2015 Fiscal Year Research-status Report
視覚障害者の理科教育支援のための教材開発と展開研究
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15K01001
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| Research Institution | Tokyo National College of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 三男 東京工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40197182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川島 徳道 環太平洋大学, 教育学部, 教授 (90112888)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 7segLED / 視覚障害者支援 / 液晶表示 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
視覚障害者の理科実験の測定機器を音声化できる教材開発ができれば、理科実験の支援が広がり、より科学的な見方や考え方が育成されると考えている。これまで理科実験で使用する測定機器の様々な測定値を音声化できる手法やシステムを模索してきた。そこで測定器のデジタル液晶表示（7segLED）に着目し、７segLEDで表示される文字を音声で読み上げる手法を考案した。さらに様々な実験から系統性や関連性から物質変化の規則性や法則を見出すことで、科学的な思考力や表現力が育成されるものと考えている。そこで、実験に関連する複数のセンサモジュールを組み合わせたマルチ測定器音声化システムを構築し教材開発することを目的とする。
現在，初等中等教育で用いられる実験器具の表示には7segLEDが使われることが多い。しかし，視覚障害者にとって表示を識別するのは困難である。また専用の機器も普及してないため，実際の実験では補助者がつきっきりで補助しているのが現状である。そこで本研究では，補助者の負担を軽減し視覚障害者も健常者と同じように実験を行えるようにするための支援システムを開発する。提案するシステムでは，スマートフォンのカメラを用いて7segLEDを撮影・認識し，音声で数値の読み上げを行い，視覚障害者を支援する。
【システムの概要】本研究では7segLEDの画像撮影から音声読み上げまで全て行うことが可能で，可搬性・普及性に優れた小型のAndroid端末を使用する。端末をアームで固定し，表示された数字を画面の中心線と7segLEDの中心を合わせる。認識開始ボタンを3本の指で押すと0.1秒間隔で画像を撮影し，数字の領域を特定して切り出した後，独自の認識アルゴリズムを用い画像認識を行い，5秒間隔で音声にて読み上げる。補助者は認識ボタンを押すだけで，他の作業はシステムが全て自動で行うようにする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では7segLEDの画像撮影から音声読み上げまで全て行うことが可能で，可搬性・普及性に優れた小型のAndroid端末を使用する。提案するシステムでは，まず補助者がAndroid端末をアームで固定し，画面の中心線と7segLEDの中心を合わせる。認識開始ボタンを押すと0.1秒間隔で画像を撮影し，数字の領域を特定して切り出した後，独自の認識アルゴリズムを用い画像認識を行い，5秒間隔で音声にて読み上げる。補助者は認識ボタンを押すだけで，他の作業はシステムが全て自動で行う。
【評価実験】本システムの数値読み取り精度を検証するため，光度計，PH計，デジタルマルチメータA，デジタルマルチメータBの4つを対象に認識実験を行った。7segLEDに20種類の数値をランダムに表示させ認識実験を行ったところ，認識精度はそれぞれ95％ ，95％，100％，100％で，平均認識率は97.5％であった。次に酸素濃度が変化する実験をデジタルマルチメータ及び酸素濃度計を用いて5回行った。この実験は60秒の間に計測値が時間と共に変化するが，平均96%の精度で正しく読み上げることができた。以上から，様々な計測機器に対応できると，認識精度が非常に高いという点から，提案システムの実用性は非常に高いと言える。また，音声読み上げに関しては，健常者が目隠しした状態で実験を行っても数値の推移が確認できるため，視覚障害者が使っても同じように数値の推移が確認できると考えている。ただ、実用レベルまでには、より詳細な実践データの蓄積が必要と考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではAndroid端末を使いて7segLED自動読み上げによる視覚障害者向け実験支援システムを作成した。検証実験の結果から，このシステムを使うことで，視覚障害者は補助者の補助を受けなくても，健常者と同様に実験を実施できる目途を立てることができた。しかし，実験を行った際の課題点として7segLEDが変わる瞬間に音声読み上げが起こると誤認識してしまうことがあった。今後，誤動作がないようにプログラムの検討を行い。実際に盲学校等で使用してもらい，その結果も踏まえ改良を加えたい。また，視覚障害者にとってよりわかりやすい測定結果の提示方法として，測定したデータを3Dプリンタに出力する方法も現在検討中である。今年は、第二の目的である、マルチ計測の音声化システムの教材開発なので、デジタル電子天秤とデジタル温度計を組み合わせた教材開発として質量保存の法則、定比例の法則の教材化を進める。また、ｐＨメータと電流計・温度計・時間を組み合わせた教材開発として中和反応の教材化や簡単な実験として、試験管に水をいれ、ｐＨ計とストローを挿入して呼気によってｐＨが変化する音声化実験を開発する。
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| Causes of Carryover |
平成27年度に実践書を刊行しようとしたが、原稿作成が遅れているため、基金を持ち越し、平成28年度に刊行予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
出版費用に充てる計画である。
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[Presentation] Development of oxygen sensor applicable to science experiments in primary and secondary science education-Characteristics of air battery and application as oxygen sensor-2015
Author(s)
Mitsuo Takahashi, Yuji Tateizumi, Yukie Sonobe, Kenichi Goto3, Yorikazu Nouchi, Seiichi Hayash, Hiroshi Iida, Keiichi Iwaki6, Kazuyuki Odaira7, Takayuki Ito8, Katsuhito Miki, Yoshihiro Hada, Norimichi Kawashima, Shosuke Teratani, Shizuo Matsubara.
Organizer
NICE
Place of Presentation
日本未来館科学館(東京都江東区）
Year and Date
2015-07-29 – 2015-07-31
Int'l Joint Research
