日本ソフトウェア科学会第 31 回大会 (2014 年度) 講演論文集

まねっこダンス：真似て覚えるプログラミング学習
ツール
坂本 一憲

高野 孝一

本田 澄

音森 一輝

山崎 頌平

鷲崎 弘宜

我々は初学者がプログラミングを学習する際に，障害 1) 言語の構成要素，障害 2) 教育ツールの動作デバイス，障害 3) 教育ツールのユーザインタフェースにおいて，3 つの障害があると考えている．しかし，全ての障害を取り除いたプログラミング教育ツールは存在していない．
本論文では，特徴 1) 可愛いぬいぐるみロボットおよびダンボール製ロボットをプログラムで操作する機能，特徴 2) Android スマートフォンおよびタブレット上で動作する，特徴 3) 絵文字および日本語をベースにした新しいプログラミン言語を提供するという特徴を備えたプログラミング教育ツールまねっこダンスを提案する．まねっこダンスの有用性を評価するため，国立情報学研究所のオープンハウスにて，高校生 29 名と一般参加者 13 名からアンケート調査を行ったところ，プログラミング学習の動機付け，プログラミングの印象改善，手続き・くり返し・条件分岐に関する理解の促進の効果が見られらた．

We assume that there are three obstacles to learn programming: 1) elements of programming languages, 2)
devices of educational tools for programming and 3) user interfaces of educational tools for programming. To
the best of our knowledge, there is no educational tool for programming which removes the three obstacles.
We propose a new educational tool for programming, named ManekkoDance. ManekkoDance has threefeatures: 1) it manipulates cute a teddy bear robot and a cardboard robot, 2) it works on Android smartphones and tablets and 3) it provides a new programming language based on emoticons and Japanese. We
evaluated ManekkoDance using questionary investigation in the open house of National Institute of Informatics. We collected 29 answers from high school students and 13 answers from other participants, then we
found MannekoDance motivated them to learn programming, improved impressions of programming andhelped to understand procedures, loops and conditions.

様々な教育ツールが提案されている [4, 6]．

1 はじめにCT およびコンピュータサイエンス（CS）の重要

近年，情報技術の発達に伴い，コンピュータが生性が高まる中，CS を学ぶ学生および生徒の多くは男活の必需品になりつつある．Wing はコンピュータ性であり，女性の参入が少ないことが大きな問題との利活用において，プログラミングの基礎的な知識なっている [3,5, 8,9, 11,13, 14,16]．Redmond らは早が必要であるとして，万人が学ぶべき基本的なスキい段階で CS を学んだ大学生の方がそうでない大学生

ルセット，Computational Thinking（CT）を提唱しと比べて，CS の学習速度が早いことを明らかにしてている [19]．CT の提唱を受けて，CT を学ぶためのおり，女性の参入を増やすために女性が早い時期からCS を学ぶ必要性を訴えている [14]．
Manekko dance: A Game-based Educational Tool for
Computer Thinking.
Kazunori Sakamoto, 国立情報学研究所, National Institute of Informatics.
Koichi Takano, 株式会社オービック, OBIC CO., LTD..
Kiyoshi Honda, Kazuki Otomori, Shohei Yamazaki,
Hironoti Washizaki, Yoshiaki Fukazawa, 早稲田大学,
Waseda University.

女性の参入の障害として，男性がコンピュータに対して興味を持つ機会が多いのに対して，女性には同様の機会が少なく，実質的に均等な教育機会が与えられていない問題が指摘されている [5, 8, 9]．Moormanらは女性の方がメカニカルな玩具に興味を示さない
上，コンピュータがメカニカルな玩具とみなされてい深澤 良彰

る問題を指摘している [9]．また，コンピュータゲー

この問題に対処するため，ビジュアルプログラミン

ムはコンピュータに興味を持つ機会の一つであるが，グ言語と日本語プログラミング言語が開発されていGurer らは多くのコンピュータゲームが男性向けにる [22]．例えば，ビジュアルプログラミング言語と作られている問題 [5]，Moorman らは女性がゲームして，LOGO [12] や Squeak [2] など古くから存在すを男性向けの玩具だと考えている問題を指摘している教育用のプログラミング言語に加えて，近年ではる [9]．

Scratch [6] や，プログラミン [25] など様々な言語が我々は初学者が CT および CS を学ぶ際の障害として，障害 1) 言語の構成要素，障害 2) 教育ツール新たに開発されている．一方，日本語プログラミング言語として，プロデル [23]，言霊 [20]，クロガネ †1の動作デバイス，障害 3) 教育ツールのユーザインタなどが挙げられる．日本語を母国語とするユーザにフェースにおいて，3 つの障害があると考えている．

とっては，親しみやすく敷居が下がる．

次節の関連研究で述べるように各障害への対処を試

障害 2: 教育ツールの動作デバイス) 近年，スマー

みる様々な研究がある．それぞれの障害に対処する教

トフォンの普及に伴い [1]，必ずしもパソコンおよび育ツールは存在しているものの，障害 1-3 全てに対処キーボードが学習者に取って馴染みのあるデバイスとする教育ツールは存在していない．特に，障害 3 へは限らなくなった．内閣府の消費者動向調査では 2014の対処において，プログラミングを通して玩具を操作する教育ツールが注目を浴びているが，既存研究では年度 3 月時点でのスマートフォンの世帯あたりの普及率が 54.7%になり †2 ，特に若年層ではパソコンより男子生徒が興味を持ちやすいロボットなどの玩具のみ

もスマートフォンの方が馴染み深いデバイスとなりつを利用している点が問題である [9]．

つある．Martin らは IPRO という iPod Touch 上で

本論文では女子大学生がデザインした可愛いユーザ動作するプログラミングの教育ツールを開発した [7]．

インタフェースを備える教育ツールであるまねっこダ

IPRO ではソフトウェア上のロボットを操作し，サッンスを提案する．まねっこダンスは可愛らしいぬいぐ

カーで対戦するプログラムを作成することを通してるみロボットもしくはダンボール製ロボットをプログプログラミングを学ぶ．Slany らは Cataroid というラムで操作する機能を有する（特徴 1）．可愛いといAndroid スマートフォン上で動作する教育ツールをう感情は男女間に差がなく集中力を改善する効果があ開発した [17]．Catroid はブロック言語を用いてソフることが分かっており [10]，プログラムで可愛らしいトウェア上のキャラクタだけでなく Bluetooth など玩具を操作することで教育効果が高まることが期待さを介して外部のデバイスの操作もできる．その他に，れる．まねっこダンスは Android スマートフォンお初心者向けのスマートフォン上で動作するアプリケーよびタブレット上で動作する（特徴 2）ため，若年層ションの開発環境や [15]，スマートフォン上で動作すに取って馴染み深いデバイスで学習できる．さらに，る統合開発環境 [18] に関する研究が存在する．

理解しやすいプログラム要素として，絵文字および日障害 3: 教育ツールのユーザインタフェース) 汎用

本語をベースにしたプログラミング言語を提供するこ言語を用いた際に，多くの言語で最初に紹介されるとで（特徴 3）プログラミング学習の敷居を下げる．

プログラムは，標準出力を用いてシェル上に HelloWorld と文字を出力するだけであり，初学者にとっ2 関連研究て魅力的なインタフェースとは言えない．そこで，

本節では障害 1-3 のそれぞれについて，既存研究が多くの教育ツールでは魅力的で親しみやすいインタどのような対処を行っているかを説明する．

フェースを提供するために様々な工夫を凝らしている．

障害 1: 言語の構成要素) 一般に，汎用言語では英単語，数字，記号を用いてソースコードを記述する必要があり，英語や数学などに嫌悪感を抱く生徒にとって，プログラムの表現そのものが学習の障害となる．

†1 http://dspace.wul.waseda.ac.jp/dspace/bitstream/2065/33980/2/RikoShuron_2011_Ota.pdf†2 http://www.esri.cao.go.jp/jp/stat/shouhi/2014/201403shouhi.html

Scratch [6] や，VISCUIT [21]，プログラミン [25]にも関わらず，2 羽のひよこは腕を上げていない．おは，プログラミングを通して学習者が自分で描いた絵手本として提示した踊りを完全に再現すれば正解となを動かす．一般に，自分で絵を描くことで絵に愛着がるが，2 羽のひよこが一部でも 2 羽のにわとりと異なわき，そのことが教育ツールのユーザインタフェースる動きをした場合は不正解となる．学習者は正解となをより魅力的にする．

るまでプログラムを修正して，次の問題へ挑戦する．

Catroid ではレゴマインドストームや AR.Drone な

まねっこダンスの動作環境は Android OS であるどの玩具を動かすことができ，学習者が触れることため，Android スマートフォンやタブレット上で動作のできる実物を用いることで魅力的なユーザインタする．スマートフォンやタブレットは場所を選ばず利フェースを提供する [17]．一般に，スマートフォン上用できる上，若年層に対する普及率が高く，学習用ので絵を描くことは困難であるため，スマートフォン上環境に適している．特に，普段パソコンを利用しないで動作する教育ツールの多くは玩具等の実物を利用す

学習者にとって，キーボードによる入力が学習の障害ることで魅力性の向上を図っている．しかし，既存研となりうる．多くの学習者がメールなどで日常的に操究が利用するレゴマインドストームや AR.Drone は作するスマートフォンやタブレットを用いることで，メカニカルな要素が強く，男性に魅力的であっても，馴染み深い文字入力のインタフェースを利用できる．

女性にとっても同様に魅力的なものとは言えない．

4 提案するプログラミング言語
3 まねっこダンスの概要

まねっこダンスは英語や数学が苦手な学習者にとっまねっこダンスはキャラクタの踊りに関するプログても馴染みやすいように，絵文字をベースとしたプロラムの記述を通して，プログラミングを学ぶ教育ツー

グラミング言語を新たに開発した．さらに，提案言語ルである．学習者はお手本となるキャラクタ（2 羽のはプログラムの構成要素である各絵文字を日本語とにわとり）の踊りを見て，その踊りを再現するプログ対応付けることで，絵文字で記述したプログラムを日ラムを記述する．学習者が操作可能なキャラクタ（2本語で記述したプログラムと相互変換できるように羽のひよこ）は記述したプログラムによって踊る．ました．したがって，提案言語はビジュアルプログラミ

ねっこダンスは様々なお手本の内容を問題として提供

ング言語と日本語プログラミング言語両方の性質をしており，学習者はにわとりの踊りに一致させるよう兼ね備えており，学習者は絵文字と日本語のどちらでに，ひよこの踊りを記述して問題を解く．

もプログラムを記述できる．

図1

まねっこダンスで学習者が踊りを再現する様子
図2

図 1 でまねっこダンスの動作画面および学習者がEBNF 記法で記述した提案プログラミング言語の文法踊りを再現する様子を示す．図 1 の右部では 2 羽のひよこの踊りが 2 羽のにわとりの踊りが一致してい図 2 に Extended Backus-Naur Form (EBNF) 記

るが，左部では 2 羽のにわとりが腕を上げているの法で記述した提案言語の文法を示す．提案言語は手続

き型言語であり，プログラム（program）を構成する像を表示することで，実行時エラーを学習者に提示すステートメント（stmt）は上から順番に実行される．

る．具体的には，左腕を下げた状態で左腕を下げる命

また，ステートメントはアクション（action）の集令を実行した場合や，左腕を上げる命令と左腕を下合，ループ文（loop stmt），if 文（if stmt）のいずげる命令を 1 ステートメントで同時に実行した場合，れかである．

右足を上げている状態でジャンプした場合など，不自アクションはキャラクタの 9 種類の動作から構成さ然な動作は実行時エラーとみなす．我々はこのようなれており，左腕，右腕，左足，右足の上げ下げとジャ実行時エラーは，学習者にとって直感的なエラーであンプを表現できる．アクションは 1 ステートメントると考えている．に複数個記述することができ，その場合は同時に実行される．ループ文はループ回数を数字で指定する必5 問題構成要があり，指定した回数だけステートメントを実行す

まねっこダンスは段階的にプログラミングを学べるる．アクションは 2 羽のひよこ両方に適用されれるように複数の問題を提供する．問題ごとにお手本がが，if 文を用いれば片方だけに適用できる．if 文を構異なり，再現に必要なプログラムの記述が徐々に困難成する黄色と茶色の丸の絵文字は 2 羽のひよこの色になる．現状では，手続き（sequences），くり返しを指しており，黄色の丸を記述すると左側の黄色のひ（loops），条件分岐（conditionals）の 3 種類のプロ

よこに対してのみステートメントが実行され，茶色のグラミング要素を学べるような問題を提供している．

丸を記述すると右側の茶色のひよこに対してのみス

手続き： まねっこダンスの言語処理系は，汎用言テートメントが実行される．また，コロン記号の絵文

語と同様に上から下へ順番にステートメントを実行

字は else 節を表現しており，もう一方のひよこに対する．まねっこダンスはプログラムの実行時に，プロするステートメントも記述できる．

グラムの日本語表現を表示して，実行中のステートメ

各絵文字は日本語でも記述することができ，左上かント（行）を赤色でハイライトすることで実行の様子

ら順番に「左腕を上げる」，「左腕を下げる」，「右腕をを可視化する．学習者はプログラムが実行される要素上げる」，「右腕を下げる」，「左足を上げる」，「左足をを確認することで，ステートメントの実行順序を理解下げる」，「右足を上げる」，「右足を下げる」，「ジャンして手続きの概念を学べる．

プする」，「くりかえし」，「ここまで」，「もしも」，「黄くり返し： まねっこダンスの言語処理系は，回数色」，「茶色」，「もしくは」，「もしおわり」という文字を指定してステートメント群をくり返し実行するルーと相互変換できる．

プ文を提供する．しかし，学習者はループ文を利用し我々は文法エラーはプログラミング初学者が躓きやなくとも，同じステートメントをくり返し記述してすい点であると考えており，できる限り文法上の誤り踊りを再現できる．そこで，くり返し入力することの影響を受けないような言語処理系を実装した．提案が面倒であると感じるような問題を提供することで，言語の構文解析器では 1 行を 1 ステートメントと考学習者にループ文の利用を促し，ループ文の学習を実えて，1 行に含まれる絵文字もしくは上述の日本語の現する．

命令を抽出することで，プログラムの構成要素を解釈

条件分岐：図 3 で if 文を用いたプログラム例を示する．抽出は単純に該当する要素を含むかどうかで実す．ステートメントは 2 羽のひよこ両方に対して同じ施するため，上述の文法で定義されていない文字が含アクションを適用するが，if 文を用いることでそれぞまれていても無視してパースする．また，ループ文やれに異なるアクションを適用できる．図 3 では if 文

if 文の終わりを示す記号がない場合は，プログラムのを用いることで黄色のひよこの左腕を上げ，さらに，末端に記載されていると見なしてパースする．

茶色のひよこの右足を上げるアクションを適用して提案言語の意味解析器では，実現不可能なステートメントを発見した場合，ひよこのキャラクタが転ぶ画いる．
図 4 で if 文が不要な問題と必要な問題のお手本をまねっこダンスは糸駆動によって芯まで柔らかいぬいぐるみロボット [24] と，ダンボール製のロボットの両腕にサーボモータを取り付けた玩具の両方に対応する．ぬいぐるみロボットとは無線 LAN で，ダンボール製ロボットはイヤホンジャックから出力する音声信号で制御する．どちらも左側の黄色のひよこの動作に合わせて両腕が動く．

図3

図4

if 文を用いたプログラム例

図5

ぬいぐるみロボット

図6

ダンボール製ロボット

if 文が不要な問題と必要な問題のお手本の例示す．図 4 の左部では 2 羽のにわとりが同じ動作をしているため，学習者が記述するプログラムでは 2 羽のひよこに対して同じアクションを与えれば良い．一方，右部では左側のにわとりと右側のにわとりの動作が異なるため，if 文を用いて左側の黄色のひよこと右側の茶色のひよこの動作を変える必要がある．このように，キャラクタを 2 体用意することで if 文の記述が必要な問題を実現している．

6 玩具との連携
まねっこダンスのソフトウェア上のユーザインタ
フェースは，可愛らしく設計されている．しかし，既存研究ではプログラムの処理結果をソフトウェア上に反映するだけでなく，玩具やロボットなど学習者が触図 5 と 6 でまねっこダンスで操作可能な，ぬいぐれる実物に処理結果を反映することで，教育効果を高るみロボットとダンボール製ロボットをそれぞれ示めている．しかし，既存研究は男性の興味を惹きやすす．ソフトウェア上のキャラクタのみを操作するよりい玩具だけを利用しており，本研究では男女両方の興も学習者の興味を惹くことができ，その結果，学習効味を惹くために，可愛らしい玩具を利用する．

果が高まることが期待される．

うか，7. 絵文字と文字どちらが好きか，8. もっとま7 評価

ねっこダンスをやりたいか，9. 命令の実行順序を理

我々はまねっこダンスの有用性を評価するために，解できたか，10. 繰り返しを理解できたか，11. 条件

国立情報学研究所のオープンハウスにて，まねっこダ分岐を理解できたかという設問に該当する．また，棒ンスを用いたプログラミングの体験学習の企画を行

グラフの青色 (1)，橙色 (2)，灰色 (3)，黄色 (4) の部

い，参加者から感想等のアンケートを収集した．

分は，それぞれそう思う，ややそう思う，あまりそう思わない，そう思わないの回答に該当する．
図 7 の高校生に対するアンケート結果では，学んでみたい，楽しそう，男女差の影響はないに対して好意的な回答をした生徒はいずれも 9 割を超えており，非常に良い結果が得られている．図 8 の一般参加者に対するアンケート結果では，同じ項目に関していずれも 8 割を超えており，高校生のケースには劣るものの同様に良い結果が得られている．なお，一般参加者はほとんどが社会人である．
一方，あなたでもきる，文系でもできるという項目に関しては，高校生の回答は 7 割程度であるのに対図7

高校生 29 名から回収したアンケート結果

して，一般参加者の回答は 9 割を超えている．また，実行順序，くり返し，条件分岐に関する理解についても，高校生はややそう思うと答えた回答者が多数いるのに対して，一般参加者では 8 割以上の回答者がそう思うと答えており，理解度に関しては大きな差が出た．
以上から，まねっこダンスによってプログラミング学習を動機付け，また，プログラミングの印象改善，特に，男女間に差がないという印象を与えることに成功した．さらに，まねっこダンスを通して，実行順
序，くり返し，条件分岐に関して理解を深めることに成功した．高校生と一般参加者の間に回答結果の傾向に差があるものの，現時点では何か一貫した違いを見

図8

一般参加者 13 名から回収したアンケート結果出すことはできなかった．今後の研究で年齢層毎に有用性の違いを評価したい．

図 7 と 8 で高校生 29 名から回収したアンケート結果と，一般参加者 13 名から回収したアンケート結果

8 まとめを示す．アンケートでは 11 項目について調査を行い，我々は初学者がプログラミングを学習する際に，障図中の 1-11 はそれぞれ，1. プログラミングを学んで害 1) 言語の構成要素，障害 2) 教育ツールの動作デみたいか，2. プログラミングは楽しそうか，3. プロバイス，障害 3) 教育ツールのユーザインタフェース

グラミングはあなたでもできそうか，4. プログラミ

において，3 つの障害があると考えており，全ての障ングは文系もできそうか，5. プログラミングに男女害を取り除いたプログラミング教育ツールは存在し差の影響はないか，6. プログラミングは役立つと思ていない．

本論文ではビジュアルプログラミング言語および日本語プログラミング言語の両方の性質を兼ね備えた新しいプログラミング言語を提案して，提案言語を用いてキャラクタの踊りを記述する教育ツールまねっこダンスを提案した．まねこっダンスは Android OS上で動作するため，若年層の初学者にとって馴染みやすいスマートフォンやタブレットで学習が可能である．また，既存研究が男性の興味を惹きやすい玩具を利用していたのに対して，まねっこダンスは可愛らしいぬいぐるみロボットとダンボール製ロボットを利用することで，男女両方の興味を惹くようなユーザインタフェースを備える．
高校生 29 名と一般参加者 13 名に対してアンケート調査を行ったところ，まねっこダンスがプログラミング学習を動機付けて，また，プログラミングに対する印象を改善して，実行順序・くり返し・条件分岐の理解を深めることを確認した．
謝辞 芯まで柔らかいぬいぐるみロボットの開発にあたり，ご指導および多大なるご支援を頂きました東京工業大学の長谷川准教授および長谷川研究室の学生の皆様に深く感謝致します．まねっこダンスのソフト
ウェア上のユーザインタフェースを設計した野澤氏と原島氏に深く感謝致します．本研究の一部は，第 10回 リバネス研究費 ベネッセ賞による助成によった．

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