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AIDB Daily Papers

LLMで個別最適化!プログラミング教育の課題を解決する演習問題生成システム

原題: Beyond One-Size-Fits-All Exercises: Personalizing Computer Science Worksheets with Large Language Models
著者: Franco Ortiz, Runlong Ye, Michael Liut
公開日: 2026-04-30 | 分野: LLM AI 学習 教育 cs.HC パーソナライズド

※ 日本語タイトル・ポイントはAIによる自動生成です。正確な内容は原論文をご確認ください。

ポイント

  • 本研究では、大規模言語モデル(LLM)を用いて、学生の学習プロファイルに基づいた個別最適化されたプログラミング演習問題を生成するシステムを開発した。
  • 従来の画一的な演習問題では低知識層の学習者の課題未完了率が高かったが、個別最適化された問題ではほぼ全ての学習者が完了し、特に低知識・低意欲層の正答率が大幅に向上した。
  • このLLMを活用した演習問題生成システムは、学習者の離脱を防ぎ、教育におけるエンゲージメントの格差を効果的に解消する可能性を示唆している。

Abstract

Large Language Models (LLMs) have been widely applied to student-facing educational tools, this work explores their use in supporting instructors by presenting a practical adaptation of the Framework for Adaptive Content using Educational Technology (FACET) system to generate personalized instructional materials for an Introduction to Computer Programming (CS1) course. We conducted a mixed-methods study with 409 first-year computer science (CS) students, focusing on regular expressions (RegEx). Students were assessed on their knowledge and motivation, classified into one of four learner profiles, and assigned either LLM-personalized (treatment) or standard non-adaptive (control) exercises. Personalized materials varied in scaffolding, instructional explicitness, and tone based on learner profiles grounded in Bloom's Taxonomy and Self-Determination Theory. Quantitative analysis reveals that standard exercises resulted in task incompletion among low-knowledge learners, with approximately 25-30% incompletion, whereas personalized materials sustained near-universal completion (>99%) across all profiles. While high-performing students experienced ceiling effects, Low Knowledge/Low Motivation students achieved significantly higher correctness (+18.2%) with personalized support. Survey data indicate that students prioritize structural scaffolding (logical sequence, difficulty pacing) over motivational tone and perceive the adaptive tasks as equally challenging as standard exercises. These findings suggest that learner-profile-driven LLM personalization primarily serves as a retention scaffold, preventing task abandonment among at-risk students without diminishing the task's "desirable difficulty". The results demonstrate that instructor-facing LLM systems can effectively close engagement gaps in CS1 by tailoring instructional explicitness to student needs.

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