JPH065448B2 - 視聴覚学習機能を有するクラスタ方式ｃｂｅ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、デイジタル音声合成技術をクラスタ方式のコ
ンピュータに関する技術に複合させ、さらにビデオ装置
による映像処理技術との組合せにより、学習者ひとりび
とりのレベルと学習進捗に合わせて個々の学習者の能力
を高めるために、ホストコンピュータに学習ターミナル
を放射状に接続するクラスタ方式のネツトワーク型ＣＢ
Ｅ(Computer Based Education)装置に関するものであ
る。

従来の技術 コンピユータを利用した教育装置の歴史的な動向を見て
みると、１９６０年代の初期にＣＡＩ（Computer Assis
ted Instructi on）という用語が使われはじめたが、当
時はコンピユータ自体の性能不足、マンマシンインター
フエイス機能の未開発等のため１９７０年代後半までは
社会的に大きなインパクトを与えるには至らなかつた。

１９８０年代に入つて端末がインテリジエント化し、各
種のニユーメデイアが教育装置に導入されつつある。特
にパソコンの普及に伴いレーザデイスクによる映像付
与、テープレコーダやコンパクトデイスクによる音声付
与が試みられているが、ほとんどの例はスタンドアロン
型パソコンによつて具体化したものであり、クラスタ型
によつて多数の端末をネツトワーク化し、映像及び音声
を複合化し集中制御させるには至つていない。

発明が解決しようとする問題点 従来のスタンドアロン型では、たとえばパソコンが６０
台並んだ教室を例にとると、教師が６０枚のフロツピデ
イスケツトの複写を作成して配布し、さらに学習の終了
時にこれらのフロツピデイスケツトを回収し、ばらばら
に入つた学習履歴を１枚１枚読出しながら編集しなけれ
ばならない。また教材数が多くなるに従いフロツピデイ
スケツトの管理が著しく繁雑になる。

また、従来のテープレコーダやコンパクトデイスクによ
る音声付与の方法には次のように欠点がある。すなわ
ち、テープレコーダでは学習者の状態に応じて適宜必要
な速度でランダムアクセスすることが困難であり、コン
パクトデイスクは高価な追記型を除き自由に記録内容が
変更できない欠点を持ち、クラスタ型ＣＢＥ装置ではこ
れらの音声メデイアの導入は不可能に近い。

問題点を解決するための手段 本発明の装置は、上記問題点を解決するために、一台の
ホストコンピユータに複数の学習ターミナルをそれぞれ
高速通信インターフェイスを介して高速通信インターフ
ェイスラインにより接続したものを単位教育ステーショ
ンとするクラスタ型ネットワーク方式ＣＢＥ装置として
構成し、特に、多数の教材および長時間音声フアイルを
ホストコンピユータの大容量記憶装置にデイジタル化し
て収納し、ネツトワークによつて特定の学習者に必要な
文字図形画像および音声を提供するための手段、学習者
の意思入力のためのキーボード等の入力手段、レーザビ
デオデイスク装置やＶＴＲ装置等の教材出力用ビデオ装
置、かかるビデオ装置からの映像および音声を各学習者
に提供するための手段、かかる画像および音声の出力を
学習進捗に合わせて制御する教材プログラム手段、ホス
トコンピユータから各学習ターミナルとの間への教材の
ダウンロードおよび教材と同期した音声出力の送信、学
習ターミナルからの学習履歴の受信等を行うための高速
通信インターフェイス手段、システムのスループツト向
上を計る目的のためにホストコンピユータおよび学習タ
ーミナル内にもうけたバツフアおよびＲＡＭメモリ、ビ
デオ装置からの映像と、ホストコンピユータからダウン
ロードされ学習ターミナルを経由して出力する教材の文
字、図形画像を学習ターミナルの同一ＣＲＴ画面上に重
ね合わせて表示するためのスーパーインポーズ手段、マ
イクロフオン等から入力する肉声フアイル入力手段、な
らびにローカルエリアネツトワークや公衆通信回線等の
ステーション間高速通信インターフェイスラインによる
各単位教育ステーション（教室、学校）間の通信のため
のステーシヨン間通信インターフエイス等の手段を、相
乗的な視聴覚学習効果を上げることができるように、高
度に有機的、機能的に組合せ連結したものである。

作 用 上記の構成により、特定の学習者によりその学習者の学
習ターミナルに入力された情報がディジタル信号として
高速通信インターフェイスラインを経由してホストコン
ピユータに通知され、ホストコンピユータは通知された
データをセントラルプロセッサで解読し、大容量記憶装
置に記憶されているデータより要求されたプログラム画
像教材データおよび音声データを抽出し、高速通信イン
ターフェイスラインを経由して当該学習者の学習ターミ
ナルに出力し、画像出力装置を介しＣＲＴディスプレイ
に表示される文字や図形および音声用ディジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）変換装置を介してヘドホン等の聴取手段
により出力される音声による教材およびその他の教育情
報が提供されるととも、必要に応じてレーザビデオ装置
またはＶＴＲ装置等のビデオ装置からの映像および音声
による教材およびそ他の教育情報が前記ＣＲＴデイスプ
レイおよび聴取手段を通じて前記ホストコンピユータか
らダウンロードされる出力にスーパーインポーズして提
供される。

教材を提供された各学習者の応答は学習ターミナルのキ
ーボード等の文字、記号の入力手段により高速通信イン
ターフエイスを通じてホストコンピユータに伝達され、
かかる応答をセントラルプロセッサで解読することによ
り即時反応してホストコンピユータからの前記教材およ
びその他の教育情報が当該学習者の学習ターミナルに提
供される。またマイクロフオン等の肉声入力装置により
教師がその教育情報をホストコンピユータ内の記憶装置
内にあらかじめ入力しておき、各学習者からの要求およ
び応答、即ち学習進捗に応じて前記の通り出力すること
ができる。

さらに各単位教育ステーシヨン間の通信のためのステー
シヨン間通信インターフエイスにより、各単位教育ステ
ーシヨン間（教室、学校）の通信が可能となる。

実施例 添付図面を参照しながら本発明の装置の実施例の一つを
説明する。

この実施例は、特に、最大限６４名までの学習者が同時
に使用できる、即ち６４台の学習ターミナルが接続可能
であることを目的としている。従つて本実施例の説明に
用いた各数値および構成の詳細は上記学習ターミナルの
接続可能台数が変れば適宜変更しうるものである。

本発明の装置は、第１図に示すように、ホストコンピユ
ータ２０とそれに接続された複数の学習ターミナル３０
とからなる単位教育ステーシヨン１０により構成されて
いる。

(1) 単位教育スーテンシヨン間通信の説明 第１図は１台のホストコンピユータ２０とそれに接続さ
れた複数の学習ターミナル３０とからなる単位教育ステ
ーシヨン１０相互間がステーシヨン間通信インターフエ
イスライン５０によつて接続されているところを示す。

スーテシヨン間通信インターフエイス50として、ローカ
ルエリアネツトワーク（ＬＡＮ）や公衆通信回線を使用
することができ、これらは各単位教育ステーシヨン１０
にもうけられたステーシヨン間通信インターフエイス２
２（第２図）により接続される。

教育ステーシヨン間のＬＡＮ機能を用いて、例えばある
教室内に設置された教育ステーシヨンＡから他の教室に
設置された教育ステーシヨンＢに教材や各学習者の学習
履歴を容易に転送することができるので、教材データベ
ースの共通化を計ることができる。さらに、公衆通信回
線を使用して教育ステーシヨン間を結ぶことによつて、
遠隔地との通信を行うこができ、従つて学校通信も可能
となる。

(2) 単位教育スーテンシヨンの説明 前述したように、教育ステーシヨン１０は、ホストコン
ピユータ２０と、それに接続された複数の、本実施例に
おいては６４台の学習ターミナル３０とにより構成され
ている。

(a) ホストコンピユータの説明 第２図はホストコンピユータ２０の構成を示すブロック
図である。以下、ホストコンピユータ20の構成と動作を
同図により説明する。セトラルプロセツサ２１は３２ビ
ツトマイクロプロセツサＬＳＩにより構成され、演算、
記憶、周辺装置等の制御を行うための中央処理機構であ
る。

大容量磁気デイスク記憶装置２５は１台または複数台の
ウインチエスタ型固定デイスク装置により構成され、少
くとも３００メガバイドの総記憶容量を持ち、平均アク
セスタイムが１５ミリ秒程度のものを用いる。当該デイ
スク記憶装置には、個々の学習者の応答に対する再応答
を含むプログラムされた多数の画像教材データおよび多
量の音声データがデイジタル方式で格納される。磁気デ
イスクの代りに他の大容量記憶装置を使用することもで
きる。

本実施例において、「多数の教材」とは、最大限６４名
までの学習者が、それぞれ学習ターミナル３０を用いて
個別に学習を進めるために必要の都度学習者からの要求
等に応じて前記ディスク装置から読出し、バツフアメモ
リ２４を介して高速通信インターフエイス２３により、
高速通信インターフエイスライン４０を通して学習ター
ミナル３０にダウンロードされるプログラム化された教
材のことである。

また、本実施例において、「多量の音声データ」とは、
前記のプログラム教材によつて複数の学習者がそれぞれ
個別の学習を進行させるときに、ＣＲＴ画面による視聴
情報だけでなく、学習中の文字図形教材の進行と同期し
て、音声による学習情報を各学習者に与えることにより
学習の効果を高める目的で使用する学習用データであ
る。

音声データは、アナログ信号である肉声をあらかじめデ
イジタル信号に置きかえて大容量磁気デイスク記憶装置
２５内に記憶しておき、複数の学習者に必要な音声メツ
セージを個別に読み出し、前述のプログラム教材の場合
と同様、パツフアメモリ２４を介して高速通信インター
フエイス２３により高速通信インターフエイスライン４
０を通つて４メガビツト秒程度の通信速度で学習ターミ
ナル３０に送られる。本実施例において、音声メツセー
ジは30秒程度の音声を単位として、１０時間以上の音声
データが大容量記憶装置２５に格納されている。

バツフアメモリ２４は、大容量記憶装置２５に格納され
ている教材や音声データを効率よく学習ターミナル３０
に送出するための高速ランダムアクセスメモリであり、
本実施例においては、４メガバイト以上の容量、１５０
ナノ秒以下のアクセスタイムを性能を持つ。

ステーシヨン間通信インターフエイス２２は、ローカル
エリアネツトワークや公衆通信回線等のステーシヨン間
通信インターフエイスライン５０により単位教育ステー
シヨン間の通信を行うためのものである。

(b) 学習ターミナルの説明 第３図は学習ターミナル３０のブロツク図である。以下
同図に従つて学習ターミナルの構成と動作を説明する。

セントラルプロセツサ３１は、１６ビツトマイクロプロ
セツサにより構成される学習ターミナル３０の中央処理
機構である。

ＲＡＭメモリ３２は、ホストコンピユータ２０からダウ
ンロードされる教材プログラム及び音声データを格納す
るに充分な容量（本実施例では少くとも１メガバイト）
を持つランダムアクセスメモリである。当該ＲＡＭメモ
リ３２に格納された教材プログラムはセントラルプロセ
ツサ３１用の言語で記述されており、そのまま実行でき
るプログラムの形式でホストコンピユータ２０より送ら
れるものである。ＲＡＭメモリ３２に格納された音声デ
ータは、教材プログラムの実行に同期して音声用デイジ
タル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換装置３４に送られ、ヘツ
ドホン３４−１からなる聴取装置により学習者に音声と
して聴取される。

マイクロフオン３８−１からなる音声入力装置および音
声用アナログ／デイジタル（Ａ／Ｄ）変換装置３８は、
学習ターミナル３０が教師用ターミナルとしても使用で
きるように考慮したものであり、教師が肉声を入力して
ホストコンピユータ２０内に大容量記憶装置２５にその
音声データを登録するのに用いられる。本実施例におい
ては、大容量記憶装置２５に登録されるテイジタル化音
声情報は、少くとも6,000サンプル秒、１サンプル４ビ
ツト以上のＰＣＭ(Pulse Code Modulation)データと
し、少くとも１０時間分の音声データが一度に登録でき
ることが必要である。音声入力装置（マイクロフオン）
３８−１から入力されたアナログ音声信号は、音声用ア
ナログ／デイジタル変換装置３８によりＰＣＭ信号に変
換されてＲＡＭメモリ３２内に３０秒程度の文章または
文節単位に格納される。ＲＡＭメモリ32内に格納された
デイジタル化音声信号はセントラルプロセツサ３１の制
御によつて高速通信インターフエイス３３を通り、高速
通信インターフエイス４０を経由してホストコンピユー
タ２０内の大容量記憶装置２５内に指定した場所に格納
される。

ビデオインターフエイス３７は、ビデオインターフエイ
スライン３９によつてレーザービデオデイスク装置やＶ
ＴＲ装置等のビデオ装置５１からのビデオ信号を受けて
学習ターミナル３０のＣＲＴデイスプレイ36上に、教材
プログラムに同期した映像画面またはホストコンピユー
タからダウンロードされ画像出力装置３６−１を介して
出力される文字、図形画像とビデオ画像との合成（スー
パーインポーズ）画面の表面を行う。

前記レーザーデイスク装置やＶＴＲ装置等のビデオ装置
５１は、教育ステーシヨン１０内の各学習ターミナル３
０にそれぞれ独立して接続することもできるし、また、
教育ステーシヨン１０内のすべての学習ターミナルに、
またはこれらの学習ターミナルをいくつかのブロツクに
分けてそれぞれのブロツクに共通に、接続することもで
きる。

学習ターミナル３０と学習者との対話は、学習ターミナ
ルにもうけられたキーボード３５による学習者の応答や
意思の入力、ＣＲＴデイスプレイ３６による、ホストコ
ンピユータ２０からの文字、図形、ビデオ装置からの映
像、あるいは前者と後者のスーパーインポーズによる表
示、およびヘツドホン３４−１による、ホストコンピユ
ータまたはビデオ装置からの音声の聴取によつて行う。

学習者の学習状況は、ホストコンピユータ２０からの要
求により逐次学習ターミナルから、高速通信インターフ
エイス３３および高速通信インターフエイスライン４０
を通つて、学習者による別段の操作なしにホストコンピ
ユータに送ることができる。

発明の効果 本発明の装置によれば、多数の学習者が一台のホストコ
ンピユータにそれぞれ接続された多数の学習ターミナル
により、学習者からの呼びかけに応じてそれぞれ異なつ
た教材や音声、画像等を個々の学習者に同時に提供し得
ることから、同一の場所と時間において、同時に、しか
も各学習者の学習内容と学習進捗に合わせて学習でき、
いわば学習の完全な自動化、コンピユータ化を図ること
ができる。このことは、教育現場における教師が不要と
なるか若しくはその労力が著しく軽減されることを意味
し、現今の教師数の不足と各学習者間の能力差、進度差
の増大という重大な問題を一挙に解決するものである。
さらに本発明によれば、文字、図形のみでなく、教師の
音声およびビデオによる映像と音声によつて、教材その
他の教育情報を、各学習者の学習内容と学習進捗に従つ
て同期して、必要があればインターポーズして提供する
ことができかつかかる教材やその他の教育情報に関する
学習者と学習ターミナルとの対話を瞬間的に行うことが
できるので学習時間を大巾に節約できると共に学習者を
飽きさせることがない。その上、文字の読み書きのみに
よる教育にくらべて、教師の音声、コンピユータグラフ
イツクならびにビデオによる映像と音声を総合的にかつ
同期して提供することができ、学習者の興味、感動、理
解および動機づけが非常に高まり、文字情報のみの場合
に比較して情報量が多くかつ情報が多角的に提供される
ので学習者が永続的で深い理解を得ることができる。さ
らに、単位教育ステーシヨンを接続することにより異つ
た複数の学習場所（教室、学校）において同時に上記の
学習を行うことが可能になる。

本発明の極めて重大な効果の一つは、ビデオ装置を使用
することにより迫力ある生に近い音声と映像を学習者に
提供できることである。コンピユータを使用した教育装
置において合成音声とコンピユータグラフイツクしか提
供できないことは、特に外国語や美術の学習においては
致命的な欠点であつた。この点において、本発明によれ
ばＣＢＥの適用範囲と効果が飛躍的に拡大される。

本発明の装置による教材その他の教育情報の内容と形態
は、対象となる学習者と学習内容に応じて極めて自由に
作成し適応させることができるので、小学校、中学校、
高校のみならず、専門学校、職業訓練校、成人教育、企
業内教育等巾広い層における利用が可能できある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１台のホストコンピユータとそれに接続され
た複数の学習ターミナルとにより構成された本発明の単
位教育ステーシヨンの基本構成と、かかる単位教育ステ
ーシヨンが複数単位接続された構成とを示すブロツク図
である。第２図は本発明のホストコンピユータの構成と
動作を示すブロツク図、第３図は本発明の教育ターミナ
ルの構成と動作を示すブロツク図である。 １０…単位教育ステーシヨン、２０…ホストコンピユー
タ、２１…セントラルプロセツサ（ホストコンピユータ
用）、２２…ステーシヨン間通信インターフエイス、２
３…高速通信インターフエイス、２４…バツフアメモ
リ、２５…大容量磁気デイスク記憶装置（大容量記憶装
置）、３０…学習ターミナル、３１…セントラルプロセ
ツサ（学習ターミナル用）、３２…ＲＡＭメモリ、３３
…高速通信インターフエイス、３４…音声用デイジタル
／アナログ（Ｄ／Ａ）変換装置、３４−１…ヘツドホン
（聴取装置）、３５…キーボード、36…ＣＲＴデイスプ
レイ、３６−１…画像出力装置３７…ビデオインターフ
エイス、３８…音声用アナログ／デイジタル（Ａ／Ｄ）
変換装置、３８−１…マイクロフオン（肉声入力装
置）、３９…ビデオインターフエイスライン、４０…高
速通信インターフエイスライン、５０…教育ステーシヨ
ン間通信インターフエイスライン、５１…ビデオ装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一台のホストコンピュータと該ホストコン
   ピュータに接続された複数の学習ターミナルとから構成
   された単位教育ステーションを一単位とするＣＢＥ装置
   において、 （１） 前記ホストコンピュータが、 （ａ）該ＣＢＥ装置の他の単位教育ステーションと接続
   して複数の単位教育ステーション間で通信を行うための
   ステーション間通信インターフェイス、 （ｂ）プログラムされた多数の画像教材データおよび多
   量の音声データを格納するための所要の容量を有する大
   容量記憶装置、 （ｃ）所要の容量とアクセスタイムを有するバッファメ
   モリ、 （ｄ）前記各学習ターミナルと通信するための高速通信
   インターフェイス （ｆ）セントラルプロセッサ、 とを有し、 (２) 前記各学習ターミナルが、 （ａ）前記ホストコンピュータと通信するための高速通
   信インターフェイス （ｂ）肉声入力装置、 （ｃ）前記肉声入力をディジタル信号に変換し前記高速
   通信インターフェイスを介して前記ホストコンピュータ
   の大容量記憶装置に登録するための音声用アナログ／デ
   ィジタル（Ａ／Ｄ）変換装置、 （ｄ）前記大容量記憶装置に登録されているディジタル
   化合成音声情報を音声合成出力するためのＰＣＭ復調機
   能を持つ音声用ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換装
   置、 （ｅ）前記音声出力を聴取するための聴取装置、 （ｆ）ＣＲＴディスプレイ、 （ｇ）前記ＣＲＴディスプレイへの画像出力装置、 （ｈ）各学習ターミナル別に、または複数の学習ターミ
   ナルに共通して、レーザービデオディスク装置またはＶ
   ＴＲ装置等の教材出力用ビデオ装置を接続して前記学習
   ターミナルのＣＲＴディスプレイに映像情報を表示し、
   かつ前記聴取装置に音声を出力するためのビデオインタ
   ーフェイス、 （ｉ）学習ターミナルに前記ビデオインターフェイスを
   介して接続された前記ビデオ装置、 （ｊ）所要の容量を有するＲＡＭメモリ、 （ｋ）入力手段、 （ｌ）セントラルプロセッサ、 とを有し、 (３) 前記ホストコンピュータと前記各学習ターミナル
   とは、それぞれの前記高速通信インターフェイスを介す
   る高速通信インターフェイスラインにより接続されてお
   り、 特定の学習者によりその学習者の学習ターミナルに入力
   された情報がディジタル信号として高速通信インターフ
   ェイスラインを経由してホストコンピュータに通知さ
   れ、 ホストコンピュータは通知されたデータをセントラルプ
   ロセッサで解読し、前記大容量記憶装置に記憶されてい
   るデータより要求されたプログラム教材および音声デー
   タを抽出し、高速通信インターフェイスラインを経由し
   て当該学習者の学習ターミナルに出力し、学習ターミナ
   ルのＲＡＭメモリに蓄積して、画像データを画像出力装
   置を介しＣＲＴディスプレイに表示し、音声データを音
   声用ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換装置を介して
   聴取装置より音声出力すると共に、 必要に応じて前記ビデオ装置からの映像と音声とを当該
   学習者の学習ターミナルに出力し、かつ前記ホストコン
   ピュータからダウンロードされ前記画像出力装置を介し
   て出力される画像データと前記ビデオ装置からの映像と
   を、前記ＣＲＴディスプレイ上においてスーパーインポ
   ーズすることができ、 必要に応じて、ステーション間高速通信インターフェイ
   スを介して他の単位教育ステーションと通信を行うこと
   ができることを特徴とする、視聴覚学習機能を有するク
   ラスタ方式ＣＢＥ装置。