hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コミュニケーション能力を考慮した日本人話者の英語プロソディーの特徴に関する研究

本研究は,日本語話者の英語プロソディー(アクセント,イントネーション,ストレスなど)の特徴について,英語母語話者による音声評価と音声の音響分析結果に基づき,イントネーションの明瞭性の観点から分析を行った。文の長短,文中での焦点の位置,焦点の種類,音調の種類によって特徴は異なり,明瞭度の向上のためには音調のみならず,区切りも重要であることがわかった。日本人の英語イントネーションの発音上の問題点を明らかにし,英語音声教育への示唆を行った。日本語母語話者の生成による英語のプロソディーの特徴について,「広いフォーカス」となる音調核を持つ発話文を分析対象として,音調核と発話のイントネーションの明瞭度,及び音響的特徴の観点から,発話の長短,及び発話内での音調核の位置(文頭(SI),文中(SM),文末(SF))の違いによる分析を行った。上昇調の音調核を持つ発話文では,文の長短に関わらずSFのイントネーションの明瞭度(英語ネイティブによる5段階評価で,5が最も高く,1が最も低い)と音調核認識率が最も高かった。短長文ともに,音調核の位置と核音調を指示通りに読み上げた発話(CP)では,SMの明瞭度と音調核の認識率が最も低く,指示なしで読み上げた発話(UP)ではSIの明瞭度と音調核認識率が最も低かった。短文においては,SIとSMの明瞭度が低い場合はFOの上昇度が小さい傾向にあり,SFの明瞭度が高い発話は音調核の長さが長く,音調核の認識率が高い傾向にあることがわかった。SFでは母語干渉がプラスに作用し,SIとSMにおいてはマイナスに作用することが,SFの明瞭度と音調核認識率の高さの要因であることが示唆された。下降上昇調の音調核を持つ短文では,UP, CPともに明瞭度はSIが最も低く,音調核認識率はSMが最も低かった。明瞭度が低い発話では音調単位の末尾で大きい下降が起こり,インテンシティも弱いことがわかった。長文においても,UP, CPともに明瞭度はSIが最も低かった。下降上昇調は日本語では英語ほど頻繁に使用されないため,日本語話者にとって難しい音調と予測されたが,音調核の発話中の位置によっては上昇調の方が明瞭度が低いことが判明した。音調核が長文文頭に位置する上昇調のUPは最も低く(2.76),CPにおいても短文文頭が最も低かった(2.88)。音調核の文中での位置と文の長さの違いによる日本語話者の英語プロソディーの特徴の違いについての研究例は数少なく,英語音声教育への応用の観点からも意義深いといえる。発話の中で最も強いアクセントが付与され,イントネーションの中心となる音調核を持つ語が,対比フォーカス(CF)や新情報(NI)などの「狭いフォーカス」となる22種類の英文と短いパセッジを分析対象に,日本人学習者(JS)の英語プロソディの特徴について,英語話者5人による音声評価と音響分析の結果を基に調べた。上記の文をJSが自由に読み上げた音声(UP)と指定された音調核の位置と音調に従って読み上げた音声(CP)のイントネーションの明瞭度(5が最良の5段階評価)は,核音調が下降上昇調の文はCP,UPともに低かった(平均:3.01,全体平均:3.19)。核音調が提示されても日本人にとって発音しにくく(UPでほとんどのJSが下降調を使用),文脈に応じた使用が難しい音調であることが示唆された。音調核が正しい位置に認識される率はCPの方が高く,核の位置を示すことで改善された。否定辞を含む助動詞を持つ文ではほとんどのJSが間違えて助動詞に音調核を置いた。また,英語話者の発音(NS)の発音では音調核の持続時間がNIよりCFの方が長いなどの音響的相違が見られたが,日本人の発音では見られなかった。明瞭度の高いJSは,NSと同様にピッチとインテンシティの音調核以降の急激な下降があるが,低明瞭度の発音では見られなかった。また,核音調が上昇調の30文のUPと30文のCPを分析した結果,音調核が文末にある方が,文頭や文中にある場合よりも,UP,CP共にイントネーションの明瞭度が高くなったこと,文頭に音調核があるとUPとCPで明瞭度の違いがはっきり出たこと(2.8対3.3),英語母語話者は日本人学習者よりもピッチの変動幅が大きいこと,日本人学習者は代名詞を強く発音することで英語のリズムを崩す傾向があること,学習者が音調核を際立たせるためにはピッチと音調核の持続時間を効果的に使用する必要があることが分かった。音声による英語コミュニケーションでは,発話の区切りが意味情報の伝達に重要な指標となる。

本研究では,日本語話者が英語を適切な区切りとイントネーションで発音できるかどうか調べた。8人の日本語話者(JS)に対し,文構造が異なる英文20文を一回目は与えられた文脈に従い,必要と考える箇所で区切りを入れて読み上げるよう(UP),二回目は,区切る箇所と区切られた語群の中で最も強いアクセントを付して発音される箇所がマークされた同様の英文をマークに従って読み上げるよう(CP)指示した。英語話者3人がランダムに配列された各話者のUPとCPの各発話文について区切りの位置を聞き取り,文脈に沿ったイントネーションの適切さを5段階(5が最高,1が最低)で評価した。日本人の英語イントネーションは全体的に適切とは言えず,5段階評価の平均値は2.87であった。最も低い評価はUP,CPともに文中に挿入的に倒置語句が入る場合で(UP:2.42,CP:2.54),最も良い評価はUP,CPともに3項目を列挙する文であった(UP:3.08,CP:3.25)。区切りを指定した場合,イントネーションは向上した(UP:2.77,CP:2.96)。区切りとイントネーションの適切さとの間には相関が見られ,区切りの位置や有無の決定は英語の発話全体のプロソディに影響を及ぼし,適切なイントネーションを産出するための重要な要素であることが判明した。さらに,文レベルを超えた英語パッセージの日本語話者の読み方について,音調核の位置と音調についての情報の提示の有無による変化を分析した。その結果,情報の提示によりイントネーションが適切になり,モデルのプロソディに近づくことが示された。日本の中・高では本研究で活用した音調強勢記号はほとんど使用されないが,英語のプロソディ向上のために音調と強勢を有機的に学習できる音調強勢記号の有効活用が望まれる。日本語話者の英語音声収録と英語母語話者を対象とした日本人の英語音声評価実験を予定通り実施し,分析結果を研究発表した。一部の音声評価者からの評価結果提出が予定よりも遅れたため,分析を残している部分があるが,今年度上半期までに行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度に行った音声評価実験結果と音声資料をさらに分析していくとともに,平成24年度には,発話の区切りに焦点をあて,日本語話者が異なる文法構造を持つ英文をどのように区切りながら発音するか,また,区切りにおいてどのような音調を使用するかといったことを中心に調べる予定である。日本人の英語の音声評価者となる英語話者は5人程度を予定しているが,諸事情で人数が確保できない場合は,確保できた人数で評価実験を行うこととする。
曲げ降伏後にせん断破壊する鉄筋コンクリート柱の三次元ひび割れと寸法効果

鉄筋コンクリート柱をアラミド繊維でせん断補強した場合の三次元ひび割れについて,実験的に調べた。付着破壊が生じないように,片持ち梁形式で加力した。せん断補強量が多いほど柱断面の中心とアラミド繊維近傍の内部ひずみの差が大きくなった。このことから,アラミド繊維のせん断補強によって断面が樽型に変形していることが確認できた。高補強試験体では,アラミド繊維近傍でトラス機構が強く働き,せん断力を負担していることが分かった。低軸力下での普通強度鉄筋コンクリート柱の挙動を調べるための実験を行った。試験体は全部で10体作成した。主な実験パラメータは,試験体の寸法と載荷履歴とした。一辺500mmと250mmの試験体を作成した。せん断スパン長さ,かぶり厚さ,主筋や横補強筋の直径など,その他の寸法もすべて1:2で設計した。ただし,降伏強度が完全に同一で直径のみが1:2の横補強筋を入手することは不可能であるため,p_wσ_yが一致するように横補強筋の間隔を調整した。主筋についても同一の降伏強度を得ることは不可能なので,曲げ降伏時の平均せん断応力度が一致するようにせん断スパン長さを調節した。試験体の周囲に変位計を設置して,コアコンクリート領域の変形状態を測定した。一部の試験体については,最大変形時に荷重をかけたままで低粘性エポキシ樹脂を注入し,硬化後に除荷した。その後,鉄筋を含む箇所をダイヤモンドカッターで切除し,工業用CTスキャンによる内部ひび割れ観察を行った。CTスキャンによるひび割れ面の形状を三次元的に分析し,フーリエ解析を行った。その結果,ひび割れ面は,従来から指摘されてきたような骨材寸法レベルの凹凸だけでなく,もっと大きな波長の凹凸が存在すること,しかも,その凹凸は試験体の表面付近と中心部では様相が異なることがわかった。低軸力下での普通強度コンクリート柱の挙動を調べるための実験を行った。軸力比を0.3に変更し,高軸力下での普通強度コンクリート柱の挙動を調べる実験を行った。他の実験パラメータは平成18年度と同様とした。低レベルの軸力が存在すると鉄筋コンクリート部材のせん断強度が上昇することは既往の実験で明らかになっている。また,曲げ降伏後のせん断破壊に関したも同様の効果が見られる。ただし,変形能力への影響は定量的に不明確である。筆者は,その最大の要因が軸方向ひずみにあると考えている。軸力がゼロの場合は,繰り返し塑性変形によって材軸方向の伸びひずみが蓄積し,コンクリートの斜め圧縮強度と剛性に悪影響を与えるのに対し,低レベルの軸力が存在するとこのような蓄積が抑制されるからである。ただし,高レベルの軸力は斜め圧縮破壊を増進する。今回の実験を通じて,この効果が定量的に把握できるはずであると考えた。CTキャン実施には高額の費用がかかるため,総試験体の1/3つまり毎年4体のみについて実施する予定である。平成19年度のCTスキャン実施費用は18年度より大幅に増額したが,これは,18年度は試験的に1体のみスキャンし,問題点を十分に洗い出したので19年度に残りの試験体のスキャンをしようと考えたからである。高軸力下でのコンクリート柱の破壊形式に関する実験結果を得ることができた。また,前年度との比較において軸力比と鉄筋コンクリート部材のせん断耐力の関係を導きうる定量的なデータが得られた。ピアノ線を用いて,コアコンクリート領域の変形状態を測定した。最大変形時に荷重をかけたままで低粘性エポキシ樹脂を注入し,硬化後に除荷した。その後,鉄筋を含む箇所をダイヤモンドカッターで切除し,X線による内部ひび割れ観察を行った。以下のことがわかった。(1)せん断補強量が多いほど柱断面の中心とアラミド繊維近傍の内部ひずみの差が大きくなった。(2)低補強試験体(p_<wy>=0.03%)は,補強形式が同一だったにもかかわらず,2つの試験体の内部ひび割れに大きな違いが見られた。一つの試験体では,断面が樽型の変形をしていた。一方,もう一つの試験体では,樽型の変形がほとんど見られなかった。後者の試験体は,p_<wy>0.1%の試験体より高い耐力を示した。(3)高補強試験体(p_<wy>=0.1%以上)の内部ひび割れは,アラミド繊維近傍において細かく,枝分かれが広く均等に発生していた。また,アラミド繊維近傍(特に柱断面の四隅)において主圧縮ひずみが顕著であった。

これが原因となってアラミド繊維が柱の角で破断したと考えられる。すなわち,高補強試験体では,アラミド繊維近傍でトラス機構が強く働き,せん断力を負担していることが分かった。
大粒径セラミックフィラー填入によるコンポジットレジンの動性向上に関する研究

コンポジットレジンはその物性向上のために、無機質フィラーが多量に配合されている。その結果、機械的性質、重合収縮、熱膨張性などの諸性質は改善されている。しかし、フィラーの充填率は最高86%でほとんど限界にきている。そこで大粒径セラミックフィラーとしてのβ-石英グラス・セラミック粒状体(BQCI)をコンポジットレジン修復時に、レジン中に填入することによりフィラー充填率は90%を越えることになり、それによってもたらされる物性の変化を評価し、臨床にも応用した。実験の結果、BQCIを挿入することによって、重合収縮率は小さくなる傾向を示し、なかでもフィラー充填率の低いコンポジットレジンでは3035%もトータルな重合収縮率が小さくなることがわかった。一方、重合収縮力は変化しないか、むしろ僅かながら大きくなる傾向が示された。BQCI挿入によって熱膨張係数は著しく低下し、コンポジットレジン修復の辺縁封鎖性の向上に好影響を与えることが示唆された。現在、32例の症例に対して臨床応用を開始し、その評価の検討を行っている。最長で4年間の経過観察を行った結果、コンポジットレジンの物性とBQCIの物性のマッチングが重要で、コンポジットレジンが耐摩耗性の乏しいものの場合は、長時間の咀嚼・咬合によってBQCIの突出するものが認められた。BQCIは棹状体であるので、現在、直径12mmのアルミナやジルコニアの球状体を用いての物性評価実験を開始した。フィラー充填率の高いコンポジットレジン、充填率の低いコンポジットレジンおよびその中間の充填率のコンポジットレジンにアルミナあるいはジルコニア球状体(1φmm)を10%50%まで填入したものを重合し、その熱膨張係数を測定した結果、高密度充填型コンポジットレジンでは大粒径セラミックフィラー填入による効果は小さく、低密度充填型コンポジットレジンへの填入の効果は大きくなることがあきらかになった。そこで大粒径セラミックフィラーとしてのβ-石英グラス・セラミック粒状大(BQCI)をコンポジットレジン修復時に、レジン中に填入することにより、フィラー充填率は90%を越えることになり、それによってもたらされる物性の変化を評価し、臨床にも応用した。実験の結果、BQCIを挿入することによって、重合収縮率は小さくなる傾向を示し、なかでもフィラー充填率の低いコンポジットレジンでは3035%もトータルな重合収縮率が小さくなることがあきらかになった。一方、重合収縮力は変化しないか、むしろ僅かながら大きくなる傾向が示された.BQCI挿入によって熱膨張係数は著しく低下し、コンポジットレジン修復の辺縁封鎖性の向上に好影響を与えることが示唆された。最長で3年間の経過観察を行っており、BQCIを填入したコンポジットレジンとして、ResotoluxSP-4が10例、Palfique Estelite 7例、Z100が6例、Lite Fil II P5例、Progress4例に応用した。その結果、コンポジットレジンの物性とBQCIの物性のマッチングが重要で、コンポジットレジンが耐磨耗性の乏しいものの場合は、長期間の咀嚼・咬合によってBQCIの突出するものが認められた。

BQCIは桿状体であるので、現在、直径12mmのアルミナやジルコニアの球状体を用いての物性評価実験を開始した。コンポジットレジンはその物性向上のために、無機質フィラーが多量に配合されている。その結果、機械的性質、重合収縮、熱膨張性などの諸性質は改善されている。しかし、フィラーの充填率は最高86%でほとんど限界にきている。そこで大粒径セラミックフィラーとしてのβ-石英グラス・セラミック粒状体(BQCI)をコンポジットレジン修復時に、レジン中に填入することによりフィラー充填率は90%を越えることになり、それによってもたらされる物性の変化を評価し、臨床にも応用した。実験の結果、BQCIを挿入することによって、重合収縮率は小さくなる傾向を示し、なかでもフィラー充填率の低いコンポジットレジンでは3035%もトータルな重合収縮率が小さくなることがわかった。一方、重合収縮力は変化しないか、むしろ僅かながら大きくなる傾向が示された。BQCI挿入によって熱膨張係数は著しく低下し、コンポジッレジン修復の辺縁封鎖性の向上に好影響を与えることが示唆された。現在、32例の症例に対して臨床応用を開始し、その評価の検討を行っている。最長で4年間の経過観察を行った結果、コンポジッレジンの物性とBQCIの物性のマッチングが重要で、コンポジットレジンが耐摩耗性の乏しいものの場合は、長時間の咀嚼・咬合によってBQCIの突出するものが認められた。BQCIは棹状体であるので、現在、直径12mmのアルミナやジルコニアの球状体を用いての物性評価実験を開始した。フィラー充填率の高いコンポジットレジン、充填率のコンポジットレジンおよびその中間の充填率のコンポジットレジンにアルミナあるいはジルコニア球状体(1φmm)を10%50%まで填入したものを重合し、その熱膨張係数を測定した結果、高密度充填型コンポジットレジンでは大粒径セラミックフィラー填入による効果は小さく、低密度充填型コンポジットレジンへの填入の効果はおおきくなることがあきらかになった。
計算可能性問題における極限再帰関数の役割の多角的研究

計算を無限に続ける過程のどこかで正しい値が決定される関数を極限再帰関数と呼ぶ。数学を"計算"という観点から見るとき、極限再帰関数の理論が重要な働きをする。それを数学における計算可能性理論に応用し、また、この方法とユークリッド不連続関数を連続にする一様位相の方法との比較を行った。さらに、理論の一部を計算機に実装する工夫も行った。当研究は数学における計算可能性研究で重要な役割を果たす極限再帰性について,その論理的な構造,それと同等の作用をもつ原理(とくに実効的一様位相理論)との相互解釈,本質的に極限再帰性を必要とする多くの(ユークリッド位相で)不連続な関数族の計算可能性理論の解明・発展を目標にしている.さらに極限再帰性の計算としての概念基盤の究明なども目標にしている.これらに関して以下の成果をあげた.まず,極限再帰性と実効的一様位相という,互いに異なる理論における不連続関数の“列計算可能性"の同等性に関する一般論を展開し(人杉),また,極限再帰性の“計算認識"の基盤としてネーター位相(コンパクト性)を提案した(八杉).実際の連続体上の計算可能性に関しては,Fine-位相における計算可能関数のグラフに特徴的なgraph-directed setsに関するランダム反復アルゴリズムの理論を立てた(辻井を中心に,森,八杉).これによってgraph-directed setsに対する新しい見方が与えられ,またランダム反復アルゴリズムに多くの拡張モデルがあることが判明した.さらに計算可能性理論を確率分布に適用する試みがなされた(森).2次元Fine-位相における計算可能関数の積分論,Walsh-Fourier級数に関する計算可能性問題などについて多くの事実が得られた(森を中心に,辻井,八杉).これらはユークリッド空間における列計算可能性が極限再帰関数によって支配されるFine位相に関する数学である.極限再帰関数とΣ^0_1排中律など構成的原理の拡張に関する形式系上での相互関係の研究および計算機上の実装については,進行中である(小林,林(連携研究者)).当研究課題は数学における計算可能性問題で不連続関数を扱う場合に重要な役割をもつ極限再帰性についての多角的研究である。それに関して以下の成果をあげた。考察の領域は基本的に実数および実数上の関数である。不連続関数の列計算可能性に関して、極限再帰性による概念と実効的一様性による概念の同値性を前年度から引き続いて完成させた。とくにある自然な条件のもとで後者が前者を含意することを証明し、また計算概念としての両手法の比較検討をした(八杉他:論文1・発表1)。極限再帰の計算としての認識論的価値に関して、集合列の単調有界性という原理の認識に問題を帰着させることを提案した(八杉:発表2)。実効的一様位相の例であるFine位相は不連続関数の解析学展開において重要な役割をもつ。2次元Fine-計算可能関数の積分論の実効化(計算可能版)が出版された(森を中心に辻井、八杉:論文2)。また、確率分布の計算可能性について分布関数が連続の場合に実効化し不連続関数の場合への足がかりを作った(森代表の科研費による課題との共同研究;辻井、八杉:論文5・発表3)。Fine連続でユークリッド位相では不連続な関数例のグラフが無限個の縮小写像によるフラクタルをなすことおよびその概念がMarkov-自己相似集合と同じであることの成果が出版された(辻井を中心に森、八杉他:論文3)。それを発展させ、グラフ-有向集合のランダムな反復アルゴリズムによる生成の理論をたてた(辻井を中心に森、八杉他:論文4・発表4)。極限再帰計算に関する論理的考察および計算機上での実行に関しては研究途上である(小林)。思想的背景として、極限計算のアイディアの元となったヒルベルトの有限基底定理に関して新カント派の哲学、とくにH.コーエンの「無限小(実は極限)の哲学」との類型的相似性を発見した(連携研究者・林)。当研究課題は(主に実数体上の)計算可能性問題で不連続関数を扱う場合に重要な役割をもつ極限再帰性についての多角的研究であり、数学・数学基礎論における具体的な成果を多く得た。最新の成果は出版に至らないものもある。1.列計算可能性に関して、極限再帰的概念と実効的一様位相による概念のある種の同値性証明が出版に至った(八杉他:論文1)。2.実効的一様位相の典型であるFine位相における計算可能性問題の研究を、森の研究課題(科研費21540152)と連携して深めた。Fine位相における種々な収束の定義とそれらの実効化が出版に至った(森、八杉、辻井:論文2)。さらに確率分布の計算可能性と対応する分布関数のFine計算可能性の関係を明らかにした(森、辻井、八杉:論文5・発表1)。3. Fine連続関数のグラフに関連して、マルチフラクタル分解にあるパラメータを導入し、スピングラス現象の統一的扱いを可能にした(辻井)。

4.極限再帰関数の計算可能性問題への適用における根本問題はその計算概念としての認識論的妥当性である。まず極限計算の停止性問題の集合列の"コンパクト性原理"への還元を行い(八杉:発表2)、Quineの自然化された認識論に基づいてDedekindの領域の拡張理論に沿った上記原理の妥当化を試みた(八杉)。5.極限計算可能数学の体系のゲームセマンティクス理論を展開し(林他:論文3)、部分的カット除去という方法で証明アニメーションの計算量を減少させ、その実装も行った(小林)。6.田辺の「種の論理」の資料研究を通して無限プロセスの考察を行った(林:論文4)。
人工細胞膜を用いた極微小バイオ溶液ハンドリング技術の展開

本研究では,ジャイアントリポソーム(GUV)の溶液添加→混合→分割といった連続操作,それを用いた逐次反応が可能な超微細生化学実験基盤技術を確立することを目指した.GUVの融合方法として,実績のある電気融合法に加え,細胞融合で用いられるPEG融合法も検討したところ,GUVと生細胞を効率的に融合する条件を確立した.GUVの分割方法として,申請者らが発見した高分子の排除体積効果によるGUV分裂変形に加え,界面活性剤様の分子の添加による分裂も総合的に検討した.最終的に,3種類の生化学反応(酵素反応,ゲノム増幅反応,およびRT-PCR)をGUV内で試し,これらの反応の逐次的操作が可能であることを示した.マイクロサイズの液滴やマイクロチャンバーといった微細な化学・生化学反応容器の技術は,1細胞レベルの遺伝子発現解析やそのばらつき(細胞の個性)の計測といった生命科学の新しいフロンティア開拓の推進力となった.マイクロ流体技術の黎明期では,細胞や反応液を微細な空間に閉じ込めてそのダイナミクスを観察するという静的なものであったが,近年では巧妙なマイクロデバイスを駆使して液滴を動的に操作し,溶液の添加や分注(分割)といった,生化学実験者が研究室のベンチで行う標準操作がマイクロスケールで実現可能となった.本研究では,申請者がこれまでに開発した,リポソームを動的反応容器として用いる技術を改良・発展させ,フェムトリットル体積の溶液添加→混合→分割といった連続操作,それを用いた逐次反応が可能な超微細生化学実験基盤技術を確立することを目指した.申請時には,以下の2つの目標を掲げた.1インクジェット装置を利用し,均一なマイクロ反応場としてのリポソームを簡便に作製する2リポソームの融合と分裂の効率を上げ,かつ逐次的な生化学反応を継続可能とする1については,液滴が油水界面を通過するときの不安定性が露呈し,当初の計画通りには進んでいない.しかし,現在詳細な条件検討を積み重ねており,解決に向かっている.2については,アガロースゲルで安定化したリポソームの作製に成功し,かつ分裂させるための新たな条件を確立した.また,緻密な条件検討の結果,リポソームの融合と分裂時に酵素が失活せず,反応が安定して継続する条件を明らかにした.マイクロサイズの液滴やマイクロチャンバーといった微細な化学・生化学反応容器の技術は,1細胞レベルの遺伝子発現解析やそのばらつき(細胞の個性)の計測といった生命科学の新しいフロンティア開拓の推進力となった.マイクロ流体技術の黎明期では,細胞や反応液を微細な空間に閉じ込めてそのダイナミクスを観察するという静的なものであったが,近年では巧妙なマイクロデバイスを駆使して液滴を動的に操作し,溶液の添加や分注(分割)といった,生化学実験者が研究室のベンチで行う標準操作がマイクロスケールで実現可能となった.本研究では,申請者がこれまでに開発した,リポソームを動的反応容器として用いる技術を改良・発展させ,フェムトリットル体積の溶液添加→混合→分割といった連続操作,それを用いた逐次反応が可能な超微細生化学実験基盤技術を確立することを目指した.申請時には,以下の2つの目標を掲げた.1インクジェット装置を利用し,均一なマイクロ反応場としてのリポソームを簡便に作製する2リポソームの融合と分裂の効率を上げ,かつ逐次的な生化学反応を継続可能とする1については,2014,2015年度と引き続き取り組んでいるものの,水滴が油水界面を通過するときの不安定性問題がいまだに解消しておらず,当初の計画通りには進んでいない.2015年度は,系の温度と油の種類の影響をそれぞれ入念に調べたが,実験ごとのばらつきが大きく,安定してリポソームを得る条件を確立するにはいたっていない.2については,アガロースゲルで安定化したリポソームの融合と分裂の条件検討を入念に進め,ほぼ100%の確率でリポソームを完全分離する方法を隔離した.加えて,細胞内の基本的な反応であるDNA増幅反応を本プラットフォームで扱うための基礎的検討も行った.研究実績の概要で述べたように,研究項目1については当初の予定通りに進んでいない.リポソームの内封液となる一定体積の水溶液をインクジェットノズルから吐出し,オイルと水の界面に形成した脂質の単分子膜を通過させることで微小反応場としての巨大リポソームが得られると予想した.しかし,水滴が脂質界面を通過するかどうかという点について,実験の日間誤差が非常に大きかった.この誤差の原因は,いまだに特定できていない.安定した界面通過によりリポソーム作製条件を目指し,温度の影響と使用したオイルの種類の影響を入念に調べた.温度が高く,かつオイルは多数の二重結合を持ちバルクの粘性が低いスクアレンを用いると,リポソームの形成率の上昇が見られたが,それでもリポソームに変換される効率は1%以下であった.研究項目2については,モノアシル脂質(LysoPC)を溶液中に添加することで,ほぼ100%の効率で分裂変形が起き,かつ娘リポソームの分離を実現する条件を確立した.さらに,本リポソームプラットフォームを用いた生化学反応操作の実証実験として,ゲノムDNAの増幅反応に関する基礎的条件を確立した.以上,やや遅れている項目と,計画以上に進展した項目が共存するため,おおむね順調に進展していると評価した.マイクロサイズの液滴やマイクロチャンバーといった微細な化学・生化学反応容器の技術は,1細胞レベルの遺伝子発現解析やそのばらつき(細胞の個性)の計測といった生命科学の新しいフロンティア開拓の推進力となった.

近年では巧妙なマイクロデバイスを駆使して液滴を動的に操作し,溶液の添加や分注(分割)といった,生化学実験者が研究室のベンチで行う標準操作がマイクロスケールで実現可能となった.本研究では,細胞膜模擬容器であるリポソームを動的反応容器として利用する技術を改良・発展させ,フェムトリットル体積の溶液添加→混合→分割といった連続操作,それを用いた逐次反応が可能な超微細生化学実験基盤技術を確立することを目指した.結果的に,当初の計画通り進んだ項目と,進まなかった項目があった.リポソーム内における基本的な生化学反応については当初の計画以上の進展があった.計画に記載していた基本的な酵素反応やphi29ポリメラーゼによるゲノム増幅反応など一定温度で進行する反応に加え,バイオテクノロジーにおいて基本となるPCR反応もリポソームという人工容器内で進行させる条件を確立できた.特に,細胞内の遺伝子発現を調べるのに重要なRT-PCR(逆転写PCR)がリポソーム内において少数のmRNA分子より検出可能であることを確認することができた.リポソームがより広範な生化学反応に応用可能であることが示された.溶液操作の安定性については,昨年度より引き続き低融点アガロースゲルで安定化したリポソームの性質を詳細に検証し,融合による溶液混合と分裂による溶液分取が可能であることを示した.一方,当初計画した簡便な均一リポソームの作製については,計画通りの結果を得ることができなかった.最近,海外のグループで比較的簡便な均一リポソーム作製法が開発された例があるので,この研究例を参考に,本研究期間終了後も開発を継続する.本研究では,ジャイアントリポソーム(GUV)の溶液添加→混合→分割といった連続操作,それを用いた逐次反応が可能な超微細生化学実験基盤技術を確立することを目指した.GUVの融合方法として,実績のある電気融合法に加え,細胞融合で用いられるPEG融合法も検討したところ,GUVと生細胞を効率的に融合する条件を確立した.GUVの分割方法として,申請者らが発見した高分子の排除体積効果によるGUV分裂変形に加え,界面活性剤様の分子の添加による分裂も総合的に検討した.最終的に,3種類の生化学反応(酵素反応,ゲノム増幅反応,およびRT-PCR)をGUV内で試し,これらの反応の逐次的操作が可能であることを示した.研究実績の概要で述べたように,研究項目1については当初の予定通りには進まなかった.リポソームの内封液となる一定体積の水溶液をインクジェットノズルから吐出し,オイルと水の界面に形成した脂質の単分子膜を通過させることで微小反応場としての巨大リポソームが得られると予想した.その際に,油水界面の脂質単分子膜が比較的不安定であり,リポソームが形成される際に破裂してしまう現象が見られた.現在,リン脂質のみでなく,油水界面をより安定化させる界面活性剤の添加による影響を調べている.研究項目2については,当初の計画以上の進展があった.計画時は,融合後のリポソームの分裂操作として排除体積効果を利用する方法を計画したが,平成26年度の研究において,モノアシル脂質(LysoPC)を溶液中に添加することで,ほぼ100%の効率で分裂変形が起き,かつ娘リポソームの分離を実現する条件を見出した.さらに,低融点アガロースゲルを内封したリポソームの作製に成功し,弱点であったリポソームの安定性を増すことに成功した.
加工条件を考慮に入れた多軸制御加工のための工具姿勢の最適化

5軸の工作機械やロボットなど,多軸を有する生産設備による機械加工の作業の際の経路計画の支援を行うために,切削工具の姿勢の最適化のための数学モデルの構築を行う.本研究課題では,より複雑な形状,すなわち実際の工業製品を取り扱うために,これまでに申請者が提案しているモデルの修正を行う.本モデルは,制約式に非線形式を含むため,実行可能解の一つを得るために発見的な探索手法の評価を行う.提案する手法の利用法を明らかにするために,知恵の輪の解,すなわち衝突を避けながら位置を変える2つの物体の相対的な姿勢の探索結果を例題として示す.1)数理モデルの構築と求解規模の評価:姿勢変化を与えるための回転写像に加え,干渉を禁じる制約条件について,非線形式による判定条件から成る数理モデルの構築を行う.特に,工具形状および被削材形状を微小平面による多面体により表現する場合,それぞれの形状の分割数は,加工精度に関係するだけでなく,最適化が可能な問題規模にも影響を与える.また複雑な加工を行うために加工経路の分割が多くなる場合にも,注意が必要である.そこで,初年度のうちに,解を求めることができる問題規模の評価を行い,次年度以降の検討課題を明らかにする.2)加工効率の最適化に関する加工条件の選定:びびりなどの現象は,回転数や軸方向の切り込み量などの切削条件に加え,工具姿勢の影響を受け,加工効率を左右する.本項目では,びびりを抑制し高効率で加工が可能な条件と,工作機械,被削材および工具の機械特性の関係を検討し,望まれる加工条件を選定する.3)加工品質の最適化に関する加工条件の選定:表面粗さ,形状精度に代表される加工品質に関し,工具刃先形状,および工具と被削材との相対的な運動軌跡に加え,工具姿勢の与える影響を考慮した望まれる加工条件を選定する.4)異なる加工目的に対する評価関数の決定:加工効率や加工品質など異なる加工目的に対して工具姿勢の最適化を行うために必要な評価関数を決定する.本評価関数についても,非線形制約式による制約を想定することで,従来に比べて簡素な数理モデルの構築について検討を行う.また,必要に応じて新たな制約式の追加あるいは既存の制約式の修正を行う.多軸制御工作機械による機械加工を行う際に必要な工具姿勢の最適化手法について検討を行っている.本年度は本課題を,より一般的な問題への拡張を行った.具体的には,2つ以上の姿勢に関する変数を有する物体について,時刻毎の相対的な位置関係が与えられているときに,定められた箇所以外の干渉の回避を行うための姿勢を求めるための手法と位置付けた.このように,多関節を有する移動体の干渉に関する問題として捉え直すことにより,姿勢2軸を前提とした多軸の工作機械による複雑形状のための加工問題だけでなく,多関節の組み立てロボットの動作計画や,柔軟構造物の障害物回避計画などその応用範囲を広げることが可能と考えたためである.干渉問題の拡張を行うために取り組んでいる課題は大きく2つに分けられる.1つは,物体の姿勢の表現方法であり,他方は物体間の干渉の判定方法である.これまでの姿勢表現の方法は,加工物の固定方向に制限の多い工作機械を対象とする場合には問題にならなくても,多関節を有するロボットと把持物体を対象とする場合には問題になることがある.ここでは,姿勢表現に用いるパラメータ数を増やすことにより,柔軟構造物を含めた対象物を対象に含めることができるように提案手法を拡張した.本拡張により,工具姿勢の最適化を想定した既存の手法では取り扱うことができない干渉問題の検討が可能になり,差別化への貢献が期待できる.干渉の判定方法は,物体の形状の表現方法や,判定に要する計算時間との関連が大きい.本法に関しては今年度中に検討を終えることができていない.応用や実用を考えるときに,判断指標の重要な1つになり得るため,これまでの判定方法の見直しを含めて,検討を継続する.さらに,本年度は,提案手法の定量的な評価を行うための基準形状の検討を行った.基準となる形状を定めることにより,今後の検討内容の定量的な改善評価が可能と考えている.本課題では,精緻な自由曲面形状が求められる金型を,多軸を有する工作機械の切削加工により作り出すことを前提に,与えられた工具経路に対して工具と被削材の衝突を回避するための工具姿勢の最適化手法の検討を行う.先行研究の多くがエンドミルに代表される回転工具を想定し,工具として単純な直線形状を用いることに対して,本課題では,非回転の総型工具をはじめとする様々な工具を用いる加工を扱うために,工具形状には制約を置かずに,およそ加工が可能な任意の工具形状と任意の製品形状の組み合わせに対して,機械加工時の衝突回避を実現することを前提条件に課す.そのため,研究課題に掲げる多軸制御加工時の工具姿勢の最適化はもとより,工作機械主軸と工作機械構造物の衝突,組み立てに用いられるロボットと周辺装置との衝突など,移動2物体間の衝突回避問題を広く一般的に扱うことが可能である.その際,本課題では,衝突回避問題をいわゆる数理モデルに基づいた最適化問題として扱う点に学術的な意義を有する.具体的には,工具と被削材のいずれも三角形要素からなる多面体として定義し,本来非線形項を含む姿勢変換式に対して,独自に導き出した線形不等式からなる制約式の組として表すことにより,2つの三角形要素の衝突回避問題を混合整数計画問題として扱うことを可能にしている.

この最適化問題は,工具および被削材の形状を表す三角形要素の数に制限はあるものの,広く一般的に利用が可能な汎用の最適化ツールを用いて扱うことができる.ただし,この混合整数計画問題を最適化ツールを用いて解くことは実用的ではないため,本課題では,ヒューリスティックスな探索手法を用いた最適化の検討を合わせて行っている.また,加工時のびびりを避けるために,工具の取り得る姿勢に制約が課される場合についても,特別な扱いを行うことなく利用することができることを示唆している.5軸の工作機械やロボットなど,多軸を有する生産設備による機械加工の作業の際の経路計画の支援を行うために,切削工具の姿勢の最適化のための数学モデルの構築を行う.本研究課題では,より複雑な形状,すなわち実際の工業製品を取り扱うために,これまでに申請者が提案しているモデルの修正を行う.本モデルは,制約式に非線形式を含むため,実行可能解の一つを得るために発見的な探索手法の評価を行う.提案する手法の利用法を明らかにするために,知恵の輪の解,すなわち衝突を避けながら位置を変える2つの物体の相対的な姿勢の探索結果を例題として示す.2014年9月15日付けをもって名古屋大学を退職し,同月16日より大阪電気通信大学に勤務しているため,研究分担者の変更を届け,同時に研究分担者分の研究課題の見直しを行っている.研究環境の整備の必要性に加え,課題の修正を余儀なくされたため,当初の研究計画に比べ遅れを認めざるを得ない.工学基本的には,当初の計画にしたがって研究を推進する.ただし,提案手法の応用例としては,多軸の加工以外についても調査,検討を行い,狭い通路の移動など障害の回避のために姿勢変化が求められる課題などを視野に入れた研究を推進する.また,提案する数理モデルに用いる基礎数式についても,再度見直しを行い,応用範囲をさらに広げるための工夫を行う.計画に対し,加工効率や加工品質の最適化に関する加工条件の選定については,やや遅れている状況にある.一方で,本研究の基礎となる工具姿勢の最適化に対する検討課題に対しては,最適解候補の探索の際に,数学的ないわゆる実行不可能な解を判定するための新たな手法の提案を行うことができ,探索効率を改善することができている.このことは実際の加工分野への応用を図る上で有益と判断し,総合的にはおおむね順調に進展している.2014年9月15日付けで,前所属機関である名古屋大学を退職し,同年9月16日より現所属機関である大阪電気通信大学に勤務している.この異動に伴う研究環境の変化により,計画内容の一部を見直さざるを得ず,研究費を有効かつ適切に研究活動に使用するために,性急な予算の執行を控えた.そのため,次年度に使用できる予算額に変更が生じた.当初の計画に従って研究を推進する.最適化の手法としては,種々の加工要求に対して複数の評価指標を設定する多目的最適化としての取り組みと,代表的な評価指標を一つに定め,それ以外の評価指標を制約条件に帰着する取り組みが考えられる.本課題に対してはこれらの2つの取り組みのいずれが適切かについて検討を行う予定である.平成26年度に購入を計画していた計算機の購入を行い,提案手法の検討に使用する.また,現所属機関にある5軸の工作機械の活用を考え,平成26年度および平成27年度に計画予定の切削工具および被削材の購入を行う.研究成果の公開のための投稿論文に関わる費用にも当初の計画どおりに使用する.
地域課題の解決に焦点を当てた市民性育成教育実践の比較研究

今年度は,3年次計画の2年度として,地域社会の課題解決に焦点を当てた市民性育成を目指した教育に関する実践の調査研究を行った。具体的には、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している学校教員のインタビュー調査と教育プログラムに関する資料収集を行い、育成を目指す資質・能力の内容ならびにその育成原理についての分析を行った。その結果,以下2点の成果が得られた。第1は、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している教育プログラムの特質を、より詳細に分析できたことである。これまで研究対象としてきた教育プログラムについての継続的な分析研究を行うことで、教育プログラムの特質についての多面的な考察が可能となり、育成を目指す資質・能力等をより詳細に明らかにすることができた。特に、資質・能力をどのように育成しようとしている過渡に関する育成原理については、分析対象である実践事例を増やすことで様々な観点から比較・検討をすることが可能になり、育成原理の多様な側面についても明らかにすることができた。第2は、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している教育プログラムの新規調査研究である。全国の多くの学校で行われている実践の中から地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育と位置付け可能だと考えられる実践を抽出した。それら実践の一部については、学校の研究紀要や当該学校教員による教育論文などの文献を収集・分析することで、それらの特質を明らかにすることができた。本研究の進捗は、全体としては計画よりもかなり遅れていると言わざるを得ない。研究領域別に捉えるならば、既に収集済みの資料を基にした分析研究、ならびに新たな実践を分析研究の対象とするために基盤づくりである調査研究についてはほぼ計画通りに進んだと言えるが、新たな調査対象(実践校や教育プログラム)の開拓・調査を行うことができず、予定した数にまで教育プログラムの事例を増やすことができていない。その結果として、教育プログラムの比較についても十分な考察ができているとは言えない状況であり、背景となる社会的民脈や教育目標等の項目をマッピングによって構造化することも不十分な状況である。2年次の8月までに予定していた中間的なとりまとめについてはその時点での分析事例に基づいて行い、その成果を10月の学会においても発表を行ったが、内容的には計画していた類型化による比較検討までには至ることができず、研究成果としては薄いものになってしまったと言わざるを得ない。研究遂行上の課題は、新規実践についての調査の効率化、収集資料の質の確保、教育プログラムの比較・分析、そしてその基盤となる研究に関する十分な時間の確保である。新規実践についての調査の効率化と収集資料の質の確保との両立である。本研究が対象としている実践は、この数年で行われるようになってきたものが多く、教育プログラムの開発とその実践で手一杯な学校現場が多く、その教育的な成果と課題を検討はしていても、それを研究紀要や教育論文の形でまとめるような余裕がないのが現状であるケースも少なくないと考えられる。実践の実地調査や聞き取り調査の機会を確保しつつ、特質があると考えられる教育プログラムをより精選する形で調査対象を絞り込み、より効率的で質的にも担保した調査を進めることとする。大学における教育、運営、地域貢献と研究とのバランスについても見直しを進め、計画的に研究を行うことのできる態勢を再構築する。今年度は,3年次計画の初年度として,地域社会の課題解決に焦点を当てた市民性育成を目指した教育に関する実践のレベルにおける意義と特質、有効性と課題を明らかにするための基礎研究を行った。について、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している学校教員のインタビュー調査と教育プログラムに関する資料収集を行った。第1は、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している教育プログラムの分析研究である。既に一部の資料を収集済みのもの(お茶の水女子大附属小、宮崎県内の小中学校の実践など)については、教育プログラムが育成を目指している資質・能力の内実(教育目標)と、その資質・能力をどのような教育活動によって育成しようとしているのか(教育方法)とを分析すると共に、過去数年間の実践事例から、そのプログラムがどの程度効果的に実践されているのか(教育評価)について分析を行った。また、分析結果は解釈的な仮説という段階のものも含まれるため、後に行う予定である聞き取り調査における追加質問項目についても整理を行い、今後の調査の効果的な実施に向けた準備作業を行った。それら実践の一部については、学校の研究紀要や当該学校教員による教育論文などの文献を収集すると共に、可能なものについては研究成果発表会などの公開の機会を捉えて実地調査を行い、許可が得られたものについては教員や児童・生徒を対象とした聞き取り調査も実施した。本研究の進捗は、全体としては計画よりもやや遅れていると言わざるを得ない。研究領域別に捉えるならば、既に収集済みの資料を基にした分析研究についてはほぼ計画通りに進んだと言えるが、新たな実践を分析研究の対象とするために基盤づくりである調査研究については計画よりもかなり遅れている。

ほぼ計画通りに進んでいる分析研究については、収集済みの既存の資料を分析対象としており、しかもそれらの資料は単年度ではなく少なくとも3年以上の継続的な収集によるものであるので、数年間の実践の比較分析による教育プログラムの特質を捉えやすかったということが大きく寄与している。継続的な資料集の重要性を改めて認識できる結果となった。その一方、新たな実践の調査研究については、分析対象となり得る可能性のあるものについてのリスト化は順調であるといえるが、それらの実践についての文献資料の収集は、その入手が困難であったり、実践そののが研究紀要や教育論文などの形でまとめられていなかったりするなど、ある程度予想されていたこととはいえ、予想以上に分権化されていない実情に阻まれた結果となった。このような状況に対し、年度途中の8月からは、実践の研究発表の機会を捉えた実地調査や聞き取り調査を多くとるなど、調査方法の見直しを図ったが、文献資料の収集と比べて量的な面では短期間で成果を上げることは難しく、研究二年目においても効果的な資料収集が課題となる。今年度は,3年次計画の2年度として,地域社会の課題解決に焦点を当てた市民性育成を目指した教育に関する実践の調査研究を行った。具体的には、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している学校教員のインタビュー調査と教育プログラムに関する資料収集を行い、育成を目指す資質・能力の内容ならびにその育成原理についての分析を行った。その結果,以下2点の成果が得られた。第1は、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している教育プログラムの特質を、より詳細に分析できたことである。これまで研究対象としてきた教育プログラムについての継続的な分析研究を行うことで、教育プログラムの特質についての多面的な考察が可能となり、育成を目指す資質・能力等をより詳細に明らかにすることができた。特に、資質・能力をどのように育成しようとしている過渡に関する育成原理については、分析対象である実践事例を増やすことで様々な観点から比較・検討をすることが可能になり、育成原理の多様な側面についても明らかにすることができた。第2は、地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育を開発・実践している教育プログラムの新規調査研究である。全国の多くの学校で行われている実践の中から地域社会の問題解決を組み込んだ市民性教育と位置付け可能だと考えられる実践を抽出した。それら実践の一部については、学校の研究紀要や当該学校教員による教育論文などの文献を収集・分析することで、それらの特質を明らかにすることができた。本研究の進捗は、全体としては計画よりもかなり遅れていると言わざるを得ない。研究領域別に捉えるならば、既に収集済みの資料を基にした分析研究、ならびに新たな実践を分析研究の対象とするために基盤づくりである調査研究についてはほぼ計画通りに進んだと言えるが、新たな調査対象(実践校や教育プログラム)の開拓・調査を行うことができず、予定した数にまで教育プログラムの事例を増やすことができていない。その結果として、教育プログラムの比較についても十分な考察ができているとは言えない状況であり、背景となる社会的民脈や教育目標等の項目をマッピングによって構造化することも不十分な状況である。
教師の情報の組織化技能・評価能力を高めるモデル訓練システムと教材開発

前年度の研究活動をふまえて,現職教師を対象とする情報の組織化技能と評価能力を高める方法として「ディスプレイ型ポートフォリオ」の手法を検討・開発して,それによる試作活動および評価活動ワークショッブを試行した。その経過と成果は教育工学会,教育メディア学会,教育情報学会などで活発な口頭発表を行った。それらの一部は,すでに学会雑誌に掲載されているとおりである。本研究をつうじて,つぎの点が明らかになってきている。1.研究目的の達成には,講義形式の従来型の訓練プログラムよりも参加型・活動型のワークショップが重要であること。2.研究期間中に国内や海外で実施したワークショップの結果,特に現職教師を対象にした場合は,最初に23時間のクイック・トレーニングが現実的である。いったん,それを終了したのち半日,あるいは1日ワークショップの形式が望ましい。3.また,主として教員養成課程の学生を対象にしたプロジェクト型課題の提示と,その取り組みと成果をディスプレイ型ポートフォリオにして提出することを試みてきた。その結果,従来のレポート作成に比べて,極めて積極的な取り組みが見られた。また,その成果を広くインターネットなどを使った情報発信型の交流活動に使える見通しを得ている。4.現職教師の情報の組織化技能と評価能力を高めるためには,個々の教師の教育実践に場面に適用できる手法の開発と利用が重要である。本研究ではその一つの有力なものとして「ディスプレイ型ポートフォリオ」を検討し,試行開発を行い,その成果を取りまとめる段階に到達している。情報技術(IT)の進展にともなって,現職教師の情報化対応能力が問われる時代になっている。本年度の研究活動として,第一に「情報化対応能力」に関する作業定義を検討してきた。第二に,つぎの3区分の設定をすることにした。それは,(1).想定される教師自身の能力,(2).教師が教育学習活動を構想し実施するための情報化能力,(3).教師が学習指導する児童・生徒たちの学習経過と成果をどのように組織化するか,という能力である。これらの検討をもとにして,本年度は広く児童・生徒,学生,教師を対象にしたディスプレイ型のポートフォリオの制作活動を試行した。また,制作されたポートフォリオ作品を「情報の組織化」の観点から評価,点検することも試みてきた。それらの成果の一部は,関連学会で研究報告するとともに,既に「デイスプレイ型ポートフォリオ」を刊行している。あわせて,教師の情報組織化能力のモデル訓練システムとして,課題解決型ワークショップ,および制作活動型ワークショップを小規模に実施してきた。現在,それらのワークショップ過程を,分析し,客観的な立場から点検している。次年度は,現職教師向けワークショップ方式の実施と,情報の組織化能力を向上させる実践的研究を計画検討している段階である。