JP2018124483A - 学習支援システム、学習支援装置および学習支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】学習者の学習状況を正確に把握すること。【解決手段】学習支援装置３０において、取得部３００が、学習装置２０から、編集履歴情報と閲覧履歴情報と視線情報と脳波情報とを取得し、時点分析部３２０が、同一の学習者の同一の時刻における編集履歴情報と閲覧履歴情報と視線情報と脳波情報とを用いて、該時刻における該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報として出力し、統合分析部３３０が、同一の学習者の同一の教材についての時点分析情報を用いて、該学習者の該教材の学習状況を分析して統合分析情報として出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、学習支援システム、学習支援装置および学習支援方法に関する。

近年、企業や学校教育で採用される学習モデルは、学習者がいつでもどこでもオンラインで学習できるｅラーニングから、ｅラーニングと教場での授業とを併用するブレンディッドラーニングまで、多岐にわたっている。このような教育環境においては、ＬＭＳ（Learning Management System、学習支援システム）が利用されている。

ＬＭＳは、学習コンテンツの配信や、試験の実施および採点等の多様な機能を備えている。このＬＭＳによれば、ＬＭＳを経由した学習者の学習活動に関する操作ログ等の様々な履歴や、レポートや評価結果等の記録を収集することが可能である。

例えば、学習者が学習時に教材のどのページを何秒間閲覧していたかといった閲覧履歴を取得する技術（非特許文献１参照）や、学習者による解答の入力や削除といった編集履歴を参照する技術（非特許文献２参照）が開示されている。また、生体情報として脳波を取得して、教材の難易度を判定する技術も開示されている（特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２００６／０１４７００７号明細書

荒本道隆，小泉大城，須子統太，平澤茂一，「ＰＤＦファイルをベースとした電子教材作成支援システム」，情報処理学会第76回全国大会講演論文集，2014年3月 荒本道隆，小林学，中澤真，中野美知子，後藤正幸，平澤茂一，「編集履歴可視化システムを用いたLearning Analytics〜システム構成と実装」，情報処理学会第78回全国大会予稿集，2016年3月，pp.4-527-4-528

しかしながら、従来のように閲覧履歴や編集履歴、生体情報等を個々に参照しても、学習者の学習状況を正確に把握できるとは限らない。例えば、閲覧履歴により画面を表示していることが判っても、実際には閲覧していない場合もあり得る。また、編集履歴により作業が止まっていることが判っても、作業を終了したとは限らず、考え込んでいて作業が進んでいない場合もあり得る。あるいは、脳波によって集中度や熟考度が低いことが判っても、教材が易しすぎる場合と、難しすぎて端から諦めている場合とを区別することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、学習者の学習状況を正確に把握することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る学習支援システムは、学習装置と学習支援装置とを有する学習支援システムであって、前記学習装置は、学習者による教材への入力状況を示す編集履歴情報を取得する編集履歴情報取得部と、学習者による教材の表示状況を示す閲覧履歴情報を取得する閲覧履歴情報取得部と、学習者の視線の状態を示す視線情報を取得する視線情報取得部と、学習者の脳波の状態を示す脳波情報を取得する脳波情報取得部と、を備え、前記学習支援装置は、前記学習装置から、前記編集履歴情報と前記閲覧履歴情報と前記視線情報と前記脳波情報とを取得する取得部と、同一の学習者の同一の時刻における前記編集履歴情報と前記閲覧履歴情報と前記視線情報と前記脳波情報とを用いて、該時刻における該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報として出力する時点分析部と、同一の学習者の同一の教材についての前記時点分析情報を用いて、該学習者の該教材の学習状況を分析して統合分析情報として出力する統合分析部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、学習者の学習状況を正確に把握することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る学習支援システムの概略構成を例示する模式図である。 図２は、編集履歴情報のデータ構成を例示する図である。 図３は、閲覧履歴情報のデータ構成を例示する図である。 図４は、視線情報のデータ構成を例示する図である。 図５は、脳波情報のデータ構成を例示する図である。 図６は、時点分析情報のデータ構成を例示する図である。 図７は、統合分析情報のデータ構成を例示する図である。 図８は、取得処理手順を示すシーケンス図である。 図９は、取得処理手順を示すシーケンス図である。 図１０は、取得処理手順を示すシーケンス図である。 図１１は、取得処理手順を示すシーケンス図である。 図１２は、時点分析処理手順を示すシーケンス図である。 図１３は、時点分析処理手順を示すフローチャートである。 図１４は、統合分析処理手順を示すシーケンス図である。 図１５は、統合分析処理手順を示すフローチャートである。 図１６は、学習支援プログラムを実行するコンピュータを例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

［学習支援システムの構成］
図１は、本実施形態に係る学習支援システムの概要構成を例示する模式図である。図１に例示するように、学習支援システム１は、学習装置２０と学習支援装置３０とがネットワーク５０を介して接続されている。

学習装置２０は、複数の学習者の学習活動に関する状態を表す編集履歴情報、閲覧履歴情報、視線情報および脳波情報等の情報を収集する。ここで、編集履歴情報は、学習者による教材への入力状況を表す。例えば、解答の入力や削除等が含まれる。編集履歴情報には、解答に対する正答あるいは誤答等の結果も含まれる。閲覧履歴情報は、学習者による教材の表示状況を表す。例えば、教材の閲覧ページやウィンドウ上での教材画面の表示位置等が含まれる。

視線情報は、学習者の視線の状態を示す。例えば、瞬目の有無や、ウィンドウ上の視線位置等が含まれる。また、視線情報には、瞬目の頻度等から導出される集中度（以下、瞬目集中度と記す）が含まれる。脳波情報は、学習者の脳波の状態を示す。例えば、α波、β波等の強度が含まれる。また、脳波情報には、脳波のパターン等から導出される集中度（以下、脳波集中度と記す）や熟考度（以下、脳波熟考度と記す）が含まれる。

学習支援装置３０は、後述する学習支援処理を実行し、学習装置２０から取得した各種の情報を用いて、学習者の学習状況、例えば、学習者にとっての教材の難易度や理解度等の分析を行う。

［学習装置の構成］
学習装置２０は、パソコン等の汎用コンピュータで実現され、不図示の入出力装置、読取装置、通信装置、記憶部、および制御部を備える。

入出力装置は、入力部と出力部とを含む。入力部は、キーボードやマウス等の入力デバイスを用いて実現され、操作者による入力操作に対応して、制御部に対して各種指示情報を入力する。出力部は、液晶ディスプレイ等の表示装置、プリンター等の印刷装置等によって実現され、処理データ等を出力する。

読取装置は、記憶媒体の読み取りを行う。通信装置は、ＮＩＣ（Network Interface Card）等で実現され、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットなどのネットワーク５０を介した学習支援装置３０等の外部の装置と制御部との通信を制御する。

記憶部は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。なお、記憶部は、通信装置を介して制御部と通信する構成でもよい。

制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて実現され、メモリに記憶された処理プログラムを実行する。これにより、制御部は、図１に例示するように、編集履歴情報取得部２０１、閲覧履歴情報取得部２０２、視線情報取得部２０３、および脳波情報取得部２０４として機能する。なお、編集履歴情報取得部２０１、閲覧履歴情報取得部２０２、視線情報取得部２０３、および脳波情報取得部２０４は、全てが同一のハードウェア上に構成される必要はなく、それぞれあるいは一部が異なるハードウェア上に構成されてもよい。

編集履歴情報取得部２０１は、学習者による教材への入力状況を表す編集履歴情報を取得する。上述したとおり、編集履歴情報には、例えば、解答の入力や削除等が含まれる。また、編集履歴情報には、解答に対する正答あるいは誤答等の結果も含まれる。

閲覧履歴情報取得部２０２は、学習者による教材の表示状況を示す閲覧履歴情報を取得する。上述したとおり、閲覧履歴情報には、例えば、教材の閲覧ページやウィンドウ上での教材画面の表示位置等が含まれる。

視線情報取得部２０３は、学習者の視線の状態を示す視線情報を取得する。上述したとおり、視線情報には、例えば、瞬目の有無や、ウィンドウ上の視線位置等が含まれる。また、視線情報には、瞬目の頻度等から導出される瞬目集中度が含まれる。

脳波情報取得部２０４は、学習者の脳波の状態を示す脳波情報を取得する。上述したとおり、脳波情報には、例えば、α波、β波等の強度が含まれる。また、脳波情報には、脳波のパターン等から導出される脳波集中度や脳波熟考度が含まれる。

［学習支援装置の構成］
学習支援装置３０は、パソコン等の汎用コンピュータで実現され、不図示の入出力装置、読取装置、通信装置、記憶部、および制御部を備える。

入出力装置は、入力部と出力部とを含む。入力部は、キーボードやマウス等の入力デバイスを用いて実現され、操作者による入力操作に対応して、制御部に対して各種指示情報を入力する。出力部は、液晶ディスプレイ等の表示装置、プリンター等の印刷装置等によって実現され、処理データ等を出力する。

読取装置は、記憶媒体の読み取りを行う。通信装置は、ＮＩＣ等で実現され、ＬＡＮやインターネットなどのネットワーク５０を介した学習装置２０等の外部の装置と制御部との通信を制御する。

記憶部は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。なお、記憶部は、通信装置を介して制御部と通信する構成でもよい。

本実施形態において、記憶部は、編集履歴情報保管部３１１、閲覧履歴情報保管部３１２、視線情報保管部３１３、脳波情報保管部３１４、時点分析情報保管部３２１、および統合分析情報保管部３３１を含む。

編集履歴情報保管部３１１には、編集履歴情報が格納される。図２は、編集履歴情報のデータ構成を例示する図である。図２に示すように、編集履歴情報２０１１には、ユーザＩＤ、日時、編集状況、ウィンドウ開始位置、ウィンドウサイズ、および教材画面がアクティブか等の項目が含まれる。

ここで、ユーザＩＤは、学習者を識別する情報を意味する。日時は、編集履歴情報が収集された日および時刻を表す。編集状況は、学習者による解答の入力や削除等の教材への入力状況を意味する。ウィンドウ開始位置およびウィンドウサイズは、教材の画面のウィンドウ上での始点およびサイズを意味する。教材画面がアクティブかは、教材の画面を開いているかを意味し、開いている場合に「○」が登録され、閉じている場合に「×」が登録される。

図２には、例えば、ユーザＩＤが「ＩＤ００１」の学習者により、２０１６年１０月５日１０時０５分４１秒に、教材画面に○○を追加する入力が行われたことが例示されている。また、この場合にアクティブになった教材画面のウィンドウ開始位置が１００，５０であり、ウィンドウサイズが２００，１５０であったことが例示されている。

閲覧履歴情報保管部３１２には、閲覧履歴情報が格納される。図３は、閲覧履歴情報のデータ構成を例示する図である。図３に示すように、閲覧履歴情報２０２１には、ユーザＩＤ、閲覧ページ、閲覧開始日時、閲覧離脱日時、ウィンドウ開始位置、ウィンドウサイズ、および教材画面がアクティブか等の項目が含まれる。

ここで、閲覧ページは、学習者が閲覧する教材のページを意味する。閲覧開始日時および閲覧離脱日時は、学習者が閲覧を開始した日時および閲覧を止めた日時を意味する。図３には、例えば、ユーザＩＤ「ＩＤ００１」の学習者が、１ページの閲覧を２０１６年１０月５日１０時５分４１秒から１０時８分２３秒まで行ったことが例示されている。また、この場合にアクティブになった教材画面のウィンドウ開始位置が１００，５０であり、ウィンドウサイズが２００，１５０であったことが例示されている。

視線情報保管部３１３には、視線情報が格納される。図４は、視線情報のデータ構成を例示する図である。図４に示すように、視線情報２０３１には、ユーザＩＤ、日時、瞬目の有無、瞬目集中度、および視線位置等の項目が含まれる。

ここで、日時は、視線情報が収集された日および時刻を表す。瞬目の有無とは、学習者がまばたきをしたか否かを意味する。瞬目集中度は、上述のとおり、例えば瞬目の頻度により導出される学習者の教材の学習に対する集中度を表す。視線位置とは、学習者の視線のウィンドウ上の位置を意味する。

図４には、例えば、ユーザＩＤ「ＩＤ００１」の学習者について、２０１６年１０月５日１０時５分４１秒には、瞬きすることなく瞬目集中度６０で、ウィンドウ上の２００，５００の位置に視線を向けていたことが例示されている。

脳波情報保管部３１４には、脳波情報が格納される。図５は、脳波情報のデータ構成を例示する図である。図５に示すように、脳波情報２０４１には、ユーザＩＤ、日時、α波、β波、γ波、δ波、θ波、脳波集中度、および脳波熟考度等の項目が含まれる。

ここで、日時は、脳波情報が収集された日および時刻を表す。α波、β波、γ波、δ波、およびθ波は、脳波の各成分の強度を表す。脳波集中度および脳波熟考度は、上述のとおり、脳波のパターン等により導出される学習者の教材の学習にたいする集中度および熟考度を表す。図５には、例えば、ユーザＩＤ「ＩＤ００１」の学習者について、２０１６年１０月５日１０時５分４１秒には、脳波集中度８０、脳波熟考度２５であったことが例示されている。

時点分析情報保管部３２１には、時点分析情報が格納される。図６は、時点分析情報のデータ構成を例示する図である。図６に示すように、時点分析情報３２１１には、ユーザＩＤ、日時、閲覧ページ、閲覧ウィンドウ開始位置、閲覧ウィンドウサイズ、編集状況、編集ウィンドウ開始位置、編集ウィンドウサイズ、α波、β波、γ波、δ波、θ波、脳波集中度、脳波熟考度、瞬目の有無、瞬目集中度、視線位置、および時点状態等の項目が含まれる。

ここで、日時は、時点分析情報が作成された日および時刻を表す。閲覧ウィンドウ開始位置および閲覧ウィンドウサイズは、学習者が閲覧した教材のページの画面のウィンドウ開始位置およびウィンドウサイズを表す。編集ウィンドウ開始位置および編集ウィンドウサイズは、学習者が編集した教材画面のウィンドウ開始位置およびウィンドウサイズを表す。

なお、後述する学習支援処理において、閲覧履歴情報２０２１から、閲覧ページ、閲覧ウィンドウの開始位置およびウィンドウサイズが抽出される。また、編集履歴情報２０１１から、編集状況、編集ウィンドウの開始位置およびウィンドウサイズが抽出される。また、脳波情報２０４１から、α波、β波、γ波、δ波、θ波、脳波集中度および脳波熟考度が抽出される。また、視点情報２０３１から、瞬目の有無、瞬目集中度、視線位置が抽出される。

また、時点状態は、時点分析情報の時刻における学習者の教材の学習状態を表す情報であり、学習に集中していない、教材閲覧中、編集作業中、または思考中等が例示される。この時点状態は、後述する学習支援処理において導出される。

統合分析情報保管部３３１には、統合分析情報が格納される。図７は、統合分析情報のデータ構成を例示する図である。図７に示すように、統合分析情報３３１１には、ユーザＩＤ、閲覧ページ、日時（始点）、日時（終点）、および学習状況等の項目が含まれる。

ここで、日時（始点）および日時（終点）は、後述する学習支援処理における統合分析情報の対象の期間の始点および終点を表す。また、学習状況は、統合分析情報の対象の期間における学習者の教材の学習状況を表す情報であり、学習に集中していない、標準的な理解をしている、学習内容が簡単すぎる、学習内容が難しすぎる、または、部分的に理解できていない箇所がある等が例示される。この学習状態は、後述する学習支援処理において導出される。

制御部は、ＣＰＵ等を用いて実現され、メモリに記憶された処理プログラムを実行する。これにより、制御部は、図１に例示するように、取得部３００、時点分析部３２０、統合分析部３３０、および統合分析結果提供部３４０として機能する。

取得部３００は、学習装置２０から、編集履歴情報と閲覧履歴情報と視線情報と脳波情報とを取得する。本実施形態において、取得部３００は、編集履歴情報取得部３０１、閲覧履歴情報取得部３０２、視線情報取得部３０３および脳波情報取得部３０４を含む。

編集履歴情報取得部３０１は、学習装置２０の編集履歴情報取得部２０１から編集履歴情報を取得して、編集履歴情報２０１１として編集履歴情報保管部３１１に格納する。閲覧履歴情報取得部３０２は、学習装置２０の閲覧履歴情報取得部２０２から閲覧履歴情報を取得して、閲覧履歴情報２０２１として閲覧履歴情報保管部３１２に格納する。視線情報取得部３０３は、学習装置２０の視線情報取得部２０３から視線情報を取得して、視線情報２０３１として視線情報保管部３１３に格納する。脳波情報取得部３０４は、学習装置２０の脳波情報取得部２０４から脳波情報を取得して、脳波情報２０４１として脳波情報保管部３１４に格納する。

時点分析部３２０は、同一の学習者の同一の時刻における編集履歴情報２０１１と閲覧履歴情報２０２１と視線情報２０３１と脳波情報２０４１とを用いて、当該時刻における当該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報３２１１として出力する。

具体的に、時点分析部３２０は、視線情報２０３１に含まれる瞬目集中度と脳波情報２０４１に含まれる脳波集中度とを用いて教材の学習に集中しているか否かを判定する。また、時点分析部３２０は、視線情報２０３１に含まれる視線位置と閲覧履歴情報２０２１とを用いて教材を閲覧中か否かを判定する。また、時点分析部３２０は、視線位置と編集履歴情報２０１１とを用いて教材に対する解答の入力の編集中か否かを判定する。これにより、時点分析部３２０は、当該時刻における学習者の教材の学習状態を分析する。

すなわち、時点分析部３２０は、まず、瞬目集中度と脳波集中度とがともに予め設定された所定の閾値より低い場合に、学習に集中していないと判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する。

なお、上記の閾値は、視線情報２０３１および脳波情報２０４１の当該学習者についての全ての時刻のデータを用いて、統計的に個人差に対応して補正した値を用いるとよい。

一方、瞬目集中度、脳波集中度の少なくともいずれか一方が所定の閾値以上である場合には、学習に集中しているとみなされる。その場合に、時点分析部３２０は、この教材画面がアクティブである場合に（閲覧履歴情報２０２１参照）、視線位置がこの教材画面が表示されているディスプレイ内にあれば、教材閲覧中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する。また、時点分析部３２０は、この教材画面がアクティブでない場合に、編集状況（編集履歴情報２０１１参照）に変化があれば、教材に対する解答の入力の編集作業中と判定し、時点情報として記録する。また、編集状況に変化がなく編集画面がアクティブである場合には、視線位置がディスプレイ内にあれば、編集作業中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する。

上記以外の場合、すなわち編集状況に変化がなく編集画面がアクティブではない場合、あるいは編集画面がアクティブであっても視線位置がディスプレイ内にない場合に、時点分析部３２０は、視線位置が編集画面、教材画面のいずれにあるかを判定する。すなわち、時点分析部３２０は、編集画面および教材画面のウィンドウ開始位置およびウィンドウサイズ（編集履歴情報２０１１および閲覧履歴情報２０２１参照）を用いて、ディスプレイ内での編集画面および教材画面の配置を算出する。そして、時点分析部３２０は、視線位置が教材画面内にあれば、教材閲覧中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する。また、時点分析部３２０は、視線位置が編集画面内にあれば、編集作業中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する。また、時点分析部３２０は、視線位置が教材画面、編集画面のいずれの範囲内にもない場合には、思考中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する。

なお、時点分析部３２０は、上記の処理を学習者の学習時に逐次実行してもよいし、学習の終了後に実行してもよい。また、時点分析部３２０は、編集履歴情報２０１１、閲覧履歴情報２０２１、視線情報２０３１、および脳波情報２０４１の各情報を、記憶部から読み取って用いてもよいし、取得部３００が取得した各情報を直接用いてもよい。

統合分析部３３０は、同一の学習者の同一の教材についての時点分析情報３２１１を用いて、当該学習者の当該教材の学習状況を分析して統合分析情報３３１１として出力する。

具体的に、まず、統合分析部３３０は、時点分析情報３２１１を用いて算出した、学習者の解答に要した時間の全学習者の平均値との差と、該学習者の教材を閲覧した時間の全学習者の平均値との差と、脳波情報２０４１に含まれる脳波熟考度とを用いて、該教材の該学習者にとっての難易度を判定する。

すなわち、統合分析部３３０は、まず、同一の学習者の同一の教材についての時点分析情報３２１１の時点状態を参照し、学習に集中していないと記録されている期間を算出する。この期間が予め設定された所定の閾値より長い場合に、統合分析部３３０は、この教材について、学習に集中していないと判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する。なお、本実施形態において、教材とは、閲覧ページごとに１つずつ提示される課題を意味する。

上記の期間が所定の閾値以下の場合に、統合分析部３３０は、全学習者の時点分析情報３２１１を用いて、各学習者の当該教材に対する解答に要した時間（以下、解答所要時間と記す）の平均値（以下、全学習者平均解答所要時間と記す）を算出する。例えば、各学習者の解答所要時間は、各学習者の閲覧ページごとに時点分析情報３２１１を集約し、当該閲覧ページについて学習中の期間に相当するものとして算出する。

また、統合分析部３３０は、全学習者の時点分析情報３２１１を用いて、各学習者の当該教材を閲覧した時間（以下、教材閲覧時間と記す）の平均値（以下、全学習者平均教材閲覧時間と記す）を算出する。例えば、各学習者の教材閲覧時間は、各学習者の閲覧ページごとに時点分析情報３２１１を集約し、教材閲覧中の期間に相当するものとして算出する。

また、統合分析部３３０は、当該学習者の閲覧ページごとに時点分析情報３２１１を集約し、脳波情報２０４１に由来する時点分析情報３２１１の脳波熟考度を参照する。そして、統合分析部３３０は、脳波熟考度と全学習者平均解答所要時間と全学習者平均教材閲覧時間とを用いて、当該学習者にとって当該閲覧ページの課題が簡単すぎるか否かを判定する。すなわち、統合分析部３３０は、ａ、ｂ、ｃを定数、また閾値を予め設定された所定値として、次式（１）を満たす場合に、当該閲覧ページの課題が当該学習者にとって簡単すぎると判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する。

ここで、全学習者平均解答所要時間−当該学習者の解答所要時間とは、当該学習者の解答所要時間が全学習者平均解答所要時間よりどれだけ短いかを意味する。また、全学習者平均教材閲覧時間−当該学習者の教材閲覧時間とは、当該学習者の教材閲覧時間が全学習者平均教材閲覧時間よりどれだけ短いかを意味する。

また、統合分析部３３０は、ｄ、ｅ、ｆを定数、また、閾値を予め設定された所定値として、次式（２）を満たす場合に、当該閲覧ページの課題が当該学習者にとって難しすぎると判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する。

ここで、当該学習者の解答所要時間−全学習者平均解答所要時間とは、当該学習者の解答所要時間が全学習者平均解答所要時間よりどれだけ長いかを意味する。また、当該学習者の教材閲覧時間−全学習者平均教材閲覧時間とは、当該学習者の教材閲覧時間が全学習者平均教材閲覧時間よりどれだけ長いかを意味する。

また、統合分析部３３０は、閲覧履歴情報２０２１を用いて算出した、ページを遡った閲覧の発生率（以下、ページ戻り確率と記す）と、編集履歴情報２０１１を用いて算出した誤答の発生率と入力に対する削除の発生率とを用いて、部分的に理解できない箇所があるか否かを判定する。

すなわち、統合分析部３３０は、ｇ、ｈ、ｉを定数、また、閾値を予め設定された所定値として、次式（３）を満たす場合に、当該閲覧ページの課題が当該学習者にとって部分的に理解できていない箇所があると判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する。

また、上記式（３）を満たさない場合に、統合分析部３３０は、当該学習者が当該閲覧ページの課題に対して標準的な理解をしていると判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する。

なお、上記式（３）において、統合分析部３３０は、１の閾値を用いて「部分的に理解できていない箇所がある」と「標準的な理解をしている」との２つの学習状況を判定しているが、これに限定されない。例えば、統合分析部３３０は、２以上のｎについて、ｎ個の閾値を用いて（ｎ＋１）種の学習状況を判定してもよい。

また、統合分析部３３０は、上記の処理を学習者の学習時に所定の間隔で実行してもよいし、学習の終了後に実行してもよい。

統合分析結果提供部３４０は、統合分析結果を出力する。例えば、学習者や教師等により統合分析結果の提供を要求する操作入力があった場合に、統合分析結果提供部３４０は、統合分析情報保管部３３１から対応する統合分析情報３３１１を読み出して、入出力装置に出力する。

［学習支援処理］
次に、図８〜図１５を参照して、本実施形態に係る学習支援装置３０による学習支援処理について説明する。学習支援処理は、取得処理、時点分析処理および統合分析処理を含む。

図８〜図１１は、取得処理手順を示すシーケンス図である。まず、図８に例示するように、取得部３００の編集履歴情報取得部３０１は、学習装置２０の編集履歴情報取得部２０１から編集履歴情報を取得して、編集履歴情報２０１１として編集履歴情報保管部３１１に格納する。

また、図９に例示するように、取得部３００の閲覧履歴情報取得部３０２は、学習装置２０の閲覧履歴情報取得部２０２から閲覧履歴情報を取得して、閲覧履歴情報２０２１として、閲覧履歴情報保管部３１２に格納する。

また、図１０に例示するように、取得部３００の視線情報取得部３０３は、学習装置２０の視線情報取得部２０３から視線情報を取得して、視線情報２０３１として視線情報保管部３１３に格納する。

また、図１１に例示するように、取得部３００の脳波情報取得部３０４は、学習装置２０の脳波情報取得部２０４から脳波情報を取得して、脳波情報２０４１として脳波情報保管部３１４に格納する。

次に、図１２および図１３を参照して、時点分析処理手順について説明する。図１２は、時点分析処理手順を示すシーケンス図である。図１２のシーケンス図は、例えば、処理の開始を指示する操作入力があったタイミングで開始される。

時点分析部３２０は、編集履歴情報２０１１、閲覧履歴情報２０２１、視線情報２０３１および脳波情報２０４１を、それぞれ記憶部の編集履歴情報保管部３１１、閲覧履歴情報保管部３１２、視線情報保管部３１３、および脳波情報保管部３１４から読み込む。また、時点分析部３２０は、編集履歴情報２０１１、閲覧履歴情報２０２１、視線情報２０３１および脳波情報２０４１を用いて時点分析処理（ステップＳ３２０）を実行し、分析結果を時点分析情報３２１１として時点分析情報保管部３２１に格納する。これにより、一連の時点分析処理が終了する。

図１３は、ステップＳ３２０の時点分析処理手順を示すフローチャートである。図１３に例示するように、時点分析部３２０は、まず、瞬目集中度と脳波集中度とがともに予め設定された所定の閾値より低い場合に（ステップＳ３２０２、Ｙｅｓ）、学習に集中していないと判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する（ステップＳ３２９１）。

一方、瞬目集中度、脳波集中度の少なくともいずれか一方が所定の閾値以上である場合に（ステップＳ３２０２、Ｎｏ）、時点分析部３２０は、この教材画面がアクティブであるか否かを判定する（ステップＳ３２０３）。教材画面がアクティブである場合に（ステップＳ３２０３、Ｙｅｓ）、時点分析部３２０は、視線位置がこの教材画面が表示されているディスプレイ内にあるか否かを判定する（ステップＳ３２０５）。視線位置がディスプレイ内にあれば（ステップＳ３２０５、Ｙｅｓ）、時点分析部３２０は、教材閲覧中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する（ステップＳ３２９２）。また、時点分析部３２０は、この教材画面がアクティブでない場合に（ステップＳ３２０３、Ｎｏ）、編集状況に変化があるか否かを判定する（ステップＳ３２０４）。編集状況に変化があれば（ステップＳ３２０４、Ｙｅｓ）、時点分析部３２０は、教材に対する解答の入力の編集作業中と判定し、時点情報として記録する（ステップＳ３２９３）。また、編集状況に変化がなければ（ステップＳ３２０４、Ｎｏ）、時点分析部３２０は、編集画面がアクティブか否かを確認する（ステップＳ３２０６）。編集画面がアクティブである場合には（ステップＳ３２０６、Ｙｅｓ）、時点分析部３２０は、視線位置がディスプレイ内にあるか否かを判定する（ステップＳ３２０７）。ディスプレイ内にあれば（ステップＳ３２０７、Ｙｅｓ）、編集作業中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する（ステップＳ３２９３）。

上記以外の場合、すなわち教材画面がアクティブであっても視線位置がディスプレイ内にない場合に（ステップＳ３２０５、Ｎｏ）、編集状況に変化がなく編集画面がアクティブではない場合（ステップＳ３２０６、Ｎｏ）、あるいは編集画面がアクティブであっても視線位置がディスプレイ内にない場合に（ステップＳ３２０７、Ｎｏ）、時点分析部３２０は、視線位置が編集画面、教材画面のいずれにあるかを判定する。すなわち、時点分析部３２０は、編集画面および教材画面のウィンドウ開始位置およびウィンドウサイズを用いて、ディスプレイ内での編集画面および教材画面の配置を算出する（ステップＳ３２０８）。そして、時点分析部３２０は、視線位置が教材画面内にあれば（ステップＳ３２０９、Ｙｅｓ）、教材閲覧中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する（ステップＳ３２９２）。また、時点分析部３２０は、視線位置が編集画面内にあれば（ステップＳ３２０９、Ｎｏ→ステップＳ３２１０、Ｙｅｓ）、編集作業中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する（ステップＳ３２９３）。また、時点分析部３２０は、視線位置が教材画面、編集画面のいずれの範囲内にもない場合には（ステップＳ３２１０、Ｎｏ）、思考中と判定し、時点状態として時点分析情報３２１１に記録する（ステップＳ３２９４）。これにより、ステップＳ３２０の時点分析処理が終了する。

次に、図１４および図１５を参照して、統合分析処理手順について説明する。図１４は、統合分析処理手順を示すシーケンス図である。図１４のシーケンス図は、例えば、処理の開始を指示する操作入力があったタイミングで開始される。

統合分析部３３０は、時点分析情報保管部３２１から処理対象の期間の時点分析情報３２１１を読み込んで、この時点分析情報３２１１を用いて統合分析処理（ステップＳ３３０）を実行し、分析結果を統合分析情報３３１１として統合分析情報保管部３３１に格納する。これにより、一連の時点分析処理が終了する。

なお、統合分析結果提供部３４０は、学習者や教師等による統合分析結果の提供の要求を受け付けた場合に、統合分析情報保管部３３１から対応する統合分析情報３３１１を読み出して、要求元に提示する。

図１５は、ステップＳ３３０の統合分析処理手順を示すフローチャートである。図１５に例示するように、統合分析部３３０は、まず、各学習者の各課題の時点分析情報３２１１の時点状態を参照して算出した、学習に集中していないと記録されている期間が、予め設定された所定の閾値より長いか否かを判定する（ステップＳ３３０２）。学習に集中していない時間が所定の閾値より長い場合に（ステップＳ３３０２、Ｙｅｓ）、統合分析部３３０は、学習に集中していない状態と判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する（ステップＳ３３９１）。

一方、学習に集中していない時間が所定の閾値以下である場合に（ステップＳ３３０２、Ｎｏ）、統合分析部３３０は、上記式（１）を用いて、課題が簡単すぎるか否かを判定する（ステップＳ３３０３）。上記式（１）を満たす場合に（ステップＳ３３０３、Ｙｅｓ）、統合分析部３３０は、学習内容が簡単すぎる状態と判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する（ステップＳ３３９２）。

一方、上記式（１）を満たさない場合に（ステップＳ３３０３、Ｎｏ）、統合分析部３３０は、上記式（２）を用いて、課題が難しすぎるか否かを判定する（ステップＳ３３０４）。上記式（２）を満たす場合に（ステップＳ３３０４、Ｙｅｓ）、統合分析部３３０は、学習内容が難しすぎて理解できていない状態と判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する（ステップＳ３３９３）。

一方、上記式（２）を満たさない場合に（ステップＳ３３０４、Ｎｏ）、統合分析部３３０は、上記式（３）を用いて、部分的に理解できない箇所があるか否かを判定する（ステップＳ３３０５）。上記式（３）を満たす場合に（ステップＳ３３０５、Ｙｅｓ）、統合分析部３３０は、部分的に理解できていない箇所がある状態と判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する（ステップＳ３３９４）。

一方、上記式（３）を満たさない場合に（ステップＳ３３０５、Ｎｏ）、統合分析部３３０は、標準的な理解をしている状態と判定し、学習状況として統合分析情報３３１１に記録する（ステップＳ３３９５）。これにより、ステップＳ３３０の統合分析処理が終了する。

以上、説明したように、本実施形態の学習装置２０において、編集履歴情報取得部２０１が、学習者による教材への入力状況を示す編集履歴情報を取得し、閲覧履歴情報取得部２０２が、学習者による教材の表示状況を示す閲覧履歴情報を取得し、視線情報取得部２０３が、学習者の視線の状態を示す視線情報を取得し、脳波情報取得部２０４が、学習者の脳波の状態を示す脳波情報を取得する。

また、学習支援装置３０において、取得部３００が、学習装置２０から、編集履歴情報と閲覧履歴情報と視線情報と脳波情報とを取得し、時点分析部３２０が、同一の学習者の同一の時刻における編集履歴情報と閲覧履歴情報と視線情報と脳波情報とを用いて、該時刻における該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報として出力し、統合分析部３３０が、同一の学習者の同一の教材についての時点分析情報を用いて、該学習者の該教材の学習状況を分析して統合分析情報として出力する。

これにより、本実施形態の学習支援システム１は、学習装置２０が取得した学習者に関する情報を統合して分析するので、学習者の学習状況を正確に把握することができる。

なお、時点分析情報３２１１にユーザＩＤ、日時、および時点状態のみを含めるようにしてもよい。その場合、統合分析部３３０は、編集履歴情報保管部３１１に格納されている編集履歴情報２０１１、閲覧履歴情報法保管部３１２に格納されている閲覧履歴情報２０２１、視線情報保管部３１３に格納されている視線情報２０３１および脳波情報保管部３１４に格納されている脳波情報２０４１を参照することにより、統合分析処理を行うことができる。

［プログラム］
上記実施形態に係る学習支援システム１の学習装置２０および学習支援装置３０が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。一実施形態として、学習支援装置３０は、パッケージソフトウェアやオンラインソフトウェアとして上記の学習支援処理を実行する学習支援プログラムを所望のコンピュータにインストールさせることによって実装できる。例えば、上記の学習支援プログラムを情報処理装置に実行させることにより、情報処理装置を学習支援装置３０として機能させることができる。ここで言う情報処理装置には、デスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータが含まれる。また、その他にも、情報処理装置にはスマートフォン、携帯電話機やＰＨＳ（Personal Handyphone System）などの移動体通信端末、さらには、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などのスレート端末などがその範疇に含まれる。また、ユーザが使用する端末装置をクライアントとし、当該クライアントに上記の学習支援処理に関するサービスを提供するサーバ装置として実装することもできる。例えば、学習支援装置３０は、学習装置２０の各種情報を入力とし、統合分析結果を出力する学習支援処理サービスを提供するサーバ装置として実装される。この場合、学習支援装置３０は、Ｗｅｂサーバとして実装することとしてもよいし、アウトソーシングによって上記の学習支援処理に関するサービスを提供するクラウドとして実装することとしてもかまわない。以下に、学習装置２０および学習支援装置３０と同様の機能を実現する学習支援プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。

図１６に示すように、学習支援プログラムを実行するコンピュータ１０００は、例えば、メモリ１０１０と、ＣＰＵ１０２０と、ハードディスクドライブインタフェース１０３０と、ディスクドライブインタフェース１０４０と、シリアルポートインタフェース１０５０と、ビデオアダプタ１０６０と、ネットワークインタフェース１０７０とを有する。これらの各部は、バス１０８０によって接続される。

メモリ１０１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１１およびＲＡＭ１０１２を含む。ＲＯＭ１０１１は、例えば、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース１０３０は、ハードディスクドライブ１０３１に接続される。ディスクドライブインタフェース１０４０は、ディスクドライブ１０４１に接続される。ディスクドライブ１０４１には、例えば、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が挿入される。シリアルポートインタフェース１０５０には、例えば、マウス１０５１およびキーボード１０５２が接続される。ビデオアダプタ１０６０には、例えば、ディスプレイ１０６１が接続される。

ここで、図１６に示すように、ハードディスクドライブ１０３１は、例えば、ＯＳ１０９１、アプリケーションプログラム１０９２、プログラムモジュール１０９３およびプログラムデータ１０９４を記憶する。上記実施形態で説明した各テーブルは、例えばハードディスクドライブ１０３１やメモリ１０１０に記憶される。

また、学習支援プログラムは、例えば、コンピュータ１０００によって実行される指令が記述されたプログラムモジュール１０９３として、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される。具体的には、上記実施形態で説明した学習装置２０および学習支援装置３０が実行する各処理が記述されたプログラムモジュール１０９３が、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される。

また、学習支援プログラムによる情報処理に用いられるデータは、プログラムデータ１０９４として、例えば、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される。そして、ＣＰＵ１０２０が、ハードディスクドライブ１０３１に記憶されたプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４を必要に応じてＲＡＭ１０１２に読み出して、上述した各手順を実行する。

なお、学習支援プログラムに係るプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される場合に限られず、例えば、着脱可能な記憶媒体に記憶されて、ディスクドライブ１０４１等を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。あるいは、学習支援プログラムに係るプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ＬＡＮやＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークを介して接続された他のコンピュータに記憶され、ネットワークインタフェース１０７０を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 学習支援システム
２０ 学習装置
２０１ 編集履歴情報取得部
２０２ 閲覧履歴情報取得部
２０３ 視線情報取得部
２０４ 脳波情報取得部
３０ 学習支援装置
３１１ 編集履歴情報保管部
３１２ 閲覧履歴情報保管部
３１３ 視線情報保管部
３１４ 脳波情報保管部
３２１ 時点分析情報保管部
３３１ 統合分析情報保管部
３００ 取得部
３０１ 編集履歴情報取得部
３０２ 閲覧履歴情報取得部
３０３ 視線情報取得部
３０４ 脳波情報取得部
３２０ 時点分析部
３３０ 統合分析部
３４０ 統合分析結果提供部

Claims (5)

1. 学習装置と学習支援装置とを有する学習支援システムであって、
   前記学習装置は、
   学習者による教材への入力状況を示す編集履歴情報を取得する編集履歴情報取得部と、
   学習者による教材の表示状況を示す閲覧履歴情報を取得する閲覧履歴情報取得部と、
   学習者の視線の状態を示す視線情報を取得する視線情報取得部と、
   学習者の脳波の状態を示す脳波情報を取得する脳波情報取得部と、を備え、
   前記学習支援装置は、
   前記学習装置から、前記編集履歴情報と前記閲覧履歴情報と前記視線情報と前記脳波情報とを取得する取得部と、
   同一の学習者の同一の時刻における前記編集履歴情報と前記閲覧履歴情報と前記視線情報と前記脳波情報とを用いて、該時刻における該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報として出力する時点分析部と、
   同一の学習者の同一の教材についての前記時点分析情報を用いて、該学習者の該教材の学習状況を分析して統合分析情報として出力する統合分析部と、を備える
   ことを特徴とする学習支援システム。
2. 前記時点分析部は、前記視線情報に含まれる集中度と前記脳波情報に含まれる集中度とを用いて前記教材の学習に集中しているか否かを判定し、前記視線情報に含まれる視線位置と前記閲覧履歴情報とを用いて前記教材を閲覧中か否かを判定し、前記視線位置と前記編集履歴情報とを用いて教材に対する解答の入力の編集中か否かを判定することにより、前記学習状態を分析することを特徴とする請求項１に記載の学習支援システム。
3. 前記統合分析部は、前記時点分析情報を用いて算出した、前記学習者の解答に要した時間の全学習者の平均値との差と、該学習者の教材を閲覧した時間の全学習者の平均値との差と、前記脳波情報に含まれる熟考度とを用いて、該教材の該学習者にとっての難易度を判定し、前記閲覧履歴情報を用いて算出したページを遡った閲覧の発生率と、前記編集履歴情報を用いて算出した誤答の発生率と入力に対する削除の発生率とを用いて、部分的に理解できない箇所があるか否かを判定することにより、前記学習状況を分析することを特徴とする請求項１または２に記載の学習支援システム。
4. 学習者による教材への入力状況を示す編集履歴情報と、学習者による教材の表示状況を示す閲覧履歴情報と、学習者の視線の状態を示す視線情報と、学習者の脳波の状態を示す脳波情報とを取得する取得部と、
   同一の学習者の同一の時刻における前記編集履歴情報と前記閲覧履歴情報と前記視線情報と前記脳波情報とを用いて、該時刻における該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報として出力する時点分析部と、
   同一の学習者の同一の教材についての前記時点分析情報を用いて、該学習者の該教材の学習状況を分析して統合分析情報として出力する統合分析部と、
   を備えることを特徴とする学習支援装置。
5. 学習支援装置で実行される学習支援方法であって、
   学習者による教材への入力状況を示す編集履歴情報と、学習者による教材の表示状況を示す閲覧履歴情報と、学習者の視線の状態を示す視線情報と、学習者の脳波の状態を示す脳波情報とを取得する取得工程と、
   同一の学習者の同一の時刻における前記編集履歴情報と前記閲覧履歴情報と前記視線情報と前記脳波情報とを用いて、該時刻における該学習者の教材の学習状態を分析して時点分析情報として出力する時点分析工程と、
   同一の学習者の同一の教材についての前記時点分析情報を用いて、該学習者の該教材の学習状況を分析して統合分析情報として出力する統合分析工程と、
   を含んだことを特徴とする学習支援方法。

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