JP2015161892A - 解析装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】受講者の理解度等を好適に把握することが可能な解析装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】解析装置２は、各受講者が使用する電子ペン１から受信した記入情報に基づき、ひらめきやつまずきなどの受講者の状態を検出する。そして、解析装置２は、検出した受講者の状態等に基づき、問題に対する受講者の理解度や問題の難易度を決定し、筆跡描画ウィンドウに解答再現画像５１と共に表示する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、筆跡に関する情報を解析するシステムに関する。

従来から、テストなどの解答結果に基づいて、学習者の習得に関する特性を抽出する技術が知られている。例えば、特許文献１には、学期の途中までのテスト解答情報を入力することにより、その個人が現状の学習状況でいけばいずれのクラスタに所属するかを推定する学習システムが開示されている。また、特許文献２には、学習者端末から送信される解答結果情報によって問題の苦手部分があることを判定した場合に、その苦手部分を特定し、特定した苦手部分の問題情報を学習者端末に送信する学習管理サーバが開示されている。さらに特許文献３には、受講者が電子ペンにより入力した筆記情報から体動情報を認識し、当該体動情報と採点結果とを関連付けた表示を行う双方向電子添削システムが開示されている。

特許第４４４７４１１号 特許第５２８４０１６号 特開２００９−０３１６１４号公報

一般的な学校での授業スタイルでは、講師が受講者の間を回る机間巡視によって、受講者の理解度等を把握していた。しかし、この形態では、１人の講師が１度にチェックできる人数が限られており、各受講者の理解度等を正確かつ迅速に把握することが困難であった。そこで、本発明は、受講者の理解度等を好適に把握することが可能な解析装置及びプログラムを提供することを主な目的とする。

本発明の一つの観点では、解析装置は、問題に対する解答を記入するための解答欄に対する筆跡を示す記入情報を受信する受信手段と、前記記入情報に基づき、前記筆跡を記入した受講者の前記問題に対する理解度又は前記問題の難易度を決定する解析手段と、を有する。

上記解析装置は、受信手段と、解析手段とを有する。受信手段は、問題に対する解答を記入するための解答欄に対する筆跡を示す記入情報を受信する。ここで、「解答欄」は、用紙上に設けられてもよく、ディスプレイ上に表示されていてもよい。解析手段は、受信した記入情報に基づき、筆跡を記入した受講者の理解度又は解答欄に解答を記入すべき問題の難易度を決定する。「記入情報」は、電子ペン等が生成するものでもよく、タッチパネル等が筆圧に基づき生成するものであってもよい。この態様により、解析装置は、記入情報に基づき、筆跡を記入した受講者の理解度や問題の難易度を好適に決定することができる。

上記解析装置の一態様では、前記解析手段は、前記記入情報に含まれる時刻情報に基づき認識した前記問題に対する解答時間と、前記解答の正誤に関する情報とに基づき、前記理解度又は前記難易度を決定する。この態様により、解析装置は、理解度又は難易度を好適に決定することができる。

上記解析装置の他の一態様では、前記解析手段は、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の減少率が所定の閾値以上となる回数が多いほど、前記理解度を低く設定又は前記難易度を高く設定する、又は、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の増加率が所定の閾値以上となる回数が多いほど、前記理解度を高く設定又は前記難易度を低く設定する。この態様では、解析装置は、筆跡の単位時間当たりのストローク数の減少率が所定の閾値以上となる場合には、受講者の記入操作が円滑でなくつまずいていると判断する。一方、解析装置は、筆跡の単位時間当たりのストローク数の減少率が所定の閾値以上となる場合には、受講者の記入操作が円滑であると判断する。そして、この態様では、受講者のつまずきが発生した回数等を勘案して理解度や難易度を好適に決定することができる。なお、好適には、解析装置は、筆跡の単位時間当たりのストローク数の減少率が所定の閾値以上となる回数をカウントする場合、問題毎のエリアに記入された最終ストローク付近の筆跡を除外するとよい。

上記解析装置の他の一態様では、前記解析手段は、同一の問題に対して前記受講者が記入した複数の解答の筆跡を示す記入情報に基づき、前記問題に対する前記受講者の理解度の向上度合いを判定する。この態様により、解析装置は、受講者が同一問題を解いた場合に、当該問題に対する受講者の理解度の向上度合いを好適に判定することができる。

上記解析装置の他の一態様では、解析装置は、前記理解度の向上度合いの判定結果に基づき、前記受講者が次に解答すべき問題を提示する提示手段をさらに有する。これにより、解析装置は、受講者の理解度に応じて受講者に最適な問題を解答させることができる。

上記解析装置の他の一態様では、前記解答欄には、複数の問題に対する解答を記入するエリアが存在し、前記解析手段は、前記記入情報が示す前記解答欄内の位置と、前記記入情報に含まれる時刻情報が示す時刻とに基づき、前記受講者が解答した問題の順番を認識する。この態様により、解析装置は、受講者が解答した問題の順番を好適に認識することができる。

上記解析装置の他の一態様では、前記解析手段は、認識した前記解答した問題の順番に基づき、前記理解度を決定する。この態様により、解析装置は、受講者が最適な解き順により問題を解いているか否かを勘案して理解度を算出することができる。

上記解析装置の他の一態様では、解析装置は、解答すべき問題の解答順を提示する提示手段をさらに備え、前記受信手段は、複数の受講者がそれぞれ使用する電子ペンから前記記入情報を受信し、前記解析手段は、前記受講者の各々が解答した問題の順番を認識し、前記提示手段は、前記受講者の各々が解答した問題の順番から、提示すべき前記解答順を決定する。この態様により、解析装置は、受講者の各々が解答した問題の順番から最適となる問題の解答順を、理想の解答順として提示することができる。

上記解析装置の他の一態様では、解析装置は、前記記入情報に基づき、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の増加率又は減少率が所定の閾値以上となった筆跡の部分を強調表示する表示手段を備える。この態様により、解析装置は、受講者が問題につまずいた部分や、ひらめき等により記入速度が加速した部分を、好適に明示することができる。

上記解析装置の他の一態様では、解析装置は、複数の受講者がそれぞれ使用する電子ペンから受信した前記記入情報に基づく筆跡を、受講者ごとに一覧表示する表示手段を備え、前記表示手段は、前記複数の受講者ごとの前記理解度に基づき、一覧表示する筆跡の表示態様を変える。この態様により、受講者の理解度に応じて、特定の受講者の解答を示す筆跡を目立たせて観察者に注目させることができる。

上記解析装置の他の一態様では、前記筆跡の記入時において発生する音声を、時刻情報と関連付けて記憶する記憶手段をさらに備え、前記解析手段は、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の増加率が所定の閾値以上となる直前の音声を、前記問題に解答するための指導内容を示す音声として抽出する。この態様により、解析装置は、ひらめき等により記入速度が加速する直前の音声を、指導内容を示す音声と見なして好適に抽出することができる。

本発明の他の観点では、プログラムは、上記記載のいずれか一つの解析装置としてコンピュータを機能させる。これらのプログラムをコンピュータにインストールして機能させることで、本発明に係る解析装置を構成させることができる。

本発明によれば、解析装置は、受講者が解答欄に問題の解答を記入した場合に、その筆跡を示す記入情報に基づき、記入者である受講者の理解度や問題の難易度を好適に決定することができる。

本実施形態に係る電子ペンシステムのシステム構成図である。 電子ペンシステムで利用される解答用紙を示す図である。 解答用紙、電子ペン、及び受講者の対応を説明するための図である。 ドットパターンにおけるドットの配置と変換される値との関係を示す説明図である。 （ａ）は、ドットパターンを模式的に示し、（ｂ）は、それに対応する情報の例を示す図である。 電子ペンの構造を示す概略図である。 解析装置の機能ブロック図である。 解析装置に記憶された、ユーザＩＤとユーザ名とペンＩＤとの関係を示す図である。 解析装置における筆跡表示ウィンドウの表示例である。 単位時間当たりのストローク数、ストローク間の距離、ストローク長を示すヒストグラムである。 状態表示ボタンを選択した場合の筆跡表示ウィンドウの表示例である。 難易度表示ボタンを選択した場合の筆跡表示ウィンドウの表示例である。 受講者「三郎」を指定して理解度比較ボタンを選択した場合の筆跡表示ウィンドウの表示例である。 理解度比較ボタンを選択した場合の筆跡表示ウィンドウの表示例である。 複数の問題に対する解答エリアがある解答用紙の例である。 解答順判定ボタンを選択した場合の筆跡表示ウィンドウの表示例である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るシステムの好適な実施形態について説明する。

［電子ペンシステムのシステム構成］
図１は、本実施形態における電子ペンシステム１０のシステム構成図である。図１に示すように、電子ペンシステム１０は、各受講者それぞれに配布される解答用紙（記入用紙）５Ａ，５Ｂ，…（５）と、解答用紙５に記入された筆跡を示す記入情報を解析装置２に送信するための電子ペン１Ａ，１Ｂ，…（１）と、各電子ペン１から送信される記入情報を受信してディスプレイ（表示手段）に記入内容等を表示する解析装置２とを備える。

以下、電子ペンシステム１０の各構成要素について説明する。

（１）解答用紙
図２を参照して解答用紙（記入用紙）２について説明する。図２に示すように、受講者ごとに複数枚の解答用紙２が一組用意され、同じ組の解答用紙２には、それぞれ異なる座標範囲のドットパターン（コード化パターン）が印刷される。また、解答用紙２には、マス目が印刷されている。ドットパターンは、赤外線を吸収するカーボンを含んだインキにより印刷され、ドットパターン以外のものは、赤外域に吸収性を持たないインキにより印刷される。解答用紙２は、本発明における「解答欄」の一例である。

なお、電子ペン１、解答用紙２と受講者（記入者）の対応等については、本実施形態では、図３に示すように、受講者「太郎」が、電子ペン１Ａを用いて解答用紙２Ａに解答し、受講者「次郎」が、電子ペン１Ｂを用いて解答用紙２Ｂに解答し、受講者「三郎」が、電子ペン１Ｃを用いて解答用紙２Ｃに解答し、受講者「四郎」が、電子ペン１Ｄを用いて解答用紙２Ｄに解答するものとする。また、講師「花子」が、解析装置２を操作するものとする。

（２）ドットパターン
次に、図４と図５を参照しながら、解答用紙２に印刷されたアノト方式のドットパターン（コード化パターン）について説明する。図４は、解答用紙２に印刷されたドットパターンのドットと、そのドットが変換される値との関係を説明する図である。図４に示すように、ドットパターンの各ドットは、その位置によって所定の値に対応付けられている。すなわち、ドットの位置を格子の基準位置（縦線及び横線の交差点）から上下左右のどの方向にシフトするかによって、各ドットは、０〜３の値に対応付けられている。また、各ドットの値は、さらに、Ｘ座標用の第１ビット値及びＹ座標用の第２ビット値に変換できる。このようにして対応付けられた情報の組み合わせにより、用紙上の位置座標が決定されるように構成されている。

図５（ａ）は、あるドットパターンの配列を示している。図５（ａ）に示すように、縦横約２ｍｍの範囲内に６×６個のドットが、用紙上のどの部分から６×６ドットを取っても、ユニークなパターンとなるように配置されている。これら３６個のドットにより形成されるドットパターンは位置座標（例えば、そのドットパターンが解答用紙２上のどの位置にあるのか）を保持している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す各ドットを、格子の基準位置からのシフト方向によって、図４に示す規則性に基づいて、対応づけられた値に変換したものである。この変換は、ドットパターンの画像を撮影する電子ペン１によって行われる。

（３）電子ペン
次に、電子ペン１について図６を用いて説明する。図６は、電子ペン１の構造を示す概略図である。図６に示すように、電子ペン１は、その筐体１０１の内部に、インクカートリッジ１０４、ＬＥＤ１０５、ＣＭＯＳカメラ１０６、圧力センサ１０７、ＣＰＵ等により構成されるプロセッサ１０８、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ１０９、リアルタイムクロック１１０、アンテナ等により構成される通信ユニット１１１、及びバッテリー１１２を備える。インクカートリッジ１０４の先端は、ペン先部１０３となっており、各受講者は、電子ペン１のペン先部１０３を、解答用紙２に当接させてストローク（手書きストローク）を記入する。インクカートリッジ１０４のインクは、赤外線を吸収する材料（例えばカーボン）を含まないようにする。ここで、電子ペン１のペン先部１０３が用紙に接触することを「ペンダウン」と呼び、接触している（当接している）状態からペン先部１０３が離れることを「ペンアップ」と呼ぶ。電子ペン１のペンダウンからペンアップまでの間に記入される軌跡が１つのストロークとなり、文字や図形等は、１つ又は複数個のストロークからなる。

バッテリー１１２は電子ペン１内の各部品に電力を供給するためのものであり、例えば電子ペン１のキャップ（図示せず）の脱着により電子ペン１自体の電源のオン／オフを行うよう構成させてもよい。リアルタイムクロック１１０は、現在時刻（タイムスタンプ）を示す時刻情報を発信し、プロセッサ１０８に供給する。圧力センサ１０７は、受講者が電子ペン１により解答用紙２に文字やマークを書いたりタップしたりする際にペン先部１０３からインクカートリッジ１０４を通じて与えられる圧力、即ち筆圧を検出し、その値をプロセッサ１０８へ伝送する。

プロセッサ１０８は、圧力センサ１０７から与えられる筆圧データに基づいて、ＬＥＤ１０５及びＣＭＯＳカメラ１０６のスイッチのオン／オフを切り替える。即ち、受講者が電子ペン１で解答用紙２に文字などを書くと、ペン先部１０３に筆圧がかかり、圧力センサ１０７によって所定値以上の筆圧が検出されたときに、プロセッサ１０８は、受講者が記入を開始したと判定して、ＬＥＤ１０５及びＣＭＯＳカメラ１０６を作動させる。そして、受講者が１つのストロークを記入し終えて電子ペン１を解答用紙２から離すと、圧力センサ１０７は、所定値以上の筆圧が検出されなくなることでペンアップを検出する。すると、通信ユニット１１１が、圧力センサ１０７により検出されたペンアップ情報とペンＩＤとを関連付けて、記入情報として解析装置２へ送信する。

ＬＥＤ１０５とＣＭＯＳカメラ１０６は、電子ペン１のペン先部１０３付近に取り付けられており、筐体１０１におけるＬＥＤ１０５及びＣＭＯＳカメラ１０６と対向する部分には、開口部１０２が形成されている。ＬＥＤ１０５は、解答用紙２上のペン先部１０３近傍に向けて赤外線を照明する。その領域は、ペン先部１０３が解答用紙２に接触する位置とはわずかにずれている。ＣＭＯＳカメラ１０６には、赤外線を透過し赤外線以外を遮断する赤外線透過フィルタが設けられており、ＣＭＯＳカメラ１０６は、ＬＥＤ１０５によって照明された領域内におけるドットパターンを撮影し、そのドットパターンの画像データをプロセッサ１０８に供給する。ここで、カーボンは赤外線を吸収するため、ＬＥＤ１０５によって照射された赤外線は、ドットに含まれるカーボンによって吸収される。そのため、ドットの部分は、赤外線の反射量が比較的少なく、ドット以外の部分は赤外線の反射量が比較的多い。ＣＭＯＳカメラ１０６の撮影により、赤外線の反射量の違いから閾値を設けることによって、カーボンを含むドットの領域とそれ以外の領域を区別することができる。したがって、解答用紙２に記入欄などが印刷されていた場合でも、印刷したインクは赤外域に吸収性を持たないため、プロセッサ１０８は、ドットパターンを認識することができる。なお、ＣＭＯＳカメラ１０６による撮影領域は、図５（ａ）に示すような約２ｍｍ×約２ｍｍの大きさを含む範囲であり、ＣＭＯＳカメラ１０６の撮影は毎秒５０〜１００回程度の定間隔で行われる。また、ＣＭＯＳカメラ１０６は、ドットを鮮明に撮影するため、十分な被写界深度を有している。

プロセッサ１０８は、受講者の記入が行われる間、ＣＭＯＳカメラ１０６によって供給される画像データのドットパターンから、受講者が記入するストローク（筆跡）の解答用紙２上におけるＸ、Ｙ座標（以後、単に「座標データ」または「座標情報」とも呼ぶ。）を連続的に演算していく。すなわち、プロセッサ１０８は、ＣＭＯＳカメラ１０６によって供給される、図５（ａ）に示されるようなドットパターンの画像データを図５（ｂ）に示すデータ配列に変換し、さらに、Ｘ座標ビット値・Ｙ座標ビット値に変換して、そのデータ配列から所定の演算方法によりＸ、Ｙ座標データを演算する。なお、プロセッサ１０８は、ドットパターンに対向する電子ペン１の角度に起因するドットの画像上の配列を補正する回転補正処理機能を備えており、座標演算に利用されている。そして、プロセッサ１０８は、リアルタイムクロック１１０から発信される現在時刻（タイムスタンプ：記入された時刻情報）、筆圧データ及びＸ、Ｙ座標データを関連付ける。以後、これらの関連付けたデータを、まとめて「座標属性情報」と呼ぶ。なお、解答用紙２における６×６のドットパターンは、解答用紙２内で重複することはないため、受講者が電子ペン１で文字等を記入すると、記入された位置が解答用紙２のどの位置に当たるかを、プロセッサ１０８による座標演算により特定することができる。

メモリ１０９には、各電子ペン１Ａ〜１Ｄを識別するためのそれぞれのペンＩＤ「ｐｅｎ０１」〜「ｐｅｎ０５」、ペン製造者番号、ペンソフトウェアのバージョン等のプロパティ情報が記憶されている。そして、通信ユニット１１１は、ペンＩＤと、時刻情報（タイムスタンプ）と、筆圧データと、Ｘ、Ｙ座標データとを関連付けて、記入情報として解析装置２へ送信する。通信ユニット１１１による解析装置２への送信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線送信によって、即時的かつ逐次的に行われる。ここで、電子ペン１のペンダウンからペンアップまでの間に生成されて解析装置２に送信された１個又は複数個の座標属性情報は、解析装置２によりストローク情報として記憶される。換言すると、１つのストロークは、１個又は複数個のＸ、Ｙ座標（座標点）からなり、解析装置２は、ペンダウン情報及びペンアップ情報によって、１つのストロークを構成する１個又は複数個の座標属性情報を認識する。

また、各電子ペン１Ａ〜１Ｄは、ペアリング操作により、解析装置２と認証キーであるパスキーなどの情報交換を予め行っており、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信の通信相手としてその解析装置２を認識している。そして、各電子ペン１Ａ〜１Ｄは、受講者が解答用紙２に記入する都度、記入情報を生成して、解析装置２へ送信する。言い換えると、各電子ペン１Ａ〜１Ｄは、受講者が解答用紙２に記入し続けている間、記入情報を生成し、解析装置２へ送信し続ける。そして、受講者が電子ペン１を解答用紙２から離す（ペンアップする）と、当該電子ペン１は、圧力センサ１０７で所定値以上の筆圧が検出されなくなったことにより、受講者が記入を停止したと判定する。そして、この場合、ペンアップされた電子ペン１は、ＬＥＤ１０５とＣＭＯＳカメラ１０６を停止して、解析装置２への記入情報の送信を中止する。

（４）解析装置
次に、解析装置２について説明する。解析装置２は、ハードウェアとして、電子ペン１とのデータ通信が可能なアンテナ装置、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、ディスプレイ、マイク、スピーカ等で構成される。

図７は、解析装置２の機能ブロック図である。解析装置２は、機能的には、マウス、キーボード及びマイクなどの入力部２１、通信部２２、記憶部２３、処理部２４、表示部２６、マイクなどの音声入力部２７、及び音声出力部２８を備える。通信部２２は、アンテナ受信回路等により構成され、電子ペン１から記入情報を受信する。表示部２６は、ディスプレイ等によって構成され、処理部２４によって指示された内容を表示する。音声出力部２８は、スピーカ等によって構成され、処理部２４によって指示された内容の音声を出力する。

処理部２４は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、記憶部２３に記憶されたプログラムを実行することで、解析装置２の全体の制御を行う。

例えば、処理部２４は、通信部２２を介して、各電子ペン１から送信された記入情報を受信し、ペンＩＤごとにストローク情報として記憶部２３に記憶する。また、処理部２４は、音声入力部２７から入力された音声データを時刻情報と関連付けて記憶部２３に記憶する。また、処理部２４は、各受講者が解答用紙２に記入した筆跡を表示するためのウィンドウ（「筆跡表示ウィンドウ」とも呼ぶ。）を表示部３６に表示させ、記憶部２３に記憶したストローク情報に基づき、各受講者が解答用紙２へ記入した筆跡を、筆跡表示ウィンドウ上に表示させる。

また、処理部２４は、記憶部２３が記憶するストローク情報に基づき、各受講者の状態を認識する。例えば、処理部２４は、ストローク情報に基づき、問題ごとのストローク数、解答時間、ストローク長、解答用紙２内での記入エリアの面積、筆圧、ストローク同士の距離、記入の向き、ストロークの分布などを認識する。そして、処理部２４は、認識した情報に基づき、受講者が集中しているか、つまずきがあったか、ひらめきがあったか、グループワークがうまくいっているかなどの受講者の状態を検出する。受講者の状態検出の例については、［受講者の状態検出の例］のセクションで説明する。

さらに、処理部２４は、検出した受講者の状態等に基づいて、解答用紙２で解答する問題の難易度の算出や、当該問題に対する各受講者の理解度の算出、筆跡表示ウィンドウの表示処理などを行う。この具体例については、［受講者の状態検出に基づく処理］のセクションで詳しく説明する。

記憶部２３は、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリによって構成される。記憶部２３は、解答用紙２に印刷されたドットパターンが示す座標範囲の情報（「座標定義情報」とも呼ぶ。）を記憶する。また、記憶部２３は、各電子ペン１のペンＩＤと、当該電子ペン１を使用する受講者の情報とを関連付けた情報を記憶する。図８は、各受講者を示すユーザＩＤと、受講者名と、当該受講者が使用する電子ペン１のペンＩＤとを関連付けた情報のデータ構造の一例を示す。図８の例では、受講者「太郎」、「次郎」、「三郎」及び「四郎」に対応するユーザＩＤ、受講者名及び電子ペン１のペンＩＤがそれぞれ関連付けられている。さらに、記憶部３３は、処理部３４の処理命令により、電子ペン１から受信した記入情報からなるストローク情報を、ペンＩＤ及び解答した問題の識別情報などと関連付けて記憶する。また、記憶部３３は、処理部２４の制御に基づき、音声入力部２７から入力された音声データを時刻情報と関連付けて記憶する。

なお、処理部２４は、本発明における「受信手段」、「解析手段」、「提示手段」及びプログラムに基づき動作するコンピュータの一例である。

［筆跡表示ウィンドウの基本説明］
まず、解析装置２が表示する筆跡表示ウィンドウの基本的な表示例について説明する。図９は、筆跡表示ウィンドウの表示例である。図９に示す筆跡表示ウィンドウは、メイン表示エリア５０と、受講者選択リスト「ＭＬ」を表示するためのリスト表示エリア５３と、ボタン表示エリア５４とを有する。

メイン表示エリア５０には、受講者が電子ペン１により解答用紙２へ記入した筆跡を再現した解答再現画像５１（５１Ａ〜５１Ｄ）が表示されている。図９の例では、処理部３４は、受講者「太郎」が使用する電子ペン１Ａから受信した記入情報に基づくストローク情報を用いて解答再現画像５１Ａを描画し、受講者「二郎」が使用する電子ペン１Ｂから受信した記入情報に基づくストローク情報を用いて解答再現画像５１Ｂを描画し、受講者「三郎」が使用する電子ペン１Ｃから受信した記入情報に基づくストローク情報を用いて解答再現画像５１Ｃを描画し、受講者「四郎」が使用する電子ペン１Ｄから受信した記入情報に基づくストローク情報を用いて解答再現画像５１Ｄを描画している。

リスト表示エリア５３に表示される受講者選択リストＭＬは、メイン表示エリア５０に解答内容の筆跡を表示する対象となる受講者のリストである。処理部２４は、受講者選択リストＭＬのいずれかのリストが選択された場合、選択されたリストが示す受講者の解答再現画像５１を、メイン表示エリア５０に個別に表示する。

また、ボタン表示エリア５４には、状態表示ボタンＢ１と、難易度表示ボタンＢ２と、理解度比較ボタンＢ３と、解答順判定ボタンＢ４とが表示されている。そして、処理部２４は、ボタン表示エリア５４に表示されたボタンＢ１〜Ｂ４が選択された場合に、選択されたボタンに割当てられた機能に基づき、メイン表示エリア５０の表示を変更する。これについては後述する。

［受講者の状態検出の例］
次に、受講者の状態検出の具体例（第１〜第４の例）について説明する。

第１の例では、処理部２４は、各受講者に対し、解答用紙５に記入されたストロークの本数を単位時間ごとに数え、単位時間ごとのストローク数の増加率又は減少率が閾値を超えた箇所を、ひらめき又はつまずきがあった箇所として認識する。図１０（Ａ）は、ある受講者の単位時間（例えば１分）あたりのストローク数のヒストグラムの例である。図１０（Ａ）の例では、処理部２４は、破線枠７０が示す時刻「ｔ１」において、単位時間ごとのストローク数の増加率が所定値を超えたと判断し、ひらめきがあったと判断する。一方、処理部２４は、破線枠７１が示す時刻「ｔ２」において、単位時間ごとのストローク数の減少率が所定値を超えたと判断し、つまずきがあったと判断する。

第２の例では、受講者がグループワーク（協働作業）を行っている場合には、処理部２４は、単位時間あたりのストローク数の増減を、グループごとに比較し、記入開始時刻や未記入時間の一致に基づき、グループワークが円滑に行われているか判断する。例えば、図１０（Ａ）の例では、処理部２４は、未記入時間として時刻ｔ２から時刻「ｔ３」までの期間を認識し、記入開始時刻として時刻ｔ３を認識する。そして、処理部２４は、グループ内での各受講者の記入開始時刻や未記入時間がおよそ一致している場合に、グループワークが円滑に行われていると判断する。

第３の例では、処理部２４は、連続して記入されたストローク間の距離の単位時間当たりの平均値が所定の閾値を下回った場合、受講者が集中して問題を解いていると判断する。また、処理部２４は、上述の平均値が所定の閾値を超えた場合、受講者が自信のない状態で問題を解いていると判断する。図１０（Ｂ）は、ある受講者のストローク間の距離の単位時間当たりの平均値を時刻ごとに表したヒストグラムの一例である。図１０（Ｂ）の例では、処理部２４は、時刻「ｔ１０」から時刻「ｔ１１」までの各時刻について、ストローク間の距離の平均値が所定の閾値未満であると判断し、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間で受講者が集中して問題を解いていると判断する。一方、処理部２４は、時刻「ｔ１２」から時刻「ｔ１３」までの各時刻について、ストローク間の距離の平均値が所定の閾値より高いと判断し、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間で受講者が自信のない状態で問題を解いていると判断する。

第４の例では、処理部２４は、単位時間でのストローク長の平均値が所定の閾値より短い場合、受講者が検算を行っていると判断する。図１０（Ｃ）は、ある受講者のストローク長の単位時間当たりの平均値を時刻ごとに表したヒストグラムである。図１０（Ｃ）の例では、処理部２４は、単位時間あたりのストローク長の平均値が閾値より短い時刻「ｔ２１」から時刻「ｔ２２」の間では、受講者が検算を行っていると判断する。

［受講者の状態検出に基づく処理］
次に、筆跡表示ウィンドウの各ボタンＢ１〜Ｂ４が選択された場合等に実行される、検出された受講者の状態に基づく処理の具体例について、図１１〜図１６を参照して説明する。

（１）検出結果の表示
処理部２４は、状態表示ボタンＢ１が押下された場合に、筆跡表示ウィンドウに表示した解答再現画像５１中に、検出した受講者の状態の変化があった箇所を強調表示する。これにより、処理部２４は、検出した受講者の状態の変化があった箇所を講師に好適に注目させる。

図１１は、受講者の状態変化を明示した筆跡表示ウィンドウの表示例である。図１１の例では、処理部２４は、［受講者の状態検出の例］のセクションの第１の例に基づき、各解答再現画像５１Ａ〜５１Ｄに表示する全ストロークを対象に、各受講者の単位時間ごとのストローク数の増減率を算出する。その結果、処理部２４は、解答再現画像５１Ｂに表示するストロークの一部（６となるペアを結ぶストローク）を記入している期間でのストローク数の増加率が所定値以上になったと判断し、当該期間に記入したストロークを破線枠７３で囲むと共に、文字列「ひらめきあり」を下線付きで表記している。

また、処理部２４は、解答再現画像５１Ｃに表示するストロークの一部（文字列「＝２．５？」）を記入している期間でのストローク数の減少率が所定値以上になったと判断し、当該期間に記入したストロークを破線枠７４で囲むと共に、文字列「つまずきあり」を下線付きで表記している。

このように、処理部２４は、状態表示ボタンボタンＢ１が選択された場合、検出した受講者の状態変化があった箇所を強調表示し、かつ、検出した状態を示す文字を付加する。これにより、検出した受講者の状態変化を講師に好適に視認させることができる。なお、処理部２４は、破線枠７３、７４により対象のストロークを強調表示する代わりに、破線枠７３、７４で囲んだストロークの色や表示サイズを変えることでこれらのストロークを強調表示してもよい。

（２）難易度の算出
処理部２４は、受講者の正答率、解答時間の平均時間、及び検出した受講者の状態変化に基づき、問題の難易度を算出する。これにより、処理部２４は、各受講者の解答結果に基づく問題の難易度を講師に好適に把握させる。

図１２は、難易度表示ボタンＢ２が選択された場合の筆跡表示ウィンドウの表示例を示す。図１２の例では、処理部２４は、各解答再現画像５１Ａ〜５１Ｄの下に、各受講者に対応する正誤情報と、解答時間と、検出したつまずきの数とを表示させている。

そして、処理部２４は、各受講者に対応する正誤情報と、解答時間と、検出したつまずきの数とに基づき、問題ごとの正答率（７５％）、平均解答時間（１９５秒）、及びつまずきの平均数（０．２５個）を算出する。そして、処理部２４は、算出した問題ごとの正答率、平均解答時間、つまずきの平均数等に基づき、予め記憶した式又はマップ等を参照することで、問題の難易度を算出する。そして、図１２の例では、処理部２４は、レベル１〜５のうちレベル１の難易度であると判断し、その旨を表示している。

このように、図１２の例では、処理部２４は、問題ごとの正答率、解答時間の平均時間、及び検出したつまずきの平均数を算出することで、各受講者の解答内容に基づく問題の難易度を的確に決定し、講師に好適に把握させることができる。なお、処理部２４は、正答率等に加え、さらに問題ごとのストローク数の平均値を算出し、ストローク数の平均値が高いほど、問題の難易度を高く設定してもよい。

ここで、上述の正誤情報を認識する方法について補足説明する。処理部２４は、例えば、講師による入力部２１への入力等に基づき、解答再現画像５１に表示された各受講者の解答の正誤を認識し、正誤情報として受講者及び問題ごとに記憶部２３に記憶しておく。なお、処理部２４は、公知の文字認識技術を用いて解答部分の文字を認識し、認識した文字が予め記憶した正答と一致するか否かに基づき、正誤情報を生成してもよい。次に、上述の解答時間を認識する方法について補足説明する。処理部２４は、各解答再現画像５１に表示されるストロークの表示に使用した記入情報に含まれる時刻情報に基づき、解答再現画像５１ごとに、記入開始時刻及び記入終了時刻を認識することで、各受講者の解答時間を算出する。

（３）理解度の算出・比較
処理部２４は、正誤情報、解答用紙５に記入されたストローク数、解答時間、及びつまずきの数等に基づき、受講者ごとの理解度を算出する。この場合、好適には、処理部２４は、所定のマップ又は式を参照し、ストローク数が少ないほど、解答時間が短いほど、そしてつまずきの数が少ないほど、理解度を高く設定する。また、処理部２４は、正解の場合には誤答の場合よりも理解度を高く設定する。

そして、処理部２４は、同一問題を複数回解いた受講者が受講者選択リストＭＬで選択された状態で、理解度比較Ｂ３が選択された場合、理解度の向上度合いを判定して表示する。図１３は、受講者選択リストＭＬで三郎が選択された状態で理解度比較ボタンＢ３が選択された場合の筆跡表示ウィンドウの表示例を示す。

図１３の例では、処理部２４は、同一問題に対する三郎の一回目の解答を示す解答再現画像５１Ｃと、二回目の解答を示す解答再現画像５１Ｃａとを並べてメイン表示エリア５０に表示させると共に、これらの下に対応する理解度等を表示させている。具体的には、処理部２４は、一回目の解答を示す解答再現画像５１Ｃの下には、誤答である旨、解答時間が「２５０秒」である旨、及び検出したつまずきが「１回」である旨の表示と共に、これらの要素に基づき算出した理解度「１」を表示している。同様に、処理部２４は、二回目の解答を示す解答再現画像５１Ｃａの下には、正答である旨、解答時間が「１５０秒」である旨、及び検出したつまずきが「０回」である旨の表示と共に、これらの要素に基づき算出した理解度「５」を表示している。

さらに、処理部２４は、一回目の解答に対する理解度「１」と、二回目の解答に対する理解度「５」との比較結果に基づき、理解度の向上度合いの判定結果として、理解度が大幅に向上した旨を、メイン表示エリア５０の最下部に表示している。この場合、例えば、処理部２４は、理解度が所定値（例えば２）以上上昇した場合には、大幅に上昇した旨を表示し、所定値未満の範囲で上昇した場合には、単に上昇した旨を表示する。また、処理部２４は、理解度に変動がない場合又は理解度が下がった場合、理解度が向上していない旨を表示する。

なお、処理部２４は、同一問題に対して同一受講者が３回以上解答を行っている場合には、例えば最新の２つの解答を示す解答再現画像５１を並べて表示すると共に、これらの理解度及び理解度の向上度合いを示す表示を行うとよい。

図１３で説明した処理に加え、好適には、処理部２４は、理解度の向上度合いの判定結果又は最新の解答に対する理解度に基づき、比較を行った受講者が次に解くべき問題を提示するとよい。例えば、処理部２４は、理解度が所定値以上上昇した場合、又は、最新の解答に対する理解度が最高レベル（図１３の例では「５」）の場合には、解答した問題よりも難易度が高い問題を選択し、当該問題の識別番号や問題内容等を表示する。この場合、記憶部２３は、問題ごとに難易度を示す情報を記憶しておき、処理部２４は、難易度の情報を参照して、解答した問題の難易度よりも所定レベルだけ高い難易度の問題を選択する。一方、処理部２４は、理解度の上昇が所定値未満の場合、又は最新の解答に対する理解度が所定値以下の場合には、解答した問題と同等の難易度の問題を選択し、当該問題の識別番号や問題内容等を表示する。

次に、筆跡表示ウィンドウ上で各受講者の解答再現画像５１を並べて表示した状態で、理解度比較ボタンＢ３が選択された場合について説明する。この場合、処理部２４は、各解答再現画像５１に対する理解度を算出し、算出した理解度に応じて各解答再現画像５１の表示サイズや色を変更する。

図１４は、図９の状態で理解度比較ボタンＢ３が選択された場合の筆跡表示ウィンドウの表示例を示す。図１４の例では、まず、処理部２４は、メイン表示エリア５０に表示された各解答再現画像５１Ａ〜５１Ｄが示す解答の理解度を、正答情報（正答率）、解答時間、検出したつまずきの数、又は／及びストローク数等に基づき算出する。そして、処理部２４は、算出した理解度が最も高い受講者「太郎」解答を示す解答再現画像５１Ａを、他の解答再現画像５１Ｂ〜５１Ｄよりも拡大表示すると共に、縁取り効果により強調している。このようにすることで、処理部２４は、講師が注目すべき理解度が最も高い解答を好適に講師に提示することができる。なお、処理部２４は、理解度が最も高い解答に代えて、理解度が所定値よりも低い解答に対する解答再現画像５１を強調表示することで、理解不足と判定される解答及び受講者の存在を講師に積極的に認識させてもよい。

（４）問題解答順の判定
複数の問題に対する解答欄がある解答用紙５を用いた場合、処理部２４は、解答順判定ボタンＢ４が選択されたとき、記入情報に含まれる時刻情報に基づき、各受講者が解答した問題の順番を認識する。そして、処理部２４は、総得点や正答率が高い受講者の問題解答順を、最適な問題解答順として提示する。

図１５は、複数の問題に対する解答欄が存在する解答用紙５の例を示す。図１５に示す解答用紙５は、問１に対する解答欄Ａｒ１と、問２に対する解答欄Ａｒ２と、問３に対する解答欄Ａｒ３とを有する。この場合、解析装置２は、各解答欄Ａｒ１〜Ａｒ３に印刷されるドットパターンの座標範囲と、対応する問題番号とを関連付けた座標定義情報を、記憶部２３に予め記憶しておく。そして、解析装置２の処理部２４は、座標定義情報を参照し、電子ペン１から受信する記入情報に含まれる座標情報に基づき、記入がなされた解答欄の問題番号を認識すると共に、記入情報に含まれる時刻情報に基づき、解答がさされた問題の解答順を認識する。

図１６は、図１５に示す解答用紙５への各受講者の解答記入後に、ボタンＢ４が選択された場合の筆跡表示ウィンドウの表示例を示す。図１６の例では、処理部２４は、図１５に示す解答用紙５への印刷画像に、ストローク情報が示すストロークを重ねた解答再現画像５１Ａｘ〜解答再現画像５１Ｄｘを、受講者ごとに表示している。なお、図１６の例では、処理部２４は、講師による入力等に基づき、各解答再現画像５１Ａｘ〜解答再現画像５１Ｄｘが示す各解答に対する総得点を認識しているものとする。また、問１及び問２の配点は２５点、問３の配点が５０点であるものとする。

この場合、処理部２４は、各解答再現画像５１Ａｘ〜解答再現画像５１Ｄｘの下に、対応する総得点と、認識した問題の解き順とを表示している。さらに、処理部２４は、最も総得点が高い受講者「四郎」の問題の解き順が最適な解き順であると判断し、メイン表示エリア５０の最下部に、最適な解き順が問１、問３、問２の順である旨を表示する。これにより、講師は、最適な解き順を認識し、各受講者に最適な解き順を指導することができる。

なお、処理部２４は、最も総得点が高い受講者の問題の解き順が最適な解き順であると判断する代わりに、他の所定のアルゴリズムを用いて、各受講者の総得点（又は正解率）に基づき、最適な解き順を決定してもよい。また、処理部２４は、各解答再現画像５１Ａｘ〜解答再現画像５１Ｄｘに対応する解答時間を算出し、総得点（正解率）に加えて解答時間を勘案して、最適な解き順を判定してもよい。

また、図１６の例に代えて、処理部２４は、認識した問題の解き順を勘案し、「（３）理解度の算出・比較」のセクションで説明した理解度を算出してもよい。例えば、処理部２４は、問題の出題者の意図（即ち問題同士の関連性）に即した最適な解き順の情報を予め記憶部２３に記憶しておき、認識した問題の解き順が記憶した最適な解き順と一致している場合に、理解度を高く設定してもよい。

（５）音声データの抽出
次に、受講者の状態の変化の検出に基づき、録音した音声から所定の音声部分を抽出する例について説明する。

処理部２４は、電子ペン１による解答用紙５への記入が行われる授業中では、音声入力部２７により入力される講師の音声を、時刻情報と関連付けて記憶部２３に記憶する。そして、処理部２４は、ひらめきなどの所定の受講者の状態への変化を検出した場合に、当該状態変化を検出する直前の音声を抽出し、抽出した音声を講師の指導内容を示す音声として記憶部２３に記憶させる。

このとき、好適には、処理部２４は、講師の指導内容を示す音声をユーザ操作に基づき再生させる。例えば、処理部２４は、図１１の例では、下線付きの「ひらめきあり」の表示部分をアクティブにして表示し、当該表示部分がクリック等により選択された場合に、抽出した音声の再生を行ってもよい。

［本実施形態による作用効果］
以上説明した実施形態によれば、解析装置２は、各受講者が使用する電子ペン１から受信した記入情報に基づき、電子ペン１を使用した受講者の理解度や問題の難易度を的確に決定し、講師に認識させることができる。また、解析装置２は、複数の問題に対する解答用紙５が使用された場合に、各受講者の問題の解き順及び総得点等に基づき、最適な問題の解き順を提示することができる。また、解析装置２は、電子ペン１の使用時に録音した音声から、受講者の状態変化のきっかけとなった講師の音声を抽出することができる。

［本実施形態の変形例］
上記した実施形態では、電子ペン、ドットパターン（コード化パターン）、記入情報に、アノト方式を用いていたが、アノト方式を用いることに限定はされない。

また、解析装置２は、電子ペン１からＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信方式により記入情報を受信し、当該記入情報に基づくストローク情報を用いて所定の表示を行った。しかし、本発明が適用可能な方法は、これに限定されない。

これに代えて、例えば、電子ペンシステム１０は、電子ペン１に代えて、筆記中にペン先から赤外線（光）と超音波（音）を同時に発信するデジタルペンを備えてもよい。この場合、解析装置２は、当該デジタルペンから赤外線及び超音波を受信し、赤外線を受信してから超音波を受信するまでの時間に基づきペン先の動きを割り出してストローク情報を生成し、当該ストローク情報に基づき上述した解析処理や表示処理を行ってもよい。

他の例では、各受講者には、ｉＰａｄ（登録商標）などのタッチパネルを備えるタブレットＰＣが配布され、当該タブレットＰＣのタッチパネル上で描かれたストロークの情報をタブレットＰＣが解析装置２へ送信してもよい。この場合、解析装置２は、タブレットＰＣから受信したストロークの情報に基づき時刻情報、ディスプレイ上のＸＹ座標情報及びタブレットＰＣの識別情報（端末ＩＤ）を含むストローク情報を生成及び保存し、当該ストローク情報に基づき上述した解析処理や表示処理を行う。また、解析装置２は、ユーザＩＤと端末ＩＤとを関連付けて記憶しておくことで、記入者を識別する。

また、理解度や難易度の算出において、解析装置２は、つまずきの数を用いるのに代えて、又はこれに加えて、単位時間ごとのストローク数の増加率が所定値を超えた回数を用いてもよい。この場合、解析装置２は、単位時間ごとのストローク数の増加率が所定値を超えた回数が多いほど、理解度を高く設定又は難易度を低く設定するとよい。また、解析装置２は、筆跡の単位時間当たりのストローク数の減少率が所定の閾値以上となる回数（即ちつまずきの数）をカウントする場合、問題毎のエリアに記入された最終ストローク付近での筆跡を、つまずきと判断する対象から除外するとよい。

１（１Ａ〜１Ｄ）…電子ペン
２…解析装置
４…プロジェクタ
５（５Ａ〜５Ｄ）…解答用紙
１０…電子ペンシステム

Claims (12)

1. 問題に対する解答を記入するための解答欄に対する筆跡を示す記入情報を受信する受信手段と、
   前記記入情報に基づき、前記筆跡を記入した受講者の前記問題に対する理解度又は前記問題の難易度を決定する解析手段と、
   を有することを特徴とする解析装置。
2. 前記解析手段は、前記記入情報に含まれる時刻情報に基づき認識した前記問題に対する解答時間と、前記解答の正誤に関する情報とに基づき、前記理解度又は前記難易度を決定することを特徴とする請求項１に記載の解析装置。
3. 前記解析手段は、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の減少率が所定の閾値以上となる回数が多いほど、前記理解度を低く設定又は前記難易度を高く設定する、又は、
   前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の増加率が所定の閾値以上となる回数が多いほど、前記理解度を高く設定又は前記難易度を低く設定することを特徴とする請求項１または２に記載の解析装置。
4. 前記解析手段は、同一の問題に対して前記受講者が記入した複数の解答の筆跡を示す記入情報に基づき、前記問題に対する前記受講者の理解度の向上度合いを判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の解析装置。
5. 前記理解度の向上度合いの判定結果に基づき、前記受講者が次に解答すべき問題を提示する提示手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の解析装置。
6. 前記解答欄には、複数の問題に対する解答を記入するエリアが存在し、
   前記解析手段は、前記記入情報が示す前記解答欄内の位置と、前記記入情報に含まれる時刻情報が示す時刻とに基づき、前記受講者が解答した問題の順番を認識することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の解析装置。
7. 前記解析手段は、認識した前記解答した問題の順番に基づき、前記理解度を決定することを特徴とする請求項６に記載の解析装置。
8. 解答すべき問題の解答順を提示する提示手段をさらに備え、
   前記受信手段は、複数の受講者がそれぞれ使用する電子ペンから前記記入情報を受信し、
   前記解析手段は、前記受講者の各々が解答した問題の順番を認識し、
   前記提示手段は、前記受講者の各々が解答した問題の順番から、提示すべき前記解答順を決定することを特徴とする請求項７または８に記載の解析装置。
9. 前記記入情報に基づき、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の増加率又は減少率が所定の閾値以上となった筆跡の部分を強調表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の解析装置。
10. 複数の受講者がそれぞれ使用する電子ペンから受信した前記記入情報に基づく筆跡を、受講者ごとに一覧表示する表示手段を備え、
    前記表示手段は、前記複数の受講者ごとの前記理解度に基づき、一覧表示する筆跡の表示態様を変えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の解析装置。
11. 前記筆跡の記入時において発生する音声を、時刻情報と関連付けて記憶する記憶手段をさらに備え、
    前記解析手段は、前記筆跡の単位時間当たりのストローク数の増加率が所定の閾値以上となる直前の音声を、前記問題に解答するための指導内容を示す音声として抽出することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の解析装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の解析装置として機能させることを特徴とするプログラム。