教育エージェント

教育エージェントは、コンピュータサイエンスと人工知能から借用された概念であり、通常はインテリジェントな個別指導システム (ITS)の一部として教育に応用されています。これは、教育環境における学習者とコンテンツ間の人間のようなインターフェイスをシミュレートしたものです。教育エージェントは、学生と他の人との間のやり取りのタイプをモデル化するように設計されています。Mabanza と de Wet は、これを「社会的に魅力的な方法でユーザーとやり取りする、コンピュータによって演じられるキャラクター」と定義しています。^{[1]教育エージェントには、エージェントの目的に応じて、}学習環境内でチューターや共同学習者など、さまざまな役割を割り当てることができます。 ^[2]「チューターエージェントは教師の役割を果たし、共同学習者エージェントは学習仲間の役割を果たします」。^[1]

教育エージェントの歴史は、コンピュータアニメーションの歴史と密接に関係しています。コンピュータアニメーションが進歩するにつれ、教育者はプログラムと学習者の間にリアルなインターフェースを組み込むことで、コンピュータ学習を強化するためにコンピュータアニメーションを採用しました。教育エージェントの最初のバージョンは、1997年にMicrosoft Officeのユーザーがプログラムの機能を読み込んで使用するのを助けたMicrosoftのClippyのように、人間というよりは漫画のようなものでした。しかし、コンピュータアニメーションの発達により、教育エージェントは本物のように見えるようになりました。2006年までには、教育エージェントの作成に必要な時間と専門知識を減らすために、モジュール式で再利用可能なエージェントを開発することが求められました。 ^[3] 2009年には、エージェント標準を制定することも求められました。^[4]教育エージェントの標準化と再利用性は、アニメーションツールのコスト低下と普及により、それほど問題ではなくなりました。^{[5] [6]}個別化された教育エージェントは、医学、数学、法律、語学学習、自動車、軍事など、さまざまな分野で使用されています。^[1]幼稚園児から成人まで、あらゆる年齢層を対象としたアプリケーションで使用されています。^[1]

分散認知理論は、他者とのコラボレーションの文脈で認知が進むという手法である。教育エージェントは、学習者への認知の移転を支援するように設計することができ、学習において協力的な役割を果たす成果物またはパートナーとして機能できる。ユーザーによるアクションの実行をサポートするために、教育エージェントは、ユーザーに欠けている知識を備えている限り、認知ツールとして機能することができる。ユーザーと教育エージェント間の相互作用は、社会的関係を促進することができる。教育エージェントは、作業パートナーの役割を果たすことができる。^[7]

社会文化的学習理論は、他のエージェントとの相互作用がある学習活動にユーザーが関与するときに、ユーザーがどのように成長するかという理論です。教育エージェントは、ユーザーの要求に応じて介入し、ユーザーが対処できないタスクをサポートし、学習者の認知範囲を潜在的に拡張することができます。教育エージェントとの相互作用は、学習者からさまざまな感情を引き出す可能性があります。学習者は興奮したり、混乱したり、イライラしたり、落胆したりする可能性があります。これらの感情は学習者のモチベーションに影響を与えます。^[7]

余分な認知負荷とは、情報の提示方法によって個人の作業記憶に余分な労力がかかることである。教育エージェントは、ユーザーの注意をそらして集中力を高め、教材とエージェントの間で注意を分散させることで、ユーザーの認知負荷を増加させる可能性がある。エージェントは、ナレーションやパーソナライゼーションを提供することで、ユーザーの興味やモチベーションを高めることもできるため、認知負荷を軽減することができる。 ^[8]教育エージェントによる認知負荷の軽減に関する研究はごくわずかだが、より多くの研究で、エージェントは認知負荷を増加させないことが示されている。^{[9] [10]}

研究者らは、教育エージェントが学習環境でさまざまな役割を担う可能性があることを示唆している。^[11]これらの役割の例には、手順の置き換え、足場作り、コーチング、テスト、または実演やモデル化がある。教育エージェントをチューターとして使用しても、教育エージェントの有無にかかわらず、同等の授業で教育戦略に何らかの利点が追加されることは実証されていない。^[12]リチャード・メイヤーによると、教育エージェントが学習を向上させるという研究はある程度支持されているが、それは社会的合図の提示者としてのみである。^[13]共同学習者の教育エージェントは、生徒の自己効力感を高めると考えられている。指導内容の重要な特徴を指摘することで、教育エージェントはシグナリング機能を果たすことができ、マルチメディア学習の研究では、この機能が学習を強化することが示されている。研究では、人間同士のやり取りが教育エージェントによって完全に置き換えられることはないかもしれないが、学習者はエージェントを使用しないマルチメディアシステムよりもエージェントを好む可能性があることが実証されている。^[11]この発見は社会的行為理論によって裏付けられている。

学習環境における教育エージェントの役割の有効性がさまざまであるのと同様に、ユーザーの感情を考慮したエージェントはさまざまな結果をもたらしてきました。研究によると、ユーザーの感情を利用する教育エージェントは、ユーザーの知識保持、モチベーション、自己効力感を高めることがわかっています。^{[14] [15]}しかし、感情表現の様式が非常に幅広いため、それらを活用することは難しいことがよくあります。^[16]さらに、感情の表出は個人によって異なるため、エージェントにユーザーの感情状態を正確に検出させることは依然として困難です。^[17]

教育エージェントの外見は、学習要件に合わせて操作することができます。教育エージェントの魅力は、ユーザーが教育エージェントの異性である場合、学生の学習を向上させることができます。男性の学生は、女性の教育エージェントのセクシーな外見を好み、男性のエージェントのセクシーな外見を嫌います。女性の学生は、男性または女性の教育エージェントのセクシーな外見に惹かれませんでした。^[18]

教育エージェントは、感情を伝えたり引き出せるだけでなく、感情について推論したり反応したりできるところまで到達しています。これらのエージェントは、多くの場合、スピーチ、表情、体のジェスチャーなどのさまざまなモダリティを通じて、ユーザーから感情的な行動を引き出し、それに反応するように設計されます。^[19]エージェントは特定のユーザーの感情状態に反応し、エージェントの設計に組み込まれたさまざまなセンサーを使用してこれらのモダリティを利用します。^[20]特に教育およびトレーニングのアプリケーションでは、教育エージェントは、ユーザーまたは学習者がフラストレーション、退屈、混乱、フロー状態を示しているときにそれをますます認識するように設計されることがよくあります。^[21]これらのエージェントに追加された認識は、エージェントをより感情的にインテリジェントにし、対話中にユーザーを慰め、やる気を起こさせるための一歩です。

教育エージェントの設計は、2Dか3D か、静的かアニメーションかを問わず、多くの場合、そのデジタル表現から始まります。いくつかの研究では、静的とアニメーションの両方を備えた教育エージェントを開発し、相対的な利点を評価しました。他の設計上の考慮事項と同様に、静的またはアニメーション化されたエージェントによる学習の向上は疑問視されています。ある研究では、静的画像を使用して描かれたエージェントの外観は、視覚的な外観に基づいて、ユーザーの記憶に影響を与える可能性があることが示されました。他の研究では、静的エージェント画像が学習成果を向上させることを示唆する結果が見つかりました。ただし、他のいくつかの研究では、教育エージェントが静的ではなくアニメーション化された場合の方が、ユーザーの学習が向上しました。^{[22] [23]}最近、このような研究のメタ分析により、教育エージェントによる学習の向上はごくわずかであることが判明し、主張を裏付けるためにこの分野でさらに研究を行う必要があることが示唆されました。^[24]

• AI: USC 情報科学研究所における人工知能研究
• スタンフォード大学: インタラクティブなアニメーション教育エージェント