(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
教材を操作したプリミティブな操作についての履歴を操作列として記録する手段を有する、仮想空間操作型学習環境を提供する処理手段と、
１つ以上のプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換え、あるいは、１つ以上のプリミティブな操作または抽象操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える書き換え規則を格納する第１の格納手段と、
前記履歴に記録されたプリミティブな操作列を、前記第１の格納手段に格納されている書き換え規則をもとに、抽象操作として書き換え、当該抽象操作を含む１つ以上の抽象操作またはプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える処理を繰り返すことにより、抽象操作をノードとした木構造に構造化する操作列構造化手段と、
木構造の一部をなす部分木のパターンと得点との関連を示す採点基準を格納する第２の格納手段と、
前記構造化された操作列の部分木から前記採点基準に基づいて操作列全体の得点を算出する手段と
を有する処理装置が用いられ、
前記操作列構造化手段が、前記履歴に記録されたプリミティブな操作列を、前記書き換え規則をもとに抽象操作をノードとした木構造に構造化し、
前記操作列全体の得点を算出する手段が、前記構造化された操作列の部分木から前記採点基準に基づいて操作列全体の得点を算出する
ようにした
ことを特徴とする操作型学習採点処理方法。
【請求項２】
教材を操作したプリミティブな操作についての履歴を操作列として記録する手段を有する、仮想空間操作型学習環境を提供する処理手段と、
１つ以上のプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換え、あるいは、１つ以上のプリミティブな操作または抽象操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える書き換え規則を格納する第１の格納手段と、
前記履歴に記録されたプリミティブな操作列を、前記第１の格納手段に格納されている書き換え規則をもとに、抽象操作として書き換え、当該抽象操作を含む１つ以上の抽象操作またはプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える処理を繰り返すことにより、抽象操作をノードとした木構造に構造化する操作列構造化手段と、
木構造の一部をなす部分木のパターンと得点との関連を示す採点基準を格納する第２の格納手段と、
前記構造化された操作列の部分木から前記採点基準に基づいて操作列全体の得点を算出する手段と
を有する
ことを特徴とする操作型学習採点処理装置。
【請求項３】
教材を操作したプリミティブな操作についての履歴を操作列として記録する手段を有する、仮想空間操作型学習環境を提供する処理手段と、
１つ以上のプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換え、あるいは、１つ以上のプリミティブな操作または抽象操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える書き換え規則を格納する第１の格納手段と、
前記履歴に記録されたプリミティブな操作列を、前記第１の格納手段に格納されている書き換え規則をもとに、抽象操作として書き換え、当該抽象操作を含む１つ以上の抽象操作またはプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える処理を繰り返すことにより、抽象操作をノードとした木構造に構造化する操作列構造化手段と、
木構造の一部をなす部分木のパターンと得点との関連を示す採点基準を格納する第２の格納手段と、
前記構造化された操作列の部分木から前記採点基準に基づいて操作列全体の得点を算出する手段と
を有する処理装置に
前記操作列構造化手段が、前記履歴に記録されたプリミティブな操作列を、前記書き換え規則をもとに抽象操作をノードとした木構造に構造化し、
前記操作列全体の得点を算出する手段が、前記構造化された操作列の部分木から前記採点基準に基づいて操作列全体の得点を算出する
ようにした
方法を実行させるプログラムが記録されてなることを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仮想空間を用いたコンピュータ支援型学習における、生徒の学習結果の採点を自動化する操作型学習採点処理方法、およびそのための処理装置、およびその方法を実行させるプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンピュータ支援型学習システムにおいては、ハイパーテキスト等による一方的な教授を基本とし、生徒が教材そのものを操作することはできなかった。そのため、生徒の習熟度は、ペーパーテストと同様に問題を生徒に提示してそれを○×や番号選択等の方法で回答してもらって、正解と比較することにより、評価する方法を採用していた。
【０００３】
近年、仮想空間を用いたコンピュータ支援型学習システムが開発されてきているが、この中の一つに操作型学習環境を用いたものがある。これは仮想空間中の教材を生徒が操作しながら、試行錯誤的に操作方法を学ぶものである（細谷、加藤、川野辺、角田、福原「マルチユーザ仮想空間を利用した協調型学習環境の構成法」電子情報通信学会論文誌、Ｄ−II Vol.J80-D-II No.4,pp.866-873,1997参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、生徒の操作を採点するためには、教師が生徒の操作を観察し、評価するしか方法がなく、教師の負担となっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明では、教材を操作したプリミティブな操作についての履歴を操作列として記録する手段を有する、仮想空間操作型学習環境を提供する処理手段と、
１つ以上のプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換え、あるいは、１つ以上のプリミティブな操作または抽象操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える書き換え規則を格納する第１の格納手段と、
前記履歴に記録されたプリミティブな操作列を、前記第１の格納手段に格納されている書き換え規則をもとに、抽象操作として書き換え、当該抽象操作を含む１つ以上の抽象操作またはプリミティブな操作をまとめて１つの抽象操作として書き換える処理を繰り返すことにより、抽象操作をノードとした木構造に構造化する操作列構造化手段と、
木構造の一部をなす部分木のパターンと得点との関連を示す採点基準を格納する第２の格納手段と、
前記構造化された操作列の部分木から前記採点基準に基づいて操作列全体の得点を算出する手段とを有するようにしている。
【０００６】
本発明においては、まず、操作型学習環境によって生徒が操作した履歴をログとして出力する。次にログ中に記録されたプリミティブな操作列を抽象操作をノードとした木構造状に構造化する。そして、木構造の最上位ノードと採点基準パターンに記述された抽象操作またはプリミティブな操作とを比較し、マッチする場合はパターンに対応する得点を与える。
なお、プリミティブな操作とは、仮想空間操作型学習環境が検出・記録できる所の生徒の操作そのものである。仮想空間操作型学習環境が検出・記録できる生徒の操作は、教材の部品（たとえばスイッチ）に対して直接変更を施す（たとえば、ＯＮ側に移動する）ものだけであり、その結果として何が教材に起こった（たとえば、テレビがついた）かは記録できない。「プリミティブな操作」は、教材部品に対して生徒が施した直接の変更のことを意味する。
また抽象操作とは、複数の「操作」に対して、教材設計者が意味を与えたものである。ここで「操作」とは、前記プリミティブな操作と抽象操作との両者を総称したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による操作型学習評価方法を実現するための構成の一例を図１に示す。図中の符号１は操作型学習環境、２はログ、３は実習内容構造化手段、４は文法、５は採点手段、６は採点基準パターンを表している。
【０００８】
操作型学習環境１は、仮想空間中の教材を生徒が操作できる環境である。ログ２は、操作型学習環境１によって出力された生徒の操作履歴であってプリミティブな操作の列が記録されたものである。
【０００９】
実習内容構造化手段３は、ログ２と文法４とを入力として、プリミティブな操作列を、抽象化された操作（これを本明細書では抽象操作と呼ぶ）をノードとする木構造状に構造化するための手段であり、木構造状に構造化された操作列（構造化操作列）を出力する。
【００１０】
文法４は、抽象操作とプリミティブな操作または抽象操作（以下、これを単に操作と呼ぶ）の列との関連を記述した書き換え規則の集合を保持しているものである。
【００１１】
採点手段５は、実習内容構造化手段３で出力された構造化操作列と採点基準パターン６とを比較し、マッチするルールがある場合、それに対応する得点を出力する手段である。採点基準パターン６は、操作と得点との対応を表したルールの集合である。
【００１２】
本実施例では、仮想空間中に配置されたテレビを操作し、『所定のテレビ局ａを視聴する』という操作についての教材を例にとる。テレビは、初期状態においては電源コンセントおよびアンテナは未接続で、スイッチはＯＦＦである。また、チャンネルは一般に当該所定のテレビ局ａ以外をさしており、ボリュームは「０」である。
【００１３】
また、チャンネルはダイレクトに指定することができ、ボリュームは１目盛りずつ増加・減少させることができるものとし、適正ボリュームは「２」であるとする。
【００１４】
上記教材を生徒が操作する場合、一例として
▲１▼  コンセントを接続する（これをconnect-outletとする)
▲２▼  アンテナを接続する（同connect-anntena )
▲３▼  スイッチをＯＮにする（同switch-on )
▲４▼  チャンネルを所定のテレビ局ａに合わせる（同set-channel-tva ）
▲５▼  ボリュームを１目盛り増加させる（同inc-volume）
▲６▼  ボリュームを１目盛り増加させる
という操作を行う。この操作を操作型学習環境１を用いて行った場合、ログ２の内容として
▲１▼  connect-outlet
▲２▼  connect-anntena
▲３▼  switch-on
▲４▼  set-channel-tva
▲５▼  inc-volume
▲６▼  inc-volume
というプリミティブな操作列が出力される。
【００１５】
実習内容構造化手段３では、ログ２と文法４とを入力として、プリミティブな操作列を木構造状に構造化する。構造化手法としては、自然言語の統語解析方法が広く知られている（田中穂積「自然言語解析の基礎」、産業図書、1989等を参照）。本実施例でも、文脈自由文法の解析方法を利用することとする。
【００１６】
文脈自由文法による文法４の例を図２に示す。図２において、番号１ないし番号５のすべてにおいて、「書き換え規則」の欄における矢印の右側に示す順に操作が並んだ場合に矢印の左側に示す操作に抽象化されることが示されている。例えば番号２の例で言えば、操作が最初に「connect-outlet」ときて、次に「connect-anntena 」ときて、次に「switch-on 」ときた場合には、これらの操作を抽象化した操作「ＴＵＲＮ−ＯＮ−ＴＶ」が対応づけられたとみるようにする。なお、図２中では、小文字アルファベットで記述された項は終端記号（＝プリミティブな操作）を、大文字で記述された項は非終端記号（＝抽象化された操作）を表す。
【００１７】
図２の文法を用いて上述の操作列▲１▼ないし▲６▼をボトムアップに解析すると、次の如くなる。即ち、
（１）▲１▼connect-outlet、▲２▼connect-anntena 、▲３▼switch-on の操作が連続していることから、図２の番号２の書き換え規則が対応づけられ、抽象操作「ＴＵＲＮ−ＯＮ−ＴＶ」が対応する可能性があるとされる。
【００１８】
（２）▲２▼connect-anntena 、▲３▼switch-on 、▲４▼set-channel-tva は、それぞれ対応する規則が図２に存在せず、スキップされる。
【００１９】
（３）▲５▼inc-volumeは図２の番号５の書き換え規則により、「ＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥ」に対応する可能性があるとされる。
【００２０】
（４）▲６▼inc-volumeは図２の番号５の書き換え規則により、「ＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥ」に対応する可能性があるとされる。
【００２１】
（５）▲５▼inc-volumeと、（４）により書き換わったＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥは、図２の番号４の書き換え規則により、「ＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥ」に対応する可能性があるとされる。
【００２２】
（６）（１）により書き換わったＴＵＲＮ−ＯＮ−ＴＶ、▲４▼set-channel-tva 、（３）により書き換わったＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥは、図２の番号１の書き換え規則により、「ＷＡＴＣＨ−ＴＶＡ」に対応する可能性があるとされる。
【００２３】
（７）（１）により書き換わったＴＵＲＮ−ＯＮ−ＴＶ、▲４▼set-channel-tva 、（５）により書き換わったＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥは、図２の番号１の書き換え規則により、「ＷＡＴＣＨ−ＴＶＡ」に対応する可能性があるとされる。
【００２４】
広範囲をカバーする規則を優先すると、（１）（４）（５）（７）の書き換えが有効となり、結果として図３の構造化操作列が得られる。
【００２５】
なお、統語解析手法として、完全に一つの木になった場合のみ、結果を出力する手法の他に、部分的に解析が成功した場合、部分木を出力する方法も知られている（河原達也、松本裕治「音声言語における頑健性」情報処理、Vol.36 No.11, 情報処理学会、1995等を参照）。
【００２６】
例えば、図２の文法のうち、番号１の書き換え規則がない場合は、上述の操作列を解析すると、図４に示す複数の部分木から成り立った構造化操作列が得られる。
【００２７】
採点手段５では実習内容構造化手段３の出力である構造化操作列と採点基準パターン６とを比較し、マッチする場合はその得点を出力する。採点基準パターン６は、得点を与える対象となる操作とその得点の関連を記述したルールの集合である。採点基準パターン６の例を図５に示す。
【００２８】
採点基準パターン６に記述された操作は、構造化操作列の最上位ノードと比較され、マッチするパターンがある場合にはその得点を出力する。構造化操作列が複数の部分木から構成されている場合には、各部分木の最上位ノードと採点基準パターンとを比較し、マッチするパターンの得点の総計を出力する。マッチするものが何もない場合は０点を出力する。
【００２９】
図３の構造化操作列の例と、図５の採点基準パターン例とを用いると、最上位ノードがＷＡＴＣＨ−ＴＶＡであるため、採点基準ルール番号１とマッチし、その得点１００点が出力される。図４の構造化操作列の例と図５の採点基準パターン例とを用いると、３つの部分木の最上位ノードがそれぞれＴＵＲＮ−ＯＮ−ＴＶ、set-channel-tva 、ＳＥＴ−ＶＯＬＵＭＥであり、採点基準ルール番号２，３，４とマッチするため、その得点の合計４０＋２０＋２０＝８０点が出力される。なお、当該採点に当たって、最上位ノードが対応していれば最高点の１００点としたが、他のノードでのマッチをも加味した形で採点をつけるようにしてもよい。
【００３０】
なお、上述した処理方法はプログラムの形で記述して記録媒体に記録することができる。本発明は当該記録媒体をも包含するものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば、仮想空間中の教材を生徒が操作した結果を自動的に採点することができ、操作型学習採点時の教師負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による操作型学習採点方法を実現する構成図である。
【図２】文法の例である。
【図３】実習内容構造化によって出力された構造化操作列の例であり、構造化操作列が一つの木によって表される場合である。
【図４】実習内容構造化によって出力された構造化操作列の例であり、構造化操作列が複数の部分木によって表される場合である。
【図５】採点基準パターンの例である。
【符号の説明】
１：操作型学習環境
２：ログ
３：実習内容構造化手段
４：文法
５：採点手段
６：採点基準パターン
【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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