JP2856406B2 - 学習支援計算機システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 CAI（Computer Assisted Instruction）や,CAL（Comp
uter Assisted Learning）と呼ばれる計算機を利用して
教育および学習の手助けを行う学習支援計算機システム
に関し， 各学習者に応じた学習手順を自動的に組み立て，学習
者の学習状況に応じて，学習者にとって最も学習効果の
大きい学習を実施できるようにすることを目的とし， 各学習項目に対する学習者の習熟度を数値化した学習
状況を記憶する学習者像記憶部と，学習条件を記憶する
学習条件記憶部と，学習目標を記憶する学習目標記憶部
と，学習者の状況が学習条件を満足する指導項目のう
ち，効果的な習熟度を得られる指導項目を選択する診断
処理部と，選択された指導項目を実施し，学習者の回答
を入力する学習処理部と，学習結果を評価し，学習目標
記憶部が記憶する学習目標に基づいて，学習者像記憶部
が記憶する内容を更新する評価処理部とを備えるように
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は,CAIやCALと呼ばれる計算機を利用して教育
および学習の手助けを行う学習支援計算機システムに関
する。

計算機の応用分野が，近年ますます広がりつつある
が，その中で,CAIやCALと呼ばれるシステムが実用化さ
れ，著しい普及をみせている。このような計算機を利用
した学習では，学習者の知識，経験，理解力に個人差が
あるため，各学習者によって適切な学習を実施できるよ
うな学習手段の選択に関する柔軟化が望まれる。

〔従来の技術〕

第５図は従来方式の例を示す。

学習支援計算機システムが，学習者にとって適切な学
習手段を選択する場合には，いくつかの学習者の応答を
想定しておき，それぞれの応答に対応する次の学習手段
を，あらかじめ決めておく方式が，一般的に用いられて
いる。

第５図（イ）は，その方式の例を示している。学習手
段は，解説・問題・回答（応答）の組み合わせであり，
その学習結果を評価して，次の学習手段の選択を行う。
しかし，この方式では，学習が進むにつれて，学習手段
の枝分かれの数が膨大なものとなり，最適な学習手順を
組み立てるためには，システムが用意すべき情報量が大
きくなるという欠点がある。

その欠点をいくらかでも改良するため，例えば第５図
（ロ）に示すような学習手段の選択を行うシステムも考
えられている。このシステムでは，いくつかの学習手段
の集合を，それぞれフレームF1,F2,…として管理し，前
のフレームF1の学習結果に対する評価が，ある基準以上
になった場合に，次のフレームF2の学習に移るように
し，情報量の発散を少なくしている。例えば，教科書な
どの第１章の学習内容がフレームF1,第２章の学習内容
がフレームF2に対応づけられているとした場合に，第１
章の学習内容をほぼ完全に習得してから，次の第２章の
学習に移ることになる。

しかしながら，第５図（ロ）に示す方式では，フレー
ムの流れが固定化されており，各学習者に適した学習手
順の組み立てが困難であるとともに，例えば一度学習し
た内容を忘却したため，あるフレームだけを再履修する
というようなケースの対応に無理があるという問題があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

学習者の知識・経験・理解力には個人差があるため，
できるだけ短時間で必要な学習能力を習得できる最適な
学習手順の組み立ては，個々の学習者ごとに異なること
になる。

本発明は上記問題点の解決を図り，各学習者に適した
学習手順を自動的に組み立て，学習者の学習状況に応じ
て，学習者にとって最も学習効果の大きい学習を実施で
きるようにすることを目的としている。また，教材の導
入・教材の変更を容易にするとともに，情報量を発散さ
せることなく，学習者に対する木目細かな対応を可能と
する手段を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

第１図（イ）において,10は中央処理装置（CPU）およ
びメモリ等からなる計算機,11はディスプレイ,12はキー
ボードやマウス等の入力装置,13は総合的な診断を行い
指導項目を選択する診断処理部,14はディスプレイ11お
よび入力装置12を介して学習者と接し指導項目を実施す
る学習処理部,15は学習結果を評価する評価処理部,16は
主記憶装置や外部記憶装置等の記憶装置,17は学習内容
に関する情報を記憶する学習情報記憶部,18は学習者の
学習の習熟状況を記憶する学習者像記憶部,19は学習条
件を記憶する学習条件記憶部,20は学習目標を記憶する
学習目標記憶部を表す。

本発明では，解説・問題・回答（応答）の組み合わせ
からなる学習手段を，互いに独立した小集団に分類し，
それを指導項目として管理する。一方，各学習項目に対
する学習者の習熟状況を数値化して，それを学習者像と
して管理し，その情報を学習者像記憶部18に記憶する。

学習者像を診断し，適切な指導項目を選択するための
情報として，あらかじめ学習条件記憶部19と学習目標記
憶部20とに，それぞれ学習条件と学習目標とを用意す
る。

学習条件は，各指導項目を実施するのに必要な学習項
目ごとの習熟度の集合からなる情報である。すなわち，
学習条件は，新しい指導項目を受けるにあたって，学習
者が習得していなければならない前提知識に関する条件
を示すものである。学習目標は，各指導項目によって学
習者が到達できる学習項目ごとの習熟度の集合からなる
情報である。

学習内容，学習条件，学習目標が，それぞれ学習情報
記憶部17,学習条件記憶部19,学習目標記憶部20に設定さ
れた状態で，学習が開始され，学習が進むに従い，学習
者像記憶部18の学習者像の内容が更新されていくように
なっている。

診断処理部13は，学習者像記憶部18が記憶する学習者
の状況が，学習条件記憶部19に記憶されている学習条件
を満足する指導項目のうち，学習目標記憶部20に記憶さ
れている学習目標に基づいて最も効果的な習熟度を得ら
れる指導項目を選択する処理を行う。

学習処理部14は，マンマシンインタフェースを持ち，
診断処理部13によって選択された指導項目を実施して，
指導項目を構成する学習手段による解説・出題を行い，
学習者の回答を入力する処理などを行う。

評価処理部15は，学習者が入力した回答による学習結
果を評価し，学習目標記憶部20が記憶する学習目標に基
づいて，その目標への到達度に応じた習熟度を決定し，
学習者像記憶部18が記憶する内容を更新する処理を行
う。

〔作用〕

本発明は，総合的な診断処理に重点を置き,1つの応答
から直接結論を出すのではなく，過去の応答を考慮した
学習者の習熟状況を学習者像として把握し，学習者像か
ら学習手段のグループを選択するようになっている。

学習手段をグループ化した指導項目ごとに，指導項目
を受けるのに必要な基礎知識としての学習条件と，指導
項目を受けることによって得られる理解度に関する学習
目標とを決めておくことにより，個々の指導項目を独立
に扱い，学習状況に応じて，最適な指導項目をダイナミ
ックに選択することができるようになっている。

第１図（ロ）は，第１図（イ）図示のシステムの動作
概要を示している。

（ａ） 診断処理部13は，学習者像記憶部18に記憶して
いる学習者像Ｓと，学習条件記憶部19および学習目標記
憶部20の記憶内容とから，実施可能で実施価値のある指
導項目を選択する。

（ｂ） 学習処理部14は，診断処理部13によって選択さ
れた指導項目を実施する。

（ｃ） 評価処理部15は，学習者の応答によって学習結
果を評価し，正答率などに応じて，学習者像Ｓを更新す
る。

学習者像Ｓが，最終目標に到達するまで，または所定
の学習時間が経過するまで，上記処理（ａ）〜（ｃ）を
繰り返す。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例に係る学習項目と指導項目
との関係を説明する図，第３図は本発明の一実施例で扱
うデータ構造の例，第４図は本発明の一実施例に係る制
御の例を示す。

第１図（イ）に示す診断処理部13が総合的な診断によ
り選択する指導項目は，例えば第２図（イ）に示すよう
ないくつかの関連する学習手段の集まりである。学習手
段は，解説・問題・回答の組み合わせからなる。各指導
項目は互いに独立しており，実施すべき指導項目の選択
は，学習者像と学習条件と学習目標とに基づいて行われ
る。

本実施例における学習項目と指導項目との関係は，第
２図（ロ）に示すようになっている。学習項目は，全体
の学習内容を細分化したもので，それぞれが習得すべき
知識の単位などに相当するものである。

指導項目i1,i2,…は，上述のように学習手段の集合で
ある。１つの指導項目の実施によって，該当するいくつ
かの学習項目の習熟度が向上することになる。従って，
この関係を示すデータ表現として，二次元配列などのマ
トリックス表現によるデータ構造を用いる。

第３図は，本発明で扱う学習内容，学習者像，学習条
件，学習目標の具体的なデータ構造の例を示している。

この例は，「プログラミング入門」の講座の例であ
り，「入出力」，「変数」，「文字データ」，…といっ
た個々の学習内容が，学習項目になっている。

学習者像記憶部18に記憶される学習者像は，各学習者
ごとに存在し，学習者像の構成は，学習項目ごとの習熟
度を要素とするベルトルになっている。学習条件・学習
目標は，学習項目と指導項目との関係を示すマトリック
スとして表現してあり，その内容は，習熟度を数値化し
たものである。

この例における学習条件は，次のような意味を持って
いる。指導項目i1は，「入出力」の学習項目１の習熟度
（理解度）が２以上で，「変数」の学習項目２の習熟度
が３以上の者を対象とした学習である。指導項目i2は，
学習項目１が４以上，学習項目２が５以上，学習項目４
が２以上，…の習熟度を持つ学習者を対象とした学習で
ある。他の指導項目についても同様に，必要な学習項目
に対応する習熟度が受講の条件とされる。

この例における学習目標は，次のような意味を持つ。
指導項目のi1の学習を行うことにより，学習者の習熟度
は，学習項目１について最大で4,学習項目２について最
大で６になり得る。指導項目i2の学習を行うことによ
り，学習者の習熟度は，学習項目４について最大で8,学
習項目６および学習項目７について，それぞれ最大で４
になり得る。他の指導項目も同様である。

学習者像を見ると，現在の学習者の学習状況は，学習
項目１の習熟度が6,学習項目２の習熟度が10,学習項目
３の習熟度が2,…となっていることがわかる。この学習
者像は，学習が進むに従い，その内容が更新されてい
く。

本発明による制御の例を説明するために，第３図に示
すようなデータを持つ状態から，学習を進める場合につ
いて，第４図に従って説明する。

第４図に示す診断A1では，学習者像と学習条件・学習
目標を照らし合わせて,1つの指導項目を決定する。ここ
では，次の２つの判断基準を採用している。

すべての学習項目について，学習条件の習熟度が，
学習者像より大きくなりような指導項目を，実施可能な
指導項目とする。

すべての学習項目について，学習目標の習熟度が，
学習者像より小さくないような指導項目を実施する価値
のある指導項目とする。

現在，第３図に示すデータの状況であったとすると，
判断基準により，実施可能な指導項目として，指導項
目i1,i2が選択され，判断基準により，実施する価値
のある指導項目として，指導項目i2,i3,i4,i5が選択さ
れることになる。

そこで判断A1では，この両方に現れる指導項目i2を診
断結果として選択する。

学習B1では，診断結果の指導項目i2に従って，学習者
に学習をさせる。

指導項目i2による学習が終了したならば，評価C1で
は，学習者の応答による学習結果を評価し，学習者像の
習熟度を更新する。学習目標を参照すると，指導項目i2
の実施によって，理想的には学習項目４の習熟度が8,学
習項目６および学習項目７の習熟度が４になるが，この
例では，誤答などを考慮し，学習項目の値が＋２の6,学
習項目７が０から４に更新されている。

次に，この新しい学習者像をもとに，診断・学習・評
価のサイクルを繰り返す。

第４図に示す診断A2では，実施可能な指導項目とし
て，指導項目i1,i2,i4が選ばれる。また，実施する価値
のある指導項目として，指導項目i2,i3,i4,i5が選ばれ
る。ここで共通する指導項目は,i2とi4の２つである
が，それぞれの指導項目における学習目標と，学習者像
との差の大きいほうが学習効果が大きいと考えられるの
で，診断結果として，学習効果の大きい指導項目i4を選
択する。

学習B2では，この指導項目i4に従って，学習者に解説
・問題・回答の組み合わせからなるいくつかの学習手段
を提示して実施する。以下，学習者像が，学習者の必要
とする最終的な目標値以上になるまで，同様に処理を繰
り返す。

〔発明の効果〕

以上説明したように，本発明によれば，学習手段を指
導項目として定義し，その指導項目の性格を学習項目と
いう一つの共通した集合を使って定義することで講座の
体系を構築することができ，学習体系を構成する学習手
段（指導項目）同士が学習項目を通した関係（二次的関
係）があるだけで一次独立を保つため，学習者からの応
答に対する診断を含めた学習手段（指導項目）同士の複
雑な組み合わせを考えずに，学習手段（指導項目）の追
加や修正ができる。従って，教材作成者の作業が大幅に
削減される。

また，学習手順，すなわち学習手段の出現順序につい
て，あらかじめ全体の流れを考慮した計画による制御を
行う必要がないので，その制御に必要となる情報量を肥
大させることなく，かつ学習者に対する木目細かな対応
が可能になる。学習手順が，学習者の状況に合わせて変
化し，学習者への対応が多様化するとともに，学習者
は，学習目標によって，必要とする項目の習得に最も効
果のある学習を受けることができるようになる。

本発明では，学習システムの設計者が静的に学習の順
番を決めるのではなく，学習者像の習熟度と，指導項目
ごとに定義された学習項目ごとの学習条件および学習目
標とから，計算機が動的に最適な学習の順番を決める構
成になっているからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図， 第２図は本発明の一実施例に係る学習項目と指導項目と
の関係を説明する図， 第３図は本発明の一実施例で扱うデータ構造の例， 第４図は本発明の一実施例に係る制御の例， 第５図は従来方式の例を示す。 図中,10は計算機,11はディスプレイ,12は入力装置,13は
診断処理部,14は学習処理部,15は評価処理部,16は記憶
装置,17は学習情報記憶部,18は学習者像記憶部,19は学
習条件記憶部,20は学習目標記憶部を表す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディスプレイ（11）と入力装置（12）とを
   備え，ディスプレイおよび入力装置を用いて，解説，問
   題，回答の組み合わせからなる学習手段の集合による指
   導項目を実施し，学習を支援する学習支援計算機システ
   ムであって， 各学習項目に対する学習者の習熟度を数値化した学習状
   況を記憶する学習者像記憶部（18）と， 前記各指導項目ごとに，その指導項目を実施するのに必
   要な学習者が持つべき学習項目ごとの数値化した習熟度
   の集合からなる学習条件を記憶する学習条件記憶部（1
   9）と， 各指導項目によって学習者が到達できる学習項目ごとの
   数値化した習熟度の集合からなる学習目標を記憶する学
   習目標記憶部（20）と， 前記学習者像記憶部が記憶する学習状況が前記学習条件
   を満足する指導項目のうち，前記学習目標に基づいて効
   果的な習熟度を得られる指導項目を選択する診断処理部
   （13）と， 選択された指導項目を実施し，学習者の回答を入力する
   学習処理部（14）と， 学習結果を評価し，前記学習目標記憶部が記憶する学習
   目標に基づいて，前記学習者像記憶部が記憶する内容を
   更新する評価処理部（15）とを備えたことを特徴とする
   学習支援計算機システム。