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コードに関する選択式問題に苦戦する大型言語モデル

(Large Language Models Struggle to Answer Multiple-Choice Questions about Code)

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田中専務

拓海先生、最近よく聞くGPTって、うちの現場で使えるもんでしょうか。部下から導入を提案されているんですが、正直何が得意で何が苦手かよく分かりません。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、一緒に見ていけば要点が掴めますよ。今回は『GPTが短いコード付きの選択式問題(MCQ)を苦手とする』という研究を題材に、実務上の示唆を整理しますね。

田中専務

論文って難しそうですが、要はGPTは文章作るのは得意でも、プログラムの正誤や出力を判定するのは苦手、という話ですか?

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!要点はまさにそこです。ただし言い切る前に、どうして苦手かを段階的に見ますよ。結論を先に言うと、GPTはコードの”意味を実行して確かめる”能力が限定的で、推測や文脈で答えを導くことが多いんです。

田中専務

なるほど。つまり実際にコードを動かしてみるのではなく、過去の文章パターンから答えを推測しているということですか?これって要するに〇〇ということ?

AIメンター拓海

正確にはその通りです。GPTは大量のテキストパターンを学んで次に来る語や構文を予測するモデルで、計算結果を正確に実行する”実行器”ではないんです。要点を3つにまとめると、1) 文脈推定が強み、2) 実行による検証が弱み、3) コード分析が部分的に可能、です。

田中専務

投資対効果で言うと、GPTを教育や社内研修に使う場合、どんな落とし穴があるでしょうか。誤った答えを正しいと信じるリスクが気になります。

AIメンター拓海

素晴らしい視点ですね!リスクは現場での”正しさの検証プロセス”がないと誤情報を広げることです。対策は簡潔で、1) GPTの回答をそのまま評価基準にしない、2) 自動テストや実行結果と組み合わせる、3) 教える側が誤答を教材化する、の3点を組み合わせることです。

田中専務

現場での運用となると、IT部門に頼らずに使える形にできるでしょうか。うちの現場はプログラミング詳しい人が少ないので、管理が不安です。

AIメンター拓海

大丈夫、一緒に段階を作ればできますよ。まずは小さなパイロットで”人が必ず検証するワークフロー”を設定します。次に正誤が明確な問題(実行で検証できるもの)だけを任せ、最後に運用ルールを事業目標と結びつけて評価します。

田中専務

分かりました。要するに、GPTは”ヒントを出すアシスタント”としては使えるが、最終判断は人で行うべきだということですね。ありがとうございました。それなら現場でも扱えそうです。

1.概要と位置づけ

結論を先に述べる。本論文は、Large Language Models(LLM:大型言語モデル)であるGPTが、短いコード片を含む選択式問題(MCQ:Multiple-Choice Question)を安定して解けないことを実証した点で重要である。これは単に学術的好奇心に留まらず、教育現場や社内スキル評価に直結するため、実務の評価ルールを再設計する必要性を示している。背景として、GPTは自然言語生成や説明は得意でも、コードの実行に基づく検証や論理的推論に弱点がある。つまり、パターン予測に優れる一方で、実際に値を計算して確かめるような“実行検証”能力は限定的なのだ。この特性は、プログラミング教育における出題設計や自動採点システムの信頼性に直接的な影響を与える。

研究で用いられた問題群はPythonの導入・中級コースから抽出されたMCQで、コードを含むものと自然言語のみのものを比較している。著者らは複数世代のGPTモデルを評価し、コードを含む問題で誤答率が有意に高いことを報告した。重要なのは、コードの穴埋めや記述生成が比較的うまくいく一方で、コードの振る舞いを解析して出力や真偽を問う問題は難しい点である。実務的には、GPTを教材や補助ツールとして使う際に、検証プロセスや人の介在を設計することが不可欠である。次節では先行研究との違いを示し、どこが新規性かを明確にする。

2.先行研究との差別化ポイント

先行研究は主にLLMの生成能力、例えばコード生成や自然言語の解説能力に注目してきた。たとえばCodexやGitHub Copilotに関する評価は、コードを書かせるタスクの成功率を示しているが、選択式の判定問題における挙動は十分に検討されてこなかった。本研究はMCQという制約のある評価形式に着目し、特に「短いコード片に対して正誤や出力を選択させる問題」がモデルにとって困難である点を定量的に示した点が差別化ポイントである。加えて、問題タイプを細かく分類し、穴埋めや自然言語生成系の問題と、コード挙動の解析を求める問題で結果が異なることを明確にした。これにより、ただ単に ‘‘GPTはコードに強い/弱い’’ と断じるのではなく、具体的な問題類型ごとに能力差を明示した点が実務への示唆を強める。教育や評価設計での応用を検討する際、本研究はどの問題を自動化しどの問題で人による検証を残すかの判断基準を与える。

3.中核となる技術的要素

本研究が扱う主要な技術用語はLarge Language Models(LLM:大型言語モデル)とMultiple-Choice Question(MCQ:選択式問題)である。LLMは大量のテキストから次に来る語を予測する統計モデルで、生成や要約、説明といった自然言語タスクで高い性能を示す。一方で、コードの実行や値の確定を必要とするタスクでは、モデル内部に明示的な計算機能がないためにミスが出やすい。研究では、GPTに対してコード片を提示し正答選択を行わせ、その回答分布を解析する手法を用いている。重要なのは、モデルが示す誤答の多くが”実行に基づく検証を行っていないための推測ミス”に由来する点である。つまり、コードの意味論的理解と、実際に動かして確認する能力の乖離が中核の技術的問題である。

4.有効性の検証方法と成果

検証は三つのPythonコースから計530問のMCQを収集し、複数世代のGPTモデルに解答させる形で行われた。問題はコードを含むタイプと自然言語のみのタイプに分けられ、各モデルの正答率と誤答傾向を比較した。結果は一貫して、コードを含む問題での正答率が低いことを示した。特に、コードの挙動を理解して出力や真偽を問う問題群で失敗が目立ち、穴埋めや説明生成系の問題では比較的良好な成績を示した。これにより、教育用途でGPTを補助的に使う場合、出題の形式に応じた運用ポリシーが必要であることが示された。総じて、モデルは”説明や部分生成は得意だが、実行ベースの正確性は脆弱”という評価が妥当である。

5.研究を巡る議論と課題

議論点は二つある。第一に、どうすればLLMの推測に対して実行検証を組み合わせ、誤答のリスクを低減できるかという点である。提案される方向性としては、モデル出力と実行環境を連結するハイブリッドな評価基盤の構築が挙げられる。第二に、教育現場での倫理や不正利用の問題である。自動化が進む一方で、学生や受講者がモデルの答えを鵜呑みにすると学習効果が損なわれる恐れがある。したがって、評価基準や出題設計を見直し、モデルの得意な領域と不得意な領域を切り分ける運用ルール制定が必要となる。これらの課題に正面から取り組むことが、実務的な安全運用につながる。

6.今後の調査・学習の方向性

今後は三つの方向での追調査が望まれる。第一に、説明生成と実行検証を組み合わせたプロンプト設計やハイブリッドシステムの有効性を実データで評価すること。第二に、MCQの設計自体を改善し、モデルを悪用した不正を抑止しつつ学習効果を高める出題法を検討すること。第三に、企業現場での導入を見据え、簡易な実行検証ツールを組み合わせた運用ガイドラインを策定することが必要である。検索に使える英語キーワードは”GPT MCQ code evaluation, code understanding GPT, multiple-choice programming questions, LLM code reasoning”などである。これらを手掛かりに、実務で使える形へと段階的に落とし込むことが鍵となる。

会議で使えるフレーズ集

「このモデルは説明を生成するのは得意だが、コードの実行結果を確かめる能力は限定的だ。したがって出題設計や採点ルールに実行検証を組み込むべきだ。」「まずは小さなパイロットで人が検証するワークフローを作り、誤答を教材に変える運用を試行しよう。」「投資対効果を測るために、モデル導入前後で学習成果や作業効率を定量的に比較するメトリクスを設定しよう。」

J. Savelka et al., “Large Language Models (GPT) Struggle to Answer Multiple-Choice Questions about Code,” arXiv preprint arXiv:2303.08033v1, 2023.

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