[論文レビュー] Applied Logic in Engineering

Maria Spichkova|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2016

Experimental Learning in Engineering参考文献 15被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、実世界の事例やエンタメベースの学習（例えば、シャーロック・ホームズの推論を分析すること）を活用した、工学分野における形式論理の教育的アプローチを提示している。ミュンヘン工科大学でのこのコースは、抽象的理論よりも実践的応用に重きを置いたことで、学生の関与度と理解度を向上させ、オープンブック試験においても理解度が裏付けられ、高い満足度を達成した。

ABSTRACT

Logic not only helps to solve complicated and safety-critical problems, but also disciplines the mind and helps to develop abstract thinking, which is very important for any area of Engineering. In this technical report, we present an overview of common challenges in teaching of formal methods and discuss our experiences from the course Applied Logic in Engineering. This course was taught at TU Munich, Germany, in Winter Semester 2012/2013.

研究の動機と目的

• 形式論理に対する学生の一般的な嫌悪感（退屈さや複雑さの認識）に対処すること。
• 工学の学生における数学的不安を軽減するために、フィクションや産業分野からの関連性の高い応用例を統合すること。
• 実践的で例示中心の教育法を通じて、形式的技法が容易にアクセス可能で実用的であることを示すこと。
• 抽象的ではなく応用に重きを置いた論理コースの有効性を、工学的文脈において評価すること。

提案手法

• 『工学における応用論理』（ACE）というコースは、ミュンヘン工科大学における対面形式の選択科目であり、形式論理の経験のない工学の学生を対象としていた。
• 命題論理および一階論理を教えるために、産業分野の問題、パズル、およびフィクション的ナラティブ（特にシャーロック・ホームズの演繹的推論）を用いた具体例が使用された。
• 論理の基本的概念は、標準的なフレームワーク（構文、意味論、標準形、計算体系：自然演繹、分解）を用いて教授され、Prologおよび自動推論ツールへの重点が置かれた。
• カリキュラムには、形式的仕様、検証、定理証明、モデル検査、回路設計およびデータベースへの応用が含まれた。
• 記憶に依存するのではなく応用能力をテストするために、オープンブック試験による評価が実施された。
• シューニング、ラッセル＆ノーヴィッグ、ハリソンの基礎的文献を参考とし、形式的技法における人間要因に関する先行研究のフィードバックも統合された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして形式論理を、工学教育における学生の不安を軽減し、関与度を高める形で教授できるか？
• RQ2 フィクション的ナラティブおよび実世界の応用は、形式論理の理解度と実用的関連性の認識をどの程度向上させられるか？
• RQ3 抽象的ではなく応用に重きを置いた論理コースは、工学の学生においてより良い学習成果をもたらすことができるか？
• RQ4 実践的例とツール支援は、数学的でない工学の学生にとって形式的技法をどのようにアクセス可能にするか？

主な発見

• 大多数の学生が、コースの具体例が非常に役立ったと報告しており、教材の量についても、100％の学生が評価で「ちょうどよい」と回答した。
• 学生は特にシャーロック・ホームズの例と実世界の応用の統合を高く評価し、論理が関連性があり、魅力的だと感じた。
• コースは高い学生満足度を達成しており、学生は少人数授業と段階的で構造的な進行が、理解を深める要因であったと指摘した。
• オープンブック試験形式は、学生が論理の原則を記憶するのではなく応用できる能力を測定するのに成功しており、コースの実践的アプローチを裏付けた。
• 本コースは、形式論理が、関連性があり応用的な文脈に根ざして教授されれば、数学的・論理的背景がなくても工学の学生に効果的に教えられることを示した。