark Guzdial
      "Supporting Educational Activities through Dynamic Web Interfaces"
      Interacting with Computers, special issue on interacting with the active Web. 2001 [pdf]

Publications (主な国際学会のfull paper)
  • Gregory D. Abowd, Chris G. Atkeson, Jason A. Brotherton, Tommy Enqvist, Paul Gulley, and Johan Lemon
    "Investigating the capture, integration and access problem of ubiquitous computing in an educational setting"
    CHI '98 [pdf]
  • Khai N.Truong, Gregory D.Abowd, and Jason A.Brotherton, "Personalizing the Capture of Public Experiences"
    UIST '99 [pdf]

目的 (プロジェクト)
  • 教育におけるユビキタス・コンピューティングの調査

目的 (講師 & 生徒)
  • 講師側
    • 講師のパワーアップ
    • できるだけ既存の教え方のまま
  • 生徒側
    • 受講時、復習時のパワーアップ
      (生徒はコンピュータを持つと仮定)
    • 受講時のリアルタイムインタラクション技術の開発
      • voting, consensus, group controlled throttle(講義のペース制御), etc

目的 (教育)
  • グループ活動の記録技術の開発
  • 短期的な暗記ではなく長期的な学習のサポート
  • 以下のものを容易に
    • traditional lectures: electronic blackboards and notebooks,
    • student questions and discussion: student has ability to use private display to drive group display,
    • small group interactions: students can share displays, and
    • individual work: students can do back of the envelope calculations using spread sheets, mathematica, matlab, etc. during lectures or discussions to explore points.

講義の様子

ZenPad
  • ZenPadによってノートをとる労力を軽減
    • Java Applet
    • 理解・議論にエネルギーを使える
    • ホワイトボードとして使える
    • 講師も受講者もそれぞれスライドにメモできる
    • メモとaudio&videoが関連付けられる

講義の記録
  • electronic annotations, audio, video, and even Web browser activity all automatically recorded and time-stamped
  • 講義終了後にHTMLを自動生成
    • ビデオ、スライド、ウェブページへのリンクを提供
    • スライドを見ている間に講師のアノーテーションをクリックするとその時点でのaudio&videoが再生される
  • 下記のインタフェースで講義終了後も受講者が講義を再生できる

評価
  • 100の講義、24人の講師,700人の講師で評価
  • 講義内容は数学、工学、情報科学
  • アンケート
    • 他の全てが同じだったらどっちが良いか?

実際の受講者の様子/声
  • ノートはほとんど講師のを丸写し
  • 講義に出ないわけにはいかない
    • やむをえず出席できない場合に安心する

資料の検索
  • 欲しい情報を得られるように下記のような検索システムを用意
  • 特に特徴はない?

CoWebとの連携
  • CoWebはWikiみたいなもの
  • 協調的な学習を支援

Classroom2000の改良: StuPad (UIST '99)
  • Khai N.Truong, Gregory D.Abowd, and Jason A.Brotherton
  • ZenPadでは結局丸写しする受講者がいた
    • 時間の無駄
  • 講師のメモの上に自分のメモを書けるようにした
  • 上がZenPad, 下がStuPad

キャプチャ・システム
  • Truong, "Personalizing the Capture of Public Experiences" UIST '99 より
  • Public Capture Systems
    • Classroom 2000
    • MANIC
    • AutoAuditorium
    • STREAMS
    • Authoring on the Fly
  • Private Capture Systems
    • Audio Notebook
    • Dynomite
    • XCapture
    • FiloChat
  • Collaborative Capture Systems
    • We-Met
    • DOLPHIN
    • Tivoli
    • NotePals

Smart Classroom
  • Changhao Jiang, Yuanchun Shi, Guangyou X
    "Classroom in The Era of Ubiquitous Computing -Smart Classroom"
    UBICOMP 2001 [pdf]
  • こんなシステム

Distance Education (D.E.)
  • この論文を精読しました
    • Mariana Hentea, Mary Jo Shea, Lisa Pennington in Purdue University Calumet
      "A Perspacrive on Fulfilling the Expectations of Distance Education"
      CICT(Conference On Information Technology Education) '03 [pdf]

Overview
  • Instructional Technology CouncilはD.E.を以下のように定義
    • "地理的制約に囚われず, video, audio, computer, multimedia communication 等と従来の方法を利用して学習機会を広げること"
  • Distance Learning とは D.E. と同義かあるいは D.E. における望ましい結果を言う
  • D.E.において主に用いられる技術
    • ネットワーク
    • AI
    • 講義管理システム

Advantages
  • 大規模な講義が可能
  • 地元の学校以外の講義も受講できる
  • "自分のペースで受講できるし、何かと便利" in Instructional Technology Council
  • 各受講生用のカスタマイズが可能
  • "Distance learning success and the virtual university paradise is still not coming."
    [T.K. Shih et al. "A Survey of Distance Education Challenges and Technologies" J of DET '03]

Unsuccessful Learning (問題点)
  • D.E.を体験した生徒から出た不満
    • 課題や教科書への批判
    • ソフトウェア/ハードウェアに対する不満
    • 講師や他の生徒からの孤立感
    • 単位取得に対する心配
  • D.E. 成功への障害には順番に 教員の給料 + 時間, 構成変更, 専門家のサポートの欠如, 評価の欠如, 交流の欠如であった
    [Berge, "Barriers to Distance Education and Training: Survey Results" '02]

Unsuccessful Learning (実験)
  • Online Learner と Classroom Learner の比較
    [Marold, "The Emerging Profile of the On-line Learner: Relating Course Performance with Pretests, GPA, and other Measures of Achievement" IRMA '03]
    • 試験では Online 優位
    • 考察や宿題では Classroom 優位
    • ただし中間層では特に Online 優位ではなかった
      ⇒ Online Learning の効果は本人の能力次第
  • 以下で問題点を列挙

Ineffective Organization
  • 内容が簡単すぎたり難しすぎたりしては学習効果が低い
  • 従来とは講義の準備方法が違うので教える方にもトレーニングが必要
    [Shih, "An Effective Course Authoring and Student Evaluation System forDistant Learning" J of DET '03]
  • 講義毎に環境が違うと生徒も困る ⇒ ある程度使うツールを統一すべき

Inadequate Student Preparation
  • 講義を選ぶ際にオンラインの情報しかない
    • 思っていたのと違う内容
    • 難しすぎる
  • 受講に際して十分な設備がない

Lack of Interaction
  • "教示は理論に、訓練は応用に特化すべき" [Kaplan-Leiserson, "Learning Circuits Glossary" '02]
  • Danchak in "Bringing Affective Behavior to e-learning" '02
    • ボディ・ランゲージや表情で教師の情熱や生徒の理解度が伝わる
    • D.E.では顔文字や略語を用いなければならない
      • なじみのない顔文字が出ると混乱する
        [W.R. Riffee, "Putting a Faculty Face on Distance Education Programs" '03]
      • 顔文字は不真面目だと思う人もいるかもしれない
  • 生徒同士の仲間意識、インタラクションが必要なことも多い
  • 言語以外の情報が伝わらず誤解を生む恐れもある
  • 生徒の進み具合がわからず、どういった授業が望まれているのかわからない
  • 出された課題の意図がわかりにくい

Assessment of Student Learning
  • 生徒の評価は学習効果に多大な影響を持つ
  • 実際には human monitoring がよく行われる
    [T.K. Shih, "A Survey of Distance Education Challenges and Technologies"]
    • 他には fax, E-mailを使ったレポート, 宿題等
    • Secure Online Quiz や チャットへの参加等を利用することも

Inflexible Course and Learning Technologies
  • 多くの講義管理システムには以下の欠点がある
    • 柔軟性に欠ける
    • 受講者が簡単には利用できない技術(主に帯域)を使う

Challenges for Improvement
  • 文字通り以下は改良への挑戦です

Pre-Assessing and Preparing Students (準備)
  • 開講前に行うこと
    • Massachusetts-Lowellでは専門知識、学習スタイル、時間管理能力の評価を行うプログラムを開発
      ["Principles for Building Success in Online Education" '03]
    • Toledo Univ. では勉強法や必要なテクニックを教える
    • 今後の改善のために受講者の環境要因を挙げておく
  • 賢い受講者の養成も必要
    [H. Strauss, "New Learning Spaces: Smartlearners, Notsmartclassrooms" '02]
    • 受講者には academic ではない, 単位が欲しいだけの working students も多い

Pre-Assessing and Preparing Students (生徒の特性)
  • Janvier と Ghaoui は 視覚&聴覚入力デバイスを利用したシステムを開発
    ["WISDem and E-learning System Interaction Issues Information Technology and Organizations: Trends, Issues, Challenges and Solutions" IRMA '03]
    • 受講者毎に様々な使い方をし、使い方には変化がなかった
    • ほとんどの受講者は multi-modal だったが、1つの感覚に特化した受講者もいた
    • 視覚で理解する受講者が多く、実行することによって理解する受講者もいた
    • Learning style は 18歳までには固まる
    • Multi-modal は下記の点のために重要
      • 効率の良いコミュニケーション
      • 受講者が記憶を呼び覚ましやすくなる

Increasing Motivation (重要度)
  • モチベーションの重要度
    • モチベーションは認知ではなく感情に属する
    • モチベーションを高めることは認知的戦略と同等に重要
    • 講師は個別にモチベーションを高めるように言われる by Danchak, "Bringing Affective Behavior to e-Learning" '02

Increasing Motivation (実験)
  • DanchakはRensselaer Polytechnic Instituteで実験を行った
    • システムの特徴
      • 講義室での授業をストリーミング放送し、スライドも同期させる
      • 講師の質問に答えるためのウィンドウを用意
      • 他にもリアルタイムなインタラクションが可能
    • 講師の情熱を生徒に伝えるための試み
    • "instructor immediacy" と "computer immediacy" の影響が大きいと推測 by Danchack and Rinaldi, "The Net: User Guidelines and Netiquette"
      • Uribe らが Web-based only と Computer-mediated で比較実験
        ["The Effect of Computer-mediated Collaborative Learning on Solving Ill-defined Problems" '03]
        • Computer-mediated = computer-mediated + collaborative + Web-based
        • 簡単な問題では Computer-mediated が優位
          • コンピュータとのやりとりを促すと成績が向上した
        • 複雑な問題では差がなかった

Effective use of Tools and Technologies (1)
  • ツールの特性を知らないと生徒への潜在的な利益を考慮できずにツールを選んでしまう
    [Ragan,"Good Teaching is Good Teaching: An Emerging Set of Guiding Principles and Practices for the Designand Development of Distance Education Cause/Effect" '99]
  • Face-to-Face でない環境では生徒の学習スタイルや好みがわかりにくい
    • Myer-Briggs Personality Type Indicator を使えばわかる
      [Soles, "Myer Briggs Type Preferences in Distance Learning Education" J of DET '03]
      • ビデオ会議が良いか, 同期した音声が良いか等
  • 色々なツールの使い方を講師は覚えなくてはならない

Effective use of Tools and Technologies (2)
  • リアルタイム・コミュニケーション
    • video/computer Conferencing, audio-graphic conferencing, pucture phones, chat sessions, instant messaging 等のツールを利用
    • 生徒間のコミュニティを形成
  • 非同期なコミュニケーション
    • Web site, FTP, E-mail, voice mail, fax, cell phone text messages 等のツール
    • メッセージの記録が容易
  • 生徒のフリーウェアの使用を促すべき
  • ソフトウェアの仕様は細かく決め、生徒の環境もその環境と互換性を持つべき

Increasing Interactivity and Customization (重要性)
  • 生徒からのフィードバックの重要性
    • フィードバックの扱いはD.E.の成否に関わる by Ypsilandis "Feedback in Distance Education" '02

Increasing Interactivity and Customization (フィードバックの種類)
  • initial feedback と feedback upon request の分類
    • initial feedback
      • 最初から用意してある情報へのフィードバック
      • 用語説明や参考文献へのハイパーリンク等
    • feeback upon request
      • 要求に応じて提供される情報へのフィードバック
      • FAQシステム等

Increasing Interactivity and Customization (Virtual Classroom)
  • Virtual Classroom
    • 非同期のWebページ
    • 生徒同士のインタラクションがある方が学習効果が高い
      [Rovai, "Hitting the Right Note"]
      ⇒ コミュニティ感を促すためのインタラクションが大事
    • 学習コミュニティに属している気になっている生徒は問題を解くことに固執し、結局解くことが多い by Ragan

Assessment of Student Learning
  • 生徒の評価はD.E.において最重要かつ最難関であり公平な評価の為に評価支援ツールは十分な洗練が必要
    [Shih, "An Effective Course Authoring and Student Evaluation System for Distance Learning" '03]
  • 生徒の理解度を測るために顔を見ることができないので評価システムは不可欠 by Ragan
  • その場で講義を受けている生徒と同じ基準で評価しなければならない
  • 試験監督
    • 公平と安全のために自分で試験監督をすることが多い
    • ちゃんとした認証が必要な場合は地元の大学、高校、軍基地等を利用
    • Penn State Univ.では大学教員、高校教員、軍人が監督
    • Colorado Univ. では生徒の雇い主が監督できる

Utilizing Intelligent Agents (1)
  • 生徒それぞれの要求を満たすフィードバック伝達の自動化が望まれる by Ypsilandis
    • "自動化のカギはAI" by Savely
      • 現在利用可能なのはハイパーリンクやFAQシステム程度
      • デザインやメインモード(audio, etc)や内容の作成には教育理論や専門知識が必要
  • 生徒別にチュートリアルを作成するシステムもある

Utilizing Intelligent Agents (2)
  • Lin らの提案 "A Method for Iimplementing Distributed Learning Environments" J. of DET '03
    • ユーザから知識を与えられて変化してゆくエージェント
    • タスクは細かくモジュール化して柔軟性を持たせる
    • 生徒、著者、講師等にそれぞれ別のインタフェースを用意
    • 講義管理エージェント、協調エージェント、情報取得エージェント等を用意

Utilizing Intelligent Agents (3)
  • Real Time Interactive Virtual Classroom
    • ライブ講義を活用して生徒の興味を惹き、理解を助ける
    • Smart Classroom by Shi
    • カナダで開発されたシステムもあり
      [Harasim, "A Framework for Online Learning: The Virtual-U"]
      • インタラクションとグループでの知識構築を支援
      • 生徒の参加状況や貢献を監視

Hybrid Learning Model (1)
  • D.E.の成功モデルは hybrid distance learning になってきている by McCloskey, "Innovation Battle Budgets" '02, by Riffee, "Putting Faculty Face on Distance Education Programs" '03
    • 協調分散モデル
    • 生徒, 研究グループ, 教員, Resource Centers の様々なタイプのインタラクション
    • 生徒と講師のインタラクション, 遠隔地の生徒のための指導者を用意したら効果が出た

Hybrid Learning Model (2)
  • 既存のWeb-baseのシステムとface-to-faceのインタラクションの融合
    • Purdue University west Lafayette, Indiana University, Babson College, Penn State等で採用
  • Maroldの実験で見られるように face-to-face interaction は重要
  • face-to-faceのインタラクティブ性を入れたら良い効果が出た
  • 提供された限られた情報に囚われずに新たな情報源を探すよう教えるべき
  • Open University in United Kingdomは遠隔講義の先駆者 [Dagli, "Diversity and Needs in Web-Based Learning: What Do Students in Online Learning Contests Need?" IRMA '03]
    • 1971年から
    • 200万人以上
    • Multimedia Methods
      • personal tutoring and brief classroom sessions

Hybrid Learning Model (3)
  • コンピュータと face-to-face interaction をうまく使うことで教育の質は高くなる [Holmes "The Myth of the Educational Computer"]
    • 128人の被験者(成人)に対して行ったThomson Learning の結果もその通り[Kiser "Is blended best?" '02]
      • Microsoft Excelを利用法
      • 3つのグループ (blended learning class, online learning only, no training)
      • 操作の的確さでblended が online を30%上回る
      • no trainingに対してはそれぞれ 159%, 99%上回った
      • 要するに blended : online : no training = 13 : 10 : 5
      • 速さでは blended が online を41%上回る
  • 遠隔学習でも講義内容に適切なツールを使い、生徒間、生徒-講師間の適切なインタラクションがあれば従来の講義と同程度の効果が得られる ["Engineering Outreach: College of Engineering. University of Idaho. Distance Education at Glance"]
  • ツールが使いやすければ学習曲線も向上する

Competitive Market of Distance Education
  • ビジネスも熱いぜ!

Conclusion
  • 最近は Hybrid Learning が流行り
  • 生徒にモチベーションを持たせるのが大事
    • 生徒、講師のインタラクションの早さ
  • AIもいいけどシンプルにface-to-faceも大事

まとめ


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