2019 年度情報処理学会関西支部 支部大会

E-06

ピクトグラミングの自然言語文によるプログラム入力機能の実装
石井 幹大†
1．はじめに
我々の研究グループでは，人型ピクトグラムを用いたコンテンツ作成環境「ピクトグラミング（Pictogramming）a 」を提案し，Web で公開している．ピクトグミングは，ピクトグラムとプログラミングを合わせた造語である．ピクトグラミングは，プログラミング学習環境の側面も有し[1]，様々な文脈で利用されている．
ピクトグラミングは，ピクトグラムを作るという目的指向で設計されているため，汎用プログラミング言語に比べ，定義されている命令も少なく，機能が限定されている．そのため，学習コストをあまり掛けなくても，ピクトグラムの作成を通じてプログラミングの諸概念の理解が達成できるという利点を有する．
近年，日本人に対する英語教育，外国人に対する日本語教育の需要が高まっており，機能を拡張し，自然言語文入力による学習環境を構築する意義は高いと考えられる．そこで，本稿では，ピクトグラミングに日本語，英語による自然言語文による入力機能を実装したので，報告する．
以下 2 章で，開発の背景と動機を説明したのち，3 章でピクトグラミングの概要を示す．4 章で，今回実装した機能について説明し，5 章で有用性や利用可能性を中心に考察し，まとめる．

伊藤 一成‡
自律した学習を目指すことが重要になると述べている[10]．
しかし，日本語学習者にとって，漢字の学習など，困難を感じる場面は多く，視聴覚的な補助教材を取り入れることで，その障壁をなくす必要があり[11]，実際に絵本を取り入れることで，学習者の情意面と言語習得面にプラスの効果があることが明らかにされている[12]．
次に，プログラミング教育は，小学校，中学校，高等学校のいずれにおいても必修化されることが次期学習指導要領で示されており[2][3][4]，外国語学習と同様に，この先ますます盛んになることが見込まれている．しかし，プログラミング教育では，興味関心の欠落，構文規則の理解の困難さ，つまずきや挫折感に伴う学習意欲の喪失などが長年問題視されており[13][14][15]，研究が進められている．
岡本らは，プログラミングの概念理解に関して，出力の動作が物理的現象として見えるだけでなく，学習者がそれを認識していなければ，学習上の効果が期待できないと述
べ，視覚的に顕在化することの重要性を指摘している．そして，視覚的顕在化を“視認性”，“判別性”，“予測可能性”，“独立性”の 4 つの状態から評価して有効性を示し，プログラミング教材作成の際の指標として提案している[16]．表 1 に，岡本らが提示する提示する，4 つの状態とその具体的方法を示す．
表 1 視覚的顕在化と具体的解決方法[16]2．背景

視覚的顕在化の 4 つの状態

具体的解決方法

はじめに，外国語学習について述べる．
第一に，日本における英語教育については，グローバル化の進展に伴い，この先ますます盛んになることが見込まれている．次期学習指導要領では，聞くこと，読むこと，読むこと，話すこと，書くことの能力を一体的に育成することが目標とされており，小学校では，2020 年度から 3 年生で外国語活動（英語）が必修化，5 年生では外国語活動（英語）が教科化され[2]，中学校では 2021 年度から，高等学校では 2022 年度から，授業は英語で行うことが基本とされている[3][4]．しかし，言語学習にとって最も大切なことは，周囲の環境ではなく，学ぶ側の主体性であり[5]，学習者の学習意欲を向上・喚起することが大切であると言われている[6]．そして，英語力の向上には，学習者の自律性を高め，「英語の使用」を通して課外学習をすることが重要であるという主張が大きな潮流を占めている[7]．
第二に，外国人の日本語学習について述べる．世界で実施されている日本語教育について調査をしている国際交流基金によると，2015 年度の調査では，日本語は，137 の国と地域で 3,655,024 人に学ばれており，調査を開始した
1979 年と比較して，学習者数は 28.7 倍に増加した[8]．また，文化庁の調査によると，2017 年 11 月 1 日現在，日本国内における日本語学習者数は 239,597 人であり，1990 年の調査と比較して，4.0 倍に増加した[9]．前段落で，「英語力の向上には，学習者の自律性を高め，『英語の使用』を通して課外学習をすることが重要である」と述べたが，このことは，外国語学習全般において言われており，原田
は，外国語学習者が効果的な学習ストラテジを身につけ，視認性（大きさ，速さなど表示サイズや動作速度を適切が視認可能な動作である）に変更する．

判別性（周囲の視覚的要素表示位置を分離するか，他のを区別して認識可能であ視覚的要素から際立たせる．

る）
予測可能性（動作および動事前に明示するか，既存の知作位置が予測できる）

識や経験をもとに，容易に予測できるようにする．

独立性（他の命令に基づく複数の動作を区別が可能なか動作と区別たちに分離する．

また，西田らは，岡本らの指標[16]を例に出した上で，プログラミング入門教育についての研究結果を示し，図形描画の課題を取り入れたコースウェアの方が，図形描画の課題がないコースウェアよりも，理解度や楽しさを下げることなく学習できることを明らかにしている[17]．

3．ピクトグラミング
3.1 概要ピクトグラミングは，人型ピクトグラムに着目したコンテンツ作成環境である．ピクトグラムとは，世界共通の記号表現として，世界中で用いられている図記号であり，“視認性”と“判別性”を重視して作成されるグラフィックシンボルである．実際に，代表的なピクトグラムの 1 つである「非常口」は，瞬間照明下の認知テストや煙の中で†青山学院大学大学院社会情報学研究科‡ 青山学院大学社会情報学部ahttps://www.pictogramming.org/editor/

の視認効果をはじめ，5 種類の科学的評価実験をもとに，形の整理や単純化の程度の違いなどのバリエーションを制作して，最終的にデザインが策定された[18]．
ピクトグラミングでは，人型ピクトグラムを人間の動作に模倣して動かす．ピクトグラミングの出力は，作成者自身の動作と連関している．また，ピクトグラムは，社会問題や社会規範を表現するという特性を有するため，高い“予測可能性”が期待できる．
ピクトグラミングでは，人型ピクトグラムの動作を，プログラムの命令と細粒度で対応させることで，高い“独立性”も実現している．

動の軌跡を図として表示する機能も有し，これを総称して「ピクトグラフィックス」という．図 3 に，ピクトアニメーション（左側）とピクトグラフィックス（中央）の対比を示す．ピクトグラフィックスとピクトアニメーションの両方を実装することで，図 3 右側に示すような，人型ピクトグラムの姿勢，動作と描画図形に関する両方の知識と経験に基づいた作品が生成可能となる．
左上腕

右上腕

左前腕右前腕3.2 実装方式

体HTML5, CSS, JavaScript を用いて実装されている．人型ピクトグラムの表示・操作部に限り Processing で実装し，Processing のソースコードを実行可能な JavaScript ライブラ
リである Processing.js を用いて実行している．
Web アプリケーションなので，ブラウザでアクセスするだけで利用できる．またブラウザのプラグインを一切使用しない純粋な Web アプリケーションである．PC へのネイ
ティブアプリケーションやブラウザへのプラグインのインストールが教育機関によっては禁止されている場合があるため，このような実装方式とした．日本の教育機関での利活用を重視しており IE (Internet Explorer) でも動作するように実装されている．図 1 に，PC のブラウザで，ピクトグラミングにアクセスした場合のスクリーンショットを示す．

左大腿右大腿左下腿右下腿左肩

右肩左肘右肘体

左股

右股

左膝右膝A

図 2 部位に基づく名称（上側）と関節に基づく名称（下側）

BCD

図 1 ピクトグラミングのスクリーンショット
画面は，大きく 3 つの領域から構成されている．図 1 において，領域 A は実行結果を出力する「人型ピクトグラム表示パネル」，領域 B はプログラムを入力する「プログラムコード記述領域」，領域 D は「命令入力支援ボタン」である．命令入力支援ボタンを押下するとボタンのラベルに記述されているプログラム文字列が，プログラムコード記述領域上のカーソル位置に挿入される．また，ボタン Cは，「実行ボタン」であり，プログラムコード記述領域に記述した命令を実行し，人型ピクトグラム表示パネルに表示されている人型ピクトグラムを動かすことができる．
人型ピクトグラム表示パネルには，ISO 3864 で定義されているサイズ比に準拠したピクトグラムが表示される．人型ピクトグラムの形状を図 2 に示す．ピクトグラミングでは，身体の部位名あるいは関節名を指定して，人型ピクトグラムの動作や状態を決定する．図 2 において，上側の画像は部位の名称一覧であり，下側の画像は関節の名称一覧である．
ピクトグラミングは，人型ピクトグラムの変形および動きの変化を表現できるアニメーションの機能を実装している．これを総称して「ピクトアニメーション」という．また画面上に表示される人型ピクトグラムの身体の部位の移

 

図 3 ピクトアニメーションとピクトグラフィックス
3.3 プログラム例と実行方法
プログラムは「プログラムコード記述領域」に入力する．
プログラムに用いる命令は，先頭に命令コードを記述し，空白文字を挟んで，続けて引数列を空白文字で区切って列挙する．図 4 に命令の書式を示す．
命令コード 引数 1 引数 2
図 4 命令の書式
代表的な命令を，表 2 に示す．命令列は，一般的なプログラミング言語と同様に，上から実行される．
命令コードは，英語の略記だけでなく，英語の単語表記ができる．さらに，教育利用を重視しているため，既存の教育向けプログラミング言語[19]や日本語プログラミング環境[20]にあるように，日本語表記，さらには低学齢の利用も想定し，日本語ひらがな表記をサポートしている．

「回転」，「回転待ち」，「移動」，「移動待ち」は，ピクトアニメーションの主となる命令であり，これらの命令を使い分けることで，逐次実行と並列実行を組み合わせた，多様な動作が実現可能となる．ピクトグラフィックス
で主となる命令は，「ペン」である．「ペン」には，描画の有無を指定できる命令や，身体の部位や関節を指定してペンを持たせ，その部位や関節の動きの変化の履歴を描画する命令が実装されている．いずれの命令においても，命令の名称や引数は，既存の知識や経験をもとに容易に予測できるように配慮している．さらに，命令と人型ピクトグラムの動きが細粒度で関連付くようにした．
プログラム例を図 5 に示す．図 5 のプログラムは，「人型ピクトグラムが，自身の右膝で描いた円の上に乗り，左腕を上げ，左前腕を 3 回振る」コンテンツを作成するためのものであり，3.2 節 図 1 の人型ピクトグラム表示パネルの表示は，図 5 のプログラムを実行した際のワンショットである．プログラムの実行は，3.2 節でも述べたように，実行ボタンをクリックすることによっても可能であるが，文法エラーが発生していなければ，カーソルがプログラムコード記述領域に位置する際に，エンターキーを押下することでも，行うことができる．
表 2 代表的な命令一覧
命令の様式
回転 引数 1 引数 2 [引数 3[引数 4]]

回転待ち 引数 1
引数 2 [引数 3]

移動 引数 1 引数 2 [引数 3[引数 4]]

移動待ち 引数 1
引数 2 引数 3待ち

引数 1

倍率

引数 1

ペン 引数 1
[引数 2]

繰り返し終わり透明

引数 1処理引数 4 秒後に 引数 1 で指定される身体の部
位を反時計回りに 引数 2 度だけ 引数 3 秒かけて支点を中心に等速回転する．引数 4 が省略された時は，引数 4 に「0」が，引数 3，引数 4 の両方が省略された時は，いずれも「0」が入力されているものとして取り扱う．
引数 1 で指定される体の部位を反時計回りに引数 2 度だけ 引数 3 秒かけて支点を中心に等速回転する．回転が終了するまで次の命令は実行されない．
引数 4 秒後に 引数 3 秒かけて x 軸正方向に
引数 1 ピクセル，y 軸正方向に 引数 2 ピクセルだけ全体を等速直線移動する．引数 4 が省略された時は，引数 4 に「0」が，引数 3，引 数 4 の両方が省略された時 はい ずれも「0」が入力されているものとして取り扱う．
引数 3 秒かけて x 軸正方向に 引数 1 ピクセ
ル，y 軸正方向に 引数 2 ピクセルだけ全体を等速直線移動する．直線移動が終了するまで次の命令は実行されない．
引数 1 秒何もせずに待つ．「待ち」が終了するまで次の命令は実行されない．
人型ピクトグラムの拡大率を 引数 1 にする．（標準は「1」）
引数 1 が「離す」の場合，ペンを離す．「持つ」の場合，ペンを持つ．ペンの動作を行う
身体の部位または関節の名称を「回転」，「回転待ち」命令と同様の表記で 引数 2 に指 定できる．引数 2 が省略さ れた場合は「体」が記述されているものとみなされる．
対応する「終わり」までの命令を 引数 1 回
繰返す．
「繰り返し」の終了を示す．
人型ピクトグラムを縁取りの透明表示に変更する．この状態で再度命令すると，元に戻る．

010203
0405
06
0708
09
101112ペン 持つ 右膝
回転待ち 右膝 360 1
ペン 離す 右膝待ち 0.5
倍率 0.6
移動待ち 20 -110 1待ち 0.5
回転待ち 左肩 -120 1
繰り返し 3回転待ち 左肘 -60 0.5
回転待ち 左肘 60 0.5
終わり

図 5 プログラム例
英語，日本語ひらがな表記のサポートは，引数列についても同様であり，数値や空白文字が全角文字で表記されていても，半角文字が入力されていると想定し，動作する．
例えば，図 5 中の 2 行目の「回転待ち 右膝 360 1」は，「RotateWait RightKnee 360 1」や「RW RK 3601」，「かいてんまち みぎひざ ３６０ １」と入力しても，同様に動作する．表 2 に示した命令と，図 2 に示した部位や関節の名称の英語表記の対応を，表 2 に示す．
表 3 命令コードと部位や関節名称の表記の対応
日本語
回転回転待ち
移動
移動待ち
待ち
倍率
ペン離す
持つ
繰り返し
終わり
透明
左上腕左前腕左大腿左下腿右上腕右前腕右大腿右下腿
左肩
左肘左股
左膝右肩
右肘右股
右膝体にほんご英語略記

英語

かいてん
かいてんまち
いどう
いどうまち
まち
ばいりつ
ぺん
はなす
もつくりかえしおわりとうめい
ひだりじょうわん
ひだりぜんわんひだりだいたいひだりかたいみぎじょうわんみぎぜんわん
みぎだいたい
みぎかたい
ひだりかた
ひだりひじ
ひだりまた
ひだりひざ
みぎかた
みぎひじ
みぎまた
みぎひざ
からだ

R
RW
M
MWW
SC
PEN
RELEASEHOLDREPEAT
END
SK
LUA
LLA
LUL
LLL
RUA
RLA
RUL
RLL
LS
LE
LC
LK
RS
RE
RC
RK
BODY

RotateRotateWait
Move
MoveWait
Wait
Scale
PEN
RELEASEHOLDREPEAT
END
Skeleton
LeftUpperArm
LeftLowerArm
LeftUpperLeg
LeftLowerLeg
RightUpperArm
RightLowerArm
RightUpperLegRightLowerLeg
LeftShoulder
LeftElbow
LeftCrotch
LeftKneeRightShoulder
RightElbow
RightCrotch
RightKnee
BODY

4．自然言語文によるプログラム入力機能の実装
ピクトグラミングは，ピクトグラム生成に特化している
ため，定義されている命令の種類は多くない．そこで本提案では，自然言語文の入力に対し，対応するプログラム文字列を標準出力するプログラムを実装した．

4.1 日本語文による命令入力方法
日本語の自然言語文による命令入力例を，表 4 に示す．
自然言語文による命令入力を可能にするため，元来のピクトグラミングではサポートされていない，単位（「秒」，「度」など）の入力を必須とした．また，助詞（「に」，「を」など）や，引数の順序を入れ替えた入力も許容しており，例えば，「回転待ち 引数 1 引数 2 [引数 3]」は，
表 4 に示した「引数 1 を 引数 2 度、[引数 3 秒で]回転して待つ。」だけでなく，「引数 1 を[引数 3 秒で] 引数 2度、回転して待つ。」や「[引数 3 秒で]引数 1 を 引数 2度、回転して待つ。」といった入力も可能である．
図 6 に，図 5 に示したプログラムを，日本語の自然言語文によって入力した際の一例を示す．なお，図 6 では，視認性を考慮して，命令ごとに改行をしているが，実際に命令を入力する際は，改行をしなくてもよい．
表 4 自然言語文による命令入力例（日本語）入力例

変換後の命令[引数 4 秒後に、]引数 1 を引数 2 度、[引数 3 秒で]回転する。
引数 1 を 引数 2 度、[引数 3 秒で]回転して待つ。
[引数 4 秒後に、]縦に 引数 1 、横に引数 2、[引数 3 秒で]移動する。
縦に 引数 1 、横に 引数 2、引数 3 秒で移動する。
引数 1 秒待つ。
倍率を引数 1 倍にする。
[引数 2 の]ペンを 引数 1（離す）。
[引数 2 に]ペンを 引数 1（持つ）。
引数 1 回繰り返す。
終わりにする。
透明にする。

回転 引数 1 引数 2
[引数 3 [引数 4]]
回転待ち 引数 1 引
数 2 [引数 3]
移動 引数 1 引数 2
[引数 3 [引数 4]]
移動待ち 引数 1 引
数 2 引数 3
待ち 引数 1
倍率 引数 1
ペン 引数 1 [引数2]繰り返し 引数 1終わり
透明

右膝にペンを持つ。
右膝を 360度、1秒で回転して待つ。
右膝のペンを離す。
0.5秒待つ。
倍率を 0.6倍にする。
1秒で縦に 20、横に-110移動して待つ。
0.5待つ。
左肩を 1秒で-120度回転して待つ。
3回繰り返す。
0.5秒で左肘を-60度回転して待つ。
0.5秒で左肘を 60度回転して待つ。
終わりにする。

図 7 に，図 5 に⽰したプログラムを，英語の自然言語文によって入力した際の一例を示す．なお，図 6 と同様に，
図 7 では，視認性を考慮して，命令ごとに改行をしているが，実際に命令を入力する際は，改行をしなくてもよい．
表 5 自然言語文による命令入力例（英語）⼊⼒例

変換後の命令[After arg4 seconds,] rotate arg1, arg2
degrees [in arg3 seconds].
Rotate arg1, arg2 degrees [in arg3seconds] and wait.
[Afterarg4seconds,]
move(arg1 ,arg2) pixels [in arg3 seconds].
Move (arg1 ,arg2) pixels in arg3
seconds and wait.
Wait arg1 seconds.
Change scale to arg1 times.
arg1 a pen [at arg2].
Repeat arg1 times.
End.
Change to skeleton mode.

R
arg1
arg2
[arg3 [arg4]]
RW
arg1
arg2
[arg3]
M
arg1
arg2[arg3 [arg4]]
MW
arg1
arg2
arg3
W arg1SC arg1
PEN arg1 [arg2]
REPEAT arg1
END
SK

Hold a pen at right knee.
Rotate right knee 360 degrees in 1 second andwait.
Release a pen at right knee.
Wait in 0.5 seconds.
Change scale to 0.6 times.
Move (20, -110) pixels in 1 second and wait.
Wait in 0.5 seconds.
Rotate -120 degrees in 1 second and wait.
Repeat 3 times.
Rotate left elbow -60 degrees in 0.5 seconds andwait.
Rotate left elbow 60 degrees in 0.5 seconds andwait.
End.

図 7 英語の自然言語文によるプログラム入力例
4.3 実装画面
図 8 に，PC のブラウザで，本提案を実装したピクトグ
ラミングにアクセスした際のスクリーンショットを示す．
A

右膝にペンを持つ
右膝を360度、1秒で回転して待つ。
右膝のペンを離す。
0.5秒待つ。

倍率を0.6倍にする。
1秒で縦に20、横に-110移動して待つ。
0.5待つ。

左肩を1秒で-120度回転して待つ。
3回繰り返す。

0.5秒で左肘を-60度回転して待つ。
0.5秒で左肘を60度回転して待つ。
終わりにする。

図 6 日本語の自然言語文によるプログラム入力例
B

4.2 英語文による命令入力方法
英語の自然言語文による命令入力例を，表 5 に示す．4.1
節でも述べたように，⾃然⾔語⽂による命令⼊⼒を可能にするため，元来のピクトグラミングではサポートされていない，単位（「seconds」，「degrees」など）の入力を必須とした．また，前置詞（「in」，「to」など）の入力や，引数の順序を入れ替えた入力も許容しており，例えば，「M arg1 arg2 [arg3 [arg4]]」は，表 5 に⽰した「[After arg4 seconds,] move (arg1, arg2) pixels [inarg3 seconds]. 」 だ け で な く ， 「 Move (arg1, arg2)
pixels [in arg3 seconds] [after arg4 seconds].」といった⼊⼒も可能である．

CDA
Hold a pen at right knee.
Rotate right knee 360 degrees in 1 second and wait.
Release a pen at right knee.
Wait in 0.5 seconds.
Change scale to 0.6 times.
Move (20, -110) pixels in 1 second and wait.
Wait in 0.5 seconds.
Rotate -120 degrees in 1 second and wait.
Repeat 3 times.
Rotate left elbow -60 degrees in 0.5 seconds andwait.
Rotate left elbow 60 degrees in 0.5 seconds and wait.
End.

BCD

図 8 ⾃然⾔語⽂による命令⼊⼒機能を実装した
ピクトグラミングのスクリーンショット

図 8 の上側は，日本語文での命令入力をする際のスクリーンショットであり，下側は，英語文での命令入力をする際のスクリーンショットである．画面の構成は，図 1 で示した，従来のピクトグラミングと同様であり，大きく 3 つの領域から成る．領域 A は実行結果を出力する「人型ピクトグラム表示パネル」，領域 B はプログラムを入力する「プログラムコード記述領域」，領域 D は「命令入力支援ボタン」である．命令⼊⼒⽀援ボタンには，従来のピクトグラミングとは異なり，⾃然⾔語⽂が記述されている．また，ボタン C は，「実行ボタン」である．

5．まとめと今後の展望
⼈型ピクトグラムを⽤いたコンテンツ作成環境「ピクトグラミング」に⽇本語，英語による⾃然⾔語⽂による⼊⼒機能を実装した．⾃然⾔語⽂の⼊⼒を可能にしたことにより，今⽇需要が⾼まっている，日本人に対する英語教育，外国人に対する日本語教育に，ピクトグラミングを利活用できる可能性を示した．
今後は，英語学習者の⽇本⼈や⽇本語学習者の外国⼈を対象に実験を⾏い，本提案の有効性を検証する予定である．

参考文献
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o_detail/__icsFiles/afieldfile/2019/03/18/1413522_001.pdf（2019 年 7 月 10 日閲覧）
[3] 中 学 校 学 習 指 導 要 領 （ 平 成 29 年 告 示 ）http://www.mext.go.jp/component/a_menu/education/micr
o_detail/__icsFiles/afieldfile/2019/03/18/1413522_002.pdf（2019 年 7 月 10 日閲覧）
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