hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
初等学校児童の理科学習における問題解決能力とグラフ認知の関連性についての研究

本研究では,初等学校児童の理科学習における問題解決能力とグラフ認知の関連性を探るため,1.理科と算数の学習双方における問題解決の過程とグラフ作成・読み取り技能(グラフスキル)の比較をもとにグラフスキルの教科依存性を調べ,2.理科学習における児童の問題解決能力を高める一つの方法としてグラフを効果的に活用した学習モジュールを試作・試行しその妥当性を検討することを研究目的とした。研究を通して,次の成果があった。1.数学ではグラフを描くことができるが,理科において単純な運動を示している時間と距離のグラフを描いたり解釈したりできない生徒が存在する。これは実験を行っているときの独立変数と従属変数との認識と,それらを表現する手段としてのグラフの軸の間に隔たりが存在しているためであり,特に,時間という認識が困難な変数を,長さという仮の姿を借りてグラフに表現する時点で,いっそうの混乱を生じさせていることが判明した。従来この困難性は,運動を表す式を解釈してグラフ化する過程に由来すると解釈し,グラフ化の学習が行われている算数・数学での関数の学習にゆだねていた。2.小学校児童に適応させた学習モジュール「歩いてグラフを描く活動」を用いることで,歩いたり動いたりする実験的活動を通して,空間の位置関係や距離,時間というものを協同学習場面で児童自らが考察することが確かめられた。この学習モジュールを用いることで,理科と算数・数学の考え方を結びつけたグラフ認知を創ることが可能となった。そして,それらは理科学習における問題解決能力の一つの要素となりうるものである。今後は,小学校高学年でモジュールの活用事例を増やし,児童が表出する内容と認識の変化について客観性を高めると同時に,児童・生徒の時間概念がグラフ認知過程におよぼす影響に関して実証的に研究を行う計画である。平成12年度は、おもに理科を中心にして個別学習と協同学習での、問題解決の過程とグラフ作成・読み取り技能(グラフスキル)の関連性、および問題解決のためのコミュニケーション手段としてグラフを活用する技能を調べるため、以下のように研究を進めた。・教育情報データべース(CUE)や総合教育センター蔵書を用いて、授業におけるコミュニケーション成立に関した研究事例を収集した。また、国内で出版されている現行の初等教育段階の理科教科書と算数・数学教科書において必要とされるグラフスキルの内容分析・分類を進めた。・研究協力者の所属する鹿児島大学教育学部附属小学校において、小学生の理科授業中のコミュニケーション分析手法として授業プロトコル分析を試行した。また、5年生の理科「ものの溶け方」において実験中のグラフ利用と捉え方をビデオ記録し、時間変化と溶け方のグラフへの気付きに関する発問分析を行った。以上より、初等学校段階の理科教科書では、気温変化や温度変化などの限られた現象だけについて時間変化のグラフを取り入れている傾向があった。また、授業プロトコル分析は時間と人手は必要になるものの、質問紙やノート記述だけでは判明しない児童の学びの過程が明らかにされることが分かった。さらに、実験・観察でのグラフ利用については、授業者が積極的にグラフ利用を持ち出し、正しい活用方法を児童に指示しないことには、高学年においてもコミュニケーションの手段としてのグラフ利用は困難を伴うことが分かった。平成13年度は、算数も加えて上記の調査を行うと同時に、問題解決方法に現れる児童のグラフスキルの教科依存性を、個別・協同学習の調査結果を基に分析を行う計画である。平成13年度は協同学習における問題解決の過程とグラフ作成・読み取り技能(グラフスキル)の関連性、および問題解決のためのコミュニケーション手段としてグラフを活用する技能を調べるため、以下のように研究を進めた。・米国で出版されている現行の初等教育段階の理科教科書と算数・数学教科書を購入し、その中で取り上げられているグラフスキルの内容と学年段階について分析を進めた。

・研究協力者の所属する鹿児島大学教育学部附属小学校、笠利町立節田小学校、鹿屋市立西原台小学校、ならびに姶良町立山田中学校においてr歩いてグラフを描く活動を取り入れた実験授業を行ってもらい、授業プロトコル分析を行った。以上より、今回購入した米国の初等学校段階の算数教科書では、日本と同様に低学年では絵グラフや棒グラフが取り入れられているが、学年段階が上にいくにしたがって、グラフ読み取りと解釈を中心に行う章が設けられていた。「歩いてグラフを描く活動」の実験授業では、中学校第3学年では授業の最初からグラフ課題を用いた教室全体での協同学習へ入ることが可能であったが、中学校第1学年ではグラフ課題の解釈を全体で行う必要があることがわかった。さらに、小学校向けには、少人数グループでの動きとグラフの発見的学習を行った後、全体でのゲーム形式の協同学習に対して、児童が非常に積極的な姿勢と能力を提示することがわかった。そして、その協同学習においては、教師は、本研究で用いた実験装置と指導方法により考慮された学習環境を整えることで、授業中は児童に問題解決過程をゆだねることが可能であることも判明した。平成14年度は問題解決方法に現れる児童のグラフスキルとコミュニケーションスキルの関連性、教師の偉割について、確認のためにさらに実験授業を行い、分析をすすめるとともに、これまでの成果のまとめを行う計画である。平成14年度は,平成12,13年度実績をもとに,初等学校段階の理科学習において児童の問題解決能力を高める一つの方法としてグラフを効果的に活用した学習モジュール作成へ向けて,以下のように研究を進めた。1.算数,数学分野におけるグラフ利用に関しての文献調査を行った。文献調査より,大正時代の新主義数学においては実験室教授法が英国から導入され,初等教育における具体的グラフ利用が積極的に研究された結果,現在の算数科におけるグラフ活用の基礎となっていることがわかった。しかし学習者のグラフ認知特性や時間認識を考えるまでに研究が至らなかったため,グラフ作成・読取技能習得のみに焦点があてられ,現在もその考え方が続いていることが予想される。2.研究協力者の所属する笠利町立節田小学校と鹿屋市立西原台小学校において平成13年度におこなった「歩いてグラフを描く活動」を取り入れた実験授業のプロトコル分析をさらに進めた。分析をさらに進めた結果,児童の時間認識が,グラフの横軸決定を行うグラフ認知そのものの基礎にかかわっていることがわかった。これは,児童の時間認識が,日常生活に見られる「かけっこ」のような長さを単位とする速さ比べに基づいており,基準となるべき物理量としての定義から派生していないことに由来していると推察される。そして,本研究で行った「歩いてグラフを描く活動では,児童が自らの動きと言葉を駆使してグラフの変化を解釈した結果,上述した児童の時間認識が表面化され,グラフの軸,傾きの意味などを児童が自ら特定することが可能となることが明らかになった。今後は,本研究で確立した「歩いてグラフを描く」
新規光誘導型デグロンを用いた生命機能操作技術の創出

2005年に初めて報告されたオプトジェネティクス技術は光によって神経細胞の活性を自在に操作することを可能にし、神経科学に革新をもたらした。本研究計画では、既存の枠組みを超えて生命科学の全分野に応用可能な新規オプトジェネティク技術を創出し、生体内のあらゆるタンパク質機能を光によって操作する革新的手法の実現に挑む。さらに本技術を個体レベルに応用し、光によって発生運命を自在操作する世界的にも前例のない独創的手法へと発展させる。このことにより従来手法の技術的限界を突破し、生命科学の飛躍的発展を大きく促進する技術基盤を創出する。
浮遊式水中ア-ムの位置決め制御

1。ロボット本体を円筒,マニピュレ-タを円柱ア-ムにモデル化し,移動や姿勢制御に用いるスラスタとア-ム用のアクチュエ-タを同時に制御してア-ムの位置決めを行う制御法を最適制御理論を用いて開発した。なお,ロボット本体とマニピュレ-タは水平面内で2次元運動を行うものとし,流れによる外乱はないものとしている。2。開発した制御システムについて計算機シミュレ-ションを行い,その特性を明らかにすると共に制御の有効性を確認した。3。水平面内で並進,回転するロボット本体の位置を,水槽上部の架構に設置した光学式ポジションセンサ(PSO)によって検出するためのシステムを開発した。4。ロボット本体の運動を制御するスラスタに関しては,スクリュ-を含めた動特性を測定して,その数学モデルを作り,これを制御システムの設計に際して考慮した。5。スラスタの動特性を考慮した場合と考慮しない場合について制御実験を行った結果,前者の場合制御性能が大きく改善されることが確認できた。6。ア-ム先端の位置のみに注目して,ロボット本体の運動については制約を加えない制御を行った結果,所要動力については本体の運動に制約を加えた場合とほとんど変らないことが確認できた。ただし本研究ではマニピュレ-タが一本のア-ムから成り立つ場合を扱っており,二本以上のア-ムから成り立つ場合については扱っていない。1。2。3。4。5。6。
メソピックビジョン・イメージングシステムの開発

本研究は薄明視環境の色の見えを再現する画像システムの構築を目的とした。画像入力機器としてデジタルカメラを用い、画像の出力はCRTディスプレイ、液晶ディスプレイ等のソフトコピーの他、プリント画像等のハードコピーも含めたあらゆる表示形態に対応できるようにする。我々はこれまでの研究で,0.01から1,000 lxの暗所視,薄明視,明所視における照度レベルの色の見えの測定を行い,任意の照度レベルにおける色の見えを明所視レベルでの色に置き換えるためのデータを収集した。また,このデータをもとに,薄明視の色の見えモデルを提案した。今年度は、このモデルが実際に低照度下で観察される色の見えに合致しているかどうかの検証を行い,モデルの有効性を確認した。実験は,錐体刺激値,桿体刺激値の既知のサンプル画像を任意の照度下に置き,モデルによるシミュレーション画像を明所におけるCRT画面に呈示し,画像の見えの一致度を調査した。画像入力機器による錐体応答、桿体応答の獲得方法を提案した。市販のデジタルカメラなど現行の画像入力機器を用いた場合,その出力から錐体,桿体刺激値を推定する。カラーチャート等を用い,数百枚のカラーサンプルについて,画像入力機器の出力信号と測色値の解析を行い,推定アルゴリズムを作成した。薄明視の人間の色弁別閾値を考慮して,色差△E*<3の精度を目標とし、これを実現した。さらに、人間の視覚の空間周波数特性の照度依存性もシステムに導入した。以上の研究により、本研究の目的とするイメージングシステムを構築できた。我々はこれまでの研究で,0.01から1,000lxの暗所視,薄明視,明所視における照度レベルの色の見えの測定を行い,任意の照度レベルにおける色の見えを明所視レベルでの色に置き換えるためのデータを収集した。薄明視の人間の色弁別閾値を考慮して,色差ΔE*<3の精度を目標とし、これを実現した。再現画像を提示するためのディスプレイの測色的キャリブレーションにより,ディスプレイにこの測色値を提示するための機器に依存した信号を送ることができる。ディスプレイとしてCRTを用いた。今年度、以上の研究により、本研究の目的とするイメージングシステムの骨組みを作ることができた。画像入力機器としてデジタルカメラを用い,画像の出力はCRTディスプレイ,液晶ディスプレイ等のソフトコピーの他,プリント画像等のハードコピーも含めたあらゆる表示形態に対応できるようにする。

また,このデータをもとに,薄明視の色の見えモデルを提案した。今年度は,このモデルが実際に低照度下で観察される色の見えに合致しているかどうかの検証を行い,モデルの有効性を確認した。実験は,錐体刺激値,桿体刺激値の既知のサンプル画像を任意の照度下に置き,モデルによるシミュレーション画像を明所におけるCRT画面に呈示し,画像の見えの一致度を調査した。画像入力機器による錐体応答,桿体応答の獲得方法を提案した。市販のデジタルカメラなど現行の画像入力機器を用いた場合,その出力から錐体,桿体刺激値を推定する。カラーチャート等を用い,数百枚のカラーサンプルについて,画像入力機器の出力信号と測色値の解析を行い,推定アルゴリズムを作成した。薄明視の人間の色弁別閾値を考慮して,色差ΔE*<3の精度を目標とし,これを実現した。さらに,人間の視覚の空間周波数特性の照度依存性もシステムに導入した。以上の研究により,本研究の目的とするイメージングシステムを構築できた。
アルゴリズムからプログラミングまでを対象とする学習者支援・ 教師支援総合型教育環境

アルゴリズム・プログラミング学習を対象として、学習者支援ツール群と教師支援ツール群からなる総合的な学習教育支援環境を構築した。学習者支援ツールとしては、学習者が自らのアルゴリズム理解内容を外化することを支援するツール、アルゴリズムとプログラムコードの関係を理解することを支援するツールを作成した。教師支援ツールとしては、模範アルゴリズムをプログラムコードから生成するツールレポートの採点作業を支援するツール、プログラムを自動的に分類するツールを構築した。これらについて実験的な評価を行い、肯定的な結果を得た。本研究ではアルゴリズム教育からプログラミング教育までを一貫して支援する総合的な学習支援環境を構築する。本研究で構築する学習環境は以下のサブシステム群によって構成される。(1)学習者支援ツール群(1)アルゴリズムをPAD表現により図的に記述できるエディタ(アルゴリズムエディタ)(1)アルゴリズムエディタにより記述したアルゴリズムから実行ファイルを生成するコンパイラ(アルゴリズムコンパイラ)(3)記述したアルゴリズムもしくはソースコードからその意味を説明するテキストや、その振る舞いを示すアニメーションを生成するツール(アルゴリズムアナライザ)(4)記述したアルゴリズムもしくはソースコードを、教師が用意したテストケースに対する出力をもとに評価し、学習者に助言を行うツール(プログラミングアドバイザ)(2)教師支援ツール群(1)学習者が(S1)を用いて記述したアルゴリズムやソースプログラムを、課題の標準的なアルゴリズム表現と突き合わせ、その一致部分を抽出するツール(半自動プログラム評価器)(2)上記(T1)の評価結果を図的に表示するビューワ(評価結果ビューワ)(3)学習者からネットワークベースでアルゴリズム・ソースファイルを受け取って管理する学習データ管理システム。教師はこのシステム上で提出物に対する採点・コメント付与を行なえる。また学習者はそれらの情報をネットワーク上でいつでも・どこでも参照できる。(1)アルゴリズムアナライザの設計に関する基礎的検討研究代表者らがこれまでに開発したシステムにはポインタ変数を用いて実装される抽象データ型の変化を扱う機構がないため、これを実現した。すなわちポインタ変数に対する操作のシミュレート手法を開発し、また抽象データ型の世界モデル表現と、世界モデルの変化を観測する機構を開発した。成果は国際会議ICCE2008にて発表した(11.参照)。(2)模範アルゴリズム自動生成機構の設計半自動評価システムの評価基準である模範アルゴリズムの作成支援のために、学生プログラムのソースコードからアルゴリズム記述を生成する機構を設計開発した。(3)典型的バグに対する半自動コメント付与機構の設計システムにあらかじめ典型的バグとそれに対するコメントのテンプレートを与えておき、教師がレポートを添削する際、典型的バグを認識して自動的にコメントを付与する機構を開発することにより、教師の労力の低減をはかる。そのために標準アルゴリズムとの差異が類似している学習者プログラムを検出する機構を構築した。(4)教師支援ツール群(プログラム半自動評価器、評価結果ビューワ、学習データ管理システム)のユーザビリティ改善のための機能拡張を行った。(5)講義や参考書で学んだアルゴリズムの理解内容を外化させて理解を深めさせるため、テストデータに対するアルゴリズムの振舞いをGUIに対する操作によって再現させ、その正誤を判定する機構を構築した。(1)アルゴリズムトレースによる学習支援システムの開発アルゴリズムの動作を対象世界モデル上で学習者自身が再現し、これに対してシステムが正誤をフィードバックすることによるり、アルゴリズムの理解を支援するシステムを設計開発した。さらに、経験を積んだプログラマーが対象世界に対して持つメンタルモデルをGUI上で視覚的に再現する手法を提案し、システムに実装した。例えば動的データ構造において名前つきポインタ変数から直接指示されている動的変数は単純に参照命令を記述できるが、他の動的変数から支持されているものは複雑な記述が必要になる。これを、直接参照できない領域を相対的に暗く表示することによって表現する。これらのシステムに対して実験的評価を行い、従来の学習方法を比較したとき、一定以上の複雑さを持つプアルゴリズムに対して特に高い有効性を持つことを検証した。(2)典型的レポートに対する半自動コメント付与機構の設計システムにあらかじめ典型的プログラム・レポートに対するコメントのテンプレートを与えておき、教師がレポートを添削する際、これを再利用できる機構を開発し、教師の労力の低減をはかった。またプログラムの典型的誤りに対する添削支援機能としては上記に加えて、標準アルゴリズムとの差分が同一パターンをなすプログラム(すなわち類似した誤りプログラム)を自動認識して上記のコメント再利用を半自動的に行うことによりさらに教師の労力を低減する機構を開発した。なお、開発システムの実授業への導入は、現場教員の意見を踏まえてシステムのインタフェースデザインに改善が必要と判断し、次年度に延期している。1学習者支援ツールの開発と評価平成21年度の本研究で、テストデータに対するアルゴリズムの振舞いを学習者にトレースさせることにより、アルゴリズムの理解内容を外化させる学習支援機構を開発している。このアルゴリズムトレースによる学習支援機構に、実授業での使用に必要な種々の機能を付与した。具体的には以下の通り。開発済みのシステムが支援する学習のステップは、授業や教材でアルゴリズムの概要を理解した段階で、その理解を確認する場面に限られていた。本年度は、ここで理解した内容をコーディングにつなげるための支援機能を追加した。

そのためには、具体データに対して再現した処理手順を俯瞰させ、一般的な処理構造(反復構造・選択構造)に抽象化させることが必要である。そのために、処理手順のうち同一の機能を実現している操作群をグルーピングし、その機能に対応するラベルを学習者に定義させる機能を実現し、簡単な評価実験をおこなったところ、操作を抽象化して認識する上で一定の効果が示唆された。2教師支援ツールの開発と評価これまでの本研究の成果として、学習者プログラムの半自動評価によって教師が学習者プログラムを添削する作業を支援するシステムと、半自動採点の基準となる標準アルゴリズムの記述作業を支援するツール、典型的なコメントを蓄積してそれを類似したレポートに簡単に付与できるツール、ある学習者が犯した誤りと類似した誤りを自動検出するツールを開発している。平成22年度は各ツール類の整備、ユーザインタフェースの整備を進めた。1学習者支援ツールの開発と評価平成23年度の本研究で、アルゴリズム理解結果とプログラムのソースコードリーディングを結びつけるために、自然言語によるアルゴリズムの記述、図形によるアルゴリズムの再現、ソースコードの3者を同期させて表示する学習支援機構を開発している。この学習支援機構を発展させ、プログラマが持つべきデータ構造のイメージを視覚的に再現することによりプログラミング初学者に対象世界の捉え方をガイドする機能を付与した。さらに操作手順を抽象化して理解させるために、一定の機能を持つ操作群をグルーピングさせてその機能に対応するラベルを付与させる学習環境を開発し、簡単な評価実験を行ったところ、一定の有効性が示唆された。以上の成果は国際会議ICCE2011に採択され、また教育システム情報学会第36会全国大会にて大会優秀賞を受賞するなど、内外で高い評価を得た。
熱および運動量輸送の非相似性発現機構の解明とそのモデル化に関する研究

研究代表者は以前,円柱挿入により撹乱を与えた平板乱流境界層において,熱および運動量輸送の「非相似性」現象を見い出したが,本研究では特に,バースティングなどの乱流境界層特有の乱れ構造と挿入物体背後に発生するカルマン渦の挙動との関連において,非相似性発現機構の実験的検討を行った.また,数値解析も実施し,そのモデル化に関する考察を加えた.実験的研究においては,(1)円柱または偏平率の異なる楕円柱,(2)背面に分離板を付設した角柱のぞれぞれを平板乱流境界層中に挿入する場合について,流速,圧力,平板面温度を測定し,四象限分析,スペクトル解析,ウェーブレット変換などを施した.その結果,(1)では,偏平率の増加とともに平板面の熱伝達率が単調減少する一方,摩擦係数と相似性パラメータはある偏平率を境に変化傾向が逆転した.また,偏平柱の挿入高さを変更しても類似の結果が得られた.乱流構造については,平板面近傍でのインタラクション運動の選択的強化が非相似性の発現に関連することを示した.(2)では,分離板を長くするとカルマン渦の発生が抑制され,インタラクション運動・スイ-プ運動も選択的に抑制されて,相似性パラメータが単調に減少することを示した.数値解析的研究においては,角柱挿入状態での(1)層流境界層,(2)乱流境界層の非定常熱流動計算コードを開発した.(1)では,角柱と平板のすき間を変更すると,流れの非定常特性が変化し,定常流下では非相似性は発現せず,非定常流下では統計的な非相似性が発現することを示した.その非相似性はカルマン渦放出と対応して発現する瞬間的な非相似性と関連することが分かった.(2)でもやはり定常の場合には非相似性が発現せず,非定常計算を実行して初めて実験値と良好に対応する統計的な非相似性を予測し得た.この非相似性もカルマン渦放出と対応する瞬間的な非相似性と関連することが分かった.研究代表者は以前,円柱挿入により撹乱を与えた平板乱流境界層において,熱および運動量輸送の「非相似性」現象を見い出したが,本研究では特に,バースティングなどの乱流境界層特有の乱れ構造と挿入物体背後に発生するカルマン渦の挙動との関連において,非相似性発現機構の実験的検討を行った.また,数値解析も実施し,そのモデル化に関する考察を加えた.実験的研究においては,(1)円柱または偏平率の異なる楕円柱,(2)背面に分離板を付設した角柱のぞれぞれを平板乱流境界層中に挿入する場合について,流速,圧力,平板面温度を測定し,四象限分析,スペクトル解析,ウェーブレット変換などを施した.その結果,(1)では,偏平率の増加とともに平板面の熱伝達率が単調減少する一方,摩擦係数と相似性パラメータはある偏平率を境に変化傾向が逆転した.また,偏平柱の挿入高さを変更しても類似の結果が得られた.乱流構造については,平板面近傍でのインタラクション運動の選択的強化が非相似性の発現に関連することを示した.(2)では,分離板を長くするとカルマン渦の発生が抑制され,インタラクション運動・スイ-プ運動も選択的に抑制されて,相似性パラメータが単調に減少することを示した.数値解析的研究においては,角柱挿入状態での(1)層流境界層,(2)乱流境界層の非定常熱流動計算コードを開発した.(1)では,角柱と平板のすき間を変更すると,流れの非定常特性が変化し,定常流下では非相似性は発現せず,非定常流下では統計的な非相似性が発現することを示した.その非相似性はカルマン渦放出と対応して発現する瞬間的な非相似性と関連することが分かった.(2)でもやはり定常の場合には非相似性が発現せず,非定常計算を実行して初めて実験値と良好に対応する統計的な非相似性を予測し得た.この非相似性もカルマン渦放出と対応する瞬間的な非相似性と関連することが分かった.1.実験的研究においては,(1)偏平柱,または(2)分離板を付設した角柱,いずれか一方の物体を乱流境界層中に挿入して,プレストン管による圧力信号,熱電対による壁温度信号,および熱線風速計による乱流信号の測定を行った.本年度の実績として,以下のことが明らかになった.(1)偏平柱の厚さを固定し,流れ方向長さを増加(偏平率増大)させた場合;(イ)偏平率の増大に伴い平板面熱伝達率が単調に低下する一方で,壁面摩擦係数および相似性パラメータは単調な変化を示さず,ある長さを境界としてそれらの変化傾向(増加または減少傾向)が逆転する.(ロ)平均速度と乱れ統計量についても,偏平率の増大に対して単調でない増減傾向を示す.(ハ)非相似性の発現は壁近傍におけるインタラクション運動の選択的増強に関連していることが,四象限分析法から推定できた.(2)角柱に付設された分離板の長さを増加させた場合;(イ)分離板長さの増加によって,カルマン渦の発生が抑制できる.(ロ)相似性パラメータは分離板長さの増加に対して単調に減少する.これは壁近傍におけるインタラクションおよびスイ-プ

運動の選択的抑制のためと推定される.(ハ)カルマン渦の発生は壁近傍におけるインタラクション運動の発生と関連していることが,ウェーブレット解析から推定できた.2.数値解析的研究においては,層流境界層の非定常熱流動計算コードを開発した.その結果,角柱から非定常に発生するカルマン渦の挙動について以下のことが明らかになった.(1)角柱のすぐ下流の領域では,局所的かつ瞬間的な非相似性が周期的に発現する様子が認められた.(2)(1)の非相似性の発現はカルマン渦の生成周期に対応しているようである.今後,計算コードをさらに改善するとともに,乱流モデルが組み込めるように改変することを目指す.1.実験的研究においては,前年度に引続き,(1)偏平柱,または(2)分離板を付設した柱角,をそれぞれ乱流境界層中に挿入する場合について検討を行った.その結果,本年度の実績として,以下のことが明らかとなった.(1)偏平柱の断面積を固定し,偏平度(厚さと流れ方向長さの比)をパラメータとして変更した場合,壁面摩擦係数が最大になる偏平度が存在すること,また,偏平度増大に伴う平板面熱伝達率低下の程度が極めて大きいため,壁面摩擦係数の大きさに関わらず,全体として相似性パラメータも低下することなどが分かった.(2)分離板を付設した角柱については,その背後に発生する非定常渦からの寄与を含んだ乱流信号にウェーブレット変換を施し,その変換結果実部の大きさを解析周波数を変更して観察することによって,カルマン渦的な周期的信号成分を抽出することができた.平板面近傍においてもカルマン渦の放出に関連する周期的な流対運動が生じ,それとともに非相似性の強化につながる要素運動(インタラクション運動)が発生することや,その要素運動の強度が時間的に変化し,その運動の周期性が保たれる時間帯とそれが判然としない時間帯とが交互に現われることなどが分かった.2.数値解析的研究においては,前年度に作成した層流境界層の非定常熱流動計算コードを基にして,これにk-ε乱流モデルを組み込んだ乱流境界層用の計算コードを作成した。現在,その計算コードを使用して試計算を行っている段階であるが,これまでに以下のことが明らかとなった.(1)乱流場においても層流場と同様に,挿入した角柱の下流域において局所的かつ瞬間的な非相似性が周期的に発現する様子が認められた.(2)この非相似性の発現は層流場の場合と同様に,角柱背後でのカルマン渦発生を考慮してはじめて予測し得ることが分かった.1.実験的研究においては,前年度に引続き,(1)偏平柱,または(2)分離板を付設した角柱をそれぞれ平板乱流境界層中に挿入する場合について検討を行った.その結果,本年度の実績として,(1)については,偏平柱の挿入高さ位置を変更しても,偏平率が熱伝達率,摩擦係数および相似性パラメータに及ぼす影響は昨年度までの結果と類似していることが分かった.(2)については,分離板の長さを変更して乱流信号を採取し,その信号に昨年度開発したウェーブレット変換を施した.その結果,分離板が短い場合には,角柱後流のカルマン渦放出に同期して,平板面近傍においても非相似性の強化につながる要素運動(インタラクション運動)が強化される.またその一方で,分離板が長い場合には,要素運動の強化が生じず,非相似性の程度も小さくなるなど,カルマン渦運動の強弱が非相似性発現の強弱と良好に対応することを示した.2.数値解析的研究においては,前年度までに作成した(1)層流境界層,(2)乱流境界層の非定常熱流動計算コードを用いた計算を続行した.その結果,本年度の実績として,(1)においては,角柱と平板のすき間をパラメータとして変更すると,流れの非定常特性が変化すること,定常流下では非相似性は発現せず,その一方で非定常流下では角柱下流においては統計的な非相似性が発現することが分かった.
教員養成における異機種パソコン指導のプログラム開発

N88BASICとF-BASICのコマンドを,「使用法がまったく同じコマンド」,「機能に差があるコマンド」,「パラメータが異なるコマンド」,「オプションが異なるコマンド」,「N88BASIC独自のコマンド」,「F-BASIC独自のコマンド」に分類した。この中で,共通のコマンドと,比較的共通性のあるコマンドを選び出して,教員養成課程向けのコンピュータ実習用テキスト「コンピュータ入門BASIC言語の基礎」と「N88BASICとF-BASICによるコンピュータで音に合わせて絵を動かそう」を作成した。これらを鳥取大学教育学部の「コンピュータ実習」及び「コンピュータの公開講座」に使用した。テキストに使用しているコマンドを用いて作成した,「N88BASICのプログラムをF-BASICのプログラムに変換する」あるいは「F-BASICのプログラムをN88BASICのプログラムに変換する」ソフトウェアを作成した。ただし,パレット番号(色番号)は手直しが必要である。このソフトウェアは、NECのパーソナルコンピュータ上で,F-BASICのプログラムが動作することを確認しながら,同じBASIC言語であってもメーカーが異なると動かないコマンドがあることを経験させることを目的とし,実習中に簡単に操作出来るようにした。同様に,FM-TOWNSのパーソナルコンピュータ上で,N88BASICのプログラムをF-BASICのプログラムに変換するソフトウェアも作成した。プログラム変換ソフトウェアを実習中に使用する場合には,学習者がBASIC言語のLOAD,SAVE,RUN,アスキーセ-ブなどの基礎的な知識及びBASICの編集作業などの知識を持つことが必要である。これらの研究成果は,平成6年10月に開かれた「教育工学関連学協会連合第4回全国大会(於岐阜大学)」及び平成6年12月に開かれた「平成6年度情報処理教育研究集会(主催文部省・九州大学)」で発表した。(1)キーボードは同じJIS規格であっても、キー配列は少し異なる。このキー配列の違いが初心者には戸惑う原因である。両者のキーの共有はできない。(2)マウスはコネクターの雌雄が異なり共有はできない。(3)RS-232Cは同じ端子配列をしているので、ケーブルの共有は可能である。(4)プリンター用端子はコネクターの大きさが異なるため、ケーブルの共有は不可能。しかし、NECのプリンターをFM-TOWNSに接続するアダプターが発売されている。2.N88BASICとF-BASICの相違について両者のBASIC言語の基本的なコマンドではほぼ同じ記述であるが、細かいところでは異なる。特に、グラフィックスコマンドの相違が大きい。特長的な相違について述べる。(1)F-BASICは、インタープリター起動時に運用ファイルによって種々のパラメータが決定され、インタープリター上からは変更できない。N88BASICにはこのような概念はない。(2)F-BASICはN88BASICに比べて日本語への対応が強化されている。(3)F-BASICでディスクに保存されたプログラムは、行番号に5バイト割り当てており、4バイト以下の行番号には先頭に空白を挿入して保存される。したがって、このプログラムは他のBASICではLOADできない。平成5年度に分類したN88BASICとF-BASICのコマンドをの中で,共通のコマンドと,比較的共通性のあるコマンドを選び出して,教員養成課程向けのコンピュータ実習用テキスト「コンピュータ入門BASIC言語の基礎」と「N88BASICとF-BASICによるコンピュータで音に合わせて絵を動かそう」を作成した。

このソフトウェアは,NECのパーソナルコンピュータ上で,F-BASICのプログラムが動作することを確認しながら,同じBASIC言語であってもメーカーが異なると動かないコマンドがあることを経験させることを目的とし,実習中に簡単に操作出来るようにした。同様に,FM-TOWNSのパーソナルコンピュータ上で,N88BASICのプログラムをF-BASICのプログラムに変換するソフトウェアも作成した。プログラム変換ソフトウェアを実習中に使用する場合には,学習者がBASIC言語のLOAD,SAVE,RUN,アスキーセ-ブなどの基礎的な知識及びBASICの編集作業などの知識を持つことが必要である。これらの研究成果は,平成6年10月に開かれた「教育工学関連学協会連合第4回全国大会(於岐阜大学)」及び平成6年12月に開かれた「平成6年度情報処理教育研究集会(主催文部省・九州大学)」で発表した。
構成的手法による構造化並列プログラミングとその支援環境

本研究は、「構造化並列プログラムの系統的開発手法」、「構造化並列プログラムの最適化手法」、そして「構造化並列プログラムの応用」を中心に、理論と実践の両面で研究を進めてきた。理論面では、構成的アルゴリズム論に基づいて、スケルトン並列プログラミング手法をより一般的に定式化するとともに、並列計算におけるデータの分散・プロセッサ間通信・同期制御等を構造化させ、効率の良い並列プログラムを系統的に開発するための構造化並列プログラミング手法を提案した。また、理論面での検討を加えると同時に、構造化並列プログラミングを支援するソフトウェア開発環境SkeToを設計し実現した。そして、数値計算等の実用例を用いてその有効性を確認した。近年、PCハードウェアの高性能化と低価格化が進み、PCクラスタによる並列計算機が身近なものとなった。並列計算機に対する知識をあまり持たない者でさえも、様々な並列計算機を利用して並列計算を行いたい人が増え続けている。本研究は、構成的アルゴリズム論に基づいて、スケルトン並列プログラミング手法をより一般的に定式化するとともに、並列計算におけるデータの分散・プロセッサ間通信・同期制御等を構造化させ、効率の良い並列プログラムを系統的に開発するための構造化並列プログラミング手法を提案する。平成17年度はスケルトン並列プログラミングの問題点をまとめると同時に、構成的アルゴリズム論に基づく並列計算の構造化を中心に研究を行った。まず、これまで、多くの研究者によってスケルトン並列プログラミングの理論に関する研究が行われており、このような成果を実用化する並列スケルトンライブラリの構築は重要である。我々は、構成的アルゴリズム論に基づく並列スケルトンライブラリ「助っ人」を提案し実現した。「助っ人」は標準のC++とMPIを用いて実装されており、複数のデータ構造の上での並列スケルトンを、構成的アルゴリズム論に基づく統一的な枠組みの上で提供する。また、これらの並列スケルトンを提供するだけでなく、MPIの記法を隠蔽することにより、並列プログラミングに不慣れな人でも逐次プログラムを作成するようにプログラミングできるようになっている。「助っ人」では、提供する並列スケルトンに対して構成的アルゴリズム論に基づく融合変換を実装しており、これによってスケルトン並列プログラミングにおいて問題になりやすい効率の問題を改善することが可能となっている。「助っ人」の特長は、大きく次の二点である。(1)リスト(一次元配列)、二次元配列、および、木に対する並列スケルトンを統一的な枠組みの下で提供する。(2)構成的アルゴリズム論における融合変換による自動的な最適化機構を実現した。そして、構造化並列プログラミング手法の応用例として、我々は、ロケーションパスや位置指定関数によって定義されたXPathクエリを木に対するスケルトンを用いて効率的に並列化する手法を提案した。我々の手法では、まず、効率的に並列に計算するためにXMLを二分木に変換する。変換された二分木において、あるノードの祖先に関する条件についてはdAccスケルトンを、また、子孫に関する条件についてはuAccスケルトンを用いて並列化を行った。並列スケルトンで使用する関数は、XPathを正規表現に変換して対応するオートマトンを作ることで、その状態遷移から求めることができる。並列スケルトンによって低レベルな実装が与えられるため、得られた並列プログラムは台数効果が期待できる。また、本手法によってXPathクエリから並列スケルトンプログラムを自動的に導出するシステムを実装し、その評価実験では導出した並列プログラムは良い台数効果を示した。平成18年度では、前年度で「構成的アルゴリズム論に基づく並列計算の構造化」に関して研究して得られた成果を基に、「構造化並列プログラムの設計・最適化」を中心に研究を行った。その主な研究成果は次の通りである。(1)構造化プログラムの系統的設計法に関する研究成果構造化並列プログラムの構成に関して、有名な第三準同型定理がある。この定理はある特定の形で定義された逐次プログラムが並列化可能であることを示している。しかし、第三準同型定理はその逐次プログラムに並列処理可能なプログラム定義が存在することを示すのみで、その並列化をどのように自動的に行うかということについては知られていなかった。そこで我々は、第三準同型定理に基づいた自動的な並列化手法を提案した。我々の手法は元の関数の右逆元である右逆関数を用いるものである。その右逆関数を用いることによって、第三準同型定理に基づいた並列化を自動的に行うことができる。また、右逆関数の導出を用いた自動並列化システムの実装を与え、その有効性を示した。本研究成果をプログラミング言語の設計と実装に関して世界で最も権威ある国際会議であるACM PLD1 2007で発表する予定である。(2)構造化プログラムの最適化手法に関する研究成果スケルトン並列プログラミングでは、スケルトンという部品を組み合わせることで並列プログラムを容易に作成できる。しかし、単純に組み合わされたスケルトンプログラムは、中間データの作成や通信などのオーバヘッドを生じ効率が悪いことがある。

そのため、連続したスケルトンを融合することでオーバヘッドを減らす最適化が研究され、実際にある程度の効率向上が得られている。しかし、既存の融合手法は過度に一般的であり、最適化の効果を得にくい問題のクラスが存在する。そのため、対象クラスを絞った最適化を考える必要がある。我々は、科学計算などでよく見られるある要素の近傍要素を必要とする計算に焦点をあてた最適化手法を提案した。まず対象とする計算を抽象化した標準形を設計し、それからスケルトンプログラムから標準形への変換規則及び標準形の効率的な実装を与えた。本研究成果は国際会議EuroPar 2007で発表する予定である。本年度は,研究計画書の「項目C:構造化並列プログラミング環境の実現と性能評価」を中心に研究を行った。主に,実用の観点から,共有キャッシュが存在するようなメモリ階層構造を持つ,マルチコア並列計算機システム上で効率よく動作する並列スケルトンによる構造化並列プログラミングライブラリの実現方法を示した。この並列スケルトンライブラリを用いることで,多くのアルゴリズムに対して共有キャッシュを利用して並列計算を行うようなコードを容易に記述することが可能となる。また,実際に実行可能な並列スケルトンライブラリとして実装し,数値計算や知識発見のような現実問題を解くことで,共有メモリ環境下で共有キャッシュを持ったXeonやCore 2 Quadのようなマルチコアの計算機上で共有キャッシュを効率よく利用するコードが容易に記述可能であることを示した。また,「リスト上の最大マーク付け問題」を解く並列プログラムの導出方法を提案した。最大マーク付け問題とは,入力として与えられたデータに対し,ある述語を満たし,かつ,重み和が最大となる要素集合を求める問題である。多くの最適化問題は最大マーク付け問題として定式化できることが知られている。リスト上の最大マーク付け問題について,その問題を解くスケルトン並列プログラムを自動的に導出する手法を与え,また,その導出を行うシステムを実装した。スケルトンによる構造化並列プログラムの導出は3ステップからなる。(1)篠埜らによる導出法によって得られる逐次プログラムを変形する。(2)逐次プログラム中の関数を並列スケルトンによって置き換える。(3)得られた並列スケルトンの引数の関数に対して準結合的な演算子を導出する。さらに,得られたプログラムの台数効果および導出システムにおける最適化の効果について,実験によって確かめた。平成20年度は,本研究の最終年度となり,主に構造化並列プログラミング技術の新しい並列言語への応用と「助っ人」システムの評価を行った.その主な研究成果は3つある.(1)構造化並列プログラミング技術を新しい言語Fortressへ
地球・惑星内部でのマントルや外核の対流現象の数値計算による基礎的な研究

今年度は、前年度で開発した二次元のコードを三次元化した。そのコードを開発するにあたり、三次元空間において表面張力をMPS法に組み込む新しい手法を開発した。この手法の詳細は博士論文に掲載されており、学術誌に投稿する予定である。その三次元のコードを用いて、マグマオーシャンにおける、10cmスケールの領域での金属とシリケイトの分離の問題の数値計算を行い、金属の落下速度、金属の液滴の平均サイズ、サイズ分布などを得た。二次元の計算結果との主な違いとして、注目すべき点は、サイズ分布は二次元と三次元では明らかに異なることである。今後、これらの計算結果をパラメーターとして、地球規模の計算に取り入れるときに、この点に注意する必要がある。マグマオーシャンの研究の主要な結果を以下にまとめる。粘性をマグマオーシャンとしてあり得そうな範囲で変化させ計算した結果、液滴のサイズは粘性の増加とともに大きくなる。また、これらの初期状態にかかわらず、速やかに同じ定常状態に落ち着くことが確認された。また、マントル対流を目指したプルームの数値計算コードも開発しており、その結果を2007年の地球惑星科学連合大会に発表するとともに、そのコードを用いて、九州大学と京都大学との共同研究として、熱対流によるDNAの引き延ばしの数値計算を行った。その研究は、Physical review lettersに掲載された。役割分担としては、実験を他の著者らが行い、私はその数値計算を行った。内部発熱による熱対流の数値計算の結果をアメリカ物理協会(AIP)が発行しているPhysics of Fluids、に投稿した(Ichikawa et al.,2006)。この論文はレイリー数が大きくなるにつれて生じる対流パターンの遷移を紹介したものである。結果は大きく分けて2つある。一つ目に、レイリー数が低いときは、下降流が点状に生じているが、レイリー数が大きくなるにつれ、点状の下降流のまわりに放射状に線状(シート状)の下降流が生じ(スポークパターン)、さらにレイリー数を上げると、シート状の下降流が生じることを示した。次に、レイリー数が上がるにつれ、対流セルのスケールが大きくなること(小さいスケールの流れはより小さくなるが、)を示した。すなわち、レイリー数が高い対流状態では、小さいスケールのプルームなどの流れはそれぞれ独立に存在しているのではなく、全体として構造を持っており、自発的に協力して大きなスケールの流れを形成するということである。また、今年度には粒子法による熱対流のプログラムを作成した。スペクトル法や既存の数値計算法、例えば、差分法や有限要素法などでは化学物質の移送などを正確に解くことが難しい。そこで、この粒子法によるプログラムを開発することにした。粒子法を用いると、化学物質の移送や固体が混じった流体の計算などを自然にかつ簡単に行うことができる。計算アルゴリズムにMoving Particle Semi-implicit法(koshizuka and Oka,1996)を採用した。現在、水や空気、液体金属などの普通の流体の対流を計算する粒子法のプログラムは完成した。引き続き、マントル対流を計算するアルゴリズムを現在、開発しているところである。今年度は、惑星初期のマグマオーシャンでの金属の分離の問題に取り組み始めた。その問題を計算するために、シリケイト-金属間の表面張力を含む二相流体の2次元の粒子法のコードを開発した。このコードを用いて、いくつかの数値計算を行い、興味深い結果が得られた。マグマオーシャンでは、金属が1cm程度の液滴になって、シリケイトから分離し、落下していくと考えられている(D.C.Rubie et al.,2003)。Rubieらの研究の結果は平行流中の球の抵抗実験の値や、表面張力を持つ液滴の実験結果から、見積もられた値を用いて得られたものである。この現象を数値計算で扱った研究はなく、数値計算を行うことによって、初めてその現象の本格的な描像を得ることができる。本研究ではこの問題の再現計算を行った。その結果、Rubieらの得た結果と同じく、金属の液滴が表面張力の効果により分裂し、1cm程度のサイズになり液体シリケイト中を落下していくことが確認された。なお、液滴の平均落下速度についても0.2m/s0.3m/sとRubieらによる見積もりと同オーダーの結果を得た。これらの平均量については、予想通りの値を得たが、流れ場は非常に複雑で、金属の液滴が衝突、合体を繰り返している様子が確認できた。このような複雑な流れは、計算前は予想することができず、非常に興味深い結果が得られた。また、数値計算をすることにより、液滴のサイズ分布や速度分布が得られた。これらの分布は数値計算によって初めて得られるもので、初期のマントルと金属核の化学物質と熱エネルギーの分配について議論するためには、重要な情報の一つである。平成19年度は引き続き、現状よりも大規模で長時間の計算を行い、化学物質や熱エネルギーの分配について議論する予定である。

今後、これらの計算結果をパラメーターとして、地球規模の計算に取り入れるときに、この点に注意する必要がある。マグマオーシャンの研究の主要な結果を以下にまとめる。粘性をマグマオーシャンとしてあり得そうな範囲で変化させ計算した結果、液滴のサイズは粘性の増加とともに大きくなる。また、これらの初期状態にかかわらず、速やかに同じ定常状態に落ち着くことが確認された。また、マントル対流を目指したプルームの数値計算コードも開発しており、その結果を2007年の地球惑星科学連合大会に発表するとともに、そのコードを用いて、九州大学と京都大学との共同研究として、熱対流によるDNAの引き延ばしの数値計算を行った。その研究は、Physical review lettersに掲載された。役割分担としては、実験を他の著者らが行い、私はその数値計算を行った。
要介助高齢者用ADL指標による縦断的な機能評価の有効性の検討

本研究では、筆者のこれまでの研究(横断的資料に基づくADL指標の有効性およびADL能力特性)で得られた知見をもとに、1)定期的なADL評価を行った際に、既存のADL指標が機能特性の変容をどの程度評価値に反映しうるか、2)要介助高齢者のADL能力における縦断的な能力特性の変容にはどのような特徴が見られるか、3)横断的資料に基づいて筆者がこれまでに提案した機能水準判別のスクリーニング基準が縦断的資料にも反映されるか、について検討してきた。本年度は定期的な各種リハビリテーションが要介助高齢者の動作能力特性に及ぼす影響や、我々が提案した高齢者機能水準判別スクリーニング基準の縦断的評価時の有効性について検討した。養護老人ホームに入所する62歳から88歳の高齢者12名(男性4名、調査開始時点72.5±9.9歳、女性8名、75.9±5.7歳)を対象に812ヶ月間の縦断的な調査(ADL、自立度、リハビリテーション状況等)を実施(毎月1回)した。調査期間中、各被験者は定期的なリハビリテーションを実施した。調査期間中、ADLの機能特性が変化しない者と変化した者が認められた。変化が認められた者における機能変化の特徴には個人差が認められたが、リハビリテーションにおける安定期段階にある者が多かったため、基本的に著しい機能の改善は認められなかった。食事動作やトイレ動作など、従来の横断的調査において比較的難易度が低かった動作が改善する傾向が認められた。また、Barthel indexと比較して、我々の要介助高齢者用ADL指標の方がADL評価に経時的な変化が観察された。筋力発揮調整システムも含めた各種リハビリテーションを伴う要介助高齢者の縦断的な機能評価について施設入所者を対象に検討したが、今後、リハビリテーションの段階をより詳細に踏まえた実験計画に基づいての検討が必要である。日常生活動作(ADL)を利用して高齢者の機能評価を試みる際には、大きく、横断的資料に基づくアプローチと縦断的資料に基づくアプローチが考えられる。ADL評価指標の作成段階では、横断的資料に基づきその有効性が検証される場合が多いが、そのADL指標における実際の適用場面での有効性について検証するには縦断的アプローチにより、経時的な機能特性の変容を評価値として反映できるかが重要である。筆者のこれまでの研究(横断的資料に基づくADL指標の有効性およびADL能力特性)で得られた知見をもとに、本研究では、1)定期的なADL評価を行った際に、既存のADL指標が機能特性の変容をどの程度評価値に反映しうるか、2)要介助高齢者のADL能力における縦断的な能力特性の変容にはどのような特徴が見られるか、3)横断的資料に基づいて筆者がこれまでに提案した機能水準判別のスクリーニング基準が縦断的資料にも反映されるか、について検討している。本年度は、研究協力施設担当者に研究協力内容の説明を十分行い、理解を得たうえで、施設入所者に対する縦断的評価を開始した。具体的な評価内容は、ADL評価(要介助高齢者用ADL指標およびBarthel index)、身体的自立度評価、痴呆評価、QOL評価(全体的な生活満足度)および療養・リハビリテーションの内容、であった。現在、継続して調査中であり、明確な傾向を詳述できないが、ADL機能の経時的な変化には個人差が大きく、横断的資料により得られた集団的な特徴に関する知見とは異なる傾向にある。また、ADL機能の改善はQOLに好影響を及ぼすが、QOLの改善を決定する要因はADLの変容が決定的な要因とは限らないと考えられる。さらに、リハビリテーションによる機能変容の特徴に関しても継続的に今後検討していく。高齢者の機能評価における実際の適用場面では、経時的な機能特性の変容を評価値として反映できるかが重要である。筆者の昨年度までの研究(横断的資料に基づくADL指標の有効性およびADL能力特性の評価)で得られた知見をもとに、本研究では、1)定期的なADL評価を行った際に、既存のADL指標が機能特性の変容をどの程度評価値に反映しうるか、2)要介助高齢者のADL能力における縦断的な能力特性の変容にはどのような特徴が見られるか、3)横断的資料に基づいて筆者がこれまでに提案した機能水準判別のスクリーニング基準が縦断的資料にも反映されるか、について検討している。本年度は、昨年度より実施している施設入所者に対する縦断的評価を継続して実施した。評価内容は、昨年度までの内容(ADL評価:要介助高齢者用ADL指標およびBarthel index、身体的自立度評価、痴呆評価、QOL評価:全体的な生活満足、および療養・リハビリテーションの内容)に加え、握力解析システムを用いた筋力発揮調整能の測定を定期的に実施した。このシステムは、パソコン画面上で周期的に変化する発揮要求値に合わせて自己の握力の発揮力量を調節する課題を課す。中枢-末梢系の神経機能リハビリテーションの一環として、このシステムも定期的に実施した。これらの検討事項は、研究成果としてはまだ公表されていないが、これまでの検討結果では以下の傾向が認められている。すなわち、縦断的調査で自立度(日常生活自立度判定基準)がランクCまたはランクAに変化したケースにおいて、横断的資料から得られた先行研究の知見と同様の傾向が認められたのは50%程度であった。個々のADL能力や自立度の変化には個人差があり、横断的資料による集団の傾向を分析した先行研究の結果とは異なるケースが認められた。今後、横断的資料を用いたスクリーニングとしての利用と、縦断的資料を用いた利用法についてさらなる検討が必要と考えられる。

本研究では、筆者のこれまでの研究(横断的資料に基づくADL指標の有効性およびADL能力特性)で得られた知見をもとに、1)定期的なADL評価を行った際に、既存のADL指標が機能特性の変容をどの程度評価値に反映しうるか、2)要介助高齢者のADL能力における縦断的な能力特性の変容にはどのような特徴が見られるか、3)横断的資料に基づいて筆者がこれまでに提案した機能水準判別のスクリーニング基準が縦断的資料にも反映されるか、について検討してきた。本年度は定期的な各種リハビリテーションが要介助高齢者の動作能力特性に及ぼす影響や、我々が提案した高齢者機能水準判別スクリーニング基準の縦断的評価時の有効性について検討した。養護老人ホームに入所する62歳から88歳の高齢者12名(男性4名、調査開始時点72.5±9.9歳、女性8名、75.9±5.7歳)を対象に812ヶ月間の縦断的な調査(ADL、自立度、リハビリテーション状況等)を実施(毎月1回)した。調査期間中、各被験者は定期的なリハビリテーションを実施した。調査期間中、ADLの機能特性が変化しない者と変化した者が認められた。変化が認められた者における機能変化の特徴には個人差が認められたが、リハビリテーションにおける安定期段階にある者が多かったため、基本的に著しい機能の改善は認められなかった。食事動作やトイレ動作など、従来の横断的調査において比較的難易度が低かった動作が改善する傾向が認められた。また、Barthel indexと比較して、我々の要介助高齢者用ADL指標の方がADL評価に経時的な変化が観察された。筋力発揮調整システムも含めた各種リハビリテーションを伴う要介助高齢者の縦断的な機能評価について施設入所者を対象に検討したが、今後、リハビリテーションの段階をより詳細に踏まえた実験計画に基づいての検討が必要である。