教科の学びにつながる小学校プログラミング教育に関する研究

教科の学びにつながる
小学校プログラミング教育に関する研究所属コース 教育実践開発コース
氏

名

指導教員

中村惇哉
大西義浩 兵藤清一【概要】
Society5.0 時代を見据えた取り組みとして、2020 年度から小学校で必修化となったプロ
グラミング教育は、各学校の創意工夫により実施されることが求められており、学校現場は円滑な実施に向けて試行錯誤している状況である。そして、プログラミング的思考という新たに定義された用語は注目を浴びている。しかし、その定義の問題点などが他方から指摘されている。そこで、こうした背景を鑑み、2020 年度から 2021 年度にかけて A 小学校の児童を対象に，教科の学びをより確実にし，深めていくことで、社会で生き抜く力の素地を養うことを目的として、プログラミング活動を取り入れた授業開発及び実践を行った。その結果、プログラミング教育を行う効果として、2 つ明らかとなった。1 つ目は、プログラミング教材を活用することで教科の学びがより確実になり，深まったこと。2 つ目は学校での学びを社会とつなげる役割があることだ。
キーワード 小学校 プログラミング教育 Society5.0 教科の学び
１ はじめに平成 29 年に告示された学習指導要領は，2030 年の社会を見据えた改訂である(中央教育審議会，2017）。令和 3 年の「令和の日本型学校教育の構築を目指して」と題する中央教育審議会答申では，社会の在り方が現在とは非連続で急激に変わる状況が生じつつあり，その社会の変化の一つである Society5.0 時代を見据えた取組を進める必要があると提起されている(中央教育審議会，2021)。そうした中で，次代を切り拓く子どもを育成していくために，
令和 2 年度から小学校プログラミング教育が必修化となった。その目標は，「プログラムの働きやよさ，情報社会がコンピュータ等の情報技術によって支えられていることなどに気付くことができるようにするとともに，コンピュータ等を上手に活用して身近な問題を解決したり，よりよい社会を築いたりしようとする態度を育むこと」と，「各教科等の内容を指導する中で実施する場合には，各教科等での学びをより確実なものとすること」に加えて，必修化により最も注目された「プログラミング的思考」を育成することが求められた。(文部科学省，2020)。この「プログラミング的思考」とは，プログラミングを行う際の技能を習得することではなく，それに必要な論理的思考力を育てることである。具体的には，「自分が意図する一連の活動を実現するために，どのような動きの組み合わせが必要であり，一1

中村 惇哉

つ一つの動きに対応した記号を，どのように組み合わせたらいいのか，記号の組み合わせをどのように改善していけば，より意図した活動に近づくのか，といったことを論理的に考えていく力」と定義されている。このような資質・能力を育むプログラミング教育の実施に向けて，各学校の創意工夫を生かした教育活動を展開することが期待されており，学校現場では円滑な実施に向けて，試行錯誤している状況にある。
本研究は、このような状況の中にある学校現場の教育活動に資する取組として，具体的な実践例を提案していくものである。
２ 研究の背景
プログラミング教育の必修化に伴って，様々な学術雑誌や教育情報誌において報告される実践事例は「プログラミング的思考」を重視したものが多い。市の小学校プログラミング教育の研究指定校である筆者の実習校でも，ほとんどの授業実践が「プログラミング的思考」を重視したものである。一つの実践事例として挙げると，国語科においてアンプラグド（コンピュータを使わずに，プログラミング的思考を活用する授業のことを指す）で実施されたものがある。これは，ある物語の続きを考えるという授業であり，その思考の仕方が「順次処理」と同じであると授業者は考え，コンピュータを活用せずに物語の続きを子どもが考えることでプログラミング的思考を養うと意図した実践となっている。かたや，その「プログラミング的思考」の育成における課題として，阪東ら(2017)は「プログラミング的思考」の育成を重視した実践の場合，育成される力が「手続きを構築する力」に留まってしまい，現実世界の問題を解決する力は身に付かないと指摘している。山﨑ら(2020)は，小学校プログラミング教育の目標の一つである「プログラミング的思考の育成」に関心を寄せる関係者が多いことを問題視するとともに，「プログラミング的思考」の再定義の必要性と，プログラミング教育の在り方として Society5.0 を支える資質・能力の育成と，技術の進展に応じた教育の革新ついて述べている。これらのように，「プログラミング的思考」の育成に偏ってしまうと，令和時代に目指す日本型学校教育の姿としては不十分になってしまう可能性があると言える。
上記の背景を鑑み，プログラミング活動を通して教科の学びをより確実にし，深めていくことで，社会で生き抜く力の素地を養うことを目的とする。
３ 研究の実際
3－1 第 1 学年 算数科 もののいち
令和２年 11 月に A 小学校の 1 年生 23 人を対象に，算数科 B 図形(ウ)方向やものの位置において実践した(中村・中井・大西，2020)。
子どもの実態として，既習単元「なんばんめ」では，約半数の子どもが左右から何番目かを正しく表すことができなかったり，左右の捉え方を間違っていたりしていることが見られた。前単元「ものとひとのかず」では，前に何人いるかについて正しく理解していないと見とれる解答が半数であった。そのため，座標の考えを用いる本単元では，子どもたちはつまずく可能性があると考えたために，教科の学びをより確実にし、深めることを目的としてプログラミング活動を取り入れた。単元計画は表１に示す。

2

教科の学びにつながる小学校プログラミング教育に関する研究

表１ 単元計画時

全 3 時間

指導計画

学習内容

知・技思・

態度

判・表
１

「たからさがし」の活動を通して，表面上の位置の表し方〇〇〇を理解し，表現する。
２

タブレットパソコンを使って，ねこを移動させ，平面上の〇〇位置の表現の仕方を理解する。
３

ねこを，スタート位置からドール位置まで移動させる活動〇

を通して，平面上の位置の表し方の理解を深め，工夫した表現方法を考える。
プログラミング教材は scratch を使用した。これは MIT メディアラボが開発したものであり，ソフトがインターネット上に無料で公開されている。ビジュアル言語というブロックをつなげてプログラミングを行っていく。その scratch で，スタートからゴールまでネコを移動させる教材(図１)を開発した。
実践する際に留意した点は主に２つある。１つ目は，パソコンや情報機器の基本的操作が困難な子どもが多数いることである。算数の授業において，タブレットの操作に困難を示して授業の目標が達成できなくなることは本末転倒であるため，まずは 1 年生でも扱え，それが教科の学びをより確実し，深めることができる教材の開発を行うこととした。2 つ目は，ゲームやプログラミング体験になってしまう可能性があることだ。プログラミング教材は，試行錯誤ができるため，てきとうにブロックをつないでいき，ネコをゴールに移動させるというゲーム的に取り組んでしまうと，単に「できた」「楽しかった」で終始してしまい，授業の目標を達成できず，プログラミング体験となってしまうだろう。そこで，プログラミン
グ活動を授業のねらいを達成するために取り入れることを意識して授業づくりを行った。

図１ scratch
授業の流れとしては，子ども自身がワークシートにスタートからゴールまでの道を記し3中村 惇哉て，その通りにネコが動くようにプログラミングをしていく。そして，自分が意図した通りの動きができているか確認した後，タブレットとワークシートを持っていき，友達にどうやってゴールまで向かったのか伝えるということを一連の流れとした。伝える例として，「上に 3 歩，左に 1 歩，上に 1 歩，右に 4 歩行くとゴールする」という様に，タブレット上のネコの動きに合わせながら説明する。それらの活動を何度も繰り返していくうちに，左右上下の方向を表す用語と具体的な数字を組み合わせて正確に考え，表現することができた。同時に，すぐに見直しができる，試行錯誤できることから何度も問題に挑戦することにより，学習内容を定着させ，新たな気付きが生まれたり，知識と認識がつながったりしながら子どもたちはより深く学んでいた。
以上から、プログラミングを取り入れながら，算数科としての目標を達成するという活動は，子どもたちにとって楽しみながら自己の学びを深めることができたため，有効な手立てであると考える。
3－2 第 5 学年 社会科 自動車工業の秘密を探ろう
令和２年 11 月に A 小学校の 5 年生 22 人を対象に，社会科(３)我が国の工業生産において実践した(中村・大西，2021)(兵藤・中村，2021)。
従来の自動車工業を取り扱った単元例では，製造の工程から生産者等の工夫や努力をとらえようとしていたり，取り上げる優れた技術が生産工程に偏りがあったりするものが多く見られた。一方で，自動車産業の現状(TOYOTA，2018)として，100 年に一度の大変革期といわれており，「CASE」(Connectted,Autonomous,Sharing,Electrification の頭文字)と呼ばれる新しい領域で技術革新が起きている。その現状を踏まえ，次代を切り開く子どもの育成のために，新たな社会的な見方・考え方の視点から授業デザインを行う必要があると考える。そこで，自動車産業の現状に触れる「優れた技術」として Autonomous の技術，中でも自動ブレーキに着目した単元展開とした。単元の最後に，開発者としてプログラミング活動を行って自動ブレーキを開発する時間を取り入れた。単元計画は表２に示す。
表 2 単元計画
時

全７時間

指導計画

学習内容

知・技思・態度判・表１

全国の交通事故件数が，なぜ 2000 年代から減少している〇〇のか考える。
２

自動車工場の生産工程を見て，自動車はどのように作られ〇ているのか調べる。
３

自動ブレーキに必要な各部品は，なぜいくつもの工場から〇〇作られているのか考える。
４

自動ブレーキの止まる仕組みを調べる。

〇５

自動車ロボットをプログラミングして，自動ブレーキの開〇〇６発を体験する。

７

自動ブレーキのプログラムを改良し，より安全に走る自動〇〇

4教科の学びにつながる小学校プログラミング教育に関する研究

車を開発する。
プログラミング教材は Studuino mini(図２)を使用した。これは scratch ベースのブロックプログラミングとなっており，ソフトはインターネット上に無料で公開されている。自動ブレーキを開発する際に使用した自動車ロボットは図３に示す。上部にマイコンボードが搭載されており，そこからパソコンとつなげて Studuino mini のソフトからプログラミングを行う。前方に赤外線センサが搭載されており，これをもとにして自動ブレーキの開発を体験した。

図２ Studuino mini

図３ 自動車ロボット

プログラミング活動を行ったのは第 5,6,7 時である。授業の流れとしては，まず，自動車ロボットの動かし方を学ぶ。次に，班の友達と一緒に自動ブレーキのプログラムを作成していく。ここでは，班ごとに開発者工場の名前を考えて，開発者としての意識を醸成させた。
そして，考えたプログラムを自動車ロボットに転送し，何度も自動で止まるか実験していた。
自動ブレーキの開発が終わると，より安全な自動車を作るにはどうしたらいいのか，班の友達と話し合いながらプログラムなどを考え試行錯誤していた。
授業のワークシート等の感想から「安全な車を作るにはいろいろなプログラミングをしないといけないため，車を作っている人は大変だなと思った。
」などの生産に関わる人々の工夫や努力をとらえようとしている発言が複数見られた。また，授業中の子どもの姿からは，開発者になりきり，より安全な自動車を生み出そうとしていたり，コンピュータを社会や生活に生かそうとしたりしていた。
以上から，子どもたちは体験的活動を通して，開発者としての意識を高め，単にプログラミングに取り組むのではなく，生産に携わる人々の工夫や努力を捉え，自動車の仕組みを安全性や社会の状況と関連付けながら思考し，自己の学びを深めることができた。
3－3 第 5 学年 算数科 教室の温度を測ろう
令和３年 11 月に A 小学校の 5 年生 21 人を対象に，算数科 D データ活用(２)測定値の平均において実践した(中村・大西，2021)(中村・大西，2022)。
内閣府のイノベーション政策強化推進のための有識者会議(2019)「AI 戦略 2019～人・産5中村 惇哉

業・地域・政府すべてに AI～」からは，デジタル社会の基礎知識(いわゆる「読み・書き・そろばん」的な素養)である「データサイエンス」に関する知識・技能を身につけることを，今後の教育に目標設定すると述べられており，データサイエンス教育の必要性が提言されている。
「データサイエンス」とは，あらゆる種類のデータを処理・分析して，そこから有用な情報(価値)を引き出すための学問分野である(竹内ら，2021)。そこで，データサイエン
スとコンピュータの仕組みの一端をうかがい知ることで，Society5.0 時代を生きる力を育てるために，小学校第 5 学年算数科「D データ活用 D(2)測定値の平均」において，データサイエンス的な考え方を踏まえた新たな算数科における見方・考え方を育成する，プログラミングを取り入れた授業実践を行った。単元計画は表３に示す。
表３ 単元計画
時

全２時間

指導計画

学習内容

知・技思・態度判・表１micro:bit を用いて教室の温度を計測する。

２

平均が自動で求まるプログラムを作成する。

〇〇〇〇〇

予想外の値があった場合の平均の求め方を考える。
2 つのプログラミング教材を活用した。1 つ目はイギリスの BBC が主体となって作ったmicro:bit（図 4）である。これは実践校のある A 市で，2 人に 1 台使用できるよう各小学校に 20 台ずつ程導入されている。
基板自体は有料であるが，ソフトは無料で公開されており，scratch ベースのブロックプログラミングとなっている。この基板に付属している，温度センサを用いてプログラミングを行い，温度計として教室の温度を計測した。水銀温度計でなく，micro:bit で気温を計測した理由として，センサから得られるデータがビックデータとして今後重要性を増してくると言われているためだ。(有賀・鈴木，2019)。そこで，データ収集に，センサの計測が関係していることを，子どもに気づかせるために活用した。２つ目は scratch である。平均を自動で求めるプログラムを作成する時と予想外の数値があった場合に，どのように数値を扱うかを考える時に活用した。

図４ micro:bit
6教科の学びにつながる小学校プログラミング教育に関する研究

授業の流れとしては，まず，教室の温度の妥当な数値を得るために，ペアで教室のどこを測るのか，なぜそこを測るのか考え，micro:bit を温度計にするプログラムを作成してから，色々な箇所の温度の平均を求めていった。さらに妥当な数値を得るためにはどうすればいいかを働きかけ，たくさんの測定値から計算することで，より妥当な数値を得ることができることを理解した。一方で，たくさんの測定値を計算することの大変さや正確性の問題にも気付いた。そこで，教師がその「葛藤性」に働きかけることにより，計算の正確性のある電卓やパソコンがプログラミングされており，自動で計算できることに気付いた。そのプログ
ラミングの考え方を基に，scratch を活用して，自動で平均が求められるプログラムを作成していくこととなった。最後は，温度計の誤作動や誤入力等で飛び離れた値や予想外の値などの異常値が見つかった時の処理方法として，そうした値を取り除いたりしなければいけないことに気付いた。さらに，その処理も自動で出来たらという「便利性」に働きかける形で，授業者が用意したプログラムで，飛び離れた値があったときに自動で平均を求めることの実演を行った。
授業後の考察から，micro:bit や scratch を活用することで，子どもたちは妥当な数値を求める処理の仕方を他者と考えを交流しながら，自己の考えを広げたり深めたりする姿が見られた。それにより，プログラミングが日常で活用されていることに気付き，それを更にこれからの学習や生活，社会に生かそうとする態度が見られた。以上から、「測定値の平均」の学習やプログラミング活動を通して、データサイエンス的な考え方を育み，自己の考えを社会とつなげながら考えていき，学びを深めていったと考えられる。
４ まとめ
小学校のプログラミング教育は，まだまだ模索状態である。そうした中で，昨年度と今年度の 3 つの実践を通して，プログラミング活動を効果的に取り入れることで２つ分かったことがある。1 つ目は，プログラミング教材を活用することで教科の学びがより確実になり，深まることである。プログラミング教育は，1 年生の実践のように ICT を活用し，つまずきや学びの深まりに効果的な教材を開発することができることが利点の 1 つである。
一方で，ネット上に授業で使えそうなものもあるのだが，使いこなすためには，教師のプログラミングに対する知識やスキルというものが大きく関係しているため，今後も解決しなければならない課題である。2 つ目は，学校での学びを社会とつなげる役割があるというところである。学校の学びが社会とどのようにつながっているのか疑問視する声や、現在の社会に即している学習内容になっていない部分がある。しかし，今回の実践のようにプログラミング活動を通して，学校の学びが社会とつながっていることに気付くことで，子どもたちが学ぶ意義を理解し，主体的に学びに向かっていくと考える。以上のことから、新たに必修化となった小学校プログラミング教育の効果を示すことができたと考える。
今後は，本研究における実践を含めたプログラミング教育のカリキュラム開発を行っていく。そして，子どもの学びをより深める授業実践を積み重ね，日々の授業を省察し，学び続ける教師として，Society5.0 時代の社会を生き抜く子どもたちを育てていきたい。

7中村 惇哉

引用・参考文献
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教科の学びにつながる小学校プログラミング教育に関する研究（2021 年 11 月 29 日アクセス）
竹村彰通，姫野哲人，高田聖治，和泉志津恵，市川治，梅津高朗，北廣和雄，齋藤邦彦，佐藤智和，白井高，田聖治，竹村彰通，田中琢真，姫野哲人，槙田直木，松井秀俊(2021).
「データサイエンス大系 データサイエンス入門 第 2 版」
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有賀有紀，大橋俊介(2019).「R と Python で学ぶ［実践的］データサイエンス＆機械学習，
株式会社技術評論社

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