[論文レビュー] On Analysis and Evaluation of Multi-Sensory Cognitive Learning of a Mathematical Topic Using Artificial Neural Networks

Fahad Ahmed Al-Zahrani, Hassan M. H. Mustafa+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Visual and Cognitive Learning Processes参考文献 12被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、人工ニューラルネットワークを用いて、視覚的および聴覚的マルチメディアを統合したコンピュータ支援学習（CAL）モジュールを提案し、数学的トピックに関する子供たちの認知的記憶を向上させることを目的としている。複数感覚の連合記憶および古典的条件付けの原則を応用することで、CALシステムは学習成果を顕著に向上させた。特に、教師の声のナレーションを組み合わせた場合、顕著な成績向上が見られた。これは、教育現場における感覚統合型指導の有効性を示している。

ABSTRACT

This piece of research belongs to the field of educational assessment issue based upon the cognitive multimedia theory. Considering that theory; visual and auditory material should be presented simultaneously to reinforce the retention of a mathematical learned topic, a carefully computer-assisted learning (CAL) module is designed for development of a multimedia tutorial for our suggested mathematical topic. The designed CAL module is a multimedia tutorial computer package with visual and/or auditory material. So, via suggested computer package, Multi-Sensory associative memories and classical conditioning theories are practically applicable at an educational field (a children classroom). It is noticed that comparative practical results obtained are interesting for field application of CAL package with and without associated teacher's voice. Finally, the presented study highly recommends application of a novel teaching trend aiming to improve quality of children mathematical learning performance.

研究の動機と目的

• 子供たちにおける数学的概念の記憶保持に与える複数感覚的学習の影響を調査すること。
• 視覚的および聴覚的刺激を統合することで、従来の数学指導における限界を是正すること。
• 認知マルチメディア理論に基づいたコンピュータ支援学習（CAL）モジュールの設計および評価を行うこと。
• 人工ニューラルネットワークが認知的学習プロセスをモデル化・強化する有効性を検証すること。
• 連合記憶および古典的条件付けの原則が教育技術分野に実用的に応用可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 視覚的および聴覚的コンテンツを同時に提供するマルチメディアCALモジュールを開発し、数学的学習の強化を図った。
• 認知マルチメディア理論の原則を応用して、チュートリアルパッケージの設計を構造化した。
• 複数感覚刺激への反応としての認知的学習プロセスをモデル化・シミュレートするために、人工ニューラルネットワークを統合した。
• コンテンツの配信およびタイミングをガイドするために、古典的条件付けおよび複数感覚的連合記憶理論の原則を用いた。
• 教師の声のナレーションあり・なしの比較を、教室環境で実施したフィールド実験を通じて行った。
• 実務的評価を通じて学習成果を測定し、記憶力および成績を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 視覚的および聴覚的刺激の統合は、子供たちの数学的概念の記憶保持にどのように影響するか？
• RQ2 複数感覚的CAL環境下において、教師の声のナレーションは学習成績にどのような影響を及えるか？
• RQ3 人工ニューラルネットワークは、数学教育文脈における認知的学習プロセスをどの程度正確にモデル化できるか？
• RQ4 複数感覚的連合記憶の原則は、小学校の数学教育における学習成果を向上させることができるか？
• RQ5 聴覚的強化あり・なしの状況において、CALモジュールの有効性はどのように比較されるか？

主な発見

• 視覚的および聴覚的コンテンツを統合したCALモジュールは、数学的トピックに関する学生の記憶保持を顕著に向上させた。
• 教師の声のナレーションを併用したCALモジュールを使用した生徒は、音声なしのグループに比べて高い学習成績を示した。
• 複数感覚的連合記憶の原則の応用により、認知処理および想起の面で測定可能な改善が得られた。
• チュートリアル設計に埋め込まれた古典的条件付けメカニズムが、より強い学習連関を形成した。
• 本研究では、神経ネットワークによるモデル化を支援する感覚統合型学習環境が、より優れた教育的成果をもたらすことが確認された。
• 結果は、子供たちの数学的学習の質を向上させるために、新規の複数感覚的指導トレンドの導入を支持するものである。