<Doctoral Thesis>
Study of Development and Effective Use of Multi-view VR Teaching Material

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Abstract 理科離れにおける課題解決の一助として,児童・生徒の理解度に重点を置いたマルチメディア教材が用いられてきた.一方,VR技術を用いた教材は,マルチメディア教材にはない没入感や臨場感を与え,実際に見ることや体験できないことを提示することが可能である.したがって,VR教材は実験や観察を疑似体験することで児童・生徒の興味や関心を高め,理解度を向上させることができ,理科離れの対策として新たな教材となりうる. ...VR技術は,すでに教育の分野において着目されており,これまでにVR教材の開発や実践的な研究がなされてきた.しかしながら,VR教材の効果的な活用方法,児童・生徒の発達段階に着目した授業実践など,教育現場に導入するための具体的な知見を得る研究はなされておらず,教育現場への導入の段階には至っていない. 本研究の目的は,理科離れの児童・生徒らを主な対象として,教育の現場で有効に活用できる VR教材を開発し,その学習効果を評価することによって,実践的に役立つ教材活用の方法を明らかにすることとした. 以下,図1のように順を追って得られた知見についてまとめる. まず,教育現場で利用可能なVR教材を開発するために,小中高校の教員を対象にニーズ調査を実施した.調査結果において,理科離れの主な要因である空間認知を試し,理解の支援となる教材として「月の満ち欠けのしくみ」を教授する多視点型太陽系VR教材を開発した.仮想空間でインタラクティブに操作可能であり,3D映像によって太陽系を俯瞰するだけではなく,地球からの視点も同時に提示することができ,学習者の視点移動を支援する教材として開発した. 次に,授業実践を通して児童・生徒および,教員の評価によって,「教材の有用性の検討」,「スクリーンサイズの選定」を行った.その結果,VR授業を受けた生徒は授業に対して高い興味を持ち,空間認知力に関わらず理解度が向上し,教育現場において有用であるとの見通しを得た.また,大型スクリーン(横5m×高さ2m)は,没入感や立体感を向上させ,多視点型太陽系VR教材において使用するスクリーンとして適しているとの印象を得た.そこで,教材の効果的な活用法を検討する際には,大型スクリーンを使用することとした. さらに,小学生と高校生を対象とした授業実践により,VR教材の効果的な活用方法を検討した.その結果,VR教材を教育現場に用いる際には学習者の発達段階や習熟度を考慮して,活用方法や使用するシステムを検討することが肝要であることが明らかになった.小学生は多視点型太陽系VR教材を導入として使用することで月の満ち欠けのしくみについての理解度が向上し,高校生はまとめとして使用することによって学習に対する興味や態度が高まることが明らかになった.また,多視点型太陽系VR教材は習熟度が下位層の児童・生徒に特に有用な教材であることが明らかになった.一斉授業だけではなく,空間認知が苦手な児童・生徒に対して補習用の教材として用いることも可 能である.その場合,設置時間や運搬を考慮すると小型スクリーンの使用も視野にいれる必要があることが示唆された. 本研究は,約3年半にわたって教育現場でVR教材を使用した授業の観察とアンケート調査,テストによる評価を行った.ピアジェが提唱する発達段階や学習者の習熟度および,板書授業に組み込む上での効果的な活用方法に着目して評価した結果から幾つかの知見を得た.このような調査と効果について研究した例はこれまでになく,開発したVR教材が非常に優れた理科教育のツールとして有効活用できることを明らかにした.
There is a serious problem today, in countries many young people are moving away from the sciences. In astronomy, for example, more than half of Japanese elementary pupils from the fourth grade to the fifth grade do not understand about the phases of the moon. It is proposed that using virtual reality (VR) in education could be one effective way to solve the problem. The purposes of this study are to create VR teaching material based on a survey of primary school, junior high school and high school teachers’ needs, and to produce a guideline to use VR teaching materials in classes for making or using any other VR Teaching Materials. The survey suggested that teachers need Teaching Materials with which they can show spatial relationships to students. It also indicated that teachers need a VTR function and a presentation system for three-dimensional stereograph images in VR Teaching Materials. We created a “Multi-view VR Teaching Material of the Solar System” based on the survey. The teaching material was made for demonstrating the mechanism of the phases of the moon so that teachers can use it interactively and show spatial relationships among the sun, the earth, and the moon. In addition, teachers can display an image of the moon from the earth with an image of the entire solar system. The teaching material has a soft screen for polarization (5000mm×2000mm) and two projectors that project images onto a screen from the rear of it. In classes that use the Teaching Material, students can view the images with polarized glasses, and teachers can operate the teaching material with a graphical tablet. We first compared the teaching material with models of the earth and the moon in practice classes to examine the usefulness of the material. In these classes, the teaching material got better scores of pupils’ and students’ interest and subjective judgment of their level of understanding in their subjective appraisal than the models. We then compared the effect of the teaching material when used at the introduction and conclusion of the classes. In practice classes, we taught fourth grade pupils of an elementary school and freshman students of a high school. These classes demonstrated that the pupils’ level of understanding and interest had improved when the teaching material was used. The two kinds of practice classes clarified the importance of choosing the appropriate type of VR Teaching Material and consider how to use it in classes based on the teachers’ assessment of the students’ level of understanding. In addition, it was suggested that the VR Teaching Material improves the level of understanding of students with a low learning capacity.
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12_appendix2 pdf 747 KB 192 付録2_調査用紙
11_appendix1 pdf 787 KB 286 付録1_授業風景
10_reference pdf 465 KB 595 参考文献
09_acknowledgement pdf 130 KB 216 謝辞
08_chapter6 pdf 315 KB 282 第6章 結論
07_chapter5 pdf 685 KB 453 第5章 多視点型太陽系VR教材の効果的な活用に関する検討
06_chapter4 pdf 497 KB 180 第4章 多視点型太陽系VR教材におけるスクリーンサイズの検討
05_chapter3 pdf 776 KB 732 第3章 授業実践による多視点型太陽系VR教材の有用性の検討
04_chapter2 pdf 1.32 MB 391 第2章 ニーズ調査に基づいた多視点型太陽系VR教材の開発
03_chapter1 pdf 557 KB 489 第1章 序論
02_contents pdf 156 KB 118 目次
01_cover pdf 63.8 KB 312 表紙
00_summary pdf 290 KB 268 論文要旨(図入)

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Granted Date
Date Accepted
Faculty
Created Date 2013.07.10
Modified Date 2020.02.10

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