研究内容

主要な研究プロジェクト

この研究室が目指すこと

「学んだことが、次の問題でも効くようにしたい」

数学で身につけた論理的思考をプログラミングに活かしたり、プログラミングで培った構造化思考を作文に応用したりしたこと、ありませんか？ 一つの問題解決で得た「考え方」が、次の新しい問題にも利子のように効いていく。私たちはこれを 「問題解決の複利」 と呼んでいます。

この複利が生じる条件を解明し、実際に動くシステムとして実現すること。それが私たちの研究目標です。

そのために私たちが用いるのが 「中間表現」 という考え方です。人間の「考え方」や「学び方」には、分野を超えた共通パターンがあります。そのパターンをコンピュータが処理できる形式で記述することで、「正しい知識」と「学習者の理解」を同じ枠組みで比較し、どこが・どのようにズレているか をシステムが特定できるようになります。

4つの研究プロジェクト

CHUNK：学んだことを別の場面で使えるようにする

プログラミングで「forループ」を覚えても新しい問題では使えない。数学の公式を暗記しても応用問題が解けない。「覚えたはずなのに使えない」。これは多くの学習者が経験する壁であり、知識転移の問題です。複利を「蓄積」するにはどうすればいいのか。

この壁を越えるために、知識を「何のために使うか（機能）」「どう動くか（振舞い）」「どう書くか（構造）」の3層で整理するアプローチを取っています。表面的な暗記ではなく「なぜそうなるか」を理解しながら学べる仕組みを開発することで、ある場面で学んだことが別の場面でも自然と使えるようになることを目指しています。代表的な取り組みとして、プログラムの「振舞い」を可視化しながら部品的な知識を段階的に積み上げる学習環境 Compogram があります。

CLOVER：間違いから効果的に学ぶ

従来のシステムは「正解・不正解」を判定するだけですが、間違いには「どこで理解が曖昧だったか」という貴重な情報が詰まっています。積み上げた複利にズレがあるなら、それを「修正」しなければなりません。

CLOVERプロジェクトでは、間違った答えを「もしこれが正しかったら何が起こるか」という形で可視化し、学習者自身が「あれ、思っていたのと違う」と気づけるようにします。直接「ここが間違い」と教えるのではなく、自分で気づく体験を設計しています。中間表現を使うことで、「正解か不正解か」だけでなく**「理解のどの部分にズレがあるか」**まで特定し、そのズレに応じた気づきの体験を提供できます。代表的な取り組みとして、力学などで学習者の解答に基づいたシミュレーションを見せることで誤りへの気づきを促す EBS（Error-based Simulation） があります。

OCEAN：一人ひとりに最適な学びを設計する

「何から勉強すればいいか分からない」「今日はやる気が出ない」。情報があふれる現代では、学習者自身が迷子になりがちです。複利の効果を最大化するには、一人ひとりに合った学びの道筋が必要です。

OCEANプロジェクトでは、学習者の「理解状態」「学習スタイル」「やる気」「目標」を統合的に把握し、その人に合った学習の進め方を提案する適応的学習環境を開発しています。代表的な取り組みとして、「めんどうくさい」という感情に着目した動機づけ支援フレームワーク CORAL や、「何を学ぶか」「どの教材を使うか」「何をするか」を整理した ARKモデルや、ARKを用いて包括的に推薦する教育エージェント WHALE があります。

CCS：学習支援の「設計知」を共有可能にする

「プログラミング教育」と「作文指導」で実は似たような思考スキルを扱っているのに、それぞれのシステムがバラバラに作られている。中間表現を共通の言葉として使えば共通パターンが見えるはずなのに、知見が共有されず車輪の再発明が起きています。複利の仕組みそのものを形式化し、分野を超えて共有できるようにすること。それがCCSプロジェクトの狙いです。

異なる学習支援システムが扱う「思考スキル」を共通の言葉で記述する枠組みを開発しています。あるシステムで効果的だった支援方法を、別のシステムでも使えるようにするのが目標です。

研究のアプローチ

私たちの研究は、（1）ヒトの思考・学習を理解し、（2）中間表現を媒体としてそれを理論化し、（3）理論を「動くシステム」として構成・検証する、という流れで進めています。ポイントは、システム開発が単なる「アプリ開発」ではないことです。システムが正しく動くこと自体が、理論の正しさの検証になっています。

この「作ることによって理解する」アプローチのもと、人工知能・知識工学・学習分析・認知科学・教育心理学といった複数の分野を横断しながら研究を進めています。

研究室の方法論や価値観について詳しくは 研究室についてのページ をご覧ください。

謝辞

この研究プロジェクトの数々は、多くの同僚、学生、共同研究者との議論から生まれました。特に、師として導いてくださった以下の方々に深く感謝いたします：東本 崇仁氏、平嶋 宗氏、堀口 知也氏、緒方 広明氏、堀越 泉氏、Rwitajit Majumdar氏、H. Ulrich Hoppe氏、溝口 理一郎氏、赤倉 貴子氏。