[論文レビュー] A Robotic Telescope For University-Level Distance Teaching

U. Kolb, Marcus Brodeur+2 more|Open Research Online (The Open University)|Jun 8, 2018

Experimental Learning in Engineering参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、オックスフォード大学の遠隔学習を受ける学部学生を対象に、テネリフェに設置されたPIRATEロボット望遠鏡を用いた遠隔・実地型天文学実習の導入を提示している。安定したインターネット接続、現実的なデータ取得、グループ協働、状況認識が、仮想実験教育における学生の関与度と学習効果を顕著に向上させることを示している。

ABSTRACT

We present aspects of the deployment of a remotely operable telescope for teaching practical science to distance learning undergraduate students. We briefly describe the technical realization of the facility, PIRATE, in Mallorca and elaborate on how it is embedded in the Open University curriculum. The PIRATE teaching activities were studied as part of a wider research project into the importance of realism, sociability and meta-functionality for the effectiveness of virtual and remote laboratories in teaching practical science. We find that students accept virtual experiments (e.g. a telescope simulator) when they deliver genuine, 'messy' data, clarify how they differ from a realistic portrayal, and are flagged as training tools. A robotic telescope is accepted in place of on-site practical work when realistic activities are included, the internet connection is stable, and when there is at least one live video feed. The robotic telescope activity should include group work and facilitate social modes of learning. Virtual experiments, though normally considered as asynchronous tools, should also include social interaction. To improve student engagement and learning outcomes a greater situational awareness for the robotic telescope setting should be devised. We conclude this report with a short account of the current status of PIRATE after its relocation from Mallorca to Tenerife, and its integration into the OpenScience Observatories.

研究の動機と目的

• 大学レベルの遠隔教育における観測天文学の実習を可能とする、遠隔操作可能なロボット望遠鏡の開発および導入。
• ロボット望遠鏡が遠隔学習者に対して、本物の実験経験をいかに再現できるかを評価すること。
• 学生の関与度と学習効果を高める要因（現実性、社会的要因、技術的信頼性など）を特定すること。
• PIRATEをオックスフォード大学のカリキュラムに統合する状況を評価し、大規模な実験教育を支援する役割を検証すること。
• マラッホ島のパイロット施設から、テネリフェに移転・アップグレードされた完全稼働型観測所への移行を検討すること。

提案手法

• テネリフェのテイデ天文台に、17インチのPlaneWave CDK17ロボット望遠鏡（4096²ピクセルのカメラ、f/6.8の焦点比）を設置。
• ABOT制御ソフトウェアの実装により、ウェブベースでのリアルタイム操作と、キュー順次スケジューリングによる自動観測を両立。
• オックスフォード大学のBSc (Hons) 自然科学（天文学・惑星科学専攻）カリキュラムにPIRATEを統合し、4時間の遠隔観測セッションを実施。
• 1チーム4〜5名のグループ形式で遠隔観測セッションを実施し、共同研究の実践を模擬。
• BVR、Hα、SII、OIIIの広帯域および狭帯域フィルターを用いて、星団の多色画像測光と天体物理学的分析を実施。
• マラッホ島からテネリフェへの施設移転と近代化を実施。新規4.5mのクラムシェル型ドームと、ハードウェア・ソフトウェアのアップグレードを実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遠隔学習の学生は、現地観測やシミュレーション実験と比較して、遠隔操作可能なロボット望遠鏡による観測が、どれほど本物らしく感じられ、教育的価値があると認識しているか。
• RQ2 ロボット望遠鏡が、大学レベルの天文学教育における現地実習を効果的に代替または補完するためには、どのような技術的・教育的条件が必要か。
• RQ3 遠隔観測セッションにおけるグループ協働が、仮想実験環境における学生の関与度と学習効果にどのように影響しているか。
• RQ4 「現実の観測の不確実性」を伴うリアルタイムデータ取得が、事前に収集されたデータやシミュレーションデータと比較して、学習効果をどの程度高めているか。
• RQ5 ライブ映像フィードやリアルタイムフィードバックといった状況認識機能が、遠隔実験体験の本物らしさと効果性をどのように向上させているか。

主な発見

• 学生は、本物の『不確実な』データが得られ、それが訓練用であると明確に示されている仮想実験を受容する。
• ロボット望遠鏡が現地実習の代替として受け入れられるのは、現実的な観測活動、安定したインターネット接続、および少なくとも1本のライブ映像フィードを提供する場合に限る。
• グループワークや社会的相互作用は、遠隔実験環境における学生の関与度と学習効果を顕著に向上させる。
• 非同期型仮想実験でも、社会的相互作用を組み込むことで、学習効果が向上する。
• 技術的耐障害性と安定したインターネット接続は極めて重要であり、頻発する障害は、現実の失敗から得られる学びの価値が高くても、学生の信頼を損なう。
• ABOT、4.5mドーム、17インチ望遠鏡を含むハードウェア・ソフトウェアのアップグレードを経て、テネリフェに移転したPIRATEは、将来的なカリキュラム統合と研究活動に耐えうる堅牢でスケーラブルなプラットフォームを提供している。