学習のライフサイクルを支援する史跡学習システムの開発 松江工業高等専門学校 藤井諭後田真希南葉恵美子

学習のライフサイクルを支援する

史跡学習システムの開発

松江工業高等専門学校

• 屋外学習や観光で史跡を見学し，歴史につ

いて学ぶ機会は多い

しかし



現地で

リアルタイム

に史跡の案内を行うシステ

ムは少ない



見学中の

手書きスケッチ

での記録作成を支援

するといった発想も少ない

従来の観光ガイドシステム

●ホームページに写真や図は使われるが、３

Dグラフ

ィックスを使った史跡案内はほとんどない

●見学の記録を手書きでできるシステムは見当たらな

い

い

●

GPSと音声を使ってその場所の案内情報をリアルタ

イムに提供するシステムは少ない

★従来のシステムには、予習・実習・復習の学習ライ

フサイクルで学習効果を上げるという取り組みはない

• これらの問題を解決するため、我々の地元観光地で

ある松江城とその周辺の史跡を素材として

–

3Dグラフィックスを用いた

予習

PDA

今までの取組み

–

PDAと携帯電話を組み合せた

実習

– クイズによる

復習

を組み合わせた「

史跡学習システム

」の開発を行っ

てきた

技術的背景

★ゲームソフトを中心とする３

_{Dグラフィックスが進}

化してきている。

★フルブラウザで使えるスマートフォンが急速に

普及してきている。

普及してきている。

★タブレット型のスマートフォンでパソコン並みの

使い方ができるようになってきた。

☆

_{GPS、カメラ、音声、タッチペンと３Ｄを組み合わ}

せると様々な応用が考えられる。

１．予習・実習・復習の学習ライフサイクルを支援

２．

3Dグラフィックスによる仮想空間による予習⇒

全体イメージと個々の史跡の概要を学習

学習のライフサイクルを支援する

史跡学習システム

３．

GPS、タッチペン付きのスマートフォンを使い現

地で実習 ⇒

GPSで学習の軌跡を記録

４．復習時に

3D空間に再現して学習ルートを復習

し、クイズで理解度をチェック

3D

3Dグラフィックスを用いた予習

グラフィックスを用いた予習

①３Ｄで史跡のイメージをつかむ ②史跡の特徴や豆知識などを学ぶ

• ユーザの位置に応じて適切な史跡情

報を提供

GPSを使い史跡の音声、 Webガイド

• 記録作成を支援

– 学習記録作成（キーボード）

スマートフォンを用いた実習

– 学習記録作成（キーボード） – スケッチ（タッチペン） – 現在位置確認（Google Map） – 見学軌跡の記録（GPS)

★サーバに送り

Webページを作成

⇒他端末からも閲覧可能とする

メニュー画面

• タッチペンを用いて撮影禁止の

歴史遺産などをスケッチし、保

存する機能

– 写真にメモを書き込むことも可能

スケッチ機能

•

JPEG形式で端末内、サーバの両

方に保存できる

• 線種の選択、現在の色、直前の

色の表示、消しゴムなどの編集

機能

スケッチ画像

• 史跡学習システムがスタートした時点から、

10秒おきに緯度、経度を数値で保存

• システム終了と同時に軌跡ファイルをサーバ

学習軌跡の作成

• システム終了と同時に軌跡ファイルをサーバ

に送信

• 実地学習の軌跡を３

_{D仮想空間で再現}

学習軌跡を用いた復習

実地学習で一定時間毎に得た緯度・経度を経路曲線に変換 し3D空間に射影

理解度チェック

理解度チェック

チェッククイズ

基本問題(選択式) マウスで解答 応用問題(穴埋め式) キーボード入力で解答

(po[0].X ,po[0].Y )

始点₍startX,startY) 終点₍e.X , e.Y )

Point[] po = new Point[4];

double r = Math.Sqrt(Math.Pow(startX - e.X, 2.0) + Math.Pow(startY - e.Y, 2.0)); double cos = (e.Y - startY) / r;

double sin = (e.X - startX) / r;

po[0].X = startX + (int)Math.Round(cos * (-width / 2.0));

(po[1].X ,po[1].Y )

(po[2].X ,po[2].Y )

(po[3].X ,po[3].Y )

po[0].Y = startY + (int)Math.Round(-sin * (-width / 2.0)); po[1].X = e.X + (int)Math.Round(cos * (-width / 2.0)); po[1].Y = e.Y + (int)Math.Round(-sin * (-width / 2.0)); po[2].X = e.X + (int)Math.Round(cos * (width / 2.0)); po[2].Y = e.Y + (int)Math.Round(-sin * (width / 2.0)); po[3].X = startX + (int)Math.Round(cos * (width / 2.0)); po[3].Y = startY + (int)Math.Round(-sin * (width / 2.0));

//始点と終点には円を描画

grfx.FillEllipse(brush, startX - (int)Math.Round(width / 2), startY - (int)Math.Round(width / 2), (int)width, (int)width); grfx.FillEllipse(brush, e.X - (int)Math.Round(width / 2), e.Y - (int)Math.Round(width / 2), (int)width, (int)width);

//変換した座標を用いて線を多角形で描画 grfx.FillPolygon(brush, po); 線に幅を持たせるために 始点、終点座標を変換

円と多角形によって線を描画することによって

滑らかな線を描くことができる

３Ｄ開発環境

• システム

– Virtools 4.0

• 史跡オブジェクト

– MetasequoiaLE R2.4

Virtoolsによ

る開発

– MetasequoiaLE R2.4

– LightWave3D 8.0

• 位置情報変換プログラム

– PHP

LightWave3Dに

よる開発

緯度・経度の平面座標変換

• 地球を球体と仮定する．

• 緯度が変化した場合

地球の半径 R ＝ 6378137ｍとすると， 円周 2πR ≒ 40075020ｍ． 円周 2πR ≒ 40075020ｍ． 1度変化すると， 2πR/360 ＝ 111319.5ｍ． したがって1秒では， 2πR/(360*60*60) ≒ 30.92208ｍ．

緯度・経度の平面座標変換

• 経度が変化した場合

同じ1度でも緯度によって移動距離が変わる． 緯度が高くなるとその緯線で切断した面の円の半径は小さくなる. 切断面の半径を r ＝ R*cosθ r ＝ R*cosθ とする． 島根県は北緯35度であるので， 1度変化すると， 2πr/360 ＝ 2π*R*cos(π*35/180)/360 ≒ 111313.2ｍ． したがって1秒では， 2πr/(360*60*60) ≒ 30.92032ｍ．

BB

BBを用いたアバター制御

を用いたアバター制御

スタート位置設定 _{アバターの移動}

Q1．システムの操作は分かりやすかったですか Q2．端末は持ち運びやすかったですか Q3．タッチペンによる操作は快適でしたか Q4．ガイド機能は快適に使えましたか Q5．記録の作成は快適に使えましたか Q6．史跡情報ページは役に立ちましたか Q7

スマートフォンによる評価

スマートフォンによる評価

• 学生

10名による試用評価

Q7．現在位置表示機能は役に立ちましたか Q8．手書きのスケッチ画面は扱いやすかったですか Q9．実際の観光にこのシステムを利用してみたいと 思いますか Q10．改善して欲しい点や欲しい機能はありますか Q11．その他お気づきのことがあればお書きください

全員が実際の観光に使ってみたいと評価

３

３

D

Dグラフィックスによる評価

グラフィックスによる評価

Q 1：3D空間は実際の環境と近いと感じたか Q 2：バーチャルツアーでのキーボード・マウス操作は快適か Q 3：ボタンによる補助機能(地図機能，視点変更等)は十分か Q 4：事前学習機能での，改善すべき点や欲しい機能 Q 5：クイズの内容は復習に適していたか

事前学習

Q 5：クイズの内容は復習に適していたか Q 6：問題数・レベル分けは十分であったか Q 7：キーボードによるクイズの回答はどうか Q 8：経路再現機能におけるアバターのアニメーションはどうか Q 9：経路再現機能での，改善すべき点や欲しい機能 Q10：3Dを用いた本システムを史跡学習に役立てたいと思うか Q11：意見・感想

クイズ

経路再現

予習・復習の評価

予習・復習の評価

Q 3 Q 2 Q 1 大変良い 良い Q 1：3D空間は実際の環境に近い … 90％ Q 5：クイズの内容は復習に適していた … 80％ Q10：本システムを史跡学習に役立てたい…100％ Q11：ゲーム感覚で楽しめる 0 % 2 0 % 4 0 % 6 0 % 8 0 % 1 0 0 % Q 1 0 Q 8 Q 7 Q 6 Q 5 良い 普通 悪い 大変悪い Q11：ゲーム感覚で楽しめる 楽しく事前学習ができる などの良い評価が得られた Q 4：アバターの移動速度を速めたい Q 9：経路データの選択再生 などの改善点・新しい機能の提案

高い評価が得られた項目

• 端末の持ち運びやすさ

–

_{PDAと携帯電話を使用していた従来の実地学習システム}

に比べ、スマートフォン１台のみで持ち運びが容易

• 手書きスケッチ機能

– ユーザが違和感なくスケッチできる

– ユーザが違和感なくスケッチできる

• 予習機能

– 楽しく予習ができる

• 復習機能

– 見学の軌跡が再現できる

研究の技術的特徴

１．予習・実習・復習のライフサイクルを支援し、

学習効果の向上をはかる

２．

3Dグラフィックスとスマートフォンを組み合せ

ることにより、空間・時間に適合したユビキタ

スな学習サポートを実現

今後の課題

• スマートフォンの操作

→デザインの改良、ヘルプ機能を追加、スタートページ

に戻るボタンを追加

• 経路再現の改良

• 経路再現の改良

– 経路データの選択再生機能

– 通過可能経路の限定

• システム全体

– 予習・実習・復習を通した試用評価

• 試用評価を行い、史跡学習システムとしての

有用性を確認した

• ３Dとスマートフォンを用いることで、より興味

を持って学習ができる

まとめ

を持って学習ができる

• 予習・実習・復習を組み合わせることによって、

より効果的に学習できる

• 史跡学習だけでなく、動植物園見学、修学旅

行、ハイキングなど屋外学習全般への応用

が考えられる