小学校理科プログラミング教材

基礎編
序章

ソフトウェアの操作方法

3章

モーターカーをつかった実験

1章

豆電球をつかった実験

4章

光センサーをつかった実験

プロペラをつかった実験※２章と３章はどちらかを選択して実施してください

2章

年組番

名前

序章
ソフトウェアの操作方法

本テキストでは、St u d u i n o S o f t w a re の中の電 気 実 験 用ブ ロックプ ログラミング
環 境を用います。

1 ソフトウェアの立ち上げ

言語の選択

プログラムの保存

メニュー

文字サイズの変更

スクリプトエリア：
命令をつないでプログラムを作ることができます

ブロックパレット：センサーや電気をコントロールする命令が表示されます12 操作方法
プログラムの作成
ブロックパレットにある命 令をおもちゃのブロックのようにつなぐことでプログラムを作ります。この命 令のひとつひとつを「ブロック」と呼びます。

つなぐ

ドラッグ

プログラムの削除
削 除するブロックをブロックパレットにドラッグ＆ドロップします。

ドラッグ&ドロップ

ブロックの複製
つながっているブ ロックを複 製で きます。つないだ ブ ロックの 一 部分だけ 複 製
したい場合は、その部分を抜き出して同じ操作を行います。

右クリックして 複 製

2＜ブロックの種 類について＞
ブロックはその 使い方によって４種 類に分けられています。
電 気の 流れを命 令します 。

命 令 の 実 行順を 制 御します。

計算の 命 令を出したり、条 件 式を 作成します。

センサーで周りの 情 報を調 べます 。

＜Studuinoについて＞
プログラミング を行うために「 St u d u i n o（ スタディーノ ）」というシングルボードコンピューターをつかいます 。St u d u i n oには入 力と出 力 の 端 子が あり 、そこにパーツを接 続 することで 、様 々なものをプログラムで 制 御することが できます 。電 気 実 験 用ブ
ロックプログラミング 環 境では、A1、A 2 、M1 、電 源の端 子をつかいます。

モーターや豆電 球とつなぐ

電 池ボックスなどの電 源をつなぐセンサーとつなぐ3

1章
豆電球をつかった実験教 科 書 で は 、豆電 球と乾 電 池をつな いで 明 かりをつける 実 験 を 行 いました 。しかし、
こ の 方 法 で は 、導 線 を つ か って 電 気 の 通 り 道 を つ なぐ か どう か で し か 明 か り のO N/O FFを切り替えることが できません。

点灯

消灯

つなぐ

つながない

スタディーノをつかうとパソコンでつくったプログラムによって、電 気の流れを切り替えることができます。豆電球のON/OFFをプログラムで自動で切り替えてみましょう。
プ ログラム電 気を 流 す点灯

パソコン

スタディーノ4

1 実験装置の組み立て
スタディーノをつかって実 験 装置を組み立てます。

つかうパーツスタディーノ ×１

電池ボックス ×２

リード線（黒）×１

豆電球 ×１

ブロック 基本四角(赤) ×1

ソケット ×１

ブロック 基本四角(黄) ×1

スタディーノ用
リード線 ×２

ステー ×１※単３乾電池２本を別途ご用意ください。

● ブロックを図のように組み立てます(ブロックの向きに注 意しましょう）。
①● 豆電 球をソケットにセットし、図のようにブロック(黄）にソケットのコードを②巻きます。

通す順 序
終わり

始め

5

② を図のように取り付けます。
● スタディーノに ●③● スタディーノの M1 と 電 源 にスタディーノ用リード線をつなぎます。
④M1
電源⑤ M1 につないだリード線の赤・黒を図のように豆電 球の導 線とつなぎます。
●
黒と赤青と赤●⑥ 電 池ボックス同士をつなぎ、スタディーノ用リード線を図のようにつなぎます。
黒−＋＋−

赤−＋

注意

ボックス同士をつなげる時は＋ と − の位置をまちがえないように注意してください。

注意

赤と＋ 、黒と− にあわせてつな
いでくだ さい 。

● リード線（ 黒 ）と電 池ボックスをつなぎます。 完 成！
⑦

6

2 豆電球のON/OFFの切り替え
確認
プ ログラムで豆電 球の O N /O FFの 切り替えが で きることを確 認しましょう。

● スタディーノとパ ソコンをU S Bケーブルでつないで、テストモードにしましょう。
①
テストモードにすることで、スタディーノとパ ソコンが 常に通 信を行うようになります。
スタディーノ側

パソコン側コネクターの向きに注意

テストモードが開始

すると、画面右上にセンサー・ボードが表示されます。

② 電 気を 流したときに 豆電 球 が点 灯することを 確 認しましょう。ブ ロックパレッ●
トからをスクリプトエリアに運 んでクリックしましょう。

クリック!

※豆電 球の導 線どうしを接 触させないでください。
短 絡を起こして豆電 球 が点 灯しません。

7点灯

③ 電 気を止めたときに 豆電 球 が消 灯することを 確 認しましょう。ブ ロックパレッ●
トからをスクリプトエリアに運 んでクリックしましょう。

クリック!

消灯

課題、、の３つのブロックをどのように組み合わせれば、豆電 球が５秒間点 灯するプログラムをつくれるでしょうか。

５秒 後プログラム例

8

ポイント●ブロックの命 令は上から順番に行われます。
ブ ロック

豆電 球

5秒

●完 成したプログラムの動 作を確 認するときは、図のようににブロックをつないで、メニューの実 行から「プログラム作成・転 送 」をクリックします。

93 工事現場のライトの制作
夜の工事 現 場ではライトを点 滅させて通 行する車や人に危 険を知らせています。
どうすれば 工 事 現 場 のライトのように繰り返し点 滅させることが できるでしょうか。
点滅①●
課題、、、の４つのブロックをどのように組み合わせれば、豆電 球が点 滅を繰り返すでしょうか。
点灯

消灯

繰り返 す

プログラム例10

ポイント
１回だけ点 滅する動 作は以下のプログラムでつくることが できます。

しかし、このプログラムをずっと繰り返しても、豆電 球はうまく点 滅しません。
プログラムをで囲まずに書き出してみると、その理由がわかります。

時間がない

…
スタディーノはプ ログラムを高 速に処 理しています。そのため、「電 気を止める」の直 後 に「電 気 を 流 す」の 命 令 が入ると、電 気 を止めている時 間（＝消 灯している時間）がとれず点 滅できません。
よって、電 気を止めたあとにもを入れてプログラムをつくりましょう。

入れる

11

4 歩行者用信号機の制作

探究的な学習信 号 機 は 決 められた 時 間 だけ点 灯と点 滅をすることで 横 断 歩 道を 渡ってよいかどうかを 知らせています。点 灯しているときは渡ってよいことを示しており、点 滅しているときはもうすぐ赤 信号に代わることを示しています。

以下の２つの動 作をプログラムでつくります。
●点 灯して渡ってよいことを知らせる動 作●もうすぐ赤 信号に代わることを点 滅して知らせる動 作

点 滅 する点 灯 する

点 灯時 間や点 滅 回 数は、横 断 歩 道の 長さや高 齢 者 が 多く利 用するかどうかなどから決 められています。身 近 な 横 断 歩 道を取り上げ、そのおよその 長さとどのような人 が 利用するかを考えて、信号機 の 動 作を決めましょう。

例

信号機 の 動 作

10 m の 横 断 歩 道で、高 齢 者 が良く利 用する
ので、点 灯時間を長くする

点 灯するとき

点 滅 するとき

豆電 球 が点 灯する

豆電 球 が点 灯する（（30）秒 待 つ

豆電 球 が消 灯する

0.5）秒 待 つ

豆電 球 が消 灯する（0.5）秒 待 つ（ 10 ）回 繰り返す

12課題
どのようにすれば 決 めた回 数 だけ点 滅を 繰り返す歩 行 者用 の 信 号 機 の 動 作をつくることが できるでしょうか。決められた回 数 だけ 繰り返すときはかいます。
点滅点灯

画像
繰り返 す

プログラム例にはそれぞ れに決めた時間や回数が入ります。

ポイント
プ ロ グ ラムを つくるとき に一 定
時 間 点 灯する動 作と一定 回 数 点
滅 する 動 作 をわ け て 考 えるよう点灯するときにしましょう。
点滅するとき13をつ２章
プロペラをつかった実験

乾電 池をつかう場合、つなぐ本 数によって電 気を流す強さを変えることが できます。
１本 つなぐ２本 つなぐ点灯

強く点 灯

電 気を 流 す

電 気を 強く流 す

一方 で、コンピューターとプログラムをつかうことで 乾 電 池 の本 数を 変えずに電 気を流 す強さを 制 御できます。実 際、扇 風 機 の風 量（プロペラの回 転 速 度 ）はその方法で
電 気を 流 す強 さを 変えて制 御されています。プ ロペラとモ ーターをつかって、プ ログラムで風 量を制御する実 験を行いましょう。

風 が 強くなる

電 気を 強く流 す

14

1 実験装置の組み立て
スタディーノをつかって実 験 装置を組み立てます。

つかうパーツスタディーノ ×１

電池ボックス ×２

スタディーノ用
リード線 ×２

リード線（黒）×１

ブロック 基本四角（赤）×1

ブロック 基本四角（黄）×1

ブロック ハーフA(薄グレー) ×1

ステー ×１モーター ×1

モーターカバー ×1

モーター台 ×1

プロペラ台 ×1

プロペラどめ ×1

プロペラ ×1※単３乾電池２本を別途ご用意ください。

● モーター 部分を図のように組み立てます。
①① にモーター台を取り付けます。
②●
●

15

● プロペラ部分を図の③ように組み立てます。

②と●③を組み合わせます。
●④●⑤ ブロックを図のように組み立てます。
●④と●⑤を組み合わせます。
⑥●●
黄色い突起を押し込む⑥を組み合わせます。
⑦ スタディーノと●●16

⑦にスタディーノ用リード線 2本を図のように取り付けます。
●
⑧●

M1

電源

⑨ 電 池ボックス同士をつなぎ、リード線（ 黒 ）とスタディーノ用リード線を図のよ●うにつなぎます。

スタディーノ用
リード線−＋黒＋

赤−リード線(黒）注意

注意
赤とボックス同士をつなげる時は＋ と − の位置をまちがえないように注意してください。

、黒とにあわせてつないでくだ さい 。

● モーターの導 線とM1に挿したリード線を図のようにつなぎます。
⑩
赤と赤

青と黒完 成！

17

2 電気を流す強さとモーターの回転の速さの関係
モーターは電 気を流すと回 転してプロペラを回します。

をつかうと、乾 電 池を直 列につないだときの電 気を 流 す強さを10 0 %として、電 気を 流 す強さを決めることが できます。
10 0％のとき

実験
電 気を流す強さとモーターの回 転の速さにはどのような関係があるでしょうか。

● テストモードにしましょう。
①②●を並べましょう。数 字をクリックしたときに現れるテンキーでどれくらいの強さで電 気を流すのかを決められます。

18

●③ 画 像のように並べたブ ロックを順 番にクリックして、モーター の 回 転 の 速さがどのように変わるのか 確 認しましょう

回転の速さが 変わる

順番にクリックする

結果調べた結果をまとめましょう。

電気を強く流すモーターの回転が（ 速くなる ）電気を弱く流すモーターの回転が（ 遅くなる ）電気を止めるモーターの回転が（ 止まる ）19

4 自動で風量を変える扇風機の制作

探究的な学習課題
扇風 機の中には時 間が 経つと風 量が 変 化する機 能をもったものもあります。どのようなときにつかいたい 機 能 なのかを考えて、そこから風 量 やどれくらいの 時 間 動かすのかを考えましょう。

例

つかうとき

夏の夜に寝ているとき

どのように動かすか

最初は強くして、少しずつ弱くなっていく
風 邪を引かないように弱い時間を長めにするプログラム例※実 際に考えた時 間と同じ比 率で 確 認しやすい 長さに補 正してプ ログラムをつくるように指 導してください。

ポイントとを組み合わせて、段階 的に電 気を流す強さが 変わるようなプログラムをつくりましょう。
20

３章
モーターカーをつかった実験

乾電 池をつかう場合、つなぐ本 数によって電 気を流す強さを変えることが できます。
１本 つなぐ２本 つなぐ
点灯

電気を流す

強く点 灯
電気を強く流す

豆電 球の実 験で「電 気を流す・止める」をプログラムによって制 御できましたが、電 気を流 す強さも同じようにプログラムで 制 御できます。実 際、電 気自動車の 速 度はモー
ター に 流 れる電 気 を 流 す強 さを 変 えて 制 御 さ れています。モ ー ターカ ーを つかって、プログラミング でモーターの回 転する速さを制御する実 験を行いましょう。

電気を強く流す

速くなる21

1 実験装置の組み立て
スタディーノにD Cモーターを取り付けてモーターカーをつくります。

つかうパーツスタディーノ ×１

電池ボックス ×２

スタディーノ用
リード線 ×1

リード線
（黒）×１

DCモーター ×１

モータパーツ ×2

ブロック 基本四角 (赤) ×5

回転軸 ×2

タイヤ ×4

タイヤゴム ×2

シリコンバンド ×2※単３乾電池２本を別途ご用意ください。

● ブロックとタイヤを図のように組み立てます(向きに注 意しましょう）。
①● D Cモーターにタイヤを取り付け、前 後に動くようにします。
②

タイヤ
モーターパーツ

タイヤゴム22

②にブロックを取り付けた後、●① を取り付けます。
③●
●

①
●

導線は溝に入れる③ を図のように取り付けます。
● スタディーノと●④●③の前後の向きに注意● シリコンバンドを図のように通します。
⑤
上から見た状態

横から見た状態

下から見た状態● 電 池ボックス同士をつなぎ、図の 位置にセットします。
⑥
注意

−＋＋−

ボックス同士をつなげる時は＋ と − の位置をまちがえないように注意してください。

−＋23

−＋

⑦
● 電 池ボックスにスタディーノ用リード線、リード線（ 黒 ）、D Cモータの導 線を図のようにつなぎます。

スタディーノ用リード線

DCモーターM1

電源

黒赤−＋リード線（黒）注意

赤と＋ 、黒と − にあわせてつないでください。

完 成！

24

2 モ ーターカー の 動 作
確認
D Cモーターは電 気を 流 すと回 転して、それによりタイヤを回します。電 気を３秒 間流すプログラムをつくって、モーターカーを３秒間前進させましょう。

前進

3秒後停止

● 電 気を３秒間流すプログラムをつくりましょう。
①② プログラムを転 送して、モーターカーが 動 作するか 確 認しましょう。
●
25

３ 電気を流す強さとモータの回転の速さの関係をつかうと、乾電 池を直列につないだときを10 0%として、電気を流す強さを決めることが できます。
10 0％のとき

実験
電 気を流す強さとモーターの回 転の速さにはどのような関係があるでしょうか。

● テストモードにしましょう。
①②●を並べましょう。数 字 をクリックしたときに 現 れるテンキーでどれくらいの強さで電 気を流すのかを決められます。

26

③ 画 像のように並べたブ ロックを順 番にクリックして、モーター の 回 転 の 速さが●どのように変わるのか 確 認しましょう。

順番にクリックする

モーターカーの速度が 変わる※USBケーブルを接 続したままモーターカーを走らせてください。

結果
調べた結果をまとめましょう。

電気を強く流すモーターの回転が（ 速くなる ）電気を弱く流すモーターの回転が（ 遅くなる ）電気を止めるモーターの回転が（ 止まる ）27

4 電気自動車のプログラムの制作

探究的な学習課題
最 近 の自 動 車 の 中にはドライバー の 負 担を 軽 減 するための 運 転 支 援システム が 導入されているものが あります。例えば、ドライバー に代 わり自 動 車 の 急 発 進を 防ぐ
ためにはどのようにプ ログラムで 速さを 変えればよいでしょうか。快 適に自 動 車 が発 進するときの動 作を考えて、そのときの時間の 経 過と電 気を流す強さの関 係をまとめましょう。

例

時間

電 気を流す強さ

発進

20%で電 気を流す

4秒

40%で電 気を流す

7秒

60%で電 気を流す

9秒

80%で電 気を流す

10 秒

10 0%で電 気を流すプログラム例

ポイントとを組み合わせて、段階 的に電 気を流す強さが 変わるようなプログラムをつくりましょう。

28

４章
光センサーをつかった実験

プ ログラムによって、「電 気を 流 す・止める」や「電 気を 流 す強 さ」など を 制 御 することが できました。
プ ログラム電 気を 流 すパソコン

点灯

スタディーノ

これに加えてセンサーをつかうと、ある状 況になったときに自動で電 気を流す動 作もプログラムでつくることが できます。周りの 明るさを調べる「光センサー」もセンサーの 一種であり、暗くなると自動で点 灯するライトなどにつかわれています。どのようなプログラムでセンサー式ライトをつくることが できるでしょうか。

自 動で点 灯暗い29

1 実験装置の組み立て
スタディーノに光センサーを取り付けて実 験 装置をつくります。

つかうパーツ1章の実験装置 ×１

光センサー ×１

※もう一度組み立ててください（Ｐ.5〜6参照）※単３乾電池２本を別途ご用意ください。

● 光センサーにセンサーコードをつなぎます。
①

コードの向きに注 意してください。

● 光センサーを図の部分に差し込みます。
②30

センサーコード ×１

●③ 灰 色のコードと黒色のコードの 位置に注 意しながら、A1に差し込みます。
灰色のコード黒色のコードA1

完 成！

2 入出力設定
どの セン サーがどこにつ いてい る の か を 設 定 することを「 入 出 力 設 定 」とい います。A1に光 セン サーをつけたので そ の 設 定を行 いましょう。「編 集 」から「入 出 力設 定 」を選 んで、A1の光センサーだけにチェックを入れましょう。

チェックを外す31

３ 光センサーのつかい方
光センサーは周りの明るさを調べることが できます。

実験
光センサーが 調べた明るさはコンピューター上ではどのように表されているでしょうか。

● テストモードにしましょう。
①● センサー・ボードでは明るさが 数字で 表されています。この数字を「値 」といい②ます。センサーを手で隠したときとそうでないときでセンサーの値がどのように変わるかを調べましょう。

手で隠したとき（暗いとき）

手で隠さないとき（明るいとき）

およそ15〜25

およそ90〜100状態

センサーの値32結果
調べたことをまとめましょう。

周りが暗いときセンサーの値が（ 小さくなる ）周りが明るいときセンサーの値が（ 大きくなる ）＜センサー情報の扱い方＞
コンピューターでは明るさなどのアナログ 情 報をコンピューターが処 理するデジタ
ル 情 報に変 換して扱っています。

アナログデータ

デジタルデータ

変換

コンピュータでは扱えないデータ

コンピュータで扱えるデータ

Stu du i n o So f t wareのブロックプログラミング 環 境では 、0 〜10 0のデジタル 値で明るさを表しています。

33

4 センサー式ライトの制作
光 セン サーが つかわれているライトは、周りが 暗 いときには自 動 で点 灯して、明るくなれば 自 動で 消 灯するように設 定されています。これにより、無 駄 な消 費 電 力を抑えることが できます。

昼

夜

自 動で 消 灯

自 動で点 灯センサー式ライトの動 作を図で 表すと以下のようになります。

条件
ずっと繰り返す

周りは暗 いか？

いいえはい
点 灯する34消 灯する

課題1「周りは暗いか？」という条 件をつくるためには、光センサーをつかって周りの明るさを 判 断する必 要が あります。32ページ で 調 べ た 結 果 を 参 考にして、「暗 い」と判 断するときのセンサーの 値を決めましょう。
明るい暗い

0100

この 値を 境 に「暗 い」と判 断する

課題2
決めた値と、、、などのブロックを組み合わせて、センサー式ライトのプログラムをつくりましょう。
周りが 暗 いとき

周りが 明るいとき

プログラム例には課 題１で決めた値 が入ります。

35

ポイント
●条 件はとを組み合わせてつくりましょう。

決 めた 値を入れる●条 件によって動 作を２つにわけるときは●センサーの 値を常に確 認するために36をつかいましょう。

でプログラムを囲みましょう。

＜センサーを使うメリット＞
センサーを 使うと 、時 間式と比べて調 整 の手間が 省けるというメリットがあります 。
時 間 式 の 場 合は 、日の出や日没の 時 間が 季 節や国によって 変 化するため 、あらかじめそれら全てを設 定しておく必 要があります 。しかし 、光センサーをつかうとその必要が なく 、暗くなったら時 間が いつであろうと自動で点 灯し 、明るくなると自動で消灯することが できます。
また 、身 近 なところでは 、スマートフォンにも光 セン サーが使 われています 。日中 は太 陽 光 の 影 響で 画 面が 見づらいため 光 量を 強 め 、夜や 建 物 の中では光 量を 弱 めるように設 定されています 。このような 設 定を行うことで 、無 駄 な消 費 電 力を抑えるとともに快 適に利用できるような工 夫が なされています。

周りが 明るいとき
光 量を 強 める

周りが 暗 いとき光 量を弱める37ブロック一覧表
説 明

ブ ロック

接 続したパーツに指 定した％の強さで電 気を流す
接 続したパーツに流している電 気を止める
接 続したセンサーの 値を調べる
指 定した秒 数 待つ
囲われたプログラムをずっと繰り返し実 行する
囲われたプログラムを指 定回 数 繰り返し実 行する
囲われたプログラムを条 件が満たされたときだけ実 行する
条 件が満たされたときと満たされないときでそれぞれのプログラムを実 行する
条 件が満たされるまで待つ条 件が満たされるまで 繰り返す

四 則 演 算を行う

値を比 較する条 件を組み合わせる38

093886

K0518