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技術 コンピュータ反復学習方法

出願人 渡邊幸男
発明者 渡邊幸男
出願日 1998年4月30日 (21年4ヶ月経過) 出願番号 1998-121094
公開日 1999年1月22日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 1999-015361
状態 特許登録済
技術分野 電気的に作動する教習具
主要キーワード レベル段階 記憶度 定着期間 プログラミングインストラクション 学習間隔 歴史年表 テスト回数 忘却曲線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年1月22日)のものです。
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図面 (8)

課題

一つの課題(分野)に対して記憶(論理的な理解も含む)と記憶の定着を可能にする学習方法

解決手段

コンピュータを用いて、ある課題に関する設問に対して正答がなされると同設問に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間が長くなるように変更し、正答できないと同設問に対する反復学習間隔時間が短くなるように変更して、次の学習までの時間間隔を管理する。

概要

背景

学習には大きく見て二つの側面がある。一つは記憶、もう一つは理解である。前者は一般に丸暗記などの暗記的記憶であり、後者は論理的な道筋の記憶である。前者はわりあい短時間に多数の内容を詰め込むことができるが、時間とともに劣化忘却)しやすい。一方、後者は一つの課題(または分野)に対して学習時間が長くなる傾向にあるが、いったん理解をすれば、その記憶内容(正確には理解度)は劣化しにくいという特徴をもっている。

学習の基本は繰り返すことである。古くから行われている方法としては、プログラミングインストラクション(PI:Programing Instruction)がある。たとえば図1に示すように、学習と質問(図では“問題”と表記)を繰り返しながら、正解をすると次の学習ステップまたは類型学習をジャンプして新しい学習ステップへ移り、不正解のときは前のステップ戻りながら、学習効果を上げていく仕組みになっている。この学習法は、一つ一つを単に暗記するのでなく、理解しながら学習していくの適した方法である。

記憶と忘却を扱ったものとして、エビングハウス忘却曲線がある。図2は忘却曲線を表したものであるが、グラフからもわかるように、記憶は時間の指数関数的に減少する。この忘却曲線は個人差もあり、また学習する対象によっても異なる。この忘却曲線の特徴を利用して記憶劣化を補いつつ、学習効果を上げる方法を提唱しているのが、特開平8-278745の「教育装置及び教育方法」である。この方法によると、ある課題に対して複数の問題(たとえば10問出題)を出し、全問正解するまで一定期間おいての再出題を繰り返し、全問正解したところで、忘却曲線を設定する。この忘却曲線にそって記憶劣化を補うための復習期間・復習テスト期間を自動設定する。この方法によって、学習効果と記憶定着効果最大限に上げようとするものである。

一方、英単語記憶学習用としては、特開平8-179683の「英単語学習記憶装置」がある。この装置で採られている方法は、単語ごとに不正解、一度正解、連続正解の3段階に基づいて、単語の記憶度を管理していくものである。不正解、一度正解の単語に対しては、ランダムに取り出し、再記憶テスト)させる方法を採り、最終的に連続正解するまで学習させる。この方法により、単語(例文発音なども含む)の記憶定着を確保することができるという仕組みになっている。

概要

一つの課題(分野)に対して記憶(論理的な理解も含む)と記憶の定着を可能にする学習方法

コンピュータを用いて、ある課題に関する設問に対して正答がなされると同設問に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間が長くなるように変更し、正答できないと同設問に対する反復学習間隔時間が短くなるように変更して、次の学習までの時間間隔を管理する。

目的

特開平8-179683の学習法は、一つ一つの単語(発音や例文なども含む)を完璧に学習する手法であるが、学習(テスト)の間隔はランダムに決定するものであり、計画的な学習を意図したものではない。一方、特開平8-278745は、学習期間と復習期間を分け、学習期間の学習方法一定間隔の反復学習によって完璧に課題を憶えさせ、その学習期間に得た結果によって忘却曲線を算出し、復習期間での学習スケジュールを自動設定して記憶を定着させるというものである。しかし、学習期間における学習間隔は単に一定間隔としている点、学習の単位はグループ単位である点、また忘却曲線を求める処理が必ずしも論理的に示されていない点に問題がある。本発明が解決しようとする課題は、一つの課題(分野)に対して記憶(論理的な理解も含む)と記憶の定着を可能にする学習方法を提唱することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
2件

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請求項1

コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習方法において、前記設問に対する回答の評価に応じて該課題に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間を増加、維持あるいは減少させるように変更して、反復学習間隔時間を管理することを特徴とするコンピュータ反復学習方法。

請求項2

コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習方法において、前記設問に対して正答と判断されると該課題に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間をゼロ以上の時間増加させ、正答でないと判断される該課題に対する反復学習間隔時間をゼロ以下の時間減少させるように変更して、反復学習間隔時間を管理することを特徴とするコンピュータ反復学習方法。

請求項3

コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習方法において、課題毎に学習度の各レベルに対応して反復学習間隔時間を決めた学習度レベル段階を設定し、課題に関する設問に対して正答と判断されると該課題に対する学習度レベルを維持ないし上昇させ、正答でないと判断されると該課題に対する学習度レベルを維持ないし下降させるように変更して、反復学習間隔時間を管理することを特徴とするコンピュータ反復学習方法。

請求項4

適当個数の正答できなかった設問をまとめて繰り返し学習させて短期記憶を形成し、かつ前記適当個数の設問については以降の処理では正答できなかったものとして扱うことを前記コンピュータ反復学習中に適宜行うことを特徴とする請求項1乃至3記載のコンピュータ反復学習方法。

請求項5

前記設問が聞き取りテスト用の音声であることを特徴とする請求項1乃至4記載のコンピュータ反復学習方法。

請求項6

コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習において、前記設問に対する回答の評価に応じて該課題に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間を増加、維持あるいは減少させるように変更して、反復学習間隔時間を管理する手順を実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ用記録媒体

請求項7

コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習において、課題に関する設問に対して正答と判断されると該課題に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間をゼロ以上の時間増加させる手順、正答でないと判断されると該課題に対する反復学習間隔時間をゼロ以下の時間減少させるように変更する手順、反復学習間隔時間を管理する手順を実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ用記録媒体。

請求項8

コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習において、課題毎に学習度の各レベルに対応して反復学習間隔時間を決めた学習度レベル段階を設定しする手順、課題に関する設問に対して正答と判断されると該課題に対する学習度レベルを維持ないし上昇させる手順、正答でないと判断されると該課題に対する学習度レベルを維持ないし下降させるように変更する手順、反復学習間隔時間を管理する手順を実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ用記録媒体。

請求項9

5から9個の正答できなかった設問をまとめて繰り返し学習させて短期記憶を形成し、かつ前記5から9個の設問については以降の処理では正答できなかったものとして扱う手順を前記コンピュータ反復学習中に適宜行う手順を実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする請求項6乃至8記載のコンピュータ用記録媒体。

請求項10

前記設問が聞き取りテスト用の音声であることを特徴とする請求項6乃至9記載のコンピュータ用記録媒体。

技術分野

(4)AB=ACの二等辺三角形ABCにおいて、頂点Aから辺BCへの垂線AHとしたとき、線分AHの長さを求めよ。ただし、点Hは辺BC上、またAB=5、BC=8とする。

背景技術

0001

本発明は、コンピュータを用いて学習をサポートする教育方法に関する。さらに詳細には、反復して課題に関する設問を選択出題して解答を求める反復学習方法およびそれらの方法を記録した記録媒体に関する。

0002

学習には大きく見て二つの側面がある。一つは記憶、もう一つは理解である。前者は一般に丸暗記などの暗記的記憶であり、後者は論理的な道筋の記憶である。前者はわりあい短時間に多数の内容を詰め込むことができるが、時間とともに劣化忘却)しやすい。一方、後者は一つの課題(または分野)に対して学習時間が長くなる傾向にあるが、いったん理解をすれば、その記憶内容(正確には理解度)は劣化しにくいという特徴をもっている。

0003

学習の基本は繰り返すことである。古くから行われている方法としては、プログラミングインストラクション(PI:Programing Instruction)がある。たとえば図1に示すように、学習と質問(図では“問題”と表記)を繰り返しながら、正解をすると次の学習ステップまたは類型学習をジャンプして新しい学習ステップへ移り、不正解のときは前のステップ戻りながら、学習効果を上げていく仕組みになっている。この学習法は、一つ一つを単に暗記するのでなく、理解しながら学習していくの適した方法である。

0004

記憶と忘却を扱ったものとして、エビングハウス忘却曲線がある。図2は忘却曲線を表したものであるが、グラフからもわかるように、記憶は時間の指数関数的に減少する。この忘却曲線は個人差もあり、また学習する対象によっても異なる。この忘却曲線の特徴を利用して記憶劣化を補いつつ、学習効果を上げる方法を提唱しているのが、特開平8-278745の「教育装置及び教育方法」である。この方法によると、ある課題に対して複数の問題(たとえば10問出題)を出し、全問正解するまで一定期間おいての再出題を繰り返し、全問正解したところで、忘却曲線を設定する。この忘却曲線にそって記憶劣化を補うための復習期間・復習テスト期間を自動設定する。この方法によって、学習効果と記憶定着効果最大限に上げようとするものである。

発明が解決しようとする課題

0005

一方、英単語記憶学習用としては、特開平8-179683の「英単語学習記憶装置」がある。この装置で採られている方法は、単語ごとに不正解、一度正解、連続正解の3段階に基づいて、単語の記憶度を管理していくものである。不正解、一度正解の単語に対しては、ランダムに取り出し、再記憶テスト)させる方法を採り、最終的に連続正解するまで学習させる。この方法により、単語(例文発音なども含む)の記憶定着を確保することができるという仕組みになっている。

0006

学校教育の問題点は、生徒個人個人学習レベルに合わせた教育がなされていないことである。その点、従来技術でみてきた、特開平8-179683の「単語学習記憶装置」および特開平8-278745の「教育装置及び教育方法」とも、個人のレベルに合わせた学習管理が行われることが特徴となっている。

課題を解決するための手段

0007

特開平8-179683の学習法は、一つ一つの単語(発音や例文なども含む)を完璧に学習する手法であるが、学習(テスト)の間隔はランダムに決定するものであり、計画的な学習を意図したものではない。一方、特開平8-278745は、学習期間と復習期間を分け、学習期間の学習方法一定間隔の反復学習によって完璧に課題を憶えさせ、その学習期間に得た結果によって忘却曲線を算出し、復習期間での学習スケジュールを自動設定して記憶を定着させるというものである。しかし、学習期間における学習間隔は単に一定間隔としている点、学習の単位はグループ単位である点、また忘却曲線を求める処理が必ずしも論理的に示されていない点に問題がある。本発明が解決しようとする課題は、一つの課題(分野)に対して記憶(論理的な理解も含む)と記憶の定着を可能にする学習方法を提唱することにある。

0008

本発明は上記の課題を解決するために、コンピュータを用い、反復して課題に関する1以上の設問を選択出題して解答を求める反復学習において、前記設問に対する回答の評価に応じて該課題に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間を増加、維持あるいは減少させるように変更して、反復学習間隔時間を管理するコンピュータ反復学習方法である。

0009

ある課題に関する設問に対して正答と判断なされると、その課題に対する次の学習までの間隔である反復学習間隔時間を長くなるように変更し、正答でないと判断されるとその課題に対する反復学習間隔時間を短くなるように変更して、次の学習までの時間間隔を管理する。この場合、1回の正答か否か毎に反復学習時間を増減させるのではなく、複数回正答、あるいは複数回不正答のときレベルを移動させるように設定しても良い。そして最終的には、何回かの正答の結果、次の学習までの時間間隔が一定時間以上(あるいは一定のレベル以上)になればその課題に対しては学習完了とする。

0010

正答か否かの判断は、設問に対して要した時間、設問に対する回答内容等を考慮して判断基準を定める。例えば、一つの設問が10の小設問で構成されているような場合、8以上の小設問に対して正しい解答をすれば、設問に対して正答がなされたと判断したり、規定時間をオーバーすれば正答でないと判断するようなことである。

0011

学習完了の条件としてはこの他に様々なパターンが用いられる。連続3回正解すれば完了、第1回で正答すれば完了などが考えられ、このような各種完了条件を組み合わせることでさらにきめ細かい学習上の配慮が可能である。なお、複数の設問を一つの課題に対応させて、処理することもできる。また、設問は文字で書かれたもの以外に、発音された聞き取りテストのように音声で与えられるものでも良い。

0012

反復学習間隔時間の変更は、予め定めたレベルに対応する時間の表に基づいて変更する。課題毎に学習度のレベルを設定して、このレベルに対応して反復学習間隔時間を決めておき、正答か否かでレベルを上げる、あるいは下げるなどの操作を行うことで反復学習間隔時間を変更する。この場合、1回の正解、不正解毎にレベルを動かすのではなく、複数回正解、あるいは複数回不正解のときレベルを移動させるように設定しても良い。

0013

実際の学習では、前回の反復学習間隔時間とは異なる時間に再学習が行われる場合がある。設定された反復学習間隔時間よりも長い時間間隔で再学習が行われ、それが正答であれば、前回の学習からの実際の経過時間を基準にして、新しい反復学習間隔時間を定める。

0014

逆に、設定時間間隔よりも早く再度の学習が行われ、それが不正解の場合は前回の学習からの実際の経過時間を基準にして新しい反復学習間隔時間を定める。そして、これ以外の場合は、基本的には前回の設定時間を基準にして、反復学習間隔時間を変更する。また、正当か否かの判断については、多段階評価を行って、各評価レベルに応じて反復学習時間の増減等を設定することもできる。

0015

学習中の課題毎の反復学習間隔時間(あるいは学習度のレベル)は、学習者固有の情報として管理され、各課題の反復学習間隔時間に沿って、問題が選択されて出題される。この際に、出題可能数が過多になったり、過少になることがあるが、過多な場合は適宜選択し、過少な場合は比較的出題時期が近い出題を選択するなどして調整する。課題毎の反復学習間隔時間の初期値あるいはレベル間の時間差などは、忘却曲線、難易度などを考慮して、予め設定しておく。

0016

また、表を用いずに時間計算により変化させることもできる。例えば、正答であれば反復学習間隔時間を一定比率で増加させ、誤答であれば一定比率で反復学習間隔時間を減少させるような連続的時間変更を行うこともできる。

発明を実施するための最良の形態

0017

上記の本発明の方法は長期の記憶を完成させるための方法であるが、さらに短期記憶メカニズムを利用した方法を付け加えることができる。そこで、不正解であった設問を適当個数まとめて、一時に繰り返し学習させることで短期記憶を完成させる。しかし、これは、あくまでも短期記憶なので、上記の本発明の目的とする長期記憶に関してはまだ記憶されていないものとして扱う。このような、短期記憶を利用したシステムを、本発明の長期記憶を完成させるシステムに組み込むことでさらに学習効果を上げることができる。なお、まとめる個数としては、一時に覚えられる個数であることが望ましい。とくに、短期記憶においては、人が同時に記憶できる要素は5〜9(7±2)と言われており、この数を記憶のマジカルナンバーと呼んでいる。上記のまとめる個数の上限として、このマジカルナンバーを用いることは有効である。

0018

本発明の実施の形態について説明する。課題毎の反復学習間隔時間の初期値あるいはレベル間の時間差など記録したデータを収納した学習間隔時間管理テーブルを設定する。学習者個人については、学習者ごとに課題ごとの進捗状態(レベル)あるいは反復学習間隔時間のデータを収納した個人情報テーブルを設定する。

0019

なお、上記の学習間隔時間管理テーブルはデータベース化しておき、実行ごとに読み出して使用する。また学習間隔時間管理テーブルの学習間隔は、将来的により効果的な学習間隔を設定できるように、課題ごとに課題完了までの過程ログファイルに保存しておく。本発明は、ペーパーテストによる学習、LANによる学習、パソコン通信インターネットなどによる学習に対しても、対応できる。

0020

図3は個人情報テーブル、図4は学習間隔時間管理テーブルの例を示す。個人情報テーブルは、個人情報に関する固定長の部分と課題ごとの情報を含む可変長の部分からなっている。固定長の部分には、個人識別子(ID)、氏名、住所電話番号、年齢等の個人情報が入っている。可変長の部分には、課題ごとにテスト回数、正解数、学習間隔時間管理テーブルの識別子(どのテーブルを利用するかの識別子)、最新テスト日時、最新記憶度(理解度)が入っている。

0021

最新記憶度は、学習間隔時間管理テーブルの学習間隔をポインタ添字)で表す。すなわち、この値が大きいほど、記憶度は低いことになる。次回のテスト日時Tは、最新テスト日時t、最新記憶度pとしたとき、
T=t+tp
で求める。

0022

なお、個人情報テーブルの可変長部分は分離して別テーブルにすることもできる。また、記憶度は最新のもの一つしか明記していないが、過去の履歴として複数もてば、より細かい分析も行える。このほか、最高達成理解度などもテーブルにもっていると、記憶したものがどのくらい劣化したかなどの細かい判断ができ、便利な使い方も可能となる。

0023

図4の学習間隔時間管理テーブルは、課題の難易度別、あるいは課題(分野)別に作成される、次期テストまでの時間間隔が登録されている。時間間隔が添字が大きくなるほど狭く(短く)、小さくなるほど広く(長く)なっている。すなわち、テーブルへの添字は記憶度を表すとともに、次回の学習(テスト)までの時間間隔を同時に引き出せるようになっている。ヘッダー部はテーブルを識別する情報が入っている部分であり、メモリ上にテーブルを展開するときにはなくても差し支えない。

0024

学習間隔時間管理テーブルは、課題の難易度や分野ごとに異なるほかに、学習方法または学習の状況によって異なる。以下、学習間隔の例である。
t1 t2 t3 t4 t5 t6 ……
== == == == == == ……
学習塾用 半年 1月 2週 7日 3日 2回/日 ……
集中学習半年 1月 1日 1h 30m 20m ……
理解分野 1年 半年 1月 10日 5日 1日 ……
ここで、hは時間、mは分を表す。

0025

学習塾などのように学習者が通ってくる場合には、どうしても通ってくる日に合わせなければならないので、間隔は日単位と長くなる。ただし、上記の例のように、1日に2回とか3回という学習のさせ方もできる。それに対して、自宅で学習者が学習するような集中学習では、分あるいは時間単位の短い間隔の反復学習方法が可能となる。たとえば、英単語の暗記や歴史年表の暗記等の暗記を必要とする分野では、この学習間隔時間管理テーブルが役立つ。一方、理解力をつけさせる分野では、ある程度長い期間、いくつかの類題解く力をつけていかなければならないので、短間隔から長間隔までのきめ細かいテーブルが必要となる。

0026

上記の例では“t6=1日”までしか記述していないが、集中学習と同じように短間隔では、時間や分単位までカバーする必要がある。なお、1月、半年、1年とロングスパンの間隔を設定してあるのは、記憶が劣化していないかを判断するものであり、このロングスパン後に再テストした結果が不正解の場合には、最低1日単位の間隔に逆戻りして、記憶の定着を図る。具体的には、以下のように学習間隔時間管理テーブルを使用する。

0027

図5は学習間隔時間管理テーブルの学習間隔の変化を表したものである。初期状態における個人情報テーブルの最新記憶度には、もっとも短い間隔の記憶度(学習間隔時間管理テーブルへの添字)が設定される。図5の例では、k=0である。テストを行った結果、正解すると理解度は一つ上げ、不正解すると理解度レベルを一つ下げる。プログラム的には、個人情報テーブルの最新記憶度kを
正解時 → k=k+1
不正解時 → k=k−1
書き換える。なお、初期状態をk=3のような中間のレベルにすることもできる。この場合は、最初に不正解だと、より短い時間間隔で学習することになる。

0028

正解が続けば学習間隔は長くなり、記憶が定着しているかの判定になる。この例では最終的には、k=8(最高記憶度)で正解すると、その課題に対しては学習完了となる(記憶が定着したと判定)。このとき、個人情報テーブルからその課題に関する情報を削除する。なお、同時に削除する内容をログファイルに書き出しておけば、その個人が何を学習してきたかが履歴として記録できる。さらに、この情報を分析することによって、学習間隔時間管理テーブルの学習間隔の最適化を再検討する材料となる。

0029

図6は、上記の処理をフローチャートにまとめたものである。なおフローチャート中、sは定着期間と学習期間の分かれ目(境目)となる記憶度(学習間隔時間管理テーブルへの添字)である。k=1のときに行われたテストで正解すれば、この課題に対しては記憶定着と判断して、個人情報テーブルからこの課題に関しては削除される。ループサイクル(学習から次の学習期間)は、記憶度kがポイントする学習間隔時間管理テーブルのtkによって決まる。

0030

本発明の実施例をいくつかの観点からみていく。本発明は暗記学習でも、また理解力をつける学習に対しても応用できる。暗記学習の場合には、同じ問題を繰り返し出題することになる。たとえば、「writeの意味および過去形、過去分詞形を答えよ」という問題では、「意味は“書く”、“著述する”、“手紙を書く”のいずれか、過去形はwrote、過去分詞形はwritten」と答えれば正解。このような暗記学習は通常難易度としてはやさしい部類にはいる。図2の忘却曲線で示したように(A)の領域はすぐに忘れてしまうため、この期間で繰り返し学習が必要となる。

0031

一方、(B)の領域まで憶えている内容については、それ以降も忘れにくいという特徴をもっている。すなわち本発明の学習法における、学習期間と定着期間の分岐点は(A)と(B)の境目ということになる。暗記ものは憶えやすく忘れやすいという特徴をもっているから、t=半年、1カ月、10日、1日、5時間、1時間、30分、10分といったスパンでの学習間隔が考えられる。このとき、境目(図6のs)は1日が妥当である。

0032

同じ暗記でも、例文となると事情が異なる。たとえば、「息子は休みには帰省しないと手紙に書いてきた」の問に対して、“My son has written to me tosay that he will not be home for the winter holidays.”と答えれば正解。もちろん、これ以外の答えも可能である。いずれにしろ、この解を丸暗記する場合には、単語の暗記に比べてやや難しい。しかも、定着するまでの期間も長くなる。そこで、このような課題に対しては、
t=半年、3カ月、1カ月、10日、1日、5時間、1時間、30分、20分、10分、5分
と、きめ細かな設定が有効になる。この場合の境目sも1日が妥当であろう。

0033

一方、理解をして記憶したものに対しては、理解するまでは時間が掛かるが、いったん理解してしまえば、忘れにくいという特徴がある。このような分野に関しは、類型の問題を複数用意し、さまざまな角度からの問題に対して回答できるかを試みる必要がある。たとえば、ピタラス定理を理解し、なおかつ応用できるかという課題に対しては、以下のような複数の問題を用意しておく。

図面の簡単な説明

0034

(1)ピタゴラスの定理を証明せよ。
(2)三角形ABCにおいて∠BAC=90゜、AB=3、AC=4のとき、辺BCの長さを求めよ。
(3)三角形ABCにおいて∠BAC=90゜、AB=3、BC=5のとき、辺ACの長さを求めよ。

0035

図1従来技術におけるプログラミングインストラクション(PI)の学習内容を示した説明図である。
図2従来技術における忘却曲線の説明図である。
図3本発明の実施の形態における本発明の個人情報テーブルの構成図である。
図4本発明の実施の形態における本発明の学習間隔時間管理テーブルの構成図である。
図5本発明の実施の形態における、学習(テスト)結果と学習間隔時間の設定の説明図である。
図6本発明の実施の形態における、学習方法の処理のフローチャートである。
図7本発明の実施例における、課題管理データベースも含めてコンピュータ上で処理するときの説明図である。

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