JP4139784B2 - 筆算学習支援装置および筆算学習支援方法のプログラム - Google Patents

Description

本発明は、筆算の計算過程をも含めた学習を支援する筆算学習支援装置および筆算学習支援方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

筆算の問題に対し計算過程も含めた解答文字枠をパソコンモニタなどに表示して、学習者からの解答文字枠に対する数字のキー入力を受け付け、自動採点を行うようにした筆算学習装置が存在する（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

筆算の場合は記入すべき解答文字枠が複数個あり、キーボードとマウスを入力デバイスとしてもつコンピュータから入力する場合は、記入する解答文字枠をマウスにより選択してからキーボードにより数字を入力するという操作を繰り返して入力することになる。

特許文献１（特開昭59-72472号公報）では、筆算を計算していく順序で、解答文字枠にカーソルが自動的に移動し、カーソル位置に記入すべき数字に対応するキーを入力することにより、筆算の計算過程も含めて学習でき、自動採点を行うことも可能となる学習支援装置を開示している。ここでは、繰り上がり数字や繰り下がり数字を記入する解答文字枠もあらかじめ配置されており、繰り上がりや繰り下がりがおこる場合には、それらを記入すべき解答文字枠にカーソル位置が自動的に移動し、繰り上がりや繰り下がりの数字もキー操作により入力できるように構成されている。

また、特許文献２（特開2002-229429号公報）では、利用者が筆算の種類として、演算子と演算対象となる数字の桁数および小数点の有無を選択することで、指定された桁数を持つ任意の数字を用いた問題を作成するようにした学習支援装置が開示されている。ここでは、これらの任意の数字を用いた筆算の計算過程にて必要な入力欄の数を求め、計算過程にて好ましい位置に入力欄を表示させている。
特開昭59-72472号公報 特開2002-229429号公報

筆算の問題に対して計算過程を含む解答文字枠をモニタなどの表示装置に配置し、この解答文字枠に対する解答入力を受け付けるようにする場合、キーボードとマウスを入力デバイスとしてもつコンピュータでは、学習者は、複数の回答文字枠の中から記入する解答文字枠をマウスにより選択してからキーボードにより数字を入力するという操作を繰り返さなければならず操作が煩雑になる。また、モニタなどに設定された解答文字枠内にしか入力することができないため、メモや繰り上がりや繰り下がりの数字を記入することはできないという問題もある。

前述の特許文献１では、筆算を計算していく順序で解答文字枠にカーソルが自動的に移動するので、マウスにより記入すべき解答文字枠にカーソルを移動させる必要はなくなる。また、繰り上がりや繰り下がりの数字を記入する解答文字枠があらかじめ配置されているので、繰り上がりや繰り下がりの数字を記入することもできる。

しかしながら、この方法では、筆算の学習初期の段階では筆算の計算順序がガイドされて有効であるが、学習後期の段階では利用者が筆算を計算していく順序を自ら考えながら問題を解くということができない。

さらに、前述の特許文献１および特許文献２に記載されている学習支援装置は、利用者が計算を行う上での、ちょっとしたメモ書きが記入できないという問題がある。また、前述の特許文献１および特許文献２に記載されている学習支援装置では、筆算の解答のみが採点対象となっており、不正解であった利用者の中でも計算方法は正しく認識していたにも関わらず、計算過程で少しのミスをしたために不正解となった利用者と、計算方法がわからずに不正解となった利用者の判別が困難であるという問題がある。さらに、繰り下がり記号の入力においても、繰り下がり記号に特有なキー入力が必要であり、手書き筆算のように繰り下がり記号を入力した数字の上に重ねて記載できないという問題がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、タブレット型でペンを入力デバイスとするコンピュータに筆算の計算過程も含めた解答文字枠を配置して、この解答文字枠に対するペンデバイスによる手書き入力を受け付けることで、任意の順序での解答入力が可能となり、入力した数字を認識することによって計算過程も含めた自動採点を行えるだけでなく、解答文字枠以外の領域に、メモや繰り上がりや繰り下がりの数字を自由に記入すること、計算過程における採点を可能にすること、ならびに繰り下がり記号や四捨五入記号を数字の上に記入することを可能とする筆算学習装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る筆算学習支援装置は、筆算の問題に対してその計算過程を含む解答文字枠について少なくとも表示位置、サイズ、属性および正解情報を関連付けた解答文字枠管理テーブルを格納する解答文字枠管理テーブル格納部と、ユーザが手書き入力した筆跡を受け付け、筆跡情報とする筆跡入力部と、解答文字枠管理テーブルに基づく筆算の問題と解答文字枠とを表示するための表示部と、筆跡入力部にて受け付けた筆跡情報を、筆跡情報が入力された位置に筆跡として表示する筆跡表示部と、解答文字枠管理テーブルを参照して、筆跡入力部で受け付けた筆跡情報が解答文字枠に入力されたものか否かを判定する解答領域判定部と、解答領域判定部にて解答文字枠に入力されたものと判定された筆跡情報に対して、繰り下がり記号または四捨五入記号であるか否かを判定する記号判定部と、記号判定部により繰り下がり記号または四捨五入記号ではないと判定された場合、当該判定された筆跡情報を記憶する筆跡記憶部と、筆跡記憶部に記憶された筆跡情報に対して、解答文字枠毎の筆跡情報単位に文字認識用辞書と解答文字枠管理テーブルを参照して文字認識を行い解答情報を生成する文字認識部と、文字認識部により生成された解答情報と、解答文字枠管理テーブルの正解情報とを比較して、筆算の問題の計算過程を含めて採点を行う採点部と、採点部により採点された結果を前記表示部に表示する採点結果表示部とを備える。

この場合、任意の順序での解答入力を受け付けることが可能になるとともに、解答文字枠以外の領域に繰り上がりや繰り下がりのメモ筆跡を自由に書き込むことが可能となり、学習者の利用の自由度が広がる。また、計算結果の採点だけでなく、計算過程での採点も可能にすることにより、学習支援を円滑に行うことができる。

本発明の請求項２に係る筆算学習支援装置は請求項１に記載の筆算学習支援装置であって、筆跡入力部で受け付けた筆跡情報を表示部に表示する際の色、太さ、透明度などの表示情報を設定するための筆跡設定部をさらに含み、筆跡表示部は筆跡設定部で設定された表示情報に基づいて表示部への表示を行うように構成される。

この場合、解答文字枠に表示される解答筆跡と解答文字枠外に表示されるメモ筆跡とを表示色、太さ、透明度などを変えて表示することで、識別を容易にすることができる。

本発明の請求項３に係る筆算学習支援装置は請求項１または２に記載の筆算学習支援装置であって、記号判定部により繰り下がり記号または四捨五入記号であると判定された場合、当該判定された記号に相当する筆跡情報が入力された解答文字枠に、当該判定された記号が記入された旨を表示する記号表示部を備える。

この場合、解答文字枠内に入力された文字に繰り下がり記号が含まれていてもこれを判定することが可能になるとともに、手書きでの筆算と同様に繰り下がり記号を数字の上に重ねて書くことが可能となる。

本発明の請求項４に係る筆算学習支援装置は請求項１〜３のいずれかに記載の筆算学習支援装置であって、採点部は、解答文字枠管理テーブルから参照した解答文字枠の属性に、繰り下がり記号または四捨五入記号が入力されるべき旨が設定されている場合に、当該解答文字枠に入力された筆跡情報に対する記号判定部による判定結果を参照し、属性に設定されている記号と判定結果に示される記号とが一致する場合に加点する。

この場合、問題中に四捨五入が含まれているような場合であっても、四捨五入に伴う記号を判定することによって、正確な採点を行うことを可能とする。

本発明の請求項５に係る筆算学習支援方法のプログラムは、筆算の問題に対してその計算過程を含む解答文字枠について少なくとも表示位置、サイズ、属性および正解情報を関連付けた解答文字枠管理テーブルを解答文字枠管理テーブル格納部に格納するステップと、解答文字枠管理テーブルに基づいて、筆算の問題およびその計算過程を含む解答文字枠を表示するステップと、ユーザが手書き入力した筆跡を受け付け、筆跡情報とするステップと、ステップにて受け付けた筆跡情報を筆跡情報が入力された位置に表示するステップと、解答文字枠管理テーブルを参照して、受け付けた筆跡情報が解答文字枠への入力であるか否かを判定するステップと、記憶された筆跡情報のうち、解答文字枠に入力されたものと判定された筆跡情報に対して、繰り下がり記号または四捨五入記号であるか否かを判定するステップと、繰り下がり記号または四捨五入記号ではないと判定された場合、当該判定された記号に相当する筆跡情報を記憶するステップと、記憶された筆跡情報に対して、解答文字枠毎の筆跡情報単位に、文字認識用辞書と前記解答文字枠管理テーブルを参照して文字認識を行うステップと、文字認識した結果と、解答文字枠管理テーブルの正解情報とを比較して採点を行うステップと、採点結果を表示するステップとを含む筆算学習支援方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

この場合、ペン型タブレットなどを入力デバイスとして備えるコンピュータを筆算学習支援装置として機能させることが可能となり、前述したように、任意の順序での解答入力を受け付け、解答を誘導することなく上級の学習者であっても学習支援を円滑に行え、解答文字枠以外の領域に繰り上がりや繰り下がりなどのメモ筆跡を自由に書き込むことが可能な筆算学習支援装置を提供することができる。

本発明に係る筆算学習支援装置および筆算学習支援方法のプログラムでは、任意の順序での解答入力を受け付け、解答を誘導することなく上級の学習者であっても学習支援を円滑に行え、解答文字枠以外の領域に繰り上がりや繰り下がりなどのメモ筆跡を自由に書き込むことが可能な筆算学習支援装置を提供することができる。

〈第１実施形態〉
本発明に係る筆算学習支援装置の第１実施形態について、図に基づいて説明する。

図１は、第１実施形態の筆算学習装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る筆算学習支援装置は、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11を備えている。

筆跡入力部１は、スタイラスペンなどの入力デバイスにより手書きの筆跡入力を受け付けるものであり、感圧式または静電式によりスタイラスペンの先端位置を検出するペン型タブレットで構成される。表示部４は、液晶ディスプレイで構成され、各種データの表示を行うものであり、ペン型タブレットと液晶表示ディスプレイとが重合されて、筆跡入力部１と一体に構成されたものを用いることができる。

解答文字枠管理テーブル格納部３は、ハードディスクなどの記憶デバイスで構成され、筆算問題データベース11に格納されている筆算問題に対してその計算過程を含む解答文字枠を生成し、この解答文字枠について少なくとも表示位置、サイズおよび正解情報を関連付けた解答文字枠管理テーブルを格納するものである。

筆跡表示部５は、筆跡入力部１から入力された筆跡を表示部４の所定位置に表示するための表示制御を行うものであり、学習者が入力した筆跡情報をそのまま表示することも可能であり、必要に応じて所定の記号や文字情報に変換して表示部４に表示させることも可能である。

解答領域判定部２は、筆跡入力部１から入力を受け付けた筆跡情報が、解答文字枠内に入力されたものか否かを判定するものであって、解答文字枠管理テーブル格納部３に格納された解答文字枠管理テーブルを参照して、筆跡入力部１で受け付けた筆跡情報が解答文字枠内に入力されたものか否かを判定する。

筆跡記憶部６は、筆跡入力部１から入力を受け付けた筆跡情報を記憶するものである。

採点指示部７は、筆算の問題に対する解答入力が終了した場合に、その解答入力が正解か否かの判定を指示するものであって、筆算学習支援装置に取り付けられたスイッチで構成することも可能であり、ペン型タブレットと一体的に構成された表示部４上に表示されるソフトウェアスイッチとして構成することも可能である。

文字認識部８は、文字認識用辞書９を参照して、解答文字枠内に入力された筆跡情報がどのような文字（この場合、数字）であるかを判別するものである。この文字認識の手法については、既存の文字認識エンジンを採用することが可能であり、たとえば、オフライン認識エンジン、オンライン認識エンジン、またはそれらを組み合わせたハイブリッド認識エンジンなどの文字認識エンジンを用いて、認識候補文字を抽出し、この認識候補文字の中から最も近似するものを決定するように構成できる。

採点部10は、文字認識部８で認識された解答情報と解答文字枠管理テーブルで管理されている正解情報とを比較して採点処理を行い、その採点結果を表示部４の所定位置への表示制御を行う。

本発明の第１実施形態の動作について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップS11では、筆算学習支援装置は筆算の問題を選択する。筆算の問題選択は、加減乗除の種別、難易度などに基づいて、予め筆算問題が格納された筆算問題データベース11から問題を選択して該当する問題を作成することができる。筆算問題データベース11の一例を図17に示す。図17には予め数字が登録されているが、ランダムに数字を発生し、演算子と結びつけた問題を自動生成させても良い。

ステップS12では、筆算学習支援装置は、選択した問題に対して計算過程を含む解答文字枠を決定し、各解答文字枠を表示部４に表示するための表示位置、サイズを設定するとともに、各解答文字枠の入力されるべき正解情報を対応付けた解答文字枠管理テーブルを生成する。

ステップS13では、筆算学習支援装置は、ステップS12で所得した問題と、この問題に対する計算過程を含む解答文字枠を表示部４に表示する。

たとえば、（12×38）の２桁×２桁の筆算を問題とする場合、図３に示すように、表示部４には出題画面100を表示する。出題画面100は、問題表示部101、計算過程文字枠表示部102、最終解答文字枠表示部103で構成される。この問題の場合、計算過程文字枠表示部102および最終解答文字枠表示部103には７つの解答文字枠104a〜104gが必須であり、筆算学習支援装置は、これらの解答文字枠104a〜104gに対してそれぞれ枠IDを付して、表示位置、表示サイズおよびこれに入力されるべき正解情報を関連付けた解答文字枠管理テーブルを生成する。この例による解答文字枠管理テーブルを図４に示す。

図４に示す解答文字枠管理テーブルでは、解答文字枠104a〜104gに対して付される枠IDと、表示位置、表示サイズ、正解情報、解答の属性、文字枠の属性などが関連付けられている。文字枠の属性は、その解答文字枠に入力される解答情報が計算過程であるか、最終解答であるかの別を示すものであり、図示した例では、枠ID１〜４に対応する文字枠属性が「計算過程」であり、枠ID５〜７に対応する文字枠属性が「解答」に設定されている。ステップS12では、このような解答文字枠管理テーブルを解答文字枠管理テーブル格納部３に格納し、ステップS13では解答文字枠管理テーブルに基づいて、問題および計算過程を含めた解答文字枠を出題画面100として表示部４に表示する。

ステップS14では、筆算学習支援装置は、ペン型タブレットから入力される学習者の筆跡情報を受け付ける。学習者は、スタイラスペンなどにより解答文字枠に対して解答を入力していく。

ステップS15では、筆算学習支援装置は、入力された筆跡情報を表示部４に表示する。筆跡表示部５は、入力された筆跡情報を表示部４の該当する領域にそのまま表示するように構成することができ、解答文字枠からはみ出して入力された筆跡情報についても入力された筆跡情報を反映してそのまま表示するように構成することができる。

たとえば、解答文字枠104a〜104bには、上段の'12'に対して下段の１桁目の'8'が乗算された結果で'96'が計算過程として入力され、これを解答筆跡として表示する。このとき、上段の１桁目'2'と下段の１桁目'8'の乗算の結果である'16'のうち、１の位である'6'を利用者が解答文字枠104bに入力し、10の位である'1'を解答文字枠外にメモ筆跡105aとして書き込んで、表示部４に表示させることができる。同様にして、計算過程で繰り上がりが生じた場合には、メモ筆跡105bとして入力して表示部４に表示させることができる。

このとき、筆跡入力部１から入力された筆跡情報は同時に筆跡記憶部６に記憶される。

ステップS16では、筆算学習支援装置は、出題画面100の解答文字枠への解答入力が終了したか否かを判別する。解答入力が終了したか否かは、筆跡入力部１が筆跡情報を受け付けた後所定の時間が経過した場合に、解答情報の入力が終了したと判断することが可能であり、また、解答入力の終了を指示するための終了指示ボタンをハードスイッチまたはソフトスイッチで設定しておき、この終了指示ボタンの指示に基づいて判断するように構成することも可能である。筆算学習支援装置は、解答入力が終了した判断した場合にはステップS17に移行し、そうでない場合にはステップS14に移行する。

ステップS17では、筆算学習支援装置は、採点指示があったか否かを判別する。学習者または先生により採点指示部７が操作された場合、筆算学習支援装置は採点指示があったと判断してステップS18に移行し、そうでない場合にはステップS21に移行する。

ステップS20では、筆算学習支援装置は、学習者により各解答文字枠に入力された解答筆跡に対して文字認識を行う。

ここで、筆算学習支援装置は、まず入力された筆跡情報が解答文字枠内に入力されたものか否かを判別する。解答領域判定部２は、解答文字枠管理テーブル格納部３に格納された解答文字枠管理テーブルを参照して、学習者から入力された筆跡情報がどの解答文字枠への入力か、あるいは解答文字枠外への入力であるかを判定する。入力された筆跡情報がどの領域に入力されたものかを判断する方法としては、たとえば、入力された一画の重心座標がある解答文字枠内の座標であると判断した場合、その筆画についてはその解答文字枠内への入力と判定する。このように構成する場合には、入力された筆画の始点または終点が解答文字枠から外れているような場合であっても、解答文字枠内への入力であると判定することができ、一部が解答文字枠からはみ出しているような場合であっても対応することが可能である。各筆画について、どの解答文字枠内への入力であるか、または解答文字枠外への入力であるかを判定して、解答文字枠内への入力であると判断した筆跡についてのみ文字認識を行う。

文字認識部８は、文字認識用辞書９を参照して、出題画面100の解答文字枠104a〜104gに入力された解答筆跡の文字認識処理を行う。前述したように、文字認識方法は、一般的に用いられるオンライン認識エンジン、オフライン認識エンジン、またはそれらを組み合わせたハイブリッド認識エンジン等を用いることが可能であり、文字認識部８で文字認識された結果である解答情報は採点部10に送信される。

ステップS19では、筆算学習支援装置は、文字認識処理された解答情報と解答文字枠管理テーブルで管理されている正解情報とを比較して、合致しているか否かを判定し採点を行う。

ステップS20では、筆算学習支援装置は、採点部により採点した結果を表示部４に表示する。採点部10による採点結果は、すべての解答文字枠に対して文字認識結果である解答情報と、解答文字枠管理テーブルで管理された正解情報とが一致している場合には、出題画面100上に丸を表示し、一致していない解答情報がある場合には、出題画面100の該当する解答文字枠にチェックマークやクエスチョンマークを表示するなどの方法がある。さらに、各解答文字枠に対して配点を行い、各解答情報の正解・不正解に基づいて算出される点数を表示部４の所定の領域に表示するように構成することも可能である。

採点結果を表示部４に表示した例について、その表示画面の一例を図18に示す。図18では、計算過程文字枠内に記入された４つの数字のうち、３つが正確で１つが不正解であり、計算過程の点数として75点が表示されている。また、解答文字枠内に記入された２つの数字がすべて正解の数字と一致しないため、解答は不正解と表示されている。このように、解答が同じ不正解であっても、計算過程がどの程度まで理解できているかの把握が容易になる。

ステップS21では、筆算学習支援装置は、次の問題を選択するか否かを判別する。採点処理が終了してから所定時間経過した場合、最後の筆跡情報の入力が終了してから所定時間が経過した場合、あるいは学習者から次の問題を選択する旨の指示があった場合には、ステップS11に移行して、次の問題選択処理に移行し、そうでない場合には処理を終了する。

〈第２実施形態〉
本発明の第２実施形態の概略構成を図６に示す。

この第２実施形態に係る筆算学習支援装置は、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11、筆跡設定部20、筆跡設定情報格納部21を備えている。

この第２実施形態では、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11の構成は第１実施形態と同様の構成とすることができ、ここでは詳細な説明を省略する。

筆跡設定部20は、筆跡入力部１で受け付けた筆跡情報を表示部４に表示する際の色、太さ、透明度などの表示情報を設定するためのものである。この筆跡設定部20は、解答文字枠内に入力された筆跡情報をどのような表示形態とするかについての解答筆跡設定情報および解答文字枠外に入力された筆跡情報をどのような表示形態にするかについてのメモ筆跡設定情報をそれぞれ受け付けることができるようなアプリケーションで構成される。この筆跡設定部20を利用して設定された筆跡設定情報は筆跡設定情報格納部21に格納される。

筆跡表示部５は、筆跡設定情報格納部21に格納された筆跡設定情報に基づく表示形態により、入力された筆跡情報を表示部４に表示する。たとえば、解答文字枠内に表示される解答筆跡は黒により太線で表示し、解答文字枠外に表示されるメモ筆跡は透明度を高めた表示とするなど、種々の設定が可能である。

このような第２実施形態では、筆跡設定情報を学習者または先生が自由に設定することが可能となり、入力した筆跡情報が解答筆跡であるかメモ筆跡であるかの判別が容易な表示を選択することが可能となる。

〈第３実施形態〉
本発明の第３実施形態の概略構成を図７に示す。

この第３実施形態に係る筆算学習支援装置は、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11、小数点判定部30を備えている。

この第３実施形態では、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11の構成は第１実施形態と同様の構成とすることができ、ここでは詳細な説明を省略する。

小数点を含む筆算問題では最終解答に小数点を含むことになるため、このような問題を出題する場合には、小数点を入力するための解答文字枠を用意する必要がある。この第３実施形態では、このような最終解答中のどの位に小数点が入力されたかを判別するための小数点判定部30を備えている。

小数点を含む乗算（1.2×3.8）を出題する場合について考察する。図８に示すように、表示部４には出題画面110を表示する。出題画面110は、問題表示部111、計算過程文字枠表示部112、最終解答文字枠表示部113で構成される。この問題の場合、計算過程文字枠表示部112および最終解答文字枠表示部113には、７つの解答文字枠114a〜114gに加えて、最終解答文字枠表示部113に、小数点解答文字枠115a〜115bを設定する。小数点解答文字枠115a〜115bは、最終解答文字枠表示部103の各桁間に、サイズの小さな解答文字枠として表示されるように構成できる。

解答文字枠114a〜114gおよび小数点解答文字枠115a〜115bは、図９に示すような解答文字枠管理テーブルにより表示位置、表示サイズおよび正解情報とその属性情報がそれぞれ対応付けられている。ここで、解答文字枠114a〜114gについては、その属性欄に'数字'が設定され、正解情報欄には該当する数字が格納されている。また、小数点解答文字枠115a〜115bについては、その属性欄には'小数点'が設定されており、小数点が付されるべき小数点解答文字枠の正解情報欄が'１'であり、小数点が付されるべきでない小数点解答文字枠の正解情報欄が'０'に設定されている。

この場合、小数点判定部30は、小数点解答文字枠115a〜115bに入力された筆跡情報があれば小数点が打たれていると判断し、入力された筆跡情報がない場合には小数点が打たれていないと判断する。したがって、小数点判定部30は、他の解答文字枠に入力された筆跡情報とは異なる方法で小数点解答文字枠の文字認識を行い、小数点の認識を確実に行うことができる。

〈第４実施形態〉
本発明の第４実施形態の概略構成を図10に示す。

この第４実施形態に係る筆算学習支援装置は、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11、繰り下がり記号判定部41を備えている。

この第４実施形態についても、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11の構成は第１実施形態と同様の構成とすることができ、ここでは詳細な説明を省略する。

繰り下がりが生じる筆算では、解答文字枠に記入された数字に上書きする形で繰り下がり記号を記入する。この場合、先に記入された数字と繰り下がり記号とが重なり合って正確な文字認識ができなくなるという問題がある。このため、本実施形態では、解答文字枠内に入力された繰り下がり記号を認識して、先に入力された筆跡情報を正確に識別するための繰り下がり記号判定部41を設けている。

たとえば、図11に示すように、筆算により除算（8568÷36）を行う場合を考察する。

表示部４に表示される出題画面120は、問題表示部121、計算過程文字枠表示部122、最終解答文字枠表示部123で構成される。この問題の場合、計算過程文字枠表示部122および最終解答文字枠表示部123に解答文字枠124-1〜124-28が設定されており、必ずしも必須ではない解答文字枠についても表示することで学習者に対する正解のヒントとならないような構成としている。

問題の被除数の先頭の２桁'85'を除数'36'で除算した結果、最終解答文字枠123の100の位に位置する解答文字枠124-2には'２'が入力され、計算過程文字枠表示部122の１列目の先頭２桁には、'２×36'の演算結果である'72'が入力され、被除数の先頭２桁'85'から計算過程文字枠表示部122の１列目の先頭２桁に入力された'72'を減算した結果と、被除数の３桁目を下に降ろした値が、計算過程文字枠表示部122の２列目の先頭３桁に入力されるべきである。この結果、計算過程文字枠表示部122の２列目の先頭３桁には'136'の値が入力されるべきである。

計算過程文字枠表示部122の２列目の現在の値'136'を被除数として除数'36'で除算した結果、最終回答文字枠123の10の位に位置する解答文字枠124-3には'３'が入力され、計算過程文字枠表示部122の３列目の先頭３桁には、'３×36'の演算結果である'108'が入力され、計算過程文字枠表示部122の２列目の先頭３桁の現在の値'136'から計算過程文字枠表示部122の３列目の先頭３桁に入力された'108'を減算した結果と、被除数の４桁目を下に降ろした値が、計算過程文字枠表示部122の４列目に入力されるべきである。

このとき、計算過程文字枠表示部122の２列目の先頭から２桁目の解答文字枠124-10に繰り下がりが生じることとなり、この解答文字枠124-10に繰り下がり記号125を記入して欄外に繰り下がった後の数字を記入することが通常行われる。

繰り下がり記号判定部41は、解答文字枠124-10に対する筆跡情報の入力が既に行われており、かつ左上から右下に向かう斜線が筆跡情報としてさらに入力されている場合には、繰り下がり記号判定部41は繰り下がり記号が入力されたと判定する。繰り下がり記号判定部41により繰り下がり記号であると判定された筆跡情報は、その解答文字枠中の筆跡情報から除外され、予め用意された繰り下がり記号が該当する解答文字枠中に表示されるように構成することができる。図12に示すように、計算過程文字枠表示部122の２列目の先頭から２桁目の解答文字枠124-10には、学習者により先に入力された解答情報'３'と、繰り下がり記号の筆跡情報に代えて予め用意された繰り下がり記号126を表示することができる。このとき、繰り下がり記号判定部41が学習者により繰り下がり記号の入力があった旨のフラグを解答文字枠124-10に立てる。

解答文字枠管理テーブルでは、繰り下がりが生じる解答文字枠に対して属性情報として'繰り下がり'の情報を持たせることで、学習者が繰り下がり記号を入力したか否による採点を正確に行うことを可能にする。

このような構成とすることにより、解答文字枠に入力された解答入力のうち、数字の上に重ねて繰り下がり記号を入力できるとともに、確実にこの繰り下がり記号を認識することができ、利用者が繰り下がりを含めた計算過程を正しく認識できているかを採点できる。

〈第５実施形態〉
本発明の第５実施形態の概略構成を図13に示す。

この第５実施形態に係る筆算学習支援装置は、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11、繰り下がり記号判定部41、四捨五入判定部60を備えている。

この第５実施形態についても、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡表示部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11、繰り下がり記号判定部41の構成は第４実施形態と同様の構成とすることができ、ここでは詳細な説明を省略する。

筆算の計算を行った結果に対し、所定の桁における四捨五入を求めるような問題の場合、解答文字枠内に四捨五入の記号を記入する場合が生じる。切り捨ての場合には、所定の桁以下の解答文字枠に記入された数字の上から左上から右下方向への斜線を記入するだけであり、繰り下がりの場合と同様の記号に変換することができる。また、繰り上がりが生じる場合には、最終解答文字枠に繰り上がり記入用の解答文字枠をさらに設ける構成とすることができる。

繰り下がりの場合と同様にして、四捨五入判定部60は、解答文字枠に対する筆跡情報の入力が既に行われており、かつ左上から右下に向かう斜線が筆跡情報としてさらに入力されている場合に、これを四捨五入記号として判定する。四捨五入判定部60により四捨五入記号であると判定された筆跡情報は、その解答文字枠中の筆跡情報から除外され、予め用意された四捨五入記号（繰り下がり記号と同等）が該当する解答文字枠中に表示されるように構成することができる。

たとえば、図14に示すように、筆算により除算（2.9÷0.6）を行って、その結果小数点第２位以下を四捨五入する場合を考察する。

表示部４に表示される出題画面130は、問題表示部131、計算過程文字枠表示部132、最終解答文字枠表示部133で構成される。この問題の場合、計算過程文字枠表示部132および最終解答文字枠表示部133に解答文字枠134-1〜134-35が設定されており、必ずしも必須ではない解答文字枠についても表示することで学習者に対する正解のヒントとならないような構成としている。

最終回答文字枠表示部133の解答文字枠134-25〜134-31には、（2.9÷0.6）の商である'4.83'が入力され、さらに小数点第２位に相当する解答文字枠134-31には四捨五入記号135が入力されるべきである。

四捨五入判定部60は、解答筆跡'３'と四捨五入記号135とが筆跡情報として解答文字枠134-31に入力されたことを判定し、図15に示すように、解答文字枠134-31に入力された解答筆跡から四捨五入記号135を除外して予め用意されている四捨五入記号136を表示するように構成することができる。このとき、四捨五入判定部60が学習者により四捨五入記号の入力があった旨のフラグを解答文字枠134-31に立てておく必要がある。

解答文字枠管理テーブルでは、四捨五入が生じる解答文字枠に対して属性情報として'四捨五入'の情報を持たせることで、学習者が四捨五入記号を入力したか否による採点を正確に行うことを可能にする。

このような構成とすることにより、解答文字枠に入力された解答入力のうち、数字の上に重ねて四捨五入記号を入力できるとともに、確実にこの四捨五入記号を認識することができ、利用者が四捨五入を含めた計算過程を正しく認識できているかを採点することができる。

〈第６実施形態〉
本発明の第６実施形態の概略構成を図16に示す。

この第６実施形態に係る筆算学習支援装置は、前述した第１実施形態〜第５実施形態と同様にして、筆跡入力部１、解答領域判定部２、解答文字枠管理テーブル格納部３、表示部４、筆跡表示部５、筆跡記憶部６、採点指示部７、文字認識部８、文字認識用辞書９、採点部10、筆算問題データベース11を備えており、これらの構成についての詳細な説明を省略する。

筆算学習支援装置は、さらに、ページ切替指示部70、ページ切替部71、筆跡保存部72、採点結果保存部73、採点結果情報格納部74、筆跡読出部75、採点結果読出部76とを含む。

ページ切替指示部70は、筆算学習支援装置にハードウェアスイッチまたはソフトウェアスイッチとして設けられており、現在表示されているページの終了または前後のページへの移動を指示するためのものである。学習者または先生がこのページ切替指示部70を操作してページ切替の指示を行うと、筆跡保存部72は現在表示部４に表示されている筆跡情報を現在表示されているページと対応づけて筆跡記憶部６に保存する。同時に、採点結果保存部73は、現在表示部４に表示されている採点結果を現在表示されているページと対応づけて採点結果情報格納部74に保存する。

ページ切替部71は，ページ切替指示部70により指示されたページの切替処理を行う。ページ切替処理が行われると、筆跡読出部75は新しく表示されるページに対応づけられた筆跡情報を筆跡記憶部６から読み出して筆跡表示部５に送出する。また、採点結果読出部76は新しく表示されるページに対応づけられた採点結果情報を採点結果情報格納部74から読み出す。筆跡表示部５、採点結果読出部76は、新しく表示されたページの所定領域に、それぞれ解答筆跡、メモ筆跡および採点結果情報を表示する。

このような構成とすることにより、学習者が解いた筆算問題の解答をメモ筆跡や採点結果も含めて先生が参照することができ、学習者がどの程度筆算問題の解き方を理解できているかを把握することができるようになる。

また、筆跡保存部72は、解答筆跡だけでなく、繰り下がり記号や四捨五入記号も含めて筆跡記憶部６に保存し、筆跡読出部75は、筆跡記憶部６に保存されている繰り下がり記号や四捨五入記号も含めて読み出すようにすることもできる。このようにすることで、学習者が記入した繰り下がり記号や四捨五入も含めて先生が確認することができるようになる。

ページのクリア指示により、そのページに対応づけられた筆跡情報、採点結果をそれぞれ筆跡記憶部６、採点結果情報格納部74から消去するようにすることもできる。このようにすることで、学習者が同じページの筆算問題を繰り返し学習するようにすることもできる。

本発明によれば、入力された筆跡を解答文字枠に入力されたものかどうかを判定することによって、解答文字枠以外の領域に自由に繰り上がりや繰り下がりの数字を記入することができる筆算学習支援装置を提供することができる。また、解答文字枠に手書き入力された数字を任意の順序で受け付けて、手書き入力した数字を文字認識して計算過程を含めた自動採点を行うことによって、紙で筆算を行うのと同様の筆算学習支援を行うことができ、自動採点を行うことを可能とする。

第１実施形態の概略構成を示す機能ブロック図。 その動作を示す制御ブロック図。 出題画面の構成を示す説明図。 解答文字枠管理テーブルの一例を示す説明図。 解答例の表示画面を示す説明図。 第２実施形態の概略構成を示す機能ブロック図。 第３実施形態の概略構成を示す機能ブロック図。 出題画面の構成を示す説明図。 解答文字枠管理テーブルの一例を示す説明図。 第４実施形態の概略構成を示す機能ブロック図。 解答例の表示画面を示す説明図。 解答例の表示画面を示す説明図。 第５実施形態の概略構成を示す説明図。 解答例の表示画面を示す説明図。 解答例の表示画面を示す説明図。 第６実施形態の概略構成を示す機能ブロック図。 筆算問題データベースの一例を示す説明図。 採点結果が表示された表示部の一例を示す説明図。

Claims (5)

1. 筆算の問題に対してその計算過程を含む解答文字枠について少なくとも表示位置、サイズ、属性および正解情報を関連付けた解答文字枠管理テーブルを格納する解答文字枠管理テーブル格納部と、
   ユーザが手書き入力した筆跡を受け付け、筆跡情報とする筆跡入力部と、
   前記解答文字枠管理テーブルに基づく筆算の問題と解答文字枠とを表示するための表示部と、
   前記筆跡入力部にて受け付けた筆跡情報を、前記筆跡情報が入力された位置に筆跡として表示する筆跡表示部と、
   前記解答文字枠管理テーブルを参照して、前記筆跡入力部で受け付けた筆跡情報が解答文字枠に入力されたものか否かを判定する解答領域判定部と、
   前記解答領域判定部にて前記解答文字枠に入力されたものと判定された筆跡情報に対して、繰り下がり記号または四捨五入記号であるか否かを判定する記号判定部と、
   前記記号判定部により繰り下がり記号または四捨五入記号ではないと判定された場合、当該判定された筆跡情報を記憶する筆跡記憶部と、
   前記筆跡記憶部に記憶された筆跡情報に対して、解答文字枠毎の筆跡情報単位に文字認識用辞書と前記解答文字枠管理テーブルを参照して文字認識を行い解答情報を生成する文字認識部と、
   前記文字認識部により生成された解答情報と、前記解答文字枠管理テーブルの正解情報とを比較して、前記筆算の問題の計算過程を含めて採点を行う採点部と、
   前記採点部により採点された結果を前記表示部に表示する採点結果表示部と、
   を備える筆算学習支援装置。
2. 前記筆跡入力部で受け付けた筆跡情報を前記表示部に表示する際の色、太さ、透明度などの表示情報を設定するための筆跡設定部をさらに含み、前記筆跡表示部は前記筆跡設定部で設定された表示情報に基づいて前記表示部への表示を行う、請求項１に記載の筆算学習支援装置。
3. 前記記号判定部により繰り下がり記号または四捨五入記号であると判定された場合、当該判定された記号に相当する筆跡情報が入力された解答文字枠に、当該判定された記号が記入された旨を表示する記号表示部を備える、請求項１または２に記載の筆算学習支援装置。
4. 前記採点部は、前記解答文字枠管理テーブルから参照した解答文字枠の属性に、繰り下がり記号または四捨五入記号が入力されるべき旨が設定されている場合に、当該解答文字枠に入力された筆跡情報に対する前記記号判定部による判定結果を参照し、前記属性に設定されている記号と前記判定結果に示される記号とが一致する場合に加点する、請求項１〜３のいずれかに記載の筆算学習支援装置。
5. 筆算の問題に対してその計算過程を含む前記解答文字枠について少なくとも表示位置、サイズ、属性および正解情報を関連付けた解答文字枠管理テーブルを解答文字枠管理テーブル格納部に格納するステップと、
   前記解答文字枠管理テーブルに基づいて、前記筆算の問題およびその計算過程を含む解答文字枠を表示するステップと、
   ユーザが手書き入力した筆跡を受け付け、筆跡情報とするステップと、
   前記ステップにて受け付けた筆跡情報を前記筆跡情報が入力された位置に表示するステップと、
   前記解答文字枠管理テーブルを参照して、受け付けた筆跡情報が解答文字枠への入力であるか否かを判定するステップと、
   前記記憶された筆跡情報のうち、前記解答文字枠に入力されたものと判定された筆跡情報に対して、繰り下がり記号または四捨五入記号であるか否かを判定するステップと、
   前記繰り下がり記号または四捨五入記号ではないと判定された場合、当該判定された記号に相当する筆跡情報を記憶するステップと、
   前記記憶された筆跡情報に対して、解答文字枠毎の筆跡情報単位に、文字認識用辞書と前記解答文字枠管理テーブルを参照して文字認識を行うステップと、
   文字認識した結果と、前記解答文字枠管理テーブルの正解情報とを比較して採点を行うステップと、
   採点結果を表示するステップと、
   を含む筆算学習支援方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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