| 研究課題/領域番号 |
20K12117
|
|---|
| 研究機関 | 武庫川女子大学 |
|---|
研究代表者 |
福井 哲夫 武庫川女子大学, 生活環境学部, 教授 (70218890)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | マルチモーダル学習 / 手書き入力 / 音声入出力 / 数式入力インタフェース / 数学文書エディタ / 知的学習支援システム / 数学eラーニング |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では，数学教材を作成（デジタル化）する教師のためだけでなく，ICTを活用して，数学的知識や思考を身につけようとする生徒・学生・一般人のために，多様な場面に対応し，キーボード，タッチスクリーン，手書き入力，音声入力などマルチモーダルな数式入力インタフェースを実現し，数学的統合文書エディタに実装して，デジタルメモや解答入力など数学eラーニングと連携できる学習支援環境を構築・公開することを目的とする．
当初は令和２年度に，機械学習による手書き数式入力および音声数式入力のためのマルチモーダル学習の研究を開始，遂行する予定であった．しかし，コロナ禍の影響は長期化し，遠隔授業等への対応切り替えのため，教材の見直し，オンデマンド動画等の準備など教育に費やすエフォートが増大し，１年中を通じて研究に費やせるエフォートは５％にも満たない状況が続いた．また，数式の読み上げ方に関しては地域や数学専門レベルよって違いが予想され，前もって調査を行う必要がある．しかし，コロナ禍において移動自粛の制限下では，十分の調査ができず，既存アルゴリズムをディープラーニングへと発展させるための検討材料が不足した．唯一年度末に，音声合成APIを用いて高校数学Ⅰレベルまでの数式の音声読み上げに成功した．しかし，手書き数式や音声読み上げの学習教示データサンプル収集も，感染症対策の観点から，外部のアルバイトを雇い，依頼することが困難な状況であった．それ故，初年度は研究課題の進捗が思わしくない．年度末にようやく教育・教材準備のルーチーンも馴れて，次年度は教育に費やす負担も軽減できるものと期待できる．したがって，本科研費研究課題の研究計画を見直し，本年度から本格的に研究課題を遂行したいと考える．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
上記，研究実績の概要で述べたように，当初は令和２年度に，機械学習による手書き数式入力および音声数式入力のためのマルチモーダル学習の研究を開始，遂行する予定であった．しかし，コロナ禍の影響は長期化し，１年中を通じて研究に費やせるエフォートは５％にも満たない状況が続いたため，初年度は研究課題の進捗が思わしくない．年度末にようやく教育・教材準備のルーチーンも馴れて，次年度は教育に費やす負担も軽減できるものと期待できる．
令和２年度に実施した内容としては，令和2年11月にマルチモーダルな機械学習実験のためのGPUワークステーションを導入した．これにより，データが整えば学習実験が可能である．令和3年1月から3月にかけては，音声合成システムを使った数式の読み上げエンジンを開発し，高校数学Ⅰまでの数式読み上げに成功した．
|
| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度の前半は，数学文書の音声読み上げツールを発展させ，高校数学全般レベルの数式に対応させる．学生アルバイト等を雇って数学文書サンプルを構築させ，検証を進める計画である．それらの成果を国内の学会にて発表したいと考えている．令和3年度の後半は，数式の入力手法を手書きか音声のどちらかに絞込み，マルチモーダル学習の基礎アルゴリズム開発に集中し，遂行する．中盤以降，学習教示データは時期を見てアルバイトを雇い，約8千～1万サンプル程度を作成して行う予定である．機械学習実験のためのGPUワークステーションは令和2年度に導入済みであるので，データが整えば実現可能である．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
上記研究進捗状況で報告したように，令和2年度は，新型コロナ感染拡大の影響が長期化し，本務担当授業の教材を整備し，遠隔に対応するための教育に時間を割く必要が生じ，1年を通じて，研究のために割けるエフォートは5％にも満たない状態となった．また，数式の読み上げ方に関しては地域や数学専門レベルよって違いが予想され，前もって調査を行う必要がある．しかし，コロナ禍において移動自粛の制限下では，十分の調査ができず，既存アルゴリズムをディープラーニングへと発展させるための検討材料が不足した．さらに，手書き数式や音声読み上げの学習教示データサンプル収集も，感染症対策の観点から，外部のアルバイトを雇い，依頼することが困難な状況であった．令和3年度は，まず既に導入済みのGPUワークステーションを本格活用するため，ソフトウェア面の整備を行う．そのための整備調整委託費やまた機械学習に関するソフトウェアMATLABの導入費に使用する．また，当該年度実施できなかった，学生アルバイト等を雇って数学文書サンプルの構築や機械学習のための約8千～1万サンプル程度を作成するための人件費に使用する計画である．
|
