金沢工業大学におけるDXの推進について－学生一人ひとりへの教育と時間と空間に制約されない学び－

AXIES 教育技術開発部会 第14回研究会
2021年11月4日 @オンライン
金沢工業大学 工学部 教授
山本 知仁 鈴木 亮一

はじめに
•

教育の世界にもDXの波がやってきており、特に大学を中心とする高等教育機
関では近年、様々な領域で取り組まれ、2020年より始まったコロナ禍はその流れを加速した– 以前は、ほとんどの授業が対面で行われ、場合によっては板書を主体としていた授業もあったと思われるが、コロナ禍は、そのような授業形態を一気にデジタル化した•

Leaning Management System（LMS）についても、オンライン授業を実施するための要となっており、授業資料などを提供するためだけでなく、スタディログと呼ばれる学習に関わるデータを蓄積しそれらを解析することで、よりよい学習プロセスを実現する Learning Analytics （ LA ）にも利用されている

教育再生実行会議では• 政府の教育再生実行会議は2021年6月に「ポストコロナ期における新たな学びの在り方について」をテーマとして第12次提言を出している– 高等教育に関しては、「遠隔・オンライン教育の推進」「デジタル化への対応」「データ駆動型の教育への 転換」などを進めていくことが明記されている

https://www.kantei.go.jp/jp/singi/kyouikusaisei/

金沢工業大学におけるDXの推進••

2020年3月以降、今回の大きな変容を一時的なものではなく、大学教育の在り方を根本から見直す機会と捉え、デジタル技術を活用する新たな教育手法について議論を行っていた
2020年12月に大学として教育におけるDXを強く進めていくことが学内に展開された– 対面授業と遠隔授業を効果的に組み合わせながら，EduTechを駆使することで「学生一人ひとりの学びに応じた教育への転換」「時間と場所の制限を超えた学びの場の創出」の2つを実現していくことが示された

Plus-DXとは•••2021年12月に文部科学省による補助金事業「デジタルを活用した大学・高専教育高度化
プ ラ ン (Plus-DX) 」 の公募が行われ、下記の2つの申請枠が提示された学生の理解度を総合的に確認し，学生の学修履歴等から受講すべき科目や履修の支援，個別の授業後に理解度に応じた課題の提供を実現する「取組①：学修者本位の教育の実現」
実験・実習科目において，現場と同等の体験をすることで，教科書やビデオ映像を見るよりも効果的な学修を実現する「取組②：学びの質の向上」

https://www.mext.go.jp/content/202012
24-mxt_senmon01-000011618_1.pdf

金沢工業大学 デジタルを活用した大学・高専教育高度化プラン
取組名称：DXによる学生一人ひとりの学びに応じた教育実践
キーワード：#AIによる修学支援 #データサイエンス #e-シラバス
取組概要：本学のDX推進計画の1つである「学生一人ひとりの学びに応じた教育実践」に向けて、学生個々人の修学状況に応じた教育プログラム・課題・教材等の提供を行うことで、学修者本位の教育を行う。そのために、「入学前の学習歴・面接や学力試験の入試情報」「出席やGPA・ポートフォリオ等の修学情報」「就活期間や活動内容といった就職情報」を統合し、このデータから「学生が能動的な学習に転換した端緒や学びを深めたポイント」また逆に「修学につまずいた要因や学習意欲を無くしたポイント」といった学びのプロセスを明らかにする。この結果を基に、本学が構築するLMSを通して教職員間でデータを共有し、目の前の学生個々人の特性や正課・課外の学修歴から、より高度な学びへの発展や、修学意欲を取り戻すといった学生の成長に最も適したアドバイスを教職員ならびにAIがリアルタイムに行う。これにより学修者本位の学修の実現を図る。

＜機関全体のDX推進計画＞
学生一人ひとりの学びに応じた教育実践

入試情報

学生の入学から卒業までのデータを統合し、それらを分析することで、人と共にAIがアドバイスできるシステムを構築

修学情報

就職情報

個々にアドバイスデータベース
統合と分析

LMS+AI

時間と場所の制約を超えた学びの創出

高臨場感で遠隔地間を結ぶことができるコミュニケーションシステムを導入し、対面と遠隔の教育を融合することで、時間と場所を超えた質の高い学びを実現
高臨場感コミュニケーションシステム＜DX推進計画のうち本事業で取り組む内容＞

修学データベースの統合とデータの分析
大学教育再生加速プログラムによって導入されたe-シラバス （本学独自のLMS ）を「入学前教育」、「リカレント教育」まで拡張し、これまで蓄積されている入学から卒業まで、もしくは退学時の学生の情報を基に学生の修学プロセスを解析し、「学びを深めたポイント」、「つまずいたポイント」を明確化
解析に基づき、教職員が効果的に学びを支援するための情報を提供すると同時に、整理したデータを修学支援を行うAIの学習に利用

修学支援AIシステムの構築
整理されたデータでAIを学習し、学生の修学状況を提示する「自己成長シート」
より、修学全体に関わるアドバイスを適切なタイミングで学生に提示
各科目では、ｅ-シラバスを通じて学生の学習状況をモニタリングし、過去の学習データに基づきつまづきポイントを検出、その状況にあった学習のアドバイスや補習教材をAIが提示＜取組の目標、実現する際の手段や方法、取組をとおして得られる成果＞
評価手法：構築された統合システムによる教育効果を、GPAや留年率など定量的指標、及び学生の科目毎のアンケートや、面談結果等の定性的な指標で評価
取組の目標：2022年度終了時までに授業満足度97%以上、DX導入科目を100%、退学率3%未満、卒業生・採用企業それぞれの満足度を95%以上とする

自己成長シート金沢工業大学における情報システム•

これまで教育の質を高めるため、修学に関わるシステムを構築してきている– 学籍やGPAを管理する学事システム、学生の面談結果などの履修状況を管理する修学履歴
システム、就職活動を支援する進路支援システム、etc…

•

その中でも「大学教育再生加速プログラム事業（AP）」の支援を受け開発した本学独自のＬＭＳである、「ＫＩＴナビ」、「e-シラバス」、「自己成長シート」を通じて、学生の修学データを蓄積してきた– コロナ禍となった2020年度には、さらにデータを蓄積することができた

KITナビ

e-シラバス

自己成長シートe-シラバスの主な機能•

オンラインでの教育に必要な機能が実装されている–––––

授業資料、動画、音声等のデジタルデータの配信、外部サイトへのハイパーリンク付与
正課科目と課外活動との連携
レポート課題の提示とレポートの受理
小テスト、アンケートの実施
全ての教務データや学内システムと関連付け

講義データ

文章デー
タ

音声データ

数値データ

画像データ

動画データ

教材配信

レポートの受理関連サイトへのリンク

教員から
小テスト、アンケートの実施

学生から自己成長シート• 学生ポータル上で修学履歴や単位修得状況、学長褒賞・資格取得状況、課外活動状況など、学修成果に関するデータを一覧できる• また、各学科の教育目標に基づく「専門能力」や自己評価による「人間力」の数値をレーダーチャートで可視化できる機能も有している• 学生が自己の成長をより詳細に確認できるように今後も項目を増やしていく予定

LMS等の利用状況••••

eシラバスは、2016年度より運用を開始し、全科目における利用率は、一般的な科目では利用率が7割程度であった
コロナ禍となった2020年度はオンライン授業の比率が一気に高まり、これまで利用していなかった科目でもほとんどでe-シラバスが利用されることとなった
2016

20172018

2019

2020

前期

559/1182

815/1575

742/1525

773/1557

1113/1513

後期

558/1309

734/1694

724/1677

722/1680

1081/1642

1日あたりの学生のeシラバスへログイン数は、以前は一日に1回程度であったが、コロナ禍となった2020年度は、3倍のログイン数となった
結果としてe-シラバス上に多くのデータが蓄積される形となった
2016

201720182019

2020

前期

3645

4309

7745

8761

29565

後期

2716

5628

5536

6480

20530

以前に取り組んだ修学支援システム•

2016-17年に、その頃有していたデータを利用して、学生を支援するシステムを一度構築した– このシステムでは、卒業した学生のプロファイルを構築し、在籍している学生がどのような卒業生と類似度が高いか、ということを計算して、その卒業生が参加していた課外活動、取得していた資格、就職先などを学生に提示した•

一方、このシステムで提示される情報が、システム側でいわばブラックボックス的に処理された結果であるため、教職員側が十分に結果について説明することができなかった– 学生も提示される結果をどのように活かしていけばよいのか、理解するのが難しかった

自己成長支援システム

修学支援チャットボット

本学の情報技術教育プログラム• 3コース、14科目からなるプログラムで、基本は100分×7回の講義からなり、これら科目の多くは本学の学生だけではなく、高校生、社会人にも開講される2021年8月に文部科学省の「数理・デー
タサイエンス・AI教育プログラム（リテラシーレベル）」に認定され、先導的で独自の工夫・特色を有するものとして、「数理・データサイエンス・AI教育プログラム（リテラシーレベル）プラス」にも選定された

今回の取組では• データベースの統合、データの解析と整理、学生の修学プロセスの明確化、AI用学習データの生成などを実施

現在の解析の状況• 卒業時の学生をプロファイルいくつかのカテゴリに分け、その学生が入学から、卒業までどのような修学プロセスを経てきたかを解析する

1年ＧＰＡ

入試データ

2年ＧＰＡ

平均年収

累計ＧＰＡ

3年ＧＰＡ

2年ＧＰＡ

1年ＧＰＡ

– 入試の結果とその後の学習プロセス関係の明確化– 学生が学びを深めたポイントやきっかけの明確化– つまづきの原因、留年や退学に至った経緯の明確化– 就職先と最終的なアウトカムズの関係の明確化– 卒業後の満足度や幸福度と修学プロセスの明確化

3年ＧＰＡ

累計ＧＰＡ

成長、つまづきのポイントの明確化

今後のデータ解析について• 統合データベースを用いて、以下のようなマクロな解析を行っていく– 各学生が履修している各科目名とその成績、および出席率から、学生が躓きやすい科目を特定する– 退学者、留年生の面談記録をテキスト解析し、退学、留年に至った理由をより明確にする• マクロ的なデータに加えて、各授業の毎週のミクロ的なデータ（e-シラバスのデータ）で、以下のような解析を行う– 各授業の毎週の出席データやレポートの提出率、提出日、評価値を解析し、それらがどのように変化することで、学生のつまづきポイント明確にする– 成績上位、成績下位の学生が提出しているレポートの特性を自然言語処理を行うことで明確にする

AIを用いた修学支援について• 得られたデータを学習データとして、修学のアドバイスを提示するマクロ的なAIシステムの構築と、各科目に対応したミクロ的なアダプ
ティブラーニングのシステムを構築する– マクロな支援システムに関しては、自己成長シートを利用し、学期単位や必要があれば即時的に学生に対して、様々なアドバイスを提示する– ミクロな支援システムに関しては、各科目、特に学生が躓きやすい科目に対して、学習の習熟度に応じて学ぶことができるe-ラーニングシステ
ムシステムを導入する

金沢工業大学 デジタルを活用した大学・高専教育高度化プラン
取組名称：DXによる時間と場所の制約を超えた学びの場の創出
キーワード：#遠隔授業 #HMD #産学連携
取組概要：本事業では、本学のDX推進計画に定める「時間と場所の制約を超えた学びの創出」に向けて、対面授業と遠隔授業のベストミックスの確立と、他大学と連携して開発する教育システムやデジタルコンテンツを用いて学びの質向上を図る。これまで産学・地域・大学間連携が進展し難い要因として時間と場所の制約があり、質的・量的に連携の成果が十分に得られなかった。今般、多地点等身大接続システム・アバター・ヘッドマウントディスプレイ等を組み合わせた「遠隔コミュニケーションシステム」を構築・導入・活用することで、実験・実習を含めた遠隔授業においても対面と同等の質を担保する。また学科・大学を超えたチーム編成や遠隔地の教員・企業等の実務家教員からのアドバイス・指導が可能となるため、世代・分野を超えた深いコミュニケーションとコラボレーションが社会実装型PBLと実験・実習の中で実現し学びの質が向上する。

＜機関全体のDX推進計画＞
これまで構築してきた各システムのデータを統合し、学生一人ひとりの入学から卒業までのデータを追跡する。卒業時のGPAや就職先等から「学生がどのように学びを深めたのか」また「学生がどのようにつまずいたのか」各々のプロセスを明確化し、これらのデータをAIの学習に用いて、人に加えてAIがアドバイスできるようなシステムを構築する。また、「多地点等身大接続システム」と「ヘッドマウントディスプレイ」を導入し、対面と遠隔の教育を融合する環境を構築する。各接続拠点に参集した学習者が臨場感のあるリモート接続に参加し、大学間や企業との連携を遠隔で行うことを可能とし時間と場所の制約を超えた、多様な学びを実現し学びの質を高め、感染のリスクを下げながら実空間で行われる教育に近い教育、さらに仮想でしか実現できない教育を実現する。
＜DX推進計画のうち本事業で取り組む内容＞
金沢市近郊の12の大学等が連携する「産学連携プラットフォーム」を基盤とした、実社会の問題に多様なチームで取組む教育
多様な背景や専門性をもつ学生らが、遠隔で多地点等身大接続システム等を通して大きな実空間を共有し、社会問題の解決に一緒に取組める教育環境を構築する。

e-シラバス

多地点等身大接続システム＜取組の目標＞• 産学連携プラットフォームの連携による分野融合型教育（共同PBL授業）の推進[教育制度の設計、教育システムの構築、教育コンテンツの制作連携]• 遠隔コミュニケーションツールを活用した遠隔授業における対面授業と同等またはそれ以上の学習満足度の獲得• 遠隔コミュニケーションツールを活用した満足度の高い成果物の制作の実現＜実現する際の手段や方法＞• 産学連携プラットフォームに参画する大学に多地点等身大接続システムやアバターを設置し、多地点等身大接続システムやアバターを活用したチーム活動で課題解決のアイディアを深化• 遠隔解決策の具現化するためにＨＭＤを活用してサイバー空間でお互いにプロトタイプの確認• 実験装置の操作方法や状況をデジタル化し、実空間で体験できない危険や事故を仮想空間でシミュレーショ
ン体験「チームで問題発見解決に取り組むPBL科目」と「実験・実習科目」を中心とした実社会の問題に工学的なアプローチで取り組む教育
PBL科目及び実験・実習科目に、HMDやデジタルコンテンツを体系的に導入し、実験装置の操作方法や状況をデジタル化して自学自習に活用したり、自ら作成したプログラム実装を仮想空間でのシミュレーションで確認できる教育環境を構築する。

＜取組をとおして得られる成果＞• 対面のコミュニケーションと同等の臨場感がある学習環境と学ぶ意欲• 専門分野が異なる学生や世代の異なる社会人、さらに海外の学生と共に解決策創出の経験• サイバー空間で議論した成果の解決策創出とプロトタイプの製作等を通した社会実装の経験• ポストコロナ時代の対面と遠隔のメリットを活かしたベストミックスな授業運営方法

DXによる時間と場所の制約を超えた学びの場の創出
DX推進計画における本取組の位置づけ「多地点等身大接続システム」「アバター」「ヘッドマウントディスプレイ」などのデジタル機器を活用し，対面と遠隔の教育を融合する臨場感のある学習環境を構築する
多地点から参加する大学や企業と連携し，時間と場所の制約を超えた多様な学びの場（融合された実仮想空間）において，実空間で行われているような教育，さらには仮想空間を効果的に活用した教育を実現するDXによる新たな学びの場の創出と学びの質の向上

本取組の具体的な目標• 対面と遠隔授業が最適に融合する教育方法を追究し，教育効果の高いデジタル教材やシステムを制作し活用する• 遠隔コミュニケーションツールを活用した授業，実仮想空間を融合した環境での実験・演習科目の実施により，学習意欲と満足度の向上をめざす• 産学連携プラットフォーム（大学・企業間連携）を活用した分野融合型教育（共同PBL授業）の推進による新しい教育環境の創出をめざす⇒ 教育制度の設計，教育システムの構築，教育コンテンツの連携制作など期待される成果• ポストコロナ時代における，対面と遠隔の双方のメリットを活かした教育環境が構築され，教育効果の高い授業運営ができる• 対面授業と同等の臨場感ある学習環境の中で，積極的なコミュニケーションが生まれ，学ぶ意欲が向上する⇒ サイバー・フィジカル空間での議論，モデリング，プロトタイピングなど• 専門分野が異なる学生，世代の異なる社会人，さらには海外の学生など共に，多様性あるチームをつくり，問題発見や解決策を考える経験ができる⇒ 解決案のプロトタイピングから社会実装まで

具体例：VR・ARの活用(実験実習・安全教育)

実験・演習科目への活用

実験装置を仮想空間に再現• 現象を繰り返し観察できる• レポート作成の際にも実験できる• 自分の仮説を検証できる• 個々に実験装置を作ることができる（パラメータを変更して実験可）

台車の振幅と位相の変化を計測• 危険な状況を仮想空間で体験できる

具体例：産学連携プラットフォーム(PBL授業)• 石川県内の私立大学と連携した，分野を超えた教育の実践• 多様性ある学びの場の創出とスマートキャンパスの実現

金沢医科大学

学内5拠点
学外5拠点
多地点等身大システム
で接続可

金沢工業大学北陸学院大学むすびに• 金沢工業大学におけるDXの取り組みについて紹介した– DXによる学生一人ひとりの学びに応じた教育実践– DXによる時間と場所の制約を超えた学びの場の創出• DXの進展により，個々の修学レベルに合わせた指導や多様な教育が可能となり，質の高い学びの場の創出が期待できる– 高等教育だけではなく初等・中等教育へと展開（小中高大接続）• 修学指導への効果，学生の意識や学びの質向上に活かされているか等，本取組の成果について評価検証する

ご清聴ありがとうございました