土木学会中部支部令和元年度調査研究委員会報告書
委員会名称：土木系 IoT 教育プログラム開発委員会
令和 2 年 2 月 20 日
豊田工業高等専門学校
1 活動背景及び目的
近年の i-Construction に代表されるように，建設現場

環境都市工学科准教授

松本嘉孝

2 委員構成本委員会の構成は表 1 の通りである。

では ICT や IoT を用いた生産革命の取り組みが始まっており 1)，それら社会情勢に対応した人材育成の必要

表 1 本委員会の構成性が，大学や高専の教育現場で求められている。2019

役職

氏名

所属

年 1 月号の土木学会誌においても，「土木における多委員長

松本嘉孝

豊田高専・環境都市工学科

様な教育手法が目指す先 −情報教育やアクティブラ

副委員長

大畑卓也

豊田高専・環境都市工学科ーニングの重要性−」の特集記事が組まれており，上記

委員

都築啓太

豊田高専・情報工学科

高等教育機関での多様化した情報技術応用能力の育成，問題抽出および課題解決能力の育成の重要性が記載されている。

3 活動内容3.1 LEGO マインドストームについて

ここで，電気や情報工学系においては，簡単なプロLEGO マインドストームとは，マサチューセッツ工グラミングとセンサ技術を有したロボットキットを用科大学とレゴ社が共同開発した教育用ロボットキット

いた教育が工学部の初等教育段階で行われている 1), 2)。の名称である。パソコンと同期させることで，簡単にその教育プログラムの意図としては，プログラミングプログラミングを作成することができ，ロボットを動的思考の育成と共に，ロボット制御を通して実社会にかすことが可能である。実際に LEGO を使った講義のおける IoT 活用の基礎を身につけることである。この事例は多数あり，日本では中学校，高校を中心に使用ような教育は 5 年ほど前から上記分野で広がっており， されている。
昨今の建設現場における状況を鑑みると，土木工学系においてもその必要性が増してきた状況である。ただ

3.2 活動スケジュール

し，既存の教育内容を土木系学生の教育に用いること

本委員会の活動スケジュールは表 2 の通りである。

は有益ではなく，建設現場の状況を踏まえた新たな教育プログラムの開発が求められる。

表 2 活動スケジュール

そこで本委員会の活動では，「土木系高等教育機関で月使用できる ICT・IoT 教育プログラムの開発」を最終的

6月

な到達地点としながら，IoT 基礎知識を養うため，初内容
建設系 IoT 技術者による講演会聴講
LEGO EV3 購入，LEGO 事前準備

歩的なプログラミング等について学び，アンケートな

7月

どを元に講義を改善し，講義の枠組みを提案すること

8月

建設系 IoT 技術者と懇談，講義案検討

9月

講義準備，LEGO 事前準備

10 月

講義実施，アンケート実施

11 月

講義実施，アンケート実施

12 月

講義実施，アンケート実施

1月

アンケート，ヒアリングとりまとめ

2月

報告書とりまとめを目的とする。この教育プログラムの方針としては，
1）従来の情報リテラシー教育とは異なる，IoT を意識したプログラムであること，2）課題解決型の能力を育成することを踏まえたプログラムであること，3）コミュニケーション能力を育成するチームワーク型のプログラムであることとすることで，文部科学省が提起する大学における工学教育改革にも準ずる内容とする。

講義案検討

3.3 活動内容
3.3.1 講義について
今回は豊田高専 環境都市工学科 4 年生の学生に 1回あたり 90 分の講義を 5 回行った。今回行なった講義内容を以下に示す。
第 1 回：ICT・IoT の説明，LEGO の組み立て
第 2 回：初歩的なプログラミング，電子制御の演習
第 3 回：超音波センサを使った障害物回避
第 4 回：超音波センサと電子制御の複合的な理解
第 5 回：タイムトライアルの実施，事後課題
図 1 第 1 回の講義の様子

3.3.2 アンケート，ヒアリング調査

大きな差はなく，班員同士で協力しながら進めていた

今回は全員に対して講義アンケートと 5 人程度を対（図 1）。

象にヒアリングを実施した。アンケートは講義毎に行う形式と，5 回の講義前後で行う形式，5 回目のみで行

第 2 回の講義
電子制御技術の学習とその実践を目的とした。第 1う形式とし，その項目と評価内容を表 3 に示す。
また講義ごとに目標を設定することで，進め方や課回で作成した自動車型のロボットを動かすためのプロ題の明瞭化を図った。講義目標が達成されたかは，表グラムを作成し，その制御により直進や方向転換，円4 のアンケートの結果を元に判断した。また，第 5 回を描くなどの初歩的な実践を行った。どの班も大きく目の講義後に土木業界の現状と今後の ICT 活用アイデ

表 4 設定した講義目標と判断に用いるアンケート項目

ア，講義の改善点などを全員から伺った。
回数3.3.3 講義実施の状況判断項目(項講義目標目番号)

第1回

ICT や IoT，講義の必要性の理解

第2回

基本的な機能，動作の習得

第3回

超音波センサの仕組み，制御の理解

1，5，6の後，班に分かれ LEGO 部品の仕分けと組み立てを行

第4回

規定に従ったプログラミングの作成

5，6

った。各班男女比も様々であったが，組み立て時間に第5回規定に従ったプログラミングの作成

5，6

第 1 回の講義
講義目標の明確化，講義全体の理解度向上を目的とし，最初の 30 分間 ICT や IoT の説明を行なった。そ

表 3 Web アンケート項目とそれに準じた評価内容
項目

評価内容

1 この講義の目的・達成度は講義中の説明によってよくわかった

1 目的や達成度の理解

2 あなたは，この講義に意欲的に取り組んだ

2 講義意欲3 あなたは，この講義の内容をよく理解した

3 内容の理解4 この講義に関連する分野をもっと知りたくなった

4 講義への関心

5 技術や技能が身についた5 技術の習得

6 あなたは，この実習内容を講義と関連づけてよく理解した

6 講義と実習の関連づけた理解

7 現段階で，ICT や IoT について知識がある

7ICT 等の知識の把握

8 現段階で，ICT や IoT に興味があるか

8ICT 等への興味，関心

9 ICT やプログラミングに関する講義は，カリキュラムに導入すべきである

9 講義の必要性の理解

10 この講義は，４年生の科目として適当な内容であった

10 学年の最適性

11 今回の講義教材として，レゴマインドストーム は適切であった

11 レゴマインドストーム の満足度

全回共通項目

第1と5回

第 5 回のみ

1，3，65，6

を求めた。その結果から，「目的や達成度の理解」，「講義意欲」，「内容の理解」は 3.5 に近い数値を示し，LEGOを使った講義意欲や理解が高いといえる（図 3）。ただしその中で，「技能の修得」の評価が他項目と比べて0.3 ポイントほど低かった。
次に，各項目の講義回毎の値について，項目 2，項目 5，項目 6 についてそれぞれ図 4，5，6 にて示す。
項目 5「技術の修得」について，第 1 回，2 回の講義に比べ，第 3 回の講義時に評価が低下した（図 5）。第 1，2 回の内容は比較的容易であったが，第 3 回の講義は，
図 2 第 4 回の講義の様子

つまずく様子はなかったが，班により進捗状況に違い

超音波センサを使い意図的に難易度を上げたため，技術習得に至らなかったと考えられる。また，項目 2「講が現れた。
第 3 回の講義
自動車型のロボットに超音波センサを実装し，障害物経路を自動操縦させることを目的とした。センサ技術の習得に時間がかかってしまい，開始 30 分でも障害物経路描いたコースでの実践はなかった。
班により，コース状況を数学的に読み解く，走行させた後プログ

図 3 講義毎のアンケート項目 1 から 3 の平均値ラムの変数をかえるなど，班により違いが現れた。
第 4 回の講義
第 3 回と同じコースを用いて，自動制御自動車のコース完走を目的とした。コースでの試走とプログラムの修正を繰り返しながら完走を目指した。
開始時には，どこも取り組みは早かったが，超音波センサを用いて

図 4 項目 2 講義意欲の回答者割合の制御プログラムの作成に戸惑う班が多く，進捗状況に大きな差が出た。
第 5 回の講義
第 3，4 回で用いた障害物経路コースのタイムトライアルレースを各班対抗戦でおこなった。多くの班が完走することは難しかったが，途中数回人による補助を加えることでゴールに達することができた班がほと

図 5 項目 5 技術の習得の回答者割合

んどであった。ただ制御プログラムグが未完成，機械的なトラブルが生じたなどの問題が生じた班もあった。
3.3.4 アンケート結果・
講義全体の満足度を測るため，共通の 6 項目の平均
図 6 項目 6 講義と実習の関連づけた理解の回答者割合

100%

るため，学生の技能レベルと講義レベルを見極め，段そう思わない階的に難易度を上げる必要がある。

80%
どちらかといえば
いいえ

60%
40%

項目 10「学年の最適性」は低かったが，項目 11「レゴマインドストームの満足度」は高かった。しかし，どちらかといえばはいヒアリングにて，「ICT と LEGO の繋がりが曖昧」との20%
その通り意見も挙がった。
興味が喚起される教材であるものの，

0%
講義第1回

講義第5回

図 7 項目 7ICT 等の知識の把握の回答者割合
どちらかといえば
2.9
いいえ

実際に現場で使われるような機器とは大きく異なり，高専 4 年生が求める知識，技術ではなかったと考えられる。そのため現場で用いられているレーザースキャ

そう思わない

5.7
その通り

37.1

ナーやドローン測量などの機器を講義で用いる事が望ましい。以上より，学年に応じた ICT の講義を行い，レベルアップする講義形態が適切だといえる。

54.3
どちらかといえばはい

図 8 項目 9 講義の必要性の理解の回答者割合

4. まとめ本委員会では，ICT・IoT 教育プログラムの開発第一段階として，初歩的なプログラミング等について学び，義意欲」（図 5）や項目 6「関連づけた理解」（図 6）もアンケートなどを元に講義を改善し，講義の枠組みを他の回と比べて低評価であったが項目 1「目的や達成提案することを目的し以下の結果を得た。

度の理解」のみ 3.6 と高評価だった。

5 回の講義より，低学年時に LEGO を使った初歩的講義の効果測定を目的とし，第 1 回目と 5 回目に行な ICT・IoT の講義を実施し，基礎知識の習得と興味喚ったアンケート項目 7 については，学生達は ICT 等の起を促す。高学年では，現場で使用される機器を用い知識の把握は第 1 回に比べ，第 5 回の方が大きく上昇て専門的な ICT の知識を学ぶ，全学年連動型の講義がした（図 7）。項目 8 の ICT 等への興味・関心について有効だと感じた。この形式が，ICT・IoT 教育プログラはほぼ変化がなかったが，興味・関心のある学生の割ムを作成する上で必要な要素であることがわかった。

合は 8 割を越えていた。
総括を目的とした Web アンケートを第 5 回で行い，項目 9「講義の必要性の理解」では好意的な意見は 91%

5. 実施経費
本委員会の活動スケジュールは表 5 の通りである。

（図 8），項目 11「レゴマインドストームの満足度」は85%となった。一方，項目 10「学年の最適性」について

表 5 本委員会における購入物品および支払金額

は，好意的な意見が 63%と，低い値となった。

購入物品名

5 回目後に行った意見徴収において，学生たちは今後の土木業界における ICT 活用を期待しつつ，その必LEGO Mind Storm

個数支払い金額

4282,948

合計282,948

要性を強く認識しているようだった。また，講義の改善点としては，講義実施を低学年とする意見もあった。

【参考文献】

1) 伊藤桂一，渡部秀崇，八重樫知宏，竹下大樹，菅原3.3.5 アンケート結果分析

英子，安東至，秋田高専におけるレゴ実習導入との第 3 回のアンケート結果で，多くの項目の評価は低教育効果（その 1），平成 29 年度工学教育研究講演下したが，項目 1「目的や達成度」は高かった。このこ会論文集，pp.588-589, 2017.とは，課題目標は認識しても，課題を進める能力が低2) 吉富秀樹，仲井正明，川村純司，レゴ・マインドス

ければ，関心や意欲も薄れ，技術の習得も難しくなる

トームとブレッドボードを組み合わせたメカトロニことを示している。このような講義効果の低下を避け

クス教材の開発と創造演習教育，津山高専紀要, pp.510, 2004.