ＷＷＷ対応ＣＡＩ教材の開発

及川 義道, 高野 二郎, 光澤 舜明

1 はじめに

2 教材の作成

3 システム構成

Figure 1. A diagram of the system

Table 1. System configuration of a server and client PCs

	Server PC	Client PC
	Pentium-150MHz	i486SX-33MHz
RAM	48MB	7.6MB
HDD	1.6GB	230MB
OS	WindowsNTServer 3.51	Windows95

学習者は実習室に設置されているクライアント上でＷＷＷブラウザを起動し、所定のアドレスを指定してサーバに接続する。サーバ側では利用者の認証および利用履歴の記録、教材の供給をおこなう。本研究ではこの利用者の認証および利用履歴の記録にデータベースゲートウェイを利用して行った。データベースゲートウェイを利用する利点は、データベース操作言語を記述したＨＴＭＬ様の文書ファイルを作成することにより、ＣＧＩ[12]プログラムを自作することなくデータベースを比較的容易に操作することができることである。学習者の利用するＷＷＷブラウザから学生証番号およびパスワードが送信されてくると、サーバプログラムはデータベースゲートウェイを介して、あらかじめMicrosoft Access[14]で作成しておいた履修者名簿内のデータと照合し、正常に照合できた場合のみ教材の転送を開始する。一方、教材データは64 KBytesごとに分割されており、必要に応じて転送される。このため、学習の途中でデータの転送が発生するが、教材起動までの時間の短縮と回線負荷の軽減をはかることができる。なお、教材データを同一のディレクトリに保存すれば、スタンドアローン（ＰＣ単独）でも実行が可能である。

4 実行環境

5 教材の構成

Figure 2. The Log-in screen

Figure 3. The Menu screen

「原理」の部分では、大学新入生を対象に想定していることから、酸・塩基の概念や反応といった基礎から解説を行なっている（Figure 4）。「実験の準備」の部分では、実験器具の説明、ｐＨメーターの取り扱い方法を解説し、ｐＨメーターの調整方法に関してはデジタルビデオソースを利用することにより、はじめてｐＨメーターを利用する学生に対しても、操作の感覚が養えるように構成した（Figure 5）。また、東海大学で実施している教養化学実験では当該テーマがはじめてグラフを作成することになるため、グラフの作成方法についても解説を付け加えた（Figure 6）。

Figure 4. An explanation of the procedure

Figure 5. An instruction of the principle with digital video movie

Figure 6. An instruction of a drawing graph

「実験シミュレーション」の部分では強酸−強塩基、弱酸−強塩基の２種類の滴定を行なうことができ、学生が溶液の滴下を指示すると逐次ｐＨを計算し、その結果を表示するようになっている（Figure 7）。指示薬はあらかじめフェノールフタレインが加えられているものとし、ｐＨ値に従って溶液の色を７段階に変化させて表示している。なお、溶液の状態は実写した静止画像を用いた。また、計算に利用される各種数値はクライアント上で乱数を用いて生成し使用している。「結果のまとめ方」の部分では、作成した滴定曲線から当量点を求める方法や、求めた数値から濃度を計算する方法を解説している（Figure 8）。

Figure 7. The simulation of Acid-Base titration

Figure 8. An explanation of data processing

6 教材の利用と結果

Table 2. Relationship between starting time of the CAI software and access styles (second)

PCの種類*	単独利用	ファイル共有	HTTP
model-A	６０	６０	６０
model-B	２５	２５	２５
model-C	１５	１５	１５

* model-A; i486SX-33MHz, RAM 7.6MB
  model-B; i486DX-66MHz, RAM 21MB
  model-C; Pentium-75MHz, RAM 32MB

Table 3. A rush test of the system

クライアント台数（台）	最長起動時間（分）	最短起動時間（分）
10	2	2
20	3	2
30	5.5	2
40	7	2

クライアント数が１０台の場合は起動時間は２分であり、クライアントごとの差はほとんどなく、ほぼ一斉にメニュー画面が表示された。またこの場合は転送エラーの発生は認められなかった。クライアント台数が増加すると、起動時間の最短はほぼ２分で変わらないものの、台数の増加に応じてクライアントごとの起動時間に差が広がり、クライアント数が４０台の場合は最長７分を要した。また、転送エラーの発生状況は接続台数の増加に伴い発生頻度が高くなる傾向を示した。日時を変えて同様の試験を５回行ったところ転送エラー件数の増加傾向は同様であったが、発生件数は一定していなかった。特に同じクライアントを４０台同時接続した場合、最も少ない時で５件、最も多い時で１０件の転送エラーが認められた。これらの転送エラーはクライアントをいくつかのグループに分割し、時間をずらして接続するとにより回避する事が可能であることがわかり、実際に４０台のクライアントを２回に分けて接続した場合には、転送エラーを２件にまで押さえることができた。これらの結果をもとに教材の供給サイズの変更等を行い授業への応用を試みた。
授業への応用は３クラスで行い、受講者数はそれぞれ７６名、４７名、４５名であった。７６名のクラスは、ＣＡＩ教材を用いた講義を行っているクラスであり、理・工学部の１年生から４年生までが混在している。このクラスでは従来のフロッピーディスクに保存されたMS-DOSベースの教材と今回作成した教材の２種類の教材を利用させた。まずはじめに、各人に従来の教材が保存されたフロッピーディスクを配布して、その教材が終了した学生から随時今回作成した教材を利用する形式をとった。この場合、学生が学習する速度の違いから、従来の教材が終了するのに最も早い学生と最も遅い学生との間で２０分の時間差が生じた。この為、今回作成したWWW形式の教材へのアクセスも一斉ではなく、各学生が教材起動に要した平均時間はおよそ２分であり、転送エラーも認められなかった。
４５名と４７名のクラスはいずれも工学部１年生の化学実験を受講しているクラスである。これら両クラスには、コンピュータの操作に不慣れな学生が多かったため、教材の利用方法の指導と実習とが同時進行する形となり、サーバに対してほぼ全員が同時にアクセスする状態となった。その結果、接続試験の場合と同様、起動時間が最も短い学生で２分、最も長い学生で１０分を要した。ただしこの時間には、誤操作・転送エラーなどから復旧するまでの時間を含んでいる。実習終了後、簡単な記述式のアンケート調査を行ったところ、従来の教材よりもわかりやすいと回答した学生が８割以上であった。また、低学年はコンピュータを利用していることに高い興味を示し、高学年になるほど教材にインターネットの技術が利用されている事に強い関心を持つ傾向が見られた。さらに、教材をそのままサーバに登録した状態にしておいたところ、授業以外で教材を利用している学生が認められ、学生にとって本教材への関心度は高いように思われる。
以上のことから、マルチメディア型のＣＡＩ教材をWWW上で供給することは著者らが用いたようなWindows上でWWWブラウザを利用するために最小と考えられる構成のＰＣでも十分可能であることがわかった。従って、現在流通している、より高性能のＰＣをクライアントに利用できる環境であれば、転送速度や動作速度の遅さを気にすることなく実行が可能と思われる。さらに、従来のフロッピーディスクでは供給できなかったマルチメディア対応教材もWWWを利用することにより容易に提供が行え、学生が教材を利用できる時間や施設の制限も緩和することができることから、本報で示したWWW対応ＣＡＩ教材は有用であると考えられる。

本教材はＰＣ学会の無償利用ソフトウェアとして登録する。教材を利用するためには全てのデータを同一フォルダに保存する必要がある。WWWサーバで利用する場合は、別途MIME指定の追加が必要である[17]。なお、Windows95/NT、WindowsNTServer上のIIS[14]、WebSite[18]、Fnord[19]については動作チェック済みである。

参考文献