デジタルペンを用いた生徒の思考プロセスに着目した学びの場三浦元喜國藤進（北陸先端科学技術大学院大学知識科学研究科）阪本康之（筑波大学附属坂戸高等学校）他者の意見に触れながら自分の意見を発信する活動を促進することを目的として、デジタルペンによって学習者の筆記活動を取得しリアルタイムに教師用 PC に送信するシステム AirTransNote を構築し、高校の数学の授業で試験運用を行った。デジタルペンが記録した筆記を、書かれた順番に再現する様子をプロジェクタで表示したところ、他者の静的な回答に対する発言のみならず、動的な思考プロセスに対する内省的発話が観察された。 IT 利用１一斉授業デジタルペンはじめに一般教室は教師が黒板を使用して生徒に「知識を伝達する」形式の授業に適している。しかし単に知識を伝達する形式は生徒自らが考える機会を減少させ、授業への参加意欲が下がる、受動的になるといった懸念が生じる。我々は生徒が積極的に授業に関わり、他者の意見や考え方を参考にしながら自分の考えを発信する経験を積み重ねていく必要があると考えている。しかし普段の授業が行われる一般教室は、そのような経験を積み重ねるための環境として最適とは言い難い。そこで我々は、一般教室の機能を情報通信技術により拡張し、他者の意見を参考にしながら自分の意見を発信する経験を、普段の授業が行われる一般教室にて効率良く行えるようにすることを目的として、生徒の筆記をリアルタイムに収集し提示するシステム AirTransNote を構築している（Miura et al. 2004、三浦他 2005）。２筆記集約システム AirTransNote AirTransNote は学習者の紙への筆記情報をデジタルペンによって取得し、PDAを介して教師用PCに送信するシステムである。集めた筆記をプロジェクタに提示することにより、生徒の考えを紹介したり、協調的な学習を行ったりすることが可能となる。類似のシステムとして、EduClick（Huang et al. 2001）に代表されるレスポンスアナライザがあるが、生徒が返すことのできる反応としては数字や番号に限られる。 AirTransNote では生徒の筆記内容を伝達できるため反応の自由度は高い。また紙に対する筆記は生徒にとって直感的かつ自然な活動であり、電子デバイス上のタッチパネルやタブレットを利用して手書きノートを収集するシステム（Davis et al. 1999、Yoshino and Munemori 2004、 Anderson et al. 2004、Kam et al.. 2005）に比べて、生徒に与える負担は少ないと考えられる。動的な筆記の再現 PDA 図表１生徒が利用するデジタルペンと PDA 図表１に、生徒が使用するデジタルペンと PDA を示す。PDA は基本的に筆記を無線送信するための中継役であるが、筆記を画面で確認したり、教師からのコメントを表示したりする機能も備えている。生徒は（１）紙とペンのセンサをクリップで留める（２）PDA と接続する（３）PDA 上のソフトウェアを起動する（４）紙とペン情報の位置合わせを行う、という４つの手順で準備を行う。準備後、ペンで紙に筆記を行うと、ペン先から発生する超音波をセンサが読み取り、座標情報に変換し、ペン先が離されるまで随時 PDA 内に蓄積する。ペン先が紙から離れると、ひとふでの筆記が無線 LAN により教師用 PC に送信される。教師用 PC では、生徒の PDA から集約した筆記情報を、図表２に示すように生徒別に表示したり、図表３に示すように特定の生徒の筆記のみを拡大したりすることができる。また、筆記の時刻情報を利用して、ある範囲の筆記を書いた順番に再現しながら表示したり、スライダを操作して任意の時点に戻ったりすることができる。なおその際、筆記が行われている地点を明確に示すために、画面上に仮想的な「ペン」（図表３では右下の部分）を表示している。図表２図表３生徒の筆記一覧表示筆記拡大と再生角の正方向が反時計まわりであり、象限 I → II → III → IV の順番であることを説明する。 4. 角のとり方を理解できているかどうかをみるため、0～90 度以外の角(225°、510°、 -1000°) について、それぞれ角と対応する線を書いてもらう。 5. 書いてもらった角と線を、筆記を再生しながらとりあげる。 6. 角のとり方と、軌跡が円になることを確認したうえで、cos120°がどうなるかを考えるため、120°の線と角を書いてもらう。 7. cos120°がいくつになるか、予想し、考えを挙げてもらう。 8. 挙げてもらった考えをとりあげたのち、解説する。その後、sin120°と tan120°を考えて記入してもらう。記入された内容が正しければ「正解」と PDA 画面に表示される。なお授業を円滑に進行するため、システムは前日に導入し、設定や紙の位置合わせの方法を説明した。前日の導入時に無線 LAN 接続が不安定になる現象が生じたため、実践授業においてはクラス 40 名のうち約半数の 24 名を対象とし、デジタルペンを使用してもらった。設定時間短縮のため授業の開始時には PDA をランダムに配布したが、授業中に PDA に取り付けた RFID タグを読み取りながら設定を行うことにより、上記 5. の段階から座席位置が表示に反映されるようにした。図表４３実験授業の様子運用実験本システムを利用することにより、生徒の学びにどのような変化をもたらすことができるかを調査するため、運用実験を行った。 ① 授業内容高校１年生の数学Ⅰ、三角比の単元において 0～90°以外の角について三角比を拡張する内容について、以下のような授業を計画した。 1. 最初に「cos120°を考える」ため、120°の角を持つ三角形を考え、紙の左上領域内に書いてもらう。 2. 書いてもらった三角形をとりあげながら、様々な 120°を持つ三角形の考え方があることを示す。 3. 120°という角のとり方を定義する。まず基準となる 0°を軸の正の部分とし、それから、 ② 授業観察から得られた知見角のとり方が正しいかどうかの判断において、角をとる方向や 360°以上の角をとるのにペンが何回廻ったかを視覚化できる点で、筆記の時間順再生は有効であった。また、筆記の時間順再生に関しては、黒板使用では引き出すことが困難な２つの現象が授業時間内に観測された。１つは、初期段階における考えの過程を詳細に再現し着目できる点である。 510°の角のとり方を確認している場面におい図表５授業アンケートの結果（回答の平均値）て、180°毎に x 軸上で筆記が一時停止している様子が観測できた。このことから、生徒がペンを紙に押しつけて 180°毎に考えながら回答していたことが予想される。もう１つは、筆記再生時に自分の方法を他者の方法と比べ、自分の方法について客観的に発話する活動が見られたことである。ある男子生徒が筆記再現中に、前に提示された筆記を受けて「俺は先に線を引いて、後で角を書いたんだ」といった発話を行っていた。黒板を使用した場合には、このように自己の動的な活動を他者の活動と関連付けて振り返り、補完して発話することは難しいと考えられる。なお授業時間外ではあるが筆記ログの再生中に、単なる落書きのように見えた塗り潰し領域の下に、角度を計算するための筆算が書かれていることに気付くといった発見があった。これらのことからシステムを利用した場合、詳細なプロセスに着目できることに加え、授業時間内に他者のプロセスに着目しながら発話を引き出すといったはたらきを生徒にもたらすことで、板書を越えた動的な効果を得ることが可能であるといえる。 ③ アンケート結果から得られた知見授業後にアンケート調査を実施した。アンケート項目は、独立行政法人メディア教育開発センター（NIME）が「教育の情報化の推進に資する研究実証授業システム」 (http://it.site21.net/lec/) として提供している意識調査用紙を参考に作成した。具体的なアンケート項目については付録として本節末に示している。有効回答数は 29（男子 9 名、女子 19 名、不明 1 名、ペン使用 17 名、ペン未使用 12 名）である。図表５に、ペン使用群と未使用群のアンケート結果を示す。χ2 検定の結果、「学習に満足することができた (χ2(3)=11.91, p<.01) 」「進んで授業に参加することができた (χ2(2)=9.09, p=.011) 」「自分の答え（考え）を他の人にうまく説明できた (χ2(3)=7.81, p=.050) 」の３項目において、人数の偏りが有意であった。このことから、ペンにより筆記内容が公開されることにより、生徒が積極的態度で自分の考えを十分に他者に伝えたと感じ、その結果学習に満足できたものと考えられる。また「他者の答えが参考になった」の項目にはペン使用群、未使用群とも高い評価をつけている。また、ペン使用に関するアンケート項目（ペン使用群のみ回答、図表６）の結果より「ペンを使用した学習は面白い」「普段より積極的に授業に参加できた」「またやりたい」の３項目は、８割以上の生徒が「そう思う」と回答した。このことから、ペン使用により自分の回答を公開し、他者の回答を参照できる環境は生徒の積極的態度を高める可能性がある。しかし「誰が書いた筆記か分からないほうがよい」については、ほぼ半分に意見が分かれていた。回答の公開に対する不安感と、誰が書いた回答なのかを知りたいという、相反する要求が表れていると思われる。４まとめと今後の課題他者の意見に触れながら自分の意見を発信する活動を促進することを目的として、デジタルペンと PDA を利用し、生徒の筆記をリアルタイムに取得し、時系列表示によって回答を再生しながら提示することを可能とするシステム AirTransNote を開発した。三角比の角の拡張に関する単元で運用実験授業を行った結果、回答プロセスといった動的な活動について他者の活動と関連付けたり、補完して発話したりする活動がみられた。またアンケートから、システム使用により生徒の積極的態度と授業満足度を向上させる結果が得られた。生徒にとっては紙や黒板といった静的な筆記を参照するのに比べ、再生筆記を参照したほうが思考過程を知覚しやすいため、過去に外在化した思考を当時の思考により近い形で鮮やかに復元できると考えられる。さらにその思考過程を含む、過去に外在化された思考を集団授業において提示することで衆目や他者の発言、自己のふりかえりによって強化されることが期待される。デジタルペンを用いて筆記を取得する際の問題点として、手を置いたりペンを巻き込んだりして筆記するなど、センサ部とのあいだ障害物がある場合に、筆記がうまく取得できない場合があった。このような技術的な問題点については代替手段を用いることにより比較的容易に解決できると考えられる。本報告で示した授業例や実践をふまえ、動的筆記を利用した協調的な「学び」をどのようにデザインしていくべきかについて、今後さらなる議論が必要であると考えている。図表６デジタルペン使用に関するアンケート結果謝辞本研究の一部は文部科学省科学研究費補助金（課題番号 15020216, 17011028）の支援によるものです。参考・引用文献 Anderson, Richard J., Crystal Hoyer, Steven A. Wolfman, and Ruth Anderson (2004) “A Study of Digital Ink in Lecture Presentation”, in Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, pp. 567–574. Davis, Richard C., James A. Landay, Victor Chen, Jonathan Huang, Rebecca B. Lee, Francis Li, James Lin, Charles B. Morrey III, Ben Schleimer, Morgan N. Price, and Bill N. Schilit (1999) “NotePals: Lightweight Note Sharing by the Group, for the Group.”, in Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, 338–345. Huang, Chi Wei, Jen Kei Liang, and Hsu Yie Wang (2001) “EduClick: A Computer-Supported Formative Evaluation System with Wireless Devices in Ordinary Classroom”, in Proc. of Int. Conference on Computers in Education, pp. 1462–1469. Kam, Matthew, Jingtao Wang, Alastair Iles, Eric Tse, Jane Chiu, Daniel Glaser, Orna Tarshish, and John Canny (2005) “Livenotes: A System for Cooperative and Augmented Note-Taking in Lectures”, in Proc. of CHI2005, pp. 531–540. Miura, Motoki, Susumu Kunifuji, Buntarou Shizuki, and Jiro Tanaka （2004） “Augmented Classroom: A Paper-Centric Approach for Collaborative Learning System”, in Proceedings of 2nd International Symposium on Ubiquitous Computing Systems （UCS2004）LNCS 3598, pp. 104–116. Yoshino, Takashi and Jun Munemori (2004) “SEGODON: Learning Support System that can be Applied to Various Forms”, in Claude Ghaoui ed. E-Education Applications: Human Factors and Innovative Approaches, 132–152: Information Science Publishing. 三浦元喜・國藤進・志築文太郎・田中二郎 (2005) 「デジタルペンと PDA を利用した実世界指向インタラクティブ授業支援システム」、『情報処理学会論文誌』、第 46 巻、第 9 号、2300–2310 頁、9 月