筑波学院大学紀要第17集

67 ～ 73 ページ

2022年

IoT 機能を搭載した小型人型ロボットを活用したプログラミング教育の検討（2）高藤

清美＊・堀越眞理子＊＊

Study of Programming Education Using a Small Humanoid Robot
Equipped with IoT Functions (2)TAKATO Kiyomi ＊ and HORIKOSHI Mariko ＊＊抄録

2017・2018年に改訂された学習指導要領は、幼稚園では2018年度、小学校では2020年度、中学校では2021年度から全面実施となった。高等学校では、2022年度から全面実施となる。今回の改訂の重要事項として、小学校、中学校では「情報活用能力」の中で、高等学校では「情報教育」の中で、「プログラミング教育」への取り組みが明示されたことは、この分野の改訂としては画期的なことだと思われる。本研究では、2022年度から高等学校で始まる新学習指導要領の「情報教育」の中で扱うことを想定した、実社会での活用を想定できるプログラミング教育用教材として、小型人型ロボットを活用した情報システムの構築をテーマとし、検討した。小型人型ロボットは、私たちの生活の現場で活用する情報システムの中核とすることが可能であると考えているからである。本研究での検討の結果、実生活の中で活用できるレベルの情報システムの構築の実習も可能であることが明らかとなった。
キーワード：プログラミング教育、学習指導要領、IoT、ロボホン、ビジュアルプログラミング
言語

1 ．はじめに中学校では「情報活用能力」の中で、高等学校のカリキュラムでは「情報教育」の中で「プ2017・2018年（平成29･30年）に改訂され1）た学習指導要領

は、幼稚園では2018年度から、小学校では2020年度から、中学校ではログラミング教育」への取り組みが明示されたことは、特筆に値することとも考えることができる。

2021年度から全面実施となった。高等学校で小中高等学校におけるプログラミング教育は、2022年度から全面実施となる予定であの具体的な目標は以下のように設定されている。今回の改訂の重要事項として、小学校、る。

＊

筑波学院大学経営情報学部、Tsukuba Gakuin University＊＊

筑波学院大学経営情報学部（元）、Tsukuba Gakuin University

─ 67 ─

筑波学院大学紀要17

①

小学校

2022

2）

めの開発環境を持つものがほとんどであり、「プログラミング的思考の育成」「プログラ中には、ロボット本体が比較的安価でプログミングを通じてコンピュータに意図した処理ラミング環境も分かりやすい機種も市販されを行わせるために必要な論理的思考の獲得」

るようになってきた。また、プログラミング②

中学校

環境がビジュアルインターフェースを使用す3）

る MIT の Scratch
7）

6）

や Google 社 の Google「計測・制御のプログラミング」「ネットBlocklyワークを利用した双方向性のあるコンテンツ言語をベースにし、これを拡張した形態のものプログラミング」について学ぶのを用意しているケースもある。さらに、子③

高等学校などのビジュアルプログラミングども達でも扱いやすい小型の人型ロボットも4）登場している。以上のように人型ロボットを「プログラミングやシミュレーションに対象としたプログラミングに取り組みやすいよって問題を発見・解決する活動」を通して状況になってきている。筆者らは、このようコンピュータの計算に関する限界についてのな状況を踏まえ、小学校から取り組まれるこ理解、プログラミングによるコンピュータやとになったプログラミング教育に活用できな情報通信ネットワークの活用、シミュレーいかを検討し、一定の可能性を見出し、報告ションを通してモデルを評価する、アルゴリをおこなってきた。

ズムを考え適切に表現すること

8, 9）

これらの研究を通して、一定のプログラミ
ングの基礎の学習を前提とすれば、ロボット以上を踏まえ、学校現場ではプログラミンを素材とした情報システムの構築をテーマと

グ教育の実施に関して、小中学校では既に実した実習カリキュラムを学校教育の中で実施施され、高等学校でも来年度からの実施に向することが十分可能ではないかと確信するにけて準備が進められている。2020年 4 月から至った。本研究では、高等学校および中学校スタートした小学校においては、さまざまなの情報教育の中のプログラミング教育の一環プログラミング教材を用いた実践および試として、ロボットを素材とした情報システム行が試みられてきた。多くの場合は、コンの構築の可能性について検討した。

ピュータ内部だけで完結するバーチャルワー
ルド（仮想世界）を対象とするに留まり、文部科学省が参考資料として用意した「小学校5）

プログラミング教育の手引」 などで言及さ

2 ．情報システム構築を題材にしたプログラミング教育に適した小型人型ロボットの検討れているリアルな世界を意識した題材を利用する例はレアケースである。また、リアルな本研究では、現実の世界で実用的に使用可世界を意識した例としては、従来からの計能なシステムの構築を題材として取り上げる

測・制御的な取り扱いを想定したものが目立ことを想定し、適切な小型人型ロボットを選ち、児童・生徒全員が学ぶ素材としては特殊択した。選択時に検討した主な項目を表 1 にであると考えられる。このような状況は、中示す。
1 ～ 3 の条件は、小型人型ロボットとし学校や高等学校でも同様の状況となっていて、現実世界で受け入れられ易くするものでる。
近年、さまざまな用途向けの人型ロボットある。の実用化が進んでいる。それらは実用化のた

─ 68 ─

4 については、現実世界で使用することを高藤清美・堀越眞理子：IoT機能を搭載した小型人型ロボットを活用したプログラミング教育の検討（2）想定したものである。

境を用意したいと考えている。

5 は、小中高等学校におけるプログラミン

6、7 の条件は、自由な発想で情報システ

グ教育が、単なるプログラミング技術の習得ムを計画・設計するときに必要であると考えを目的としているのではなく、その考え方をている。

理解するためとする位置付けがされているため、必須の条件である。また、限られた時間

8 は、学校教育の中で導入する上で見逃すことのできない要件であると考えている。の中で取り組まれる、通常の授業でのプログ

現在、小型人型ロボットは、複数のメーカ

ラミング教育の中で、実用的な情報システムが発売しているが、本研究では、筆者も構を構築するためにも必要であると考えてい成員として参加した「令和元年度総務省地る。仮に、使いやすいプログラミング環境が域 ICT クラブ実証事業

無い場合には、オブジェクト指向プログラミ

ICT クラブ（代表団体：シャープマーケティ

ング環境として利用可能なプログラミング環

ングジャパン株式会社、構成員：いばらきコ10）

・茨城県いばらき

ンピュータ活用教育ネットワーク・筑波学院
表1

小型人型ロボットの検討項目

No項
目
1 自立型であるか
2 小さすぎず、大きすぎないこと
3 外見が親しみやすい
4 ある程度の堅牢性があるか使い易いプログラミング環境があるか、少な
5
くともプログラミング環境があるか
6 外部との通信機能があるか7 ある程度の拡張性があるか
8 初期費用、ランニングコストが適切か

11）大学） 」での経験から、シャープ株式会社の電話機能を持つコミュニケーションロボッ
12）

ト・ロボホンを選択することとした。ロボホンの外観を図 1 に、主な仕様を表 2 に示す。ロボホンは、表 1 の条件の 1 ～ 7 は十分に満たしていると考えている。 5 のプログラ
ミング環境としては、メーカからスクラッチパック、ロボリック、ブラウザ型プログラミングツールが用意されている。何れも、Scratch 系のプログラミングツールとなっている。 8 については、十分に満たしていると

図 1 シャープ株式会社・ロボホン（左：正面写真、右：背面写真）（シャープ株式会社の Web サイトより：https://corporate.jp.sharp/news/171002-c.html）

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筑波学院大学紀要172022

は言えないが、機能面等を考慮するとこの程ので、どのような機能があるとよいか、それ度の費用は必要になると思われる。ロボホン

ぞれの機能はどのような仕様や性能を持たせは、現在メーカからは 3 機種が出荷されているべきかといった、情報システムの設計時にる（表 3 ）。また、法人の場合は、クラウド必要となる検討項目に対して、目標を設定し通信サービス（年額16,500円）に、個人の場易いといったメリットもあると考えている。

合は、ココロプラン（月額1,078円）に加入

ロボホンは、WiFi や Bluethooth といったすることで実用性が高まる。

無線接続機能を有するので、このインターフェースを使用して各種のコントローラ（スマートリモコン等を含む）やマイコンボード

3 ．情報システムの構築についての検討－ロボホンによる生活支援システムの提案－を接続し、機能を拡張することが可能である。
スマートリモコンの例としては、株式会社
13）

リンクジャパンの eRemote 5（図 2 ）な

ロボホンを利用した情報システムの検討をど が 対 応 し て い る。eRemote 5は、WiFi 機おこなう。ロボホンの最大の特徴でもあるコ能を持ち、各種スマートスピーカやスマーﾄミュニケーション機能（表 4 ）を活用した情フォンと連動させることが可能である。ロ報システムは、実用性も高く、また実証実験

ボホンにも eRemote 5用のアプリが用意されもし易いので、取り組み易いと考えられる。ている。さらに多様な連携機能が必要な場

また、必然的に身近な題材を扱うことになる合には、Espressif Systems 社の無線通信モジュール（WiFi および Bluethooth）を内蔵

表2

ロボホンの主な仕様

表4

身長 / 体重OS

約19.8cm/ 約395g
Android 8.1
Qualcomm SnapdragonTM 430
CPUprocessor 1.4GHz× 4+1.1GHz × 4（オクタコア）
内蔵メモリ
ROM : 16GB / RAM : 2GB
電池容量1,700mAh
実使用時間
1 日以上
充電時間
約130分
ディスプレイ 約2.6インチ QVGA
カメラ
約800万画素 CMOS
LTE / 3G（3G・LTE モデルのみ）
通信方式
Wi-Fi、Bluetooth
GPS、加速度センサ、地磁気セン
センサ類
サ、ジャイロセンサ、照度センサ

表3

ロボホンの主要コミュニケーション
機能
機能

概要
文字情報を元に発話できる
発話
歌うことも可能
音声認識
メーカのサーバと連携
SNS 連携LINE や Twitter との連携
カメラ
約800万画素
ディスプレイ 約2.6インチ
ラジオ受信
インターネットラジオの受信機能
電話
3G・LTE モデルのみ
スケジュールタイマーと連動して音声等で知ら管理（リマイせることができるンダー）
インターネッ 指示により天気やニュースを読みト連携上げる
個人認識をしてその人への伝言を伝言伝える
会話ノート
会話内容をメモする機能
帰宅者の特定をし、その情報をス
留守番
マホに送る
スマートリモコン（株式会社リンスマートリモ
クジャパンの eRemote 5等との連コン連携
携機能）

ロボホンのモデル別特徴

モデル名価格・特徴
3G・LTE モデル 198,000円、電話機能付き
Wi-Fi モデル
132,000円、電話機能無し
86,900円、電話機能無し、歩行ロボホンライト
機能無し─ 70 ─

高藤清美・堀越眞理子：IoT機能を搭載した小型人型ロボットを活用したプログラミング教育の検討（2）表5CPU

ESP32-WROOM-32の主な仕様
Xtensa 2コア32ビット LX6、クロック最大240MHz
4 メガバイト520キロバイト

ROM
RAM
無線通
WiFi、Bluetooth
信機能
シリアル通信（UART、SPI、I2C）、デジ
周辺装 タル入出力、アナログ入出力（AD 変換、置DA 変換）、PWM 出力、リアルタイムク
ロック、ウォッチドッグタイマ
電源
2.2V～3.6V、動作電流平均 80mA

図 2 eRemote 5の外観（（株）リンクジャパンの Web サイトより）・メールや SNS の内容を発話させる・音 声認識機能を使用し、メールや SNS に投稿する
・カメラを使用した部屋の様子等の外部からの監視機能の実装
図 3

ESP32-WROOM-32E を 使 用 し た
マ イ コ ン モ ジ ュ ー ル の 例（ESP32DevKitC-32E）
14）

し、Arduino-IDE・ディスプレイに、送信されてきた映像を映す
・タイマ機能を用いたスケジュール管理・インターネット上のデータ（例えば天気予を始めとした各種のプログラミングツールの入手が容易となって15）いる ESP32-WROOM-32

報）を元にメッセージを発話する
・照 度センサの測定データを元に照明の点（図 3 ）を利用したマイコンボードを使用し、センサやアク灯・消灯案内をおこなう
・その他チュエータとの連携をおこなう予定である。
ESP32-WROOM-32は安価で、高性能（表 5 ）②であることもあり、使用事例も多く、また各種ライブラリも数多く提供されている。

①に加えスマートリモコンを使用
スマートリモコンを使用することで生活環境の中の各種家電のリモコン制御が可能とな以上の前提を元にロボホンによる生活支援

る。ロボホンとの連携機能を持つ eRemote 5システムの構築のためのカリキュラムは①～は家電製品とのリモコン機能の他に温湿度セ③の 3 つのレベルを想定し、検討することとンサや GPS 機能を搭載している。これらをした。

使用することで、①の項目に加え以下の実装可能項目を挙げることができる。

①

基本的にロボホンのみで実施
ロボホンのみでも多数の機能を使用でき

・温湿度計と連動させ、エアコンの自動制御る。この機能の中から、システムとして生活をおこなわせることで、快適な室内環境をの支援になり得る項目の組合せを選択し、実維持する装することを考える。実装例として、以下の・音声による各種家電装置の制御ような項目を挙げることができる。

・スマホ等による家庭外からのリモコン操作
・ロボホンの照度センサと連動させ、室内照─ 71 ─

筑波学院大学紀要172022

明の自動点灯・消灯をおこなう部である。

・その他③［参考文献］
1 ）文 部 科 学 省 の Web ペ ー ジ： 平 成29・30・31②に加え ESP32-WROOM-32を使用

年改訂学習指導要領（本文、解説）、https://ESP32-WROOM-32を利用することで、各www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/

種センサや各種アクチュエータを接続し、ロ1384661.htm

ボホンとの連携が可能となる。そのため、幅2 ）文部科学省：小学校学習指導要領（平成29年

広い応用方法を考えることが可能となる。生告示）、2017年 3 月

活支援という目的のための機能としては以下

3 ）文部科学省：中学校学習指導要領（平成29年のようなものを挙げることができる。

告示）、2017年 3 月
4 ）文部科学省：高等学校学習指導要領（平成30・温湿度センサや雨量センサと連動させた屋年告示）、2018年 3 月

外干しの洗濯物の取り込みを案内する機能5 ）文部科学省の Web ページ：小学校プログラミ・水 位センサを用いた風呂の水張り（湯張ング教育の手引、https://mext.go.jp/a_menu/り）監視機能

shotou/zyouhou/detail/1403162.htm

・電流センサ等を用いることで、家電製品の6 ）MIT の Web ページ： Scratch のページ、https:

動作状況を把握する機能、見守り機能とし//scratch.mit.edu/て利用することも可能

7 ）Google の Web ペ ー ジ：Blockly の ペ ー ジ、・外光用の照度センサと連動させた、カーテ

https://developers.google.com/blockly

ンの開け閉め機構の実装

8 ）高藤、堀越：“IoT 機能を搭載した小型人型ロ・その他ボットを活用したプログラミング教育の検討”
筑波学院大学紀要、16、pp.93-98、2021.

ESP-WROOM-32を使用した場合は、自由9 ）高藤、堀越：“小型人型ロボットを利用したプ

度がかなり高くなるため、目的の種類毎に必ログラミング教育の検討”日本科学教育学会

要な実装機能を検討し、種類毎に設計内容を変え、実習を進めるとよいと考えている。

年会、45、pp.295-296、2021．
10）総務省の Web ページ：地域 ICT クラブについ て、https://www.soumu.go.jp/main_sosiki/

4 ．おわりに

joho_tsusin/kyouiku_joho-ka/IoT_learning.

今後、前項で考察した内容をもとに、実習の雛形となりえるシステム設計例を用意し、

html
11）総務省の Web ページ：地域 ICT クラブ実証事
業、いばらき ICT クラブ報告資料、https://

高校生または大学生を対象としたシステム設

www.soumu.go.jp/main_content/000668850.

計の実習に関する実証実験を実施し、システム設計例集を準備する予定である。

pdf12）シャープ株式会社の Web ページ：ロボホンの［謝辞］

トップページ、https://robohon.com/

本稿は、筑波学院大学、令和 2 年度「研究13）株 式 会 社 リ ン ク ジ ャ パ ン の Web ペ ー ジ：
eRemote 5、https://linkjapan.co.jp/product/活動の充実に関する取組み」の補助金（採択
研究名「小型人型ロボットを活用したプログラミング学習教材の研究開発」）の成果の一

eremote5/14）Arduino の Web ペ ー ジ：Arduino の ト ッ プ

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高藤清美・堀越眞理子：IoT機能を搭載した小型人型ロボットを活用したプログラミング教育の検討（2）ページ、https://www.arduino.cc/15）Espressif Inc.の Web ペ

WROOM-32E 仕ーcom/sites/default/files/documentation/esp32ジ：ESP32-

様、https://www.espressif.

─ 73 ─

wroom-32e_esp32-wroom-32ue_datasheet_en.pdf