自然言語処理技術を用いた 中学理科教授学習システム 徳島大学 工学研究科 A-1 小西 優輔 １．研究背景 現在，インターネットやコンピュータを活用する教授 学習システムの研究開発も盛んになされている しかしながら，従来の教授学習システムは 語学 → 有用 理科 → 様々な問題が指摘 予め用意したいくつかの「教授戦略」 「提示パター ン」 しか出さない為、「面白さ」に欠ける ２．研究目的 本研究では ・自然言語処理技術を用いて「飽きる」ことなく，繰り返し学習 ・学習者のサポートを行う事で「深い知識」の習得 ・グループ学習を組み込み，学習者に「楽しさ」を提供 ・自然言語処理の“ユーモア”を取り入れ学習者の興味を喚 起 理科教授学習システムの研究・開発を目的とする ４．システム構成 自然言語解析 モジュール 音 声 合 成 学習者 音 声 認 識 イ ン タ ー フ ェ ー ス （ 表 示 モ ジ ュ ー ル ） 問題生成 モジュール 制 御 モ ジ ュ ー ル 興味喚起 モジュール 教授指導 モジュール 記憶・忘却 モジュール 情報検索 モジュール 問題・解答DB 知 識 ベ ー ス 管 理 モ ジ ュ ー ル 同義表現DB Super Function辞書 教授指導DB 特定分野知識DB 画像DB 履歴DB ５．自然言語解析 文章 茶筌を用いて 形態素解析 Super Function を用いて解析 前処理 茶筌：奈良先端科学技術大学院大学自然言語処理講座が リリースした，フリーの日本語形態素解析プログラム Super Function：機械翻訳の分野で我々が提案している手法 Super Functionの概要 「台車の速度を求めよ」 ノードテーブル エッジテーブル 原言語 Φ の を 求めよ 原言語 台車 速度 Φ 方向グラフでSFを表現 定数 : ノード 変数 : エッジ φ 台車 速度 の を φ 求めよ 機械翻訳では目標言語として，原言語に対応する英語のSFが存在 本研究での目標言語は，原言語に情報が付与されたもの 変数（名詞）を調べれば目的（速度），「もの」（台車）などがわかる Super Functionを用いた解析 Super Functionを用いた文章の解析の流れを以下に示す ノードテーブルが 一致するSFを検索 辞書から必要な情報を 取り出し，解答 エッジテーブルから 中心語の変数を取り出す 中心語：SFに対応する質問の核となる語 中心語 質量60g体積20cm3の物質の密度はいくらか｡ 密度30g/cm3体積10cm3の物質の質量はいくらか｡ 質量300g密度30g/cm3の物質の体積はいくらか｡ 方向グラフと変形テーブル 質量 Φ 体積 60g Φ Φ 物質 20cm3 Φ ノードテーブル エッジテーブル 原言語 の の を求めよ 原言語 質量 60ｇ 体積 20ｃｍ3 物質 密度 の 密度 の を求めよ ・ノードテーブルが一致する SFを検索 ・エッジテーブルから中心語の 変数を取り出す ・エッジテーブルから必要な情報 を取り出し，解答 解析結果 ６．自然言語生成 本研究の目的の一つ 「繰り返し学習」を効果的に行わせる 同じ問題が繰り返し出題されるようでは，すぐに学習者は 飽きてしまう そのために，１つの問題文に対し様々な言い回しの問題文を 作成，出題する必要がある 自然言語生成 数値はランダムに ノードテーブル 決定 の の を求めよ 予め密度等が 質量 ？g 体積 ？cm3 ？ 密度 定まっていない 物を使用 例（物質，ボール， etc） Φ Φ Φ Φ エッジテーブル 体積 ・・・ 密度 ？cm3 ・・・ ？g/cm3 質量 ・・・ 体積 ？g ・・・ cm3 例：を求めなさい ？ ・・・ ？ 計算せよ 密度 ・・・ 質量 求めて下さい etc の の を求めよ ７．分野ごとのルールを作成 学習者解答 前向き推論 エンジン キーワード アニメーション 前向き推論エンジン： 学習者の誤答の程度，種類を判定 判定結果のためのキーワードを返す システムはそのキーワードに応じ， 学習者の誤答に合った アニメーション，テキストを表示 推論の例（1/2） 例として以下の問題を用いる 学習者の解答は， 「重力加速度はいくらですか？」 正答の絶対値と等しく符号反転 この場合， 学習者の解答「－9.8」 「ｆｌｙ」というキーワードを返す 正答に対しての学習者の解答： 絶対値が等しく符号反転 絶対値が大きく符号は等しい 絶対値が大きく符号反転 絶対値が小さく符号は等しい 絶対値によりスピードの調整 ： ： ： ： fly down fly1,fly2,・・・,fly N down1,・・・,down N 推論の例（2/2） ８．履歴の管理（1/2） キーボード 操作 学習者の 演習問題 の解答時 間 演習問題 の正誤 制限時間の 超過 おかしな キーボード操 作 入力例 ： aaaaaaaaaaaa aaaaaaaaaaa など 行き詰まり状態の 学習者 履歴を用いて履歴の解析を行う理解度チェック，行き詰まり状態の 学習者の検出などに用いる ８．HELP ９．まとめ 現在構築している自然言語処理技術を利用した 中学理科教授学習システムの概要 Super Functionを用いた自然言語解析 Super Functionを用いた自然言語生成 理科問題文追加 興味喚起モジュール 履歴管理・HELP １０．今後の課題 １．理科に関する知識ベース拡充 ２．学習者の状態の測定および動的な学習画面の生成 ３．評価実験
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