\documentclass[a4j,11pt]{jsarticle}
\AtBeginDvi{\special{pdf:mapfile ptex-ipa.map}}
\addtolength{\topmargin}{-2.5cm}
\addtolength{\textheight}{2cm}
\addtolength{\textwidth}{2.7cm}
\addtolength{\oddsidemargin}{-1cm}
\addtolength{\evensidemargin}{-1cm}

%% タイトル %%
\title{ゲーミフィケーション要素を用いたプログラミング教材の提案}

%% 著者 %%
\author{広瀬研究室\\c120028 伊藤理乃}

%% 日付 %%
\date{2023年11月22日}
\usepackage{url}
\usepackage[dvipdfmx]{graphicx}
\usepackage{ascmac}
\begin{document}
\twocolumn[
\maketitle
\begin{center}
 {\bfseries 研究概要}
\end{center}
%% 概要 %%
プログラミング言語を学習し,理解する際には講師が行う講義だけではなく,講義時間外に学生が自主的に行う自学習が必要である。しかし,問題点としてプログラミング言語の自学習を行う上で学習意欲の維持・向上が難しいという点が挙げられる。そこで本研究では,継続的なプログラミング学習を行うことを目的としたゲーミフィケーション要素を取り入れたプログラミング教材の提案を行う。
\vspace*{2em}
]

\thispagestyle{empty}

%% 本文 %%
\section{背景}
プログラミング言語は講義から文法的要素やコンピューターにさせる処理を学ぶことによる論理的な学習だけでなく，学習者が実際にコードを記述することでプログラミング的思考が身につき，コードの書き方が身についていく。プログラミング的思考は演習の中でトライ\&エラーに取り組み，感覚的にコードが書けるようになることで身につくが，数時間という講義内での学習のみではプログラミング的思考を理解するには難しく，講義時間外の自学習による反復学習が必要である。しかし講義時間外の自学習において，プログラミングを勉強し始めたばかりの学習者やプログラミングに苦手意識を持っている学習者はエラーやバグの解決に時間を取られてしまい，学習意欲が減少してしまう。エラーやバグの解決に時間を取られない手法としてScratch\footnote{非営利団体Scratch財団によって設計，開発，維持されているシンプルなビジュアルインターフェースを持った子供向けコーディング言語。}\cite{scratch}などを用いた感覚的学習も推進されているが，プログラミング言語の文法にあまり触れることがないため，実際のコードに触れることがあまりない。学習始めたばかりの学習者や学習に苦手意識を持っている学習者の自学習による反復学習を向上させる手法としてゲーミフィケーションが挙げられる。ゲーミフィケーションとは,ゲーミングを行うことを目的としていないシステムなどに「レベルアップ」や「スコア競争」などのゲームの要素を取り入れることでモチベーションの維持や向上を図ることが期待できるものである。近年では，日本語教育\cite{nihongo}やSDGs\cite{sdgs}のように幅広い場面で課題解決の手法として利用されている。

\section{研究目的}
本研究ではプログラム学習者の自学習のモチベーションの維持・向上を推進し，トライ\&エラーを繰り返しながらプログラミング的思考を理解するための，ゲーミフィケーション要素を用いたクイズ形式学習機能・コード記入型学習機能から構成されるプログラミング教材の構築を目的とする。
	
\section{関連研究}
ゲーミフィケーションを利用した研究は今までも数多く行われている。中でもゲーミフィケーションを学習者のモチベーション維持・向上に応用した先行研究として以下の二つの研究が挙げられる。
\subsection{ゲーミフィケーション要素を取り入れた小学生の学習効果}
福山佑樹らの研究では,ゲーミフィケーション教材を小学校に数週間導入した際の学習効果を検討することで,実際に導入してどのような影響を教材が与えたと認識したのかを検討することを目的とし,ゲーミフィケーション教材「アプリゼミ」\footnote{DeNa社が小学1年生用に開発した算数・国語・英語を学習できるタブレット端末上で動作するアプリケーション。}を小学校において導入する実践を行った。使用するアプリのゲーミフィケーション要素の確認として,Dichevaら\cite{daicheva}の教育研究における先行研究をもとに「アプリゼミ」のゲーミフィケーション教材としての妥当性を判断した。ゲーミフィケーション教材の実践を2つの小学校において2週間の実践を行った結果,計算分野に関して30\%以上点数が向上するなど大きな成果が見られた。ゲーム要素によって児童がドリル形式の学習を楽しんで行う事ができたことに由来する事が示唆された\cite{game1}。

\subsection{ゲーミフィケーション要素を活用したウォーキング支援}
藤田美幸らの研究では,ドコモ・ヘルスケアがリリースしたウォーキングを支援することで健康維持・増進を目的とした歩数計アプリケーション「歩いておトク」を利用し,ゲーミフィケーションによる外敵動機付けについて自己決定性の高低の種別により分析し考察した。　分析では,同時に幾つかの動機付けを持つことを実証する理論的フレームワークとして自己決定理論（Deci\&Ryan, 1985）を利用し,自己決定性の高低の種類として1,外発的動機づけの発動 2,外敵調整 3,取入的調整 4,統合的調整 6,内発的動機づけの観点から分析を行った。分析の結果,ゲーミフィケーション要素は,ユーザーの動機づけを目的とした行動変容を促すシステムに必要な動機づけのマネジメントの方向性を示してくれ,エンゲージメントを高め行動変容を促すものとした\cite{game2}。

\subsection{関連研究での課題点}
3.2の関連研究より，ゲーミフィケーションは「ゲーム要素」を取り入れることで感情的エンゲージメント\footnote{興味，退屈，不安，楽しさといった学習者の感情的反応に関する概念。ここでは怒りや悲しみではなく感動，喜び，楽しさを表す。}\cite{engagement}に訴えかけることで，人々の動機づけとエンゲージメントを高め行動変容を促すものであることが報告された。しかし，人間の動機づけは多種多様でありゲーミフィケーションを利用する際には，ユーザの動機づけや行動特性について十分に理解し，目的ごとにフィットするものをデザインする必要があることが課題点として挙げられた。
    
\section{システム提案}
本研究では3節で挙げたゲーミフィケーション要素を用いた関連研究を元に，課題点の解決を図る本研究のシステム内容を定義する。
\subsection{ゲーミフィケーション要素}
関連研究3.1の福山佑樹らの研究\cite{game1}で用いられているゲーミフィケーション要素を表1に示した。表1では，本研究で使用するゲーミフィケーション要素は太文字で記載している。

        \begin{table}[htbp]
\centering
\caption{ゲーミフィケーション要素一覧}
\includegraphics[width=8.5cm]{game-glaf.pdf}
\end{table}

\subsection{使用する要素と手法の提案}
本研究で利用するゲーミフィケーション手法とゲーミフィケーション要素の比較を表2に示す。
        \begin{table}[htbp]
\centering
\caption{手法と要素の比較一覧}
\includegraphics[width=8cm]{game-glaf2.pdf}
\end{table}   
 
   \subsection{提案}
本研究で作成するシステムは，学習者がWebサイト上でクイズ形式学習機能とコード記入型学習機能を利用しプログラミングの自学習を行うものとする。クイズ形式学習機能では，プログラミング言語の基礎をWebサイト上でクイズ形式で学習することができる。コード記入型学習機能では，学習者がWebサイト上でプログラムのコードを書いて問題を解くことが可能である(図2)。また，プロフィールの設定を行うことができ，問題の正当数によって達成度を表示させ，ランキング形式で他の学習者との比較を行うことができる。
\\
\begin{figure}[hbtp]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{all-gaiyou.png}
\caption{システム全体概要図}
\end{figure}


  \section{システム設計}
本システムは，Webアプリケーション上で動かす。Webアプリケーション上にはクイズ形式学習機能の画面とコード記入型学習機能ごとに画面を用意する。２つの機能では得点を集計して達成度に反映させ，達成度の比較によってランキング化させる。Webアプリケーション作成ではRuby on Railsを利用して機能を増やしていく。データの保存では、sqlite3を利用する。使用する技術は以下の通りである。
    \begin{itemize}
        \item サーバーサイド
            \begin{itemize}
        		\item Ruby(version 3.1.2)
   		 \end{itemize}
    \end{itemize}
    \begin{itemize}
        \item  クライアントサイド
            \begin{itemize}
        \item  HTML(HyperText Markup Language)
        \item CSS3
    \end{itemize}
            \item  フレームワーク
            \begin{itemize}
        \item  Ruby on Rails(version 7.0.3)
    \end{itemize}
		  \item データベース
		  \begin{itemize}
        		\item sqlite3 - 3.38.2
   		 \end{itemize}
            \end{itemize}
    
 \section{実験}
 本研究では,本研究システムとゲーミフィケーション要素を用いないシステムを二つのグループに交互に使用してもらい実験を行う。使用してもらった後は、二つのシステム使用時のモチベーションに関するアンケートに記入してもらう。アンケートの結果は、カイ二乗検定を使用することでシステムの統計的な優位性を判断する(図2)。
  \begin{figure}[hbtp]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{jikkenn.png}
\caption{実験内容概要図}
\end{figure} 
 \subsection{実験対象}
 本研究では,東北公益文科大学が開講している講義である「基礎プログラミングI・I\hspace{-1.2pt}I」の受講生約40名を実験対象とする。
 \subsection{予備実験}
 本研究では,予備実験として「ジュニアドクター鳥海塾」の塾生38名に本システムを使用してもらいその効果を考察してもらった。システムを利用してもらった後にアンケート記入をしてもらい38名のシステム利用者のうち32名がアンケート記入を行った。アンケートの結果,システムの実証が確認された。システムについての意見では,「応用問題皆の回答一覧で皆がどんな答えをしているのかが見えることが良い」「自分のスコアや3日連続ログインランキングを表示されてあって毎日アプリを開きたくなるから良い」という意見があった。アンケート項目と結果は以下の通りである。
        \begin{itemize}
        \item １週間に家でどれくらいプログラミングの勉強を行うか
            \begin{itemize}
        		\item 2日に一回・・・37.5\%
		\item ほとんどやらない・・・34.4\%
		\item 5日に1回・・・28.1\%
   		 \end{itemize}
    \end{itemize}
    \begin{itemize}
        \item  1日に家でプログラミングの勉強を行う時間
            \begin{itemize}
        \item  30分・・・43.8\%
        \item  ほとんどやらない・・・25\%
        \item  1時間ぐらい・・・21.9\%
        \item  1時間以上・・・9.4\%
    \end{itemize}
		  \item このシステムで任意のプログラミングの宿題が出たら行うか
		  \begin{itemize}
        		\item 全て必ずやる・・・71.9\%
		\item 2,3回の宿題のうち1回はやる・・・25\%
		\item やらない・・・3.1\%
   		 \end{itemize}
            \end{itemize}           
    
 
 \section{今後の課題}
	クイズ形式学習機能・コード記入型学習機能の作成は完了した。今後は,予備実験から得られた情報を元にシステムの改良を進め,大学の講義である「基礎プログラミング」での実験を行う予定である。実験の結果から,本システムのゲーミフィケーション要素によって自学習のモチベーション向上の結果を得る予定である。
\begin{thebibliography}{99}
\bibitem{scratch} MIT. “SCRATCH”. \url{https://scratch.mit.edu/}, (参照 2022-11-20).
\bibitem{nihongo} 岩本穣志. “日本語授業における、ゲーミフィケーションを用いた学習意欲向上の試み”. 日本語教育方法研究会誌, 2017, No.1, p.8-9, \url{https://doi.org/10.19022/jlem.24.1_8}.
\bibitem{sdgs} 薮内一葉, 平本督太郎. “SDGsゲーミフィケーション教材を用いたプロソーシャルモチベーション向上のための手法に関する研究”. \url{https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjet/37/1/37_KJ00008721376/_pdf/-char/ja}, (参照 2022-7-05).
\bibitem{daicheva}
\newblock {\em Dariana Dicheva, Christo Dichev,\\Gennady Agre\& Galia Angelova.}
\newblock {\em “Gamification in Education:A Systematic Mapping Study”.}\url{https://www.researchgate.net/publication/270273830_Gamification_in_Education_A_Systematic_Mapping_Study}, (参照 2022-11-15) .
\bibitem{game1} 福山佑樹, 床鍋佳枝, 森田祐介. “ゲーミフィケーション要素を取り入れた小学校1年生向け電子教材の実践と評価”. デジタルゲーム学研究, 2017, No.9, p.31-40, \url{https://doi.org/10.9762/digraj.9.2_31}.
\bibitem{game2}藤田美幸, 塚本麻紀.“ゲーミフィケーションを活用したモバイル・ヘルスケアサービス：ドコモ・ヘルスケア「歩いておトク」を事例として”. 日本情報経営学会誌, 2018, No.3, p.74-82, \url{https://doi.org/10.20627/jsim.38.3_74}.
\bibitem{engagement}梅本貴豊, 伊藤崇達, 田中健史朗. “調整方略，感情的および行動的エンゲージメント，学業成果の関連”. 心理学研究, 2016, No.87, p.334-342, \url{https://doi.org/10.4992/jjpsy.87.15020}.
\bibitem{websocket}鈴木啓真, 兼子正勝. “WebSocketを用いたリアルタイムなWebデスクトップ共有”. 情報処理学会第77回全国大会講演論文集, 2015, No.1, p.153-154, \url{http://id.nii.ac.jp/1001/00165177/}.
\end{thebibliography}

\end{document}