(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用いてユーザの行き詰まり状態を判定する方法であって、
前記コンピュータは、
操作情報受信手段と、
予め実験データから操作と操作の合間の時間の移動分散値を算出し、該算出した移動分散値を行き詰まりの出現部分、予兆部分、通常部分の３つの部分に分割し、通常部分の移動分散値の中でその他の部分の移動分散値であると誤判別される度数及びその他の部分の移動分散値の中で通常部分の移動分散値であると誤判別される度数が等しくなる移動分散値として求めた行き詰まり予知のための規定値を保持する行き詰まり状態判定手段とを備え、
前記操作情報受信手段により、作業中のユーザの一定数の操作を観測・記録し、
前記行き詰まり状態判定手段により、前記記録した一定数の操作情報を読み出し、それを基に操作と操作の合間の時間の分散値を算出し、
前記行き詰まり状態判定手段により、前記分散値を判定指数としてこれと前記規定値を比較し、前記分散値が前記規定値以上の場合はユーザの行き詰まり状態の発生を予知する
ことを特徴とする行き詰まり状態判定方法。
【請求項２】
コンピュータを用いてユーザの行き詰まり状態を判定する方法であって、
前記コンピュータは、
操作情報受信手段と、
予め実験データから操作と操作の合間の時間の移動分散値を算出し、該算出した移動分散値を行き詰まりの出現部分、予兆部分、通常部分の３つの部分に分割し、通常部分の移動分散値の中でその他の部分の移動分散値であると誤判別される度数及びその他の部分の移動分散値の中で通常部分の移動分散値であると誤判別される度数が等しくなる移動分散値として求めた行き詰まり予知のための規定値を保持する行き詰まり状態判定手段とを備え、
前記操作情報受信手段により、作業中のユーザの一定時間内の操作を観測・記録し、
前記行き詰まり状態判定手段により、前記記録した一定時間内の操作情報を読み出し、それを基に操作と操作の合間の時間の分散値を算出し、
前記行き詰まり状態判定手段により、前記分散値を判定指数としてこれと前記規定値を比較し、前記分散値が前記規定値以上の場合はユーザの行き詰まり状態の発生を予知する
ことを特徴とする行き詰まり状態判定方法。
【請求項３】
コンピュータを用いてユーザの行き詰まり状態を判定する方法であって、
前記コンピュータは、
操作情報受信手段と、
予め実験データから操作と操作の合間の時間の移動分散値を算出し、該算出した移動分散値を行き詰まりの出現部分、予兆部分、通常部分の３つの部分に分割し、通常部分の移動分散値の中でその他の部分の移動分散値であると誤判別される度数及びその他の部分の移動分散値の中で通常部分の移動分散値であると誤判別される度数が等しくなる移動分散値として求めた行き詰まり予知のための規定値を保持し、かつ出現部分の移動分散値の中でその他の部分の移動分散値であると誤判別される度数及びその他の部分の移動分散値の中で出現部分の移動分散値であると誤判別される度数が等しくなる移動分散値として求めた行き詰まり検知のための規定値を保持する行き詰まり状態判定手段とを備え、
前記操作情報受信手段により、作業中のユーザの一定数もしくは一定時間内の操作を観測・記録し、
前記行き詰まり状態判定手段により、前記記録した一定数もしくは一定時間内の操作情報を読み出し、それを基に操作と操作の合間の時間の分散値を算出し、
前記行き詰まり状態判定手段により、前記分散値を判定指数としてこれと前記行き詰まり予知のための規定値を比較し、前記分散値が前記規定値以上の場合はユーザの行き詰まり状態の発生を予知し、また、前記分散値と前記行き詰まり検知のための規定値を比較し、前記分散値が前記規定値以上の場合はユーザの行き詰まり状態の発生を検知する
ことを特徴とする行き詰まり状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間を含む相互情報交換系、特にコンピュータを用いた教育支援システムやユーザインタフェースにおけるユーザの行き詰まり状態を判定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ユーザの行き詰まり状態の判定は、ユーザ支援を行うタイミングの決定や、それに伴うユーザの満足度の向上、あるいは教育支援システムやユーザインタフェースにおける問題点の発見、改良などに用いられる。
【０００３】
従来の行き詰まり状態の判定方法としては、操作の所要時間が予め定めた一定の基準時間を超えた時点を行き詰まりと判定する方法、ユーザに行き詰まりの自己申告を行わせる方法、操作の中断時間が予め定めた一定の基準時間を超えた時点を行き詰まりと判定する方法などがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操作の所要時間が一定の基準時間を超えた時点を行き詰まりと判定する場合、行き詰まるまでの時間には本来、個人差やばらつきがあるため、行き詰まっていないユーザを行き詰まりと判定したり、逆に行き詰まっているにも拘わらず行き詰まりと判定されないユーザが発生するなどの問題があった。
【０００５】
また、ユーザ本人による自己申告の場合、行き詰まりの状態であるにも拘わらず自己申告を行わないユーザもおり、ユーザの性格や学習環境により自己申告までの時間が左右されるという問題があった。
【０００６】
また、操作の中断時間が一定の基準時間を超えた時点を行き詰まりと判定する場合、必ずしも行き詰まり時点で中断時間が最大値となるとは限らないため、判定の正確性に問題があった。
【０００７】
さらに、行き詰まりを検知しても、実際に支援が行われるまでには時間がかかる場合もあり、そのため前もって行き詰まりの発生を予知することができれば、より迅速な支援が行える可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、ユーザの行き詰まり状態の発生を、より客観的かつ正確に予知可能な判定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、上記課題に鑑み、ユーザの行き詰まり状態を、より客観的かつ正確に検知可能な判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記目的を達成するため、請求項１では、作業中のユーザの一定数の操作を観測・記録し、それを基に操作と操作の合間の時間の分散値を算出し、その分散値を判定指数としてこれと事前に決定した規定値を比較するまでのステップを作業中に繰り返し行うことでユーザの行き詰まり状態の発生を予知するようにした。
【００１１】
また、請求項２では、作業中のユーザの一定時間内の操作を観測・記録し、それを基に操作と操作の合間の時間の分散値を算出し、その分散値を判定指数としてこれと事前に決定した規定値を比較するまでのステップを作業中に繰り返し行うことでユーザの行き詰まり状態の発生を予知するようにした。
【００１２】
また、請求項３では、請求項１もしくは２記載の方法により行き詰まり状態の発生を予知した後、さらに請求項１もしくは２記載の方法による分散値を算出し、その分散値と行き詰まり検知のための規定値を比較するまでのステップを繰り返すことにより、ユーザの行き詰まり時点を検知するようにした。
【００１３】
一般に、ユーザが行き詰まりの状態に近くなると思考時間が増加するため、次第に操作の発生間隔は長くなる傾向がある。この時の操作と操作の合間の時間はばらつきが大きい。一方、ユーザが活発に操作を行っている時には操作の発生間隔は短く、操作と操作の合間の時間のばらつきは小さい。また、この時のユーザは作業の目的に向けて努力している状態であり、支援の必要はない。さらに、操作と操作の合間の時間のばらつきは行き詰まり時点で突然大きくなるのではなく、行き詰まり時点よりも前の時点から行き詰まり時点に掛けて次第に大きくなる特徴がある。
【００１４】
そこで、本発明では、行き詰まり状態判定の指数として、操作と操作の合間の時間のばらつきを示す分散値が用いる。操作と操作の合間の時間の分散値は、行き詰まり状態になる前の時点から次第に増加し、行き詰まり時点付近で最大となる。また、行き詰まり時点の値に個人差が少ない特徴がある。このように、本発明ではユーザの行き詰まり状態を、ユーザの思考時間と相関のある操作と操作の合間の時間の分散値で判定するため、ユーザの認知活動を巨視的に捉えることができ、このため、客観的で正確なユーザの行き詰まり状態の予知及び検知が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態１を図１および図２について説明する。実施の形態１は請求項１に対応するもので、行き詰まり状態の判定対象として、コンピュータを用いた教育支援システムを用いている。
【００１６】
図１は教育支援システムのハードウェア構成を示すもので、教育支援システムは、学習者（生徒）用コンピュータ１と、学習者用コンピュータ１の出力（表示）装置２と、学習者用コンピュータ１の入力装置３と、教育支援用コンピュータ４と、教育支援用コンピュータ４に設けられた操作情報受信手段５と、教育支援用コンピュータ４に設けられた行き詰まり状態判定手段６と、ネットワーク７とから構成されている。
【００１７】
なお、本実施の形態では、操作情報の観測・記録および行き詰まりの判定を教育支援用コンピュータ４により行っているが、これを学習者用コンピュータ１により行っても良い。さらに、図１ではネットワーク上に２台の学習者用コンピュータが接続されているが、学習者用コンピュータは１台でも、３台以上でも良い。
【００１８】
操作情報の収集には、学習者用コンピュータ上の学習用教材を表示するためのＷｅｂブラウザから、演習問題の解答チェックや、演習問題に１回の解答チェックで正解できなかった時のために用意された支援機能を実行するためのボタンが押される度に、教育支援用コンピュータ４に操作情報を送信し、コンピュータ４で受信した操作情報をコンピュータ４の記憶装置に記録することにより行った。
【００１９】
収集した操作情報は、解答チェックのためのボタンを押す、演習問題に１回の解答チェックで正解できなかった時のために用意された支援機能を実行するためのボタンを押す、などの全ての操作に対してその操作種別、操作時刻および解答内容などである。
【００２０】
演習問題に１回の解答チェックで正解できなかった時のために用意された支援機能としては、解答の作成の指針を与えるヒントを解答欄横のボタンを押すことにより表示する機能、解答欄に解答するために必要な基本知識を獲得するために、基本知識を１つ１つ問う問題（小テスト）を解答欄横のボタンを押すことにより実行できる機能、例題の説明からなる教程部分の内容を、ボタンを押すことにより、ブラウザ画面上に表示して演習問題解答中に参照できる機能等がある。これにより、演習問題解答のために行った全ての操作に関する操作情報を収集・記録することが可能となる。
【００２１】
次に、判定手順を図２について説明する。
【００２２】
即ち、図１の教育支援コンピュータ４の操作情報受信手段５により、連続する一定数の操作情報を観測・記録する（ｓ１）。次に、教育支援用コンピュータ４の行き詰まり状態判定手段６により、記録した一定数の操作情報を読み出し、操作と操作の合間の時間（標本）ｘの分散値Ｖ（ｘ）を、
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（但し、Ｅ（ｘ）は時間（標本）ｘの平均値、ｎは一定数（標本数））より算出する（ｓ２）。
【００２３】
次に、この算出された分散値Ｖ（ｘ）を判定指数として（ｓ３）、予め定めた行き詰まり予知のための規定値と比較し（ｓ４）、分散値Ｖ（ｘ）が規定値以上の場合にその後の行き詰まりの発生を予知する（ｓ５）。分散値Ｖ（ｘ）が規定値よりも小さかった場合は、上記ステップｓ１〜ｓ４を繰り返す。
【００２４】
前述の学習支援システムを用いてＪａｖａ言語を学習する学習実験を行い、演習問題解答時の操作情報の収集を行った。実験はＪａｖａ言語を知らない学習者（ユーザ）に事前にシステムの使い方と支援機能の内容について良く説明を行った。また、演習問題解答中の指示として、全ての支援機能を学習者が任意に実行して良いこと、演習問題をできるだけ自力で解くよう努力すること、さらに、これ以上努力しても解答できないと判断した場合は、躊躇することなく行き詰まりの自己申告を行うようにという３つの指示を与えた。そして、演習問題に正解するか、行き詰まりを自己申告するためのボタン（ＳＯＳボタン）を押すまで解答させた。
【００２５】
次に、実験結果を以下に示す。学習者２０名がそれぞれ１０題の演習問題を実行したが、実験期間内に１０題全ての演習問題を終了できなかった学習者も４名いたため、全体でのべ１９１題分の実験データを収集した。その中で１０題中１題でも行き詰まりの自己申告を行った学習者は１７名で、行き詰まりの自己申告が有った演習問題の総数は４３題であった。
【００２６】
図３に、ある学習者（行き詰まりの自己申告有り）における操作と操作の合間の時間の変化を示す。グラフの最後のデータがＳＯＳボタンを押した操作とその直前の操作との合間の時間を示す。このグラフから、全体にかなりばらつきが激しいものの、ＳＯＳボタンを押した付近のばらつきが大きくなっており、それ以前の波形と明らかな違いが見られることが分かる。またＳＯＳボタンが押される前の時点から波形が変化しているのが分かる。このことから行き詰まりの発生を予知できることが分かる。
【００２７】
図４に、連続する１０個の操作と操作の合間の時間の分散値を連続して算出した場合（移動量１０の移動分散）の分散値の変化を示す。このグラフから、解答初期の行き詰まりでない部分では値および変動が小さく、行き詰まりの自己申告時点よりも前の時点から値が増加し始め、ＳＯＳボタンが押された時点で値が最大値になっていることが分かる。
【００２８】
行き詰まりの自己申告が有った全ての演習問題４３題中、３４題でＳＯＳボタンが押された時点もしくはその近傍で移動分散値が最大値となっていた。具体的には、３１題においてＳＯＳボタンが押された時点が最大値であり、残りの３題のうち、２題がＳＯＳボタンが押される１つ前のデータが最大値、１題がＳＯＳボタンが押される４つ前のデータが最大値であった。また、この場合のＳＯＳボタンが押された時点の値と最大値との差は、最大値の９％以内と僅かであった。それ以外の９題については、ＳＯＳボタンが押された時点とそれ以外の部分に値の差異がみられず、行き詰まりの自己申告付近の値が最大値ではなかった。
【００２９】
行き詰まりの自己申告があり、かつ行き詰まりの特徴が現れているグラフを、行き詰まりの特徴の見られない部分と、行き詰まりの予兆が現れている部分と、行き詰まりの自己申告が行われた部分という３つの部分に分割し、それぞれ通常部分、予兆部分、出現部分と呼ぶことにする。そして、これらの部分と境界を以下のように定義し、行き詰まりの予知や検知の判別に利用する。
【００３０】
出現部分は、ＳＯＳボタンが押された時点のデータであって値がそれまでの最大値であるもの、もしくはＳＯＳボタンが押された時点のデータであって最大値の近傍（最大値が現れた時点から１０分以内）にありかつ最大値との値の差が僅か（最大値の２０％以内）であるものとする。即ち、ＳＯＳボタンが押された時点のデータでも、通常部分と値に差異がみられず、行き詰まりの特徴が見られない場合は出現部分としない。
【００３１】
通常部分は、解答開始から予兆部分との境界までの値が小さく変動の少ない部分で、学習者がシステムに活発に働きかけを行っていると考えられる部分とする。
【００３２】
予兆部分は、通常部分と出現部分の間の部分で、値が出現部分にかけて増加傾向を示し、行き詰まりの予兆を表していると考えられる部分とする。
【００３３】
通常部分と予兆部分の境界は、それ以前のどのデータよりも値が大きく、その後の出現部分まで値が増加傾向（ここでは移動量２０の移動平均を取った場合に単調増加を示すものとする）を示すもののうち、最も発生時刻の早いものを予兆部分の始まりであると定義する。
【００３４】
ＳＯＳボタンは押されなかったが、移動分散のグラフに出現部分と予兆部分の特徴が確認された演習問題も３題あった。演習問題終了後に、学習者がこの３題の難易度を評価した結果は、いずれも５段階中の最高値５であり、実験終了後に、該当する学習者２名に行き詰まり状態はなかったかどうか質問をしたところ、該当する演習問題が１題有った学習者からは「行き詰まりの状態はあったと思うがＳＯＳボタンを押すのを忘れていた。その後、適当に解答チェックを数回行ったところ偶然正解に至ったが、内容を理解していたわけではなかった」との回答を得た。
【００３５】
該当する演習問題が２題有った学習者からは「これらの演習問題は自分にとってかなり難しかったが、ＳＯＳを押すまでではないと思った」との回答を得た。しかし、この２回の場合とも所要時間が１００分を越えており、かつ解答履歴から容易に正解できそうにないと判断して、こちらからヒントを数回与えることで正解に至ったものであった。このことから、この学習者は、他の学習者と比較してＳＯＳと判断する基準が高い、あるいは性格的に負けず嫌いの性格で必ず正解できるという信念をもっていたと推測される。
【００３６】
これらの状況から、学習者が自発的にＳＯＳボタンを押さない場合でも行き詰まり、もしくはそれに近い状態が存在すると考えられ、このような場合にも前記操作記録を基にした方法によれば、行き詰まり状態を検出できる可能性がある。
【００３７】
演習問題１９１題分の全てのデータを、前述の定義に従って通常部分、予兆部分、出現部分の３つの部分に分割した。この時、行き詰まりの自己申告がなく、出現部分の特徴も見られなかった演習問題１４８題分のデータについては全て通常部分とした。また、行き詰まりの自己申告はなかったが、演習問題終了後の質問や解答状況などから行き詰まり状態かそれに近い状態が有ったと思われる３題については、波形の最大値のデータを行き詰まり時の出現部分とした。
【００３８】
その結果、全ての通常部分のデータの最大値は２３５８であるのに対して、全ての出現部分の最低値は２９７０であり、通常部分が出現部分を上回る例は一例もみられなかった。このことから、行き詰まりの自己申告のなかった演習問題１４８題分のデータを含む全ての通常部分と、行き詰まりの特徴の見られた演習問題３４題分の出現部分のデータは誤判別なしに判別可能である。即ち、出現部分の特徴が見られる行き詰まりの場合には、移動分散の値が通常部分の最大値（この場合２３５８）を超えるかどうかで、その後の行き詰まりを誤判別無しに判別することが可能である。
【００３９】
統計的手法を用いて行き詰まり状態の検知および予知の判別値を決定する方法について説明する。
【００４０】
まず、前述の定義に従い、全ての実験データを出現部分、予兆部分、通常部分の３つの部分に分割する。
【００４１】
行き詰まりの自己申告時の出現部分と、それ以外のデータの判別分析を行い、行き詰まり検知の場合の判別値を決定する。この時、両者の発生確率を事前確率として判別分析に考慮した。
【００４２】
具体的には、出現部分のデータの中で、その他の部分のデータであると誤判別される度数と、その他の部分のデータの中で出現部分のデータであると誤判別される度数が等しくなる判別値を求めた。その結果、行き詰まり検知のための判別値は２９８０．１６となった。即ち、この判別値を行き詰まり検知のための規定値とする。この時、出現部分のデータの中で、その他の部分のデータであると誤判別される確率Ｐ１と、その他の部分のデータの中で出現部分のデータであると誤判別される確率Ｐ２の実測値は、Ｐ１＝２．７０３％、Ｐ２＝０．１９２％であり、良好な判別が行われていた。
【００４３】
次に、出現部分および予兆部分のデータと、通常部分のデータの判別分析を行い、行き詰まり予知の場合の判別値を決定する。この判別分析は行き詰まり検知の時と同じ方法で行った。その結果、行き詰まり予知のための判別値は１７８６．９５となった。この時、出現部分および予兆部分のデータの中で、通常部分のデータであると誤判別される確率Ｐ１と、通常部分のデータの中で出現部分および予兆部分のデータであると誤判別される確率Ｐ２の実測値は、Ｐ１＝４３．１９２％、Ｐ２＝０．１２２％であった。
【００４４】
次に、移動分散をとる時の最適な移動量を次の手順により決定する。
【００４５】
移動量５，１０，２０のそれぞれの場合について、行き詰まり検知の場合と、予知の場合について判別分析を行い、最も誤判別確率の低いものを採用する。その結果、移動量１０の誤判別確率が最も低く、移動量１０を採用した。
【００４６】
算出した行き詰まり予知の判別値を用いて、実際に行き詰まり状態の発生の何分前の時点で、行き詰まり状態の発生を予知することができるかについて調べた。この場合の予知してから行き詰まり状態が発生するまでの時間のことを予知可能時間と呼ぶ。
【００４７】
具体的には、行き詰まりの自己申告があり、かつ出現部分の特徴の見られた演習問題３４題分について、操作の間隔時間の移動分散の値が、行き詰まり予知の場合の判別値１７８６．９５を超えた時点から、実際にＳＯＳボタンが押された時点までの時間を調べた。図５に、予知可能時間の度数分布を示す。予知可能時間は０分から１６分２１秒までの間に分布し、平均値は６分５３秒であった。この結果より、行き詰まりの予知可能時間にばらつきはあるが、ほとんどの場合において行き詰まり自己申告よりも前の時点で、その後に行き詰まりの自己申告が起こることを予知できていることが分かる。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態２を図６について説明する。実施の形態２は請求項２に対応する。図６は実施の形態２における判定手順を示すものである。
【００４９】
まず、図１の教育支援コンピュータ４の操作情報受信手段５により、一定時間内に発生した操作情報を観測・記録する（ｓ１１）。次に、教育支援用コンピュータ４の行き詰まり状態判定手段６により、記録した一定時間内に発生した操作情報を読み出し、操作と操作の合間の時間の分散値Ｖ（ｘ）を、実施の形態１の場合と同様に算出する（ｓ１２）。
【００５０】
次に、この算出された分散値Ｖ（ｘ）を判定指数として（ｓ１３）、予め定めた行き詰まり予知のための規定値と比較し（ｓ１４）、分散値Ｖ（ｘ）が規定値以上の場合にその後の行き詰まりの発生を予知する（ｓ１５）。分散値Ｖ（ｘ）が規定値よりも小さかった場合は上記ステップｓ１１〜ｓ１４を繰り返す。
【００５１】
この実施の形態２は、判定間隔が一定で定時的な判定が行えるという特徴がある。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態３を図７について説明する。実施の形態３は請求項３に対応する。図７は実施の形態３における判定手順を示すものである。
【００５３】
まず、図１の教育支援コンピュータ４の操作情報受信手段５により、一定数もしくは一定時間内に発生した操作情報を観測・記録する（ｓ２１）。次に、教育支援用コンピュータ４の行き詰まり状態判定手段６により、記録した一定数もしくは一定時間内に発生した操作情報を読み出し、操作と操作の合間の時間の分散値Ｖ（ｘ）を前記同様に算出する（ｓ２２）。
【００５４】
次に、この算出された分散値Ｖ（ｘ）を判定指数として（ｓ２３）、予め定めた行き詰まり予知のための規定値（規定値１）と比較し（ｓ２４）、分散値Ｖ（ｘ）が規定値以上の場合にその後の行き詰まりの発生を予知する（ｓ２５）。分散値Ｖ（ｘ）が規定値よりも小さかった場合は上記ステップｓ２１〜ｓ２４を繰り返す。
【００５５】
さらに、行き詰まりを予知した後、上記ステップｓ２２により算出された分散値Ｖ（ｘ）と予め定めた行き詰まり検知のための規定値（規定値２）とを比較し（ｓ２６）、分散値Ｖ（ｘ）が規定値以上の場合に、その後の行き詰まりの発生を検知する（ｓ２７）。分散値Ｖ（ｘ）が規定値よりも小さかった場合は上記ステップｓ２１〜ｓ２６を繰り返す。これにより行き詰まりの予知と検知ができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ユーザの行き詰まり状態の発生を客観的かつ正確に予知でき、また、その後、実際に行き詰まりが発生する時点の検知ができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す教育支援システムのハードウェア構成図
【図２】本発明の実施の形態１を示す判定手順の流れ図
【図３】操作と操作の合間の時間の変化の一例を示すグラフ
【図４】操作と操作の合間の時間の移動分散の変化の一例を示すグラフ
【図５】予知可能時間の度数分布の一例を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態２を示す判定手順の流れ図
【図７】本発明の実施の形態３を示す判定手順の流れ図
【符号の説明】
１：学習者用コンピュータ、２：学習者用コンピュータ１の出力（表示）装置、３：学習者用コンピュータの入力装置、４：教育支援用コンピュータ、５：教育支援用コンピュータの操作情報受信手段、６：教育支援用コンピュータの行き詰まり状態判定手段、７：ネットワーク。
【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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【図６】
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【図７】
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