(57)【要約】【課題】負荷順応練習において練習者の変化する処理能力と出題負荷との乖離をなるべく小さくする負荷制御を実現する出題システムを提供する。【解決手段】負荷順応練習における成績推移が、成績の急上昇期・緩上昇期・停滞下降期、の各局面を含んでいることに着目し、練習者の処理能力を練習中の複数時点で計測して、出題される認知的負荷に逐次フィードバックする機序を実装した。これにより、従来の負荷逓増的出題では実現しえなかった、細やかな認知的負荷制御機構を有する教育システムないし練習システムが実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出題の頻度をあらわすテンポの値に応じて出題を指示する出題テンポ指示手段と、
テンポの値を更新可能な状態で記憶するテンポ記憶手段と、
単位時間を記憶する単位時間記憶手段と、
ユーザーが操作情報を入力するための操作情報入力手段と、
該操作情報が入力されたことを検出する検出手段と、
動作開始時点から単位時間の出題ごとにテンポ更新処理を行うテンポ更新処理手段とを有し、
前記のテンポ更新処理手段は、
操作情報検出の時間的間隔を操作情報の検出回数で除して得た値の65%乃至100%をテンポとする手段を含むことを特徴とし、
前記の出題テンポ指示手段は、
前記テンポ更新処理手段によってテンポの値が変更されない間は従前のテンポに応じた時間的間隔で出題を指示することを特徴とする出題システム。
【請求項２】
出題の頻度をあらわすテンポの値に応じて出題を指示する出題テンポ指示手段と、
テンポの値を更新可能な状態で記憶するテンポ記憶手段と、
単位回数を記憶する単位回数記憶手段と、
ユーザーが操作情報を入力するための操作情報入力手段と、
該操作情報が入力されたことを検出する検出手段と、
動作開始時点から単位回数の出題ごとにテンポ更新処理を行うテンポ更新処理手段とを有し、
前記のテンポ更新処理手段は、
操作情報検出の時間的間隔を操作情報の検出回数で除して得た値の65%乃至100%をテンポとする手段を含むことを特徴とし、
前記の出題テンポ指示手段は、
前記テンポ更新処理手段によってテンポの値が変更されない間は従前のテンポに応じた時間的間隔で出題を指示することを特徴とする出題システム。
【請求項３】
CPU、ROM、RAM、アドレス・データバス、入力デバイス、出力デバイスを構成要素とするシステムを、請求項１または請求項２に記載の出題システムとして機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項４】
請求項３に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷順応練習にかかるシステムに関するものである。
負荷順応練習とは「負荷への順応を促す練習」を意味する。それは負荷への効率的な順応を促すために練習者の能力を測定し、測定された処理能力値をフィードバックする形で、出題される負荷の質や量、そのほか内容、を決定する練習実施態様を含む。
【背景技術】
【０００２】
負荷順応練習の一形態として負荷逓増練習がある。負荷逓増練習は、測定値により決定された負荷の初期値から負荷の値を徐々に増やしていく練習実施態様を含む。負荷逓増練習にかかる先行技術として特許文献１が報告されている。これはつまり出題内容の認知的負荷を制御する出題システムであり、ＡＩによる負荷制御のアイデアを実現し、より高負荷への練習者の順応を図る教育システムないし練習システムとして応用されるものである。一般に、練習を重ねることにより処理能力は長期的観点では逓増してゆくことからすると、より高負荷への順応を促す当該技術的特徴には、変化する練習者の実力にフィットしつつ順応を促す上で、利点があるといえる。ただし、より高負荷をかける負荷逓増練習が常に最適かというと必ずしもそうでない可能性もあり、たとえば限界負荷をかけ続けた場合の成績推移グラフよると、毎日限界負荷をかけ続けた場合に、練習者の処理能力は常に直線的に上昇しているわけではない（特許文献１の図１９乃至図２１）。少なくとも、「成績上昇期を過ぎ、次の成績上昇期を迎えるまでの局面」においては、逓増的負荷よりむしろ定常的負荷をかけた方が練習者のその時点の実力によりフィットする場合があるといえる。そのような局面を想定して負荷のかけ方にきめ細やかなバリエーションを持たせることには意義がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願2016-111773
【特許文献２】PCTJP2017019928
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、任意の練習者の変化する実力にフィットしつつ、負荷への順応をより効率的に促すシステムを提供することを課題とする。特に、「成績上昇期を過ぎたあと、次の成績上昇期を迎えるまでの局面」における練習負荷の最適化を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、単位時間または単位回数の出題ごとに能力計測ないし負荷更新を行う点を最も主要な特徴とする。
【０００６】
すなわちたとえば本発明の一態様においては、単位時間または単位回数ごとに、検出されたユーザーの操作情報からユーザーの処理能力を計測し、その計測結果から設定される「テンポ」の値に基づいた頻度で出題を指示することを特徴とする（請求項１、請求項２）。
【０００７】
[定義]  
「テンポ」とは出題の頻度として設定される値のことである。それは出題の時間的間隔と対応する。たとえばテンポ＝６０で単一音を出題する場合であれば、一分間に６０音の出題がなされることを意味する。ただしこのことは必ずしも一定の時間的間隔による出題態様のみを意味するものではなく、たとえば一分間に８０音の出題をする出題はやさの出題と一分間に４０音の出題をする出題はやさの出題とを等時間ずつ交互に行った場合には一分あたりの出題頻度はトータルで６０回となり、これは本稿においてはテンポ＝６０の出題の観念に含まれる。
「出題」とは、あるシステムが液晶ディスプレイや発射装置などによって、ユーザーに対し練習内容を発することである。その練習は、設定されたテンポの値に基づいた頻度での出題によりなされることが意図される。
「出題テンポ指示手段」とは、本発明が出題の頻度をあらわすテンポの値に応じて出題を指示する手段である。一般的には当該手段として無線や有線などの回線を利用することが想定される。
「テンポ記憶手段」とは、テンポの値を更新可能な状態で保持するＲＡＭなどの手段である。
「単位時間記憶手段」とは、単位時間の値を保持するＲＯＭなどの手段である。
「単位回数記憶手段」とは、単位回数の値を保持するＲＯＭなどの手段である。
「ユーザー」とは本発明の利用者のことである。練習者や教習インストラクターがこれに含まれる。
「操作情報入力手段」とは、たとえばＰＣキーボード、マウス、タッチパネル、電子ピアノ鍵盤、ボタン、トラックバーなど、ユーザーが操作情報を本発明に入力する手段である。
「検出手段」とはユーザーが操作情報を入力したことや、入力された操作情報の内容、を検出するＣＰＵなどの手段である。入力され検出された内容と出題された内容とが一致するかどうかもここで判断できる。
「テンポ更新処理手段」とは、テンポ記憶手段に記憶されたテンポの値を更新するＣＰＵなどの手段である。
【０００８】
「65%乃至100%をテンポとする」について：
本発明において予定される基本的な練習者の処理能力の算定処理は、たとえば処理量を処理にかかった時間で除して得られた処理速度の値のうちの最大値、ないしは最大値の65%と最小値等（最小値、二番目に小さな値、三番目に小さな値、又は０等）の35%を加重平均した値をテンポとして設定するものである。結果として計測された処理速度の最大値の65〜100%の範囲の値がテンポとして設定される（請求項１、請求項２）。もちろん、この記述は当該テンポ算定手法を加重平均の方法に限定するものではない。
【０００９】
[技術的意義]  
逐次的な処理能力計測とフィードバックとを行う機序により、練習者の処理能力にきめ細やかにフィットする負荷順応促進システムを実現する。
【００１０】
そして本発明はプログラム発明としての態様をもつ（請求項３、請求項４）。
【００１１】
[技術的意義]  
該態様は、コンピュータまたは構成要素としてコンピュータを持つシステム等のシステムを、本発明の出題システムとして機能させるための手順を指示するプログラム又はプログラムを記憶した記録媒体であることが意図される。
【００１２】
先行研究において、練習者のその時点における限界負荷を毎日かけ続けた場合の成績推移は、成績の急上昇期、緩上昇期、停滞下降期、を繰り返す傾向のあることが報告されている（特許文献１の図１９）。
ここで急上昇期は前日よりも急激に大きな処理能力向上が観察される期間であり、緩上昇期は前日よりも緩やかな処理能力向上が観察される期間である。そして停滞下降期は前日の処理能力と同程度か下降する様子が観察される期間である。その時点における限界負荷を毎日かけ続けた場合に成績が下降する局面では順応限界に達した脳が新たな順応余地を準備している可能性が示唆されている。このように、出題される認知的負荷への順応が生じて定着し、向上した処理能力が観察されるまでには、成績が安定しない期間が存在する。
【００１３】
各期間において、どのような練習手段を適用することが好ましいかを考えた場合、まず、成績急上昇期には負荷逓増練習の適用が好ましいと考えられる。そもそも、負荷逓増練習が一つながりの練習の中で負荷を逓増させる意義は、練習開始時点から終了時点までの成績上昇を想定し、効果的に成績上昇を促しつつ、その処理能力の上昇的遷移傾向に出題負荷をフィットさせる機序を意図したものだからである。つまり、基本的に負荷逓増システムは成績変化が下降的である場合を想定しているわけではないため、限界処理能力の遷移傾向が定常的ないし下降的である場合には、成績急上昇期に比べ、出題負荷と処理能力との「乖離」が生じやすくなるといえる。本提案の主目的は、この「乖離」をなるべく小さくする負荷制御を実現することである。
たとえば練習の前後で処理能力の値に変化が少ない停滞期においては、負荷逓増させるよりは定常的負荷をかけたほうが、その時点の練習者の処理能力にフィットする負荷をかけることのできる時間は全体として長くなりそうである。このような場合、単純には、処理能力計測により測定された一定テンポでの出題（in tempo）を実施することが考えられる。ただ、緩上昇期、停滞下降期であっても練習負荷に対する順応が全く生じないわけではない。各局面により処理能力の伸びしろ等に差異があるにせよ、練習によって処理能力に変化は生じうる。
その変化の程度は自明でないが、そもそもどの程度の処理能力で処理がなされているかは処理にかかっている時間を計測すればある程度わかるはずである。そこで本発明は、一つながりの練習の中で、こまめに処理はやさを計測し、負荷に逐次フィードバックする仕組みを提案する。これにより「負荷順応が定着し、向上した処理能力が安定的に観察されるまでの不安定な期間」における練習者の処理能力にきめ細やかにフィットする負荷制御システムが実現される。
【００１４】
成績推移の各段階における順応傾向の差異のほか、過去になされた練習状況などによっても、順応状況は一様でないことが当然に予想される。たとえば、スクロールされるノートに応答する片手弾きのゲームにおいて、tonic=C,root=Eをよく練習していた場合とそうでない場合とでは、tonic=E,root=Eの成績に差異の生じることが予想される（特許文献１の図５参照）。そのような練習者の過去の練習履歴と既に取得されている能力は機械側には必ずしも既知ではない。つまり、あくまでも機械側（出題システムとしての機械側）で計測される処理能力は「その時点における練習者の処理のはやさ」であって、その後どのような順応傾向を示すかは必ずしも画一的一律的に予測されるわけではない。また練習者の処理能力変化には個人差や体調等による影響もありうるが、それらにかかる情報も機械側に必ずしも既知でない。これらのことは逐次的な処理能力計測と出題負荷へのフィードバックとを行う機序に一定の利点があることを裏付ける事情となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の機序により、練習者の処理能力を練習中の複数時点で計測し、逐次フィードバックすることにより、計測された情報の範囲で出題負荷を最適化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フロー図である
【図２】ブロック構成図である
【図３】MIの概念説明図である
【図４】負荷順応練習における成績推移傾向を示すグラフである
【図５】緩急インターバルの概念説明図である
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき発明の各実施形態について述べる。
【００１８】
図１は本発明の出題システムの基本的な動作の流れを示す概念図である。ここに示すように、本発明の一態様は、１）練習者の処理能力を計測して負荷を設定し、２）設定された負荷で単位回数または単位時間の出題、を繰り返すシステムであることが意図される。
【００１９】
図２は本発明の出題システムの一態様にかかる基本的構成の例を示すブロック構成図である。RAMが記憶した各パラメータをCPUが更新しながら出力デバイスに対し出題指示等を行う制御シナリオと乱数情報等がROMに記憶されている。さらに入力デバイスからの入力を検出して各パラメータに反映する仕組み等を持っている。
【００２０】
次に、従来技術との対比による本発明の一態様にかかる説明、および本発明と従来技術との組み合わせから想到されうる応用例、について述べる。
【００２１】
従来技術である負荷逓増練習システムの一態様においては、１）スクロールしない出題（Motionless）で練習者の処理能力の初期値を把握し、２）加速される出題（Acceleration）で負荷逓増してゆき、３）練習者が処理できなくなる負荷を、その時点におけるその練習者の「限界負荷」として把握していた。この、１）Motionless、２）Accelerationのプロセスを以後MAと呼ぶ。このMAのプロセスにより、認知的負荷処理課題において「各練習者のその時点の処理能力にフィットしつつ、より高負荷への順応を効果的に促すトレーニング」が設計可能となっている。AIによる負荷制御で「追い込むトレーニング」ができるわけである。そのノートスクローラ形式の一実施態様において、能力測定のための出題（Motionless）では、なるべく各小節ごとに全範囲を網羅する出題を行い、順応促進のための出題（Acceleration）では、各小節での出題範囲網羅にかかわらず、演奏上または作曲上重要な和声アルペジオ、トリル演奏など実践的実用的内容を出題している。2018年12月時点において、当方が管理するonedrive（https://bit.ly/2Aqd2zV）で配布されているCakePiano（windows用ソフトウェア）により、たとえば、大音譜表の全範囲を通して各自の処理が遅い箇所を探し、その遅い箇所、すなわち処理を律速している部分について重点的にMAを実施する、といった態様の読譜練習等が可能となっている。
【００２２】
ここで新たに、MAと対比される、MAとは異なるプロセスを定義する。すなわち、１）スクロールしない出題（Motionless）で練習者の処理能力の初期値を把握し、２）一定の設定テンポによる出題（in tempo）を行うプロセスを以後MIと呼ぶ。このin tempoの出題態様には、後述するように、トータルで設定テンポの出題頻度となるような、緩急をつけた出題態様も包含される。そのノートスクローラ形式の実施態様において、自動作曲を応用したスクロール出題がなされる点はMAと共通する。
【００２３】
一般にMIはMAのように練習者を追い込まない。その結果、MIにおいては、MAと異なり、練習者の限界負荷は把握されない。MIでは、Motionlessによる計測値が把握され、その計測値に基づく出題で負荷順応が促されるのみである。また一般的には、次第に負荷順応が生じることから練習者の処理能力と出題負荷との間に乖離が生じ、自分のその時点の処理能力に比して低い定常的負荷に物足りなくなってくるため、MI単独では、練習としては「退屈でつまらない」印象を練習者にもたらす内容となりがちである。ただし、その定常的負荷は、能力変化が少ない局面（上記、成績の緩上昇期、停滞下降期）やMAで生じた能力向上を定着させるプロセスにおいてはメリットとなる。
【００２４】
図３にMIの概念説明図を示す。本稿が提案する発明の一態様は、すなわちこのMIによる出題を一定時間（単位時間）または一定回数（単位回数）で区切って、MIMIMI…のように、繰り返す出題システムを含む。MAほどではないにせよ、一回のMIによっても負荷順応はいくらか生じる。そのため、一般的には（練習者がよい集中状態を保ち、向上的姿勢で、十分に練習熱心な場合には）、MIを繰り返すことにより自然的に処理はやさの計測値ないし設定値が徐々に上昇してゆき、自然的な負荷逓増練習が実施される結果となる。
また、このような態様の一定時間や一定回数でプロセスを区切る本発明アイデアの提案により、たとえば、本発明と従来技術との組み合わせとなるMAMIのプロセス（MAの直後にMIを実施する）や、MAMA…のようにMAを繰り返すプロセス（限界に到達する前に区切ってMAの再実施を繰り返す）も想到可能範囲に包含されうる観念となる。
【００２５】
MIMIMI…のようにMIを繰り返すと、先に実施したMIによって練習者に生じた負荷順応により、一般的には、次のMIの段階では処理はやさが向上する傾向が認められるが、練習者が成績停滞期だったり疲れてきたり集中が途切れてくると計測される処理はやさが下がって出題負荷も下がる。このようにして、出題側が練習者を負荷逓増的に牽引する（トレーニング）というよりは、常に出題側が練習者の出力に合わせる形、が実現される。この負荷のかけ方のバリエーションには、ある局面において、メリットのあることは背景技術の項で既に述べたとおりである。図４に一般的な負荷順応練習における成績推移傾向グラフを示す。これは、異なる出題範囲における出題について順応限界の推移を1週間記録し、低下点を基準に正規化して重ねた成績推移の平均値を図示している。横軸は低下点が現れた日を０とした場合の日付、縦軸は低下点における成績を100％とした場合の処理成績である。先行研究において、中長期的な練習期間においても類似の傾向が繰り返されながら処理能力が向上してゆくことも報告されている。本グラフより、成績推移は、成績の急上昇期・緩上昇期・停滞下降期、の各局面を含んでおり、成績の緩上昇期と停滞下降期には、負荷逓増的に牽引するよりも、順応が高負荷に追いつくのを待つように定常的に近い負荷で練習を行う機序が好ましいことが示唆される。さらに期間全体を見ると、成績の急上昇期間よりも、それ以外の期間の占める割合のほうが実は長いという可能性も示唆される。
【００２６】
本発明の一態様による、ノートスクローラ形式の出題において例示される単位時間は６０〜１００秒程度、単位回数は１００回程度、繰り返し回数は２〜３回程度である。ただしもちろん単位時間、単位回数、および繰り返し回数はこの例示内容に限定されない任意の値をとりうる。MIは基本的に「能力限界ギリギリを攻めない練習」「追い込まない練習」としての側面がつよいが、出題内容をスクロールさせる出題においては、いくらか「追い込む感覚」が得られる。さらに例えば、設定テンポ*２/３と設定テンポ*４/３を交互に繰り返し、トータルで設定テンポの数の出題がなされるように緩急をつけた出題態様の場合は、急なテンポが続く時間的長さの設計如何によっては追い込む感覚を強めることができる。つまり例えば一分あたりの頻度８０回（急）と一分あたりの頻度４０回（緩）を等しい時間ずつ交互に繰り返すと、本発明ではトータルでテンポ＝６０の出題があったということになるが、この場合、（急）の状態が１秒続くのか、それとも５秒続くのかによって、「追い込む感覚」の程度は違ってくる。
また、インターバルの基準を回数として、設定テンポ*3/4と設定テンポ*3/2を同じ回数ずつ交互に繰り返した場合も、トータルのテンポ＝設定テンポということになり、インターバルの基準を時間とした場合と類似する。ただし、インターバルの基準を回数とする場合は一般に変拍子の様相となる。そしてこの例の場合、瞬間的トップスピードも設定テンポの150％と比較的に早くなっている。
【００２７】
図５に緩急インターバルの例を図解する。
図５（a）は緩急インターバルの基準を「時間」とした例である。最高８０、最低４０の出題はやさ（音楽的テンポ）の出題を等時間ずつ交互に繰り返し、トータルでの出題頻度（設定テンポ）は６０となっている。
図５（b）は緩急インターバルの基準を「回数」とした例である。最高９０、最低４５の出題はやさ（音楽的テンポ）の出題を等回数ずつ交互に繰り返し、トータルでの出題頻度（設定テンポ）は６０となっている。
このような態様で「トータルの出題頻度が設定テンポとなるような緩急をつける出題」は本発明のアイデアに含まれる。ここで、図中においては音楽的テンポ（一分間あたりの単位拍数）を記しているが、この音楽的テンポと、出題において設定されるテンポ（出題頻度、設定テンポ）とは必ずしも等しい観念でない点は注意されたい。つまり例えば、音楽的緩急を含む６０単音から成るパターンが、八分音符の長さを単位拍とする音楽的テンポ４０に対応するはやさで1分間のうちに出題された場合は、一分間のうちにトータル６０回の出題がなされているといえるので出題頻度としてのテンポの値は６０に相当する。
なお、トータルで設定テンポとなるような緩急インターバルを設定するかどうか、設定する場合、その基準を、時間とするか、回数とするか、あるいはそれ以外とするか、は任意である。
【００２８】
ところでMIやMAを単位時間で区切る場合、単位時間と繰り返し回数から練習時間が一意に定まり容易に算出されることから、練習の時間管理がしやすいという面がある。つまり本発明の一態様による練習は、繰り返し回数を終了条件とすることで、常に決まった時間内で練習が終了する。これは教室事業運営等におけるレッスン時間管理においてメリットとなる側面といえる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、中長期の練習プロセスにおいて従来技術を補う効果的な負荷順応促進手段を提供する。これは、ある習熟すべき技術を学習するプロセスを、AIを用いた負荷制御により支援する「学習支援システム」の一端を成しうる技術である。
【符号の説明】
【００３０】
１ CPU
２ ROM
３ RAM
４ 入力デバイス
５ 出力デバイス
６ アドレス・データバス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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