薬物分類ゲーム「Kuthrill」の学習効果

要約

　薬物を薬効に従って分類する落ちものパズル型ゲーム（Kuthrill-薬， 以下Kuthrillと表記）を開発し，その効果測定を行った。Kuthrill試行前と後 にマークシート形式のペーパーテストを13名の大学生に行ったところ，テスト の成績は0.01の危険水準で有意に上昇していた。Kuthrillのスコアー（最後の 2回のプレイ結果の平均）とKuthrill試行後のペーパーテストの成績は強い相 関（r = 0.78）を示した。以上の結果とアンケート調査の結果などにより， Kuthrillの学習効果が確認された。利用者によっては，Kuthrillに向き不向き があることも判明した。

１．はじめに

　21世紀初頭から，シリアスゲームと呼ばれる新しいパラダイムが，ゲーム 産業はもとより，研究・教育の分野で急激に関心を集めている[1]。国連の食糧支援の広報のためのゲームFood Force，米陸軍の新兵募集のためのマーケティングツールAmerica’s Army，消 防士訓練用シュミレーションゲームHazmat: Hotzone，英語学習のゲーム English Taxiなど，多くのシリアスゲームが開発されてきた [1]。アクションゲームによる外科手術の技術向上[2]，高齢者の視覚，認知能などの改善[3]など，シリアスゲームの効能と学習効果に関する報 告は多い[4]-[5]。一方，シリアスゲームへの妄信 に対する警鐘も鳴らされている[6]。
　シリアスゲームを含む広い概念であるICT教育に言及すれば，その有効性は 大規模な実証研究等で既に示されている[7]。個別 の課題については，電子教科書に関する意見調査結果の因子分析[8]，wiki型の薬学支援PBLシステム[9]，eラーニングを活用した教育システム[10],[11],[12]などが出版されている。ビデオゲーム 型の教育支援ソフトウェアの制作と評価に関する研究としては，キーボード入 力学習システム[13]，教授活動ゲーム[14]，ゲームの処方箋[15]などがある。
　筆者らは薬理学の一課題である薬物と薬効を学習するための教育支援ソフ トとして，落ちものパズル型ビデオゲームの「Kuthrill」を制作した。本論文 では，Kuthrillの効果測定の結果とその解析について述べる。Kuthrillは FUMI理論研究所のホームページ[16]からダウンロー ドでき，オフラインで使用できる。また，オンラインで利用すればランキング に参加できる。なお，落ちものパズル型ゲームの認知能力，学習に対する効果 測定は幾つか報告がある[17]-[21]。

２．方法

2．1　Kuthrillの制作
　Kuthrillのプログラミングは，Microsoft社Visual Studio 2010により行っ た。開発キットはSilverlight 3であり，コードビハインドの言語はC#であ る。データベースとしては，SQL Server 2008を用いた。Kuthrillをリンクす るWebページおよびデータベースの内容を表示するページはASP.NETで作成し た。スコアーなどのユーザの記録を保存するために，Silverlightの IsolatedStorageFileを利用した。KuthrillをWeb上からダウンロードできるよ うに，Visual Studio 2010で設定した。KuthrillはSilverlightが利用可能な 環境で作動する。
2．2　Kuthrillの機能
　Kuthrillが収載している薬物（160品目）は，薬学系大学で教育する典型的 なものである。16の薬効それぞれが10の薬物を含んでいる。
　Kuthrillのスコアーは，
　　　　　　　　　　10点＋Helpなしの正解数×2点＋1段消しの数×4点−時 間（秒）÷2（秒/点）
である。スコアーは，ユーザの学習意欲を考慮し，初心者でも0点を取らない ように，慣れれば100点を超えるように設定した。10点はプレイするだけで与 えられる。プレイ中Helpボタン（図1）を押すと正解 が分かるようになっているが加点されない。1行（段）の答4つがすべて正解で あると，その行は消えて（段消し），これより上に重なっている薬物名のブロ ックは下降する。
　図1は薬効グループAのプレイ画面であり，下に 4つの選択肢（薬効）が並んでいる。各薬効に対して9つの薬物が出題され，合 計36の薬物が出題される。なお，この薬効グループに属さない薬物も4つ出題 されるため，合計で40の薬物ブロックが上から落ちてくる。
2．3　Kuthrillの検証
　Kuthrillの学習効果は以下の日程で検証した。

• H23年4月8日　Kuthrill試行前のペーパーテスト
• H23年4月8日?5月26日　Kuthrillの試行
• H23年5月26日　Kuthrill試行後のペーパーテスト
• H23年5月26日　アンケート調査

• 各グループをそれぞれ最低4回行う；
• 自主的な学習のために，回数を増やすことは可能である；
• どのグループから始めてもよいが，同じグループは連続して行う；
• H23年5月26日にKuthrill試行後のペーパーテストを実施する。

３．結果と考察

　ペーパーテストの結果とKuthrillの効果測定を行った結果を表1に示す。Kuthrill試行前と後に，通常のマークシート 形式のペーパーテスト（方法の項を参照）を行い集計した。Kuthrillは，この ペーパーテストと同じ内容を実践する落ちものパズル型ソフトウェアである。 ある薬効グループに対して，Kuthrillは合計40の薬物が出題されるが，ペーパ ーテストでは12の薬物が出題される。Kuthrillはユーザの記録（スコアー，実 施日時，薬効グループ）を自動で記録するので，被験者に承諾を得た上で，彼 らの記録をテキストファイルとして収集した。表1にあるように，Kuthrill試 行後のペーパーテストの最高正答率98％は被験者Gであり，Kuthrillスコアー の最高点102.12は被験者Aである。最低点はどちらも被験者K（31％と0点）で ある。
　Kuthrill試行前と後のペーパーテストの平均正答率を比べると，20.7%の成 長度（差）があった（表1）。試行前後の平均点に差 がないという仮説を立て有意差検定を成長度に対して行ったところ，危険水準 が0.01で，この仮説は棄却された。ゆえに，Kuthrillの学習効果は否定されな い。
　表1の被験者である4年生以外に，Kuthrillを試行 していない5年生にも同じペーパーテストに参加してもらった。４年生と違 い，5年生はすでに国家試験の勉強を始めているためペーパーテストの成績は 良く，平均72.3 %であり，SDは12.3であった。この結果により，4年生は， Kuthrillを試行した後では，5年生と同じ程度の成績を示したと言える。
　効果測定の結果（表1）の幾つかの項目間の散布図 を図2に示す。Kuthrill試行前と後のペーパーテスト の成績の相関係数は0.48であり，もともと成績の良い被験者はKuthrill試行後 の成績も良いという傾向が少しはあるようだが，強い相関は無いと考えられる （図2A）。Kuthrill試行前のペーパーテスト成績と Kuthrillのスコアーの相関は，当然であるが，無いと言える（図2B，r = 0.4）。
　一方，Kuthrill施行後のペーパーテストの成績とKuthrillのスコアーには 強い正の相関があった（図2C，r = 0.78）。また， Kuthrill施行前後のペーパーテストの成績の伸び（成長度）とKuthrillのスコ アーにも強い相関があった（図2D，r = 0.70）。図2 Cと図2Dの結果はKuthrillの学習効果を裏付ける。
　表2のアンケート調査の対象は，表1の効果測定の対象と同じ4年生である。Kuthrillの楽 しさ，使いやすさ，他人への推奨など，ほとんどの質問に対してKuthrillに好 意的な回答が得られた。特に注目したいのは，13人中9人（有効回答11中9） が，Kuthrillは学習効果があると答えたことである。有意差と相関に関する上 述の結果と合わせて考えると，Kuthrillの学習効果をさらに確信できる。ま た，「復習」としての学習効果があると８人が答えていることは，試験近くに なってからKuthrill のプレイをしたためと推測できる。
　ゲームのプレイ回数とスコアーの間（r = 0.25）およびプレイ回数とペー パーテストの成績（r = 0.07）には相関は観測されなかった。最も多く（50回 以上）Kuthrillを試行した被験者はA，B，H，Jであるが（表1），ペーパーテストの正答率が90％以上である被験 者はAだけである。図2Cと図2Dから分かるように，ペ ーパーテストの正答率が90％以上である被験者は，A，F，G，Lの4人であり， 彼らは成長度においても抜き出ている。そこで，被験者A，F，G，Lを第1グル ープとし，他を第2グループとして区別する。
　第1グループのKuthrillプレイ回数は，Aを除いて，17?24回であり，あま り多くない。一方，プレイ回数50?103回のB，H，Jは第2グループに属し，ペ ーパーテストの成績と成長度のどちらも第1グループほど良くはない。これ が，プレイ回数とスコアーまたはテスト成績と相関がない理由であると考えら れる。
　最後に，第１グループと第2グループのKuthrillのスコアーとプレイ時間の 変動を比較する。図3はKuthrillで最高スコアーを記 録した被験者Aのデータ（以下，学習プロファイルと呼ぶ）である。回数を重 ねるごとに，スコアー（●）は上昇し，プレイ時間（■）は短縮されている。 最終的に，スコアーは100点を超え，プレイ時間は40秒を切っている。一方， 第2グループの被験者Bも定性的には同様な学習プロファイルを示すが，スコア ーもプレイ時間も被験者Aほどの進歩は見られない（図 4）。被験者Aのスコアー曲線とプレイ時間曲線は交わっているが，被験者 Bでは交わっていないことからも，両者の学習プロファイルの違いを確認でき る。
　被験者LとEのプレイ回数は同じで17回であるが，成長度はLが54（42→ 96），Eが6（54→60）と大きく異なる。被験者Lはペーパーテストの成績も成 長度も申し分なく良いが，被験者Eは第2グループの中でも悪い方である（図2Cと図2D）。被験者Lの学習プロファイルはスコア ー曲線とプレイ時間曲線が交差しているという第1グループの特徴を示す（図5）。一方，被験者Eの2つの曲線は大きく隔たって いる。重要な点は，プレイ時間がプレイを重ねる毎に長くなっていることであ る。Kuthrillは被験者Eにとっては有効ではないが，被験者Lには有効であると 考えられる。

４．結論

　Kuthrill試行前と後のペーパーテストの成績の有意差（危険水準0.01）， KuthrillのスコアーとKuthrill施行後に実施されたペーパーテストの成績の強 い相関，アンケート調査の結果を考慮すると，Kuthrillの学習効果を肯定でき る。Kuthrillの学習プロファイル（スコアーとプレイ時間の推移）は，学習者 個人の学習パターンの記録であり，将来は教育者の教育指針となりえると考え られる。学習プロファイルからは，Kuthrillの向き不向きが示唆された。
　表2に付随して行ったアンケート調査「Kuthrillに ついての感想や問題点・改善点をお書き下さい。」の結果は有用である。「楽 しい」などの好意的な回答が多かったが，「知識が少ないうちは静止画面の方 がよい」，「携帯でできるとよい」，「マウスが使えるとよい」，「もう少し 手の込んだゲームで勉強したい」など，Kuthrill改良の参考になる回答もあっ た。他のアンケート調査「他にどのような分野をゲームにして欲しいかをお書 き下さい。」の回答は，有機化学（特に化学構造式），薬事関係法規，漢方， 生薬，衛生化学，生化学であった。有機化学と漢方のソフトウェアは既に制作 してある [16]。Social Networking Service (SNS)のさらなる活用を図り，双方向の情報伝達が可能な教育システムも計画 中である。

５．参考文献

1. 藤本徹，シリアスゲーム，東京電機大学出版局，2007
2. Rosser, J.C. Jr., Lynch, P.J., Haskamp, L.A., Yalif, A., Gentile, D.A. & Giammaria, L., Are Video Game Players Better at Laparoscopic Surgery? Medicine Meets Virtual Reality Conference, Newport Beach , CA., 2004.
3. Green, C.S. & Bavelier, D., The Cognitive Neuroscience of Video Games, In Messaris & Humphreys, Digital Media: Transformations in Human Communication. New York, Peter Lang Publishing, 2004.
4. Green, C.S. & Bavelier, D., Psychol. Aging, 23 (2008) 692-701.
5. Wilkinson, N., Ang, R.P. & Goh, D.H., Int. J. Social Psychiatry, 54 (2008) 370-382.
6. Katsnelson, A., Nature 464 (2010) 1111.
7. 文部科学省，ICTを活用した指導の効果の調査結果 について　?「確かな学力」の向上につながるICT活用?，（平成19年5月25日 ・文部科学省） http://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/19/05/07060706.htm
8. 清水康敬，小泉力一，山本朋弘，横山隆光，日本教 育工学会研究報告書，JSET11-2 (2011) 137-144.
9. 大津史子，永松正，灘井雅行，豊田行幸，後藤伸 之，平松正行，吉田勉，小森由美子，長谷川洋一，亀井浩行，野田幸裕，森 健，JSiSE Research Report, 26 (2011) 45-50.
10. 伊津美孝子，真嶋由貴恵，前川泰子，嶌田聡，田中 典子，JSiSE Research Report, 26 (2011) 77-80.
11. 辻慶子，小松川浩，JSiSE Research Report, 26 (2011) 83-86.
12. 芦田実，越智晴香，大澤豪人，化学教育ジャーナ ル，第12巻第2号（通巻23号）／採録番号12-8.
13. 堀田龍也，高橋純，大垣厚志，丸山圭介，鈴木広 則，JSiSE Research Report, 26 (2011) 123-128.
14. 九東光代，松田稔樹，JSiSE Research Report, 26 (2011) 9-16.
15. 財団法人ニューテクノロジー振興財団 http://www.ntf.or.jp/research/game.html
16. FUMI理論研究所 http://fumi-theory.com/
17. 永野和男，飯田史男，奥村英樹，精神遅滞児を対象 としてコンピュータゲーム的環境による学習の試み，日本教育工学雑誌，17 (1993) 69-84.
18. Okagaki, L., Frensch, P. A., Effect of video game playing on measures of spatial performance: Gender effects in late adolescence, J. Appl. Developmental Psych., 15 (1994) 33-58.
19. Sims, V. K., Mayer, R. E., Domain specificity of spatial expertise: the case of video game players, Appl. Cognitive Psych. 16 (2002) 97-115.
20. C ankaya, S., Karamete, A., The effects of educational computer games on students’ attitudes towards mathematics course and educational computer games, Procedia Social and Behavioral Sciences, 1 (2009) 145-149.
21. Wichert, R., A mobile augmented reality environment for collaborative learning and training, Ed. by Driscoll, M., Reeves, T., Proceedings of World Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare, and Higher Education, 2002, pp., 2386-2389.

    　

    表1　Kuthrillの効果測定

    
    *　問題数は48であり、その正答率（%）を示した。
    ＊＊　成長度は，「試行後のテストの正答率　−　試行前のテストの正答 率」である。
    ＊＊＊　Kuthrillスコアーは，最後のプレイ2回の平均である。

    　

    表2　アンケート調査結果

    
    被験者13人中，2人は無回答であった。
    ＊　Computer-Based Testingの略。薬学系大学の4年生を対象に全国で行われる。

    　

    
    

    図1　Kuthrillのゲーム画面

    　薬効グループ（一番下の段）は，ヒスタミン拮抗薬，コリン作動薬，交感 神経作動薬，鎮痛薬の4つの選択肢（薬効）から成り，選択肢は色分けされて いる。上から落ちてくる薬物ブロック（図ではジフェンヒドラミン）は灰色で あり，どの薬効にも属さない色である。下のブロックの上に着地した時に正解 の色になる。図では，アセチルコリンを除いてすべて正解であり，ブロックの 下にある選択肢と同じ色になっている。アセチルコリンは不正解であるため， ヒスタミン拮抗薬の色ではなく，コリン作動薬（正解）の色になっている。 Helpボタンを押すと，灰色のブロックは正解の色に変わる。

    　

    
    
    

    図2　Kuthrillとペーパーテストの結果

    　軸のスケールであるPre-Test Mark, Post-Test Mark, Game Score, Growthは，表1の試験前テスト正答率（％），試験後テスト正答率（％）， Kuthrillスコアー，テスト成長度（差）にそれぞれ対応する。
    A: Kuthrill試行前後のペーパーテスト成績の相関（r=0.48 ）
    B: Kuthrill試行前のペーパーテストの成績とKuthrillのスコアーの相関 （r=0.40）
    C: Kuthrill施行後のペーパーテストの成績とKuthrillのスコアーの相関 （r=0.78）
    D: Kuthrill施行前後のペーパーテストの成績の伸びとKuthrillのスコアーの 相関（r=0.70）

    　

    
    

    図3　被験者A のKuthrillのスコアー（●）とプレイ時間（■）の推移 （薬効グループA）

    　横軸は，下に記載されている日の時刻（時：分：秒）。縦軸は，スコアー とプレイ時間（同じスケール）。

    　

    
    

    図4　被験者BのKuthrillのスコアー（●）とプレイ時間（■）の推移 （薬効グループA）

    　横軸は，下に記載されている日の時刻（時：分：秒）。縦軸は，スコアー とプレイ時間（同じスケール）。

    　

    
    

    図5　被験者L（左）とE（右）のKuthrillのスコアー（●）とプレイ時間 （■）の推移（薬効グループD）

    　横軸は，下に記載されている日の時刻（時：分：秒）。縦軸は，スコアー とプレイ時間（同じスケール）。

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