(57)【要約】【課題】  離れた場所にいる教師と生徒との間で、視線追跡技術を利用した適切な理解モニタリング支援を行なうことが可能な外国語読解学習支援装置を提供する。【解決手段】  外国語読解学習支援装置１０は、学習者２に対して、課題外国語文章を提示するための学習者側端末１００を備える。学習者側端末１００は、学習者２が課題外国語文章を読解する際の視線運動を追跡して、読み返し頻度および視線停留を計算するモニタリングモジュール１０００と、読み返し頻度および視線停留を他の学習者と比較するための比較手段比較演算部２０２０とを備え、ブラウザ処理部２０３０は、読み返し頻度および視線停留の比較結果を学習者に対して提示するとともに、読み返し頻度および視線停留の比較結果をネットワーク３００に対して送出する。指導者側端末２００では、受信した記読み返し頻度および視線停留の比較結果を指導者４に提示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
学習者に対して、課題外国語文章を提示するための第１の提示手段と、
前記学習者が前記課題外国語文章を読解する際の視線運動を追跡して、読み返し頻度および視線停留を計算する手段と、
前記前記読み返し頻度および前記視線停留に関する情報をネットワークに対して送出するための第１の通信手段と、
前記ネットワークから受信した記前記読み返し頻度および前記視線停留に関する情報を指導者に提示するための第２の提示手段を備える、外国語読解学習支援装置。
【請求項２】
前記読み返し頻度および前記視線停留を他の学習者と比較するための比較手段をさらに備え、
前記第１の通信手段は、前記比較手段による比較結果を送出する、請求項１記載の外国語読解学習支援装置。
【請求項３】
前記第１の提示手段は、前記読み返し頻度および前記視線停留の前記比較結果を前記学習者に対して提示する、請求項２記載の外国語読解学習支援装置。
【請求項４】
前記指導者から前記第１の提示手段に対して、前記指導者のメッセージを送出するための第２の通信手段をさらに備える、請求項１記載の外国語読解学習支援装置。
【請求項５】
前記読み返し頻度は、前記課題外国語文章全体または前記課題外国語文章中の１つの段落内で、順方向視線運動の軌跡に対する読み返り視線運動の軌跡の比率である、請求項１記載の外国語読解学習支援装置。
【請求項６】
前記視線停留は、両眼の移動速度別頻度分布から得られる平均速度の逆数である、請求項１記載の外国語読解学習支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、教師と生徒が離れた場所にいる場合に外国語の読解の学習を支援するための外国語読解学習支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク技術の進展に伴い、試験はより身近になり、そして個人を対象とした形態へと変化してきている。英語を母国語としない人々の英語運用能力を測る試験の１つとして知られているTOEFL(Test of English as a Foreign Language（登録商標）)では、従来のペーパー試験（TOEFL Paper-based Testing）に加えて、コンピューターを用いた試験TOEFL CBT (TOEFL Computer-based Testing)が行われている。TOEFL CBTではリスニングセクションと文法セクションの各セクションにおいて項目反応理論に基づくコンピューター適応型テストCAT（Computer-Adaptive Test）による出題形式が採用されており、受験者の正答率に応じて適応的に問題が出題されるため、従来よりも個人の理解状態に対応しているところが特徴的である。
【０００３】
このように試験を含む第二言語の学習において、よりコンピューターを利用した学習形態が身近になることが予想される。このように、各個人の英語運用能力に対応した試験がより身近に実施されるため、非対面の学習環境においても、より個人の理解状態を評価・吟味するはたらきを備えた学習支援システムを提供する必要があると考えられる。
【０００４】
第二言語学習者の英文読解において、理解モニタリングとは英文読解中に学習者自身が内面で理解状態を把握するはたらきのことであり、メタ認知的活動と同様の意味をもつ（たとえば、非特許文献１を参照）。
【０００５】
理解モニタリング支援とは、ここでは、理解モニタリングの発達を促進させるために学習者の外部から必要な情報を補うことを指す。非特許文献１等では、理解モニタリング支援には読解学習における教師のはたらきかけが重要であることを指摘している。しかし、非対面型の学習環境では、対面学習の場では当然のように得られていた学習者の表情や眼差しといった非言語情報（ノンバーバール情報）やアウェアネスが欠如するため、理解モニタリング支援において教師のはたらきかけが対面環境に比べて十分な効果が発揮されない可能性がある。
【０００６】
一方で、従来、視線追跡技術を利用した理解モニタリング支援の検討として、非特許文献２には、第二言語学習者の英文読解と視線移動方向との対応を確認し、特に返り読みの検出方法が開示されている。また、非特許文献３には、視線停留に着目した分析を行っている。
【非特許文献１】Yang, Y. (2002) Reassessing Readers’ Comprehension Monitoring, Reading in a Foreign Language, 14(1): 18-42
【非特許文献２】Hayashi H., Maeno T. and Kunifuji S. “Eye Movement Tracking to Support the Second Language Learners' Self-Learning in Comprehension of English Texts,” Proc. of IEEE SMC’02
【非特許文献３】Hayashi H., Maeno T. and Kunifuji S. “Comprehension of English Texts Corresponding to Physiological Information; For a monitoring module in the English self learning support system using the eye movement tracking,” Proc. of ICCE2002 :141-142
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は、返り読み、視線停留の２つの指標について、理解モニタリング支援における、それらの指標の関連性については十分な検討がされているとは言えず、また、それを遠隔地にいる教師と生徒との間でどのように利用すればよいかが明確でなかった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、離れた場所にいる教師と生徒との間で、視線追跡技術を利用した適切な理解モニタリング支援を行なうことが可能な外国語読解学習支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明の外国語読解学習支援装置は、学習者に対して、課題外国語文章を提示するための第１の提示手段と、学習者が課題外国語文章を読解する際の視線運動を追跡して、読み返し頻度および視線停留を計算する手段と、読み返し頻度および視線停留に関する情報をネットワークに対して送出するための第１の通信手段と、ネットワークから受信した記読み返し頻度および視線停留に関する情報を指導者に提示するための第２の提示手段を備える。
【００１０】
好ましくは、外国語読解学習支援装置は、読み返し頻度および視線停留を他の学習者と比較するための比較手段をさらに備え、第１の通信手段は、比較手段による比較結果を送出する。
【００１１】
好ましくは、第１の提示手段は、読み返し頻度および視線停留の比較結果を学習者に対して提示する。
【００１２】
好ましくは、指導者から第１の提示手段に対して、指導者のメッセージを送出するための第２の通信手段をさらに備える。
【００１３】
好ましくは、読み返し頻度は、課題外国語文章全体または課題外国語文章中の１つの段落内で、順方向視線運動の軌跡に対する読み返り視線運動の軌跡の比率である。
【００１４】
好ましくは、視線停留は、両眼の移動速度別頻度分布から得られる平均速度の逆数である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
以下の説明では、外国語読解学習支援装置として、英語の読解の学習を支援するための装置を説明するが、本発明は、他の外国語の学習の支援にも同様に適用可能なものである。
【００１７】
以下で説明するとおり、英文読解において、理解モニタリングは学習者自身が理解状態を把握し、読解方略を制御するためのはたらきとして重要である。本発明では、第二言語学習を対象として、英語を母国語としない学習者のための英文読解自主学習支援システムにおける理解モニタリング支援を実現する。
【００１８】
［発明の実施の形態］
図１は、本発明の外国語読解学習支援装置１０の一例を示す概念図である。
【００１９】
図１を参照して、外国語読解学習支援装置１０は、学習者側端末１００と、ネットワーク３００を介して学習者側端末１００とつながる指導者側端末２００とを備える。
【００２０】
学習者側端末１００は、学習者２の視線検出を行なうモニタリングモジュール１０００と、検出された視線運動の検出結果とデータベース２０１０中のデータとを比較して理解度を計算する比較演算部２０２０とを含む検出値比較計算モジュール２０００とを備える。理解度は、学習者２には、ブラウザ処理部２０３０により作成された画像としてマンマシンインタフェース２１００を介して提示され、指導者４にも指導者側端末２００を介して提示される。マンマシンインタフェース２１００は、典型的には、ディスプレイ、キーボード、マウスなどから構成される。
【００２１】
モニタリングモジュール１０００は、カメラなどにより獲得した学習者２の画像から視線を検出して追跡する視線追跡部１０１０と、視線追跡部１０１０からの出力に応じて、読み返しや視線停留などの眼球運動を数値化する演算を行なう眼球運動計算部１０２０とを含む。
【００２２】
外国語読解学習支援装置１０の特徴は、英文読解学習に眼球運動特性を導入したことである。また、従来の自主学習支援システムと比較して、学習者と先生の両方に学習結果を知らせる機能をもつことである。指導者４は、指導者側端末２００を介して与えられる学習者２の理解度を示す数値を参照しながら、指導者側端末２００から学習者側端末１００に対して、指導のためのメッセージを送信して、ブラウザ処理部２０３０およびマンマシンインタフェース２１００により学習者２により提示することができ、個人に対応した学習指導が可能となる。
【００２３】
［ハードウェア構成］
図２は、学習者側端末１００の構成をブロック図形式で示す図である。
【００２４】
図２に示されるように、学習者側端末１００は、ディスクドライブ１０８およびＦＤドライブ１０６に加えて、それぞれバスＢＳに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit ）１２０と、ＲＯＭ（Read Only Memory) およびＲＡＭ （Random Access Memory）を含むメモリ１２２と、直接アクセスメモリ装置、たとえば、ハードディスク１２４と、学習者２の画像を撮影するためのカメラや、マイクおよびスピーカとの間でのデータの授受、ならびにネットワークとの間でのデータの授受を行うためのインタフェース１２８とを含んでいる。ディスクドライブ１０８にはディスク１１８が装着される。ＦＤドライブ１０６にはＦＤ１１６が装着される。
【００２５】
なお、ディスク１１８は、コンピュータ本体に対してインストールされるプログラム等の情報を記録可能な媒体であれば、ＣＤ−ＲＯＭ以外の他の媒体、たとえば、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc）やメモリカードなどでもよく、その場合は、コンピュータ本体１０２には、これらの媒体を読取ることが可能なドライブ装置が設けられる。
【００２６】
本発明の分散処理システムの主要部は、コンピュータハードウェアと、ＣＰＵ１２０により実行されるソフトウェアとにより構成される。
【００２７】
図１の視線追跡部１０１０の機能は、カメラおよびフトウェアにより動作するＣＰＵ１２０により実現される。なお、視線追跡の方式は、周知の方式がいくつか知られており、他の方法でもよい。
【００２８】
また、図１の眼球運動計算部１０２０、比較演算部２０２０の機能は、ソフトウェアにより動作するＣＰＵ１２０により実現される。さらに、ブラウザ処理部２０３０の機能は、インタフェース１２８およびソフトウェアにより動作するＣＰＵ１２０により実現される。個人データベース２０１０は、ハードディスク１２４に格納される。「個人データベース」には、学習者２に与えられる複数の読解の課題文章のデータ、各課題文章のデータについてすでに他の複数の学習者から得られている平均的な「読み返しの頻度」、「視線停留」のデータ、および学習者２自身の上記各課題文章のデータに対する「読み返しの頻度」、「視線停留」の履歴データなどが格納される。
【００２９】
このような課題文章のデータ、各課題文章のデータについてすでに他の複数の学習者から得られている平均的な「読み返しの頻度」、「視線停留」のデータなどは、ネットワーク３００を介して、指導者側端末２００または専用サーバ（図示せず）から配信されるデータに基づいて更新されてもよい。
【００３０】
［本発明の原理］
以下、本発明で、眼球運動の追跡により、理解度を算出する原理について説明する。
（英文読解中の視線に関する仮説）
文章を読んでいるときの視点は、主に停留(fixation)とサッカード(saccade)の繰り返しからなる。それらは初期視覚情報処理や言語情報処理と大きく関係している。
【００３１】
たとえば、英文速読法の視線は、英語のネイティブ・スピーカーの行為を参考にしている。見方を変えれば、英語が不得意な日本人でも、単純な英文であれば英語の語順のまま視線を動かすことで理解できるであろう。英語が得意な日本人では長く複雑な英文でも英語の語順のまま視線を動かし、すぐに理解するかもしれない。従って、英文読解中の視線は、英語の理解が反映されていると考えられる。
【００３２】
英文読解では語彙力、文法力、構文体系を見抜く力など英語のあらゆる力が試されるため、英語の総合理解力の評価として長文読解問題が頻繁に用いられている。よって英文を読むときの視線の動きを分析することで、英語の総合理解力を評価できる可能性がある。
【００３３】
以上の点を考慮して、 英文速読訓練法で一般的に言われていることを参考に、英文読解中の視線について、本発明では、以下の２つの仮説に基づき、理解度を算出する。
【００３４】
（仮説１）:全文の理解度が高ければ返り読みは少ない。
【００３５】
返り読みが多いと英文を日本語に直して意味をとらえていると考えられ、英文理解の妨げとなる可能性がある。英語に熟練していない被験者では各文章で頻繁に返り読みが起こることになる。また一方、英語に熟練している被験者についても、全文の意味把握のために返り読みをする可能性もある。視線停留が少なくても返り読みが多ければ、全文把握のために時間がかかる可能性もある。すなわち、返り読みは、各文章または全文の意味把握に関係が深い可能性がある。
【００３６】
図３は、このような読み返りが起こる場合の視線の動きを示す概念図である。図３において、点線矢印は、文頭から文末にかけて読み返りなく視線が動く状態（順方向視線運動）であり、実線矢印は、読み返りの視線の運動（読み返り視線運動）を示す。
【００３７】
本発明では、特に限定されないが、たとえば、課題文章全体または課題文章中の１つの段落内で、後に詳述するように、順方向視線運動の軌跡に対する読み返り視線運動の軌跡の比率により、「読み返しの頻度」を定量化する。
【００３８】
（仮説２）:全文の理解度が高ければ視線停留は少ない。
【００３９】
単語や語群の習熟度により、各被験者の意識の程度が異なると考えられる。英語に熟練していない被験者にとっては、わからない単語などで意味を把握するための視線停留が多く起こる。しかし、わからない単語ばかりだと、逆に読み流すだけで視線停留は起こらないかもしれない。英語に熟練した被験者では各単語に瞬時注目しただけで意味を把握して読み進むかもしれない。
【００４０】
図４は、このような視線停留が起こる場合の視線の動きを示す概念図である。図４において、点線矢印は、文頭から文末にかけて読み返りなく視線が動く状態（順方向視線運動）であり、丸印は、視線停留を示す。視線停留の定量化についても、後述する。
【００４１】
指導者４にも、学習者２にも、このような「読み返しの頻度」、「視線停留」が、各課題文章のデータについてすでに他の複数の学習者から得られている平均的な「読み返しの頻度」、「視線停留」のデータと比較して示される。
【００４２】
なお、学習者側端末１００から指導者側端末２００へは、比較演算部２０２０の比較に基づく理解度が送出されるものとしたが、「読み返しの頻度」、「視線停留」の計測値そのもの、または、これらをグラフなどで視覚的に提示するための情報などが送られてもよい。
【００４３】
［実験結果］
以下、上述のような２つの仮説の妥当性について、検討した実験結果を以下に説明する。
【００４４】
（理解度の設定）
上述した２つの仮説を確かめるため、英文読解中の視線を測定し、理解度を比較する評価実験を行った。理解度の設定について、客観的理解度と主観的理解度の２種類について説明する。
【００４５】
試験においては、その試験のスコアが英語の理解度を評価する方法の一つであるため、以下の実験においてもスコアによる評価を重視しており、客観的理解度として設定した。客観的理解度に対応する評価が視線データにおいても得られるかどうかを１つの目安としている。また、学習者自身による理解状態をどう評価するかを表す理解度が、理解モニタリングの評価として必要であり、これを主観的理解度としている。
【００４６】
客観的理解度：一般的な試験における英文理解確認テストの正答率を用いた理解度である。客観的理解度では、１００点満点の１００点を１とした。後述するが、客観的理解度は、各被験者が実際に受験した試験のスコアとの高い相関関係が得られており、実際の試験のスコアを反映している可能性が高いことを確認している。
【００４７】
主観的理解度：英文を読んだときに被験者自身の「理解できたと感じているか」を主観的に５段階で評価した理解度である。５を「大変よく理解できた」、１を「全く理解できなかった」として、被験者は５段階評定する。得られた５段階の評点ｘを用いて、主観的理解度ｙは、ｙ＝（２０ｘ−１０）／１００として計算した。値が５だと主観的理解度は０．９である。主観的理解度は、被験者自身の直感的な判断に基づくため、英文全文の認知度合いといった認知状態や、理解への納得感、満足感、安心感などといった感情状態が含まれる可能性がある。
（測定機器とデータの計測）
視線の測定には、眼球運動計測装置ＥＭＲ−８（ＮＡＣ  Ｉｎｃ．製）を用いた。視線データは４０Ｈｚのサンプリングレートで記録できる。人間の眼球運動を記録する方法として、角膜反射法、眼球電位法、ビデオ計測法の３つが代表的な方法として挙げられており、使用した眼球運動計測装置は角膜反射法を採用している。使用した眼球運動計測装置では視線データの定量的な解析処理として、視線の移動方向と移動速度を対象とした移動方向分析、移動速度頻度分析の解析処理が可能である。
【００４８】
仮説１の返り読みを検出するために、視線の移動方向分析を行った。移動方向分析では、測定後どの方向への移動頻度が多かったかを百分率の数値で得ることができ、全周方向に対する分割数も変更できる。本実験では１回の英文読解中の測定結果を上下左右の４方向に分割し、左方向と上方向の和が全体のうちどれくらいの割合を占めるかを百分率で計算した数値を返り読み率(％)とした。
【００４９】
仮説２の視線停留を検出するために、移動速度別頻度分析を行った。本来、視線停留とは視線が停留した状態であるため、視線移動速度０を意味するが、人間の眼は１点を凝視しているときでも、実際はサッカードや固視微動を繰り返している。従ってここでは、視線移動が滞る場合も含めて視線停留とする。そのためには、視線停留速度の下限０に対する上限を定める必要があるが、予備実験による移動速度別頻度分布は各被験者によって傾向が若干異なることから、上限を一意に定めることは妥当ではない。従って被験者ごとの移動速度分布の傾向を考慮して、視線停留は両眼の移動速度別頻度分布から得られる平均速度の逆数を計算し、その値を視線停留（ｍｓ）とした。よって平均速度が速いと停留時間は短いことを示している。
【００５０】
これらの視線データの計測に加えて、本実験では１回の英文を読み終える時間を計測し、読解時間（ｓ）として、返り読み、視線停留と合わせて解析した。
【００５１】
（測定の環境と題材）
図５は、本実験に用いた英文題材の６題を示す図である。各英文はＴＯＥＦＬのリーディングセクションと同様の英文読解問題の中から単語数が３００語程度の英文を選定した。
【００５２】
図５に示すように６題の英文内容には分野の偏りのないように、なるべく異なる分野の英文を選定した。ただし、各被験者によって内容に関する知識量が異なることが予想されるため、アンケートにより英文内容に関して予め知っている内容であったかどうかを質問している。
【００５３】
図６は、実験環境を示す図である。なるべく試験に向けた日常の学習環境と同様に設定した。被験者は２５名の大学院学生（２０歳前半−３０歳前半）であり、研究の専門分野は多岐に渡っている。各被験者はＴＯＥＦＬまたはＴＯＩＣの受験経験がある。実験後には簡易的な視力検査により視力が正常（１．０程度）であることを確認している。後述するが両眼の視力の差が大きい被験者については解析から除外している。
【００５４】
（実験の手続き）
被験者は、図５に示した英文を読み、英文読解問題に解答する。英文はランダムに与えられ、途中休憩を含めて６回繰り返した。
【００５５】
図７は実験手順を示す図である。図７に示すように実験手順は、英文読解、問題解答、アンケートの順番に進め、これを１件として、この順番に繰り返すことで、被験者１人あたり６件のデータを得る。アンケートでは、被験者は主観的理解度のための評点をつけ、内容が既知か未知かについて答える。
【００５６】
被験者には、時間制限は設けないが、いつも試験を受ける場合と同様に英文を読み、読み終わった後に、読解問題を解答することを教示した。基本的にはＴＯＥＦＬにおけるリーディングセクションの英文読解問題を解く場合と同様である。
（分析１とその結果・考察）
測定されたデータの分析に基づいて、英文理解についての仮説を多角的に分析する。つまり、客観的理解度の違いが、視線停留、返り読み、読解時間などの計測データに反映されているか、主観的理解度との関係はどのような関係にあるかを分析する。
【００５７】
1題の英文読解課題を1件として、総実験件数は１５０件であり、解析に用いた視線データは、両眼の平均値を用いたため、片眼の測定値にエラーが多く含まれるデータは解析から省き、１３５件を解析対象とした。解析方法を以下に示す。
【００５８】
まず、１３５件の客観的理解度平均は０．５８であるため、客観的理解度０．６０以上を高理解群(６７件)、０．５５以下を低理解群（６８件）として２群に分けて解析した。  
【００５９】
各群において、各群の平均と標準偏差を求め、客観的理解度と視線停留、返り読み、読解時間をそれぞれ比較した。
【００６０】
図８は、このような高理解群と低理解群とを対比して示す図である。図８に示すように、高理解群は低理解群に比べて、視線停留度、返り読み、読解時間は共に少なく、主観的理解度は高い傾向を示した。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の外国語読解学習支援装置１０の一例を示す概念図である。
【図２】学習者側端末１００の構成をブロック図形式で示す図である。
【図３】読み返りが起こる場合の視線の動きを示す概念図である。
【図４】視線停留が起こる場合の視線の動きを示す概念図である。
【図５】本実験に用いた英文題材の６題を示す図である。
【図６】実験環境を示す図である。
【図７】実験手順を示す図である。
【図８】高理解群と低理解群とを対比して示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２  学習者、４  指導者、１０  外国語読解学習支援装置、１００  学習者側端末、１０２  コンピュータ本体、２００  指導者側端末、３００  ネットワーク、１０００  モニタリングモジュール、１０１０  視線追跡部、１０２０  眼球運動計算部、２０００  検出値比較計算モジュール、２０１０  個人データベース、２０２０  比較演算部、２０３０  ブラウザ処理部、２１００  マンマシンインタフェース。
【図１】
2005338173.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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