研究報告書

第 337 号

彩の国

埼玉県

平 2１年
平成
年度調査
査研究報告
告書
オープ
プンソースを活用
用した学
学習モデル
ルに関す
する研究
究

平 21 年度科学技術
平成
術振興機構
構 SPP 事業プ
プラン B 採
採択
理数科
科教育への
の学習意欲をを高める体
体験学習～ロボットを活用した問問題解決型学
学習～

埼
埼玉県立
立総合教育
育センタ
ター

埼玉県 20０５

「オープンソースを活用した学習モデルに関する研究」
目次

第１章 研究をはじめるにあたって
１ はじめに
２ 研究の目的
３ 研究方法
４ 検証

第２章 研究の概要
各校の研究の概要
１ 所沢市立松井小学校
２ 熊谷市立久下小学校
３ 川口市立領家中学校
４ 浦和北高等学校

第３章 学習展開モデル
１ 学習展開モデル
２ 児童生徒の活動のポイント

第４章 授業プランと実践報告
１ 研究機関の講師による先端技術を体験する講演
２ 大学教授、准教授によるロボットを活用した授業
３ 各校の授業プラン

第５章 考察１ 成果と課題
２ アンケート結果

参考資料
１ ロボットコンテスト自己評価シート
２ 学習指導案
３ 用語解説と教材の概要
４ 謝辞
５ 参考文献６ 研究協力委員一覧

第１章
１

研究をはじめるにあたって

はじめに児童生徒の理科離れが叫ばれて久しいが、２００６年の経済開発協力機構（ＯＥＣＤ）
による国際学習到達度調査（ＰＩＳＡ）や国際教育到達度評価学会（ＩＥＡ）による国際
数学・理科教育調査（ＴＩＭＳＳ）の結果から、多少の改善の兆しは見えつつも、依然として日本の児童・生徒の理数教科への関心は国際的に低い水準である。
このような背景から新学習指導要領では「理数教育の充実」が主な改善事項の一つとしてあげられている。
その中で特に小学校の指導要領の理科における目標として「自然の物事・現象について実感を伴った理解を図り、科学的な見方や考え方を養う。」と示され、「実感を伴った」という文言に表現されるとおり、実生活との結びつきや実験や観察を通した学習が強調された。さらに、数学と理科のいずれにおいても、日常生活や社会との関連を意識した指導が重視されている。このことを授業で具現化するために、学習内容が生活や社会でどのように生かされているのかを認識させ、数学や科学に対する関心や学習意欲を高めることが求められている。
このような理数科教育の状況を改善するため、埼玉県内の公立小中高等学校で最先端技術に携わる研究者や大学の教授等を講師として学校現場に招き、ロボットを素材として科学技術への興味関心を喚起し、児童・生徒の学習意欲を目指した特別講義や研究授業を実施した。
本研究ではロボットの特性を活かすことによって児童・生徒が試行錯誤しながら工夫した結果が実感を伴う動きとして表現することができ、ものづくりの楽しさや達成感を感じることができる。これらの実証授業を小中高等学校すべての校種で系統立てて行うことにより、児童生徒の発達段階に応じた効果的な授業法について検証するものである。
ロボットの制御に利用するコンピュータプログラムはマサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）等の開発するオープンソース等も活用する。新しい分野の研究であり先進的な実践を多くの教育関係者が共有し、よりよい授業を実践するための情報交換を目的としたＣＭＳを開設し、教員が作成した実践プログラムを公開し、そのプログラムを誰でも利用できる
オープンソースコミュニティのような「授業実践の共有と開発」というまなびの場をネット上に展開し発展させていく。
本研究の実践が将来の科学技術立国日本を継承できる人材を育成するだけでなく、理系文系にかかわらず理数系学習が合理的・論理的な思考力を鍛え、様々な学習の基礎になっていることや社会で生きていくために必要な力であることを実感させる埼玉県版学習モデ
ルとなることを目指し、普及を図る。

２ 研究の目的
本研究は、研究開発機関（産業技術総合研究所）、教育機関（埼玉大学）の協力を受け、研究協力校・協力委員と連携を図り、理数科教育への学習意欲を高める体験的学習をレゴ
社の教育用レゴマインドストームＮＸＴ（以下 レゴマインドストームＮＸＴ）＊やＭＩＴの開発したオープンソースプログラムであるスクラッチ（以下 Scratch）＊などを用いて学1

習モデルを構築し、学習効果を検証する。

３ 研究方法ＩＣＴ活用を活用して効果的･先進的な教育活動に取り組もうとする学校から、小学校２校、中学校１校、高等学校１校を選定し、各校教員に研究協力委員を委嘱し、オープンソースを用いて以下のような学習の研究、教材開発、検証授業等を通じて研究・調査・検証を行う。さらに、独立行政法人科学技術振興機構（ＪＳＴ）のサイエンス・パートナーシ
ップ・プロジェクト（ＳＰＰ）「理数科教育への学習意欲を高める体験学習～ロボットを活用した問題解決型学習～」を受託し、より高機能な研究教材の導入や授業用備品の整備、研究協力校の拡大によって研究を推進する。

４ 検証
ロボットを活用した学習の効果を研究するため、クノーピクス（以下 KNOPPIX）＊上で動作する Scratch やレゴマインドストームＮＸＴを活用し、オープンソース等を活用した学
習環境の構築、理数系学習に関する興味関心、論理的思考力の向上、問題解決能力の向上を考察する検証授業を行った。学習指導案や環境構築に必要なマニュアルの作成を通して
多くの学校で実践可能な学習モデルを創造する。

第２章 検証および各校の研究の概要
各校の研究の概要
本章では各校の研究の概要をそれぞれ１枚のリーフレットにし、次頁以降にまとめた。
詳細については第３章以降に紹介する。

＊の用語についてはＰ３３以降を参照ください2

スを利用ししたコンピ
ピュータ制御御学習の実
実践
オープンソース
所沢
沢市立松井
井小学校
教
教諭 寶迫芳
芳人

環 境
対

象：小学校
校

第６学年
年

３２名

元名：身の回回りの改善ししたいこと（国語・総合
合的な学習の
の時間）
単元
環

境：コンピ
ピュータ室等
等、OS は KNNOPPIX 及び WindowsXPW

概 要
１CD Linux＊である KNOOPPIX 上で Scratch
Sを動動ード＊やミュウロボ＊など
どをつないででかし、Pico ボー
制御の学習環環境を構築しし、論理的ななコンピュータ制
考力・判断力
力・表現力をを身につけささせることをを思考
目指
指して「身のの回りの改善善したいことと」に関する
る「改改善案」をモモデル化する
る学習活動にに取り組ませせた。
。事前学習ととして、産総総研の研究者
者や埼玉大学学
教育
育学部の野村村准教授に講講義・演習をを行っていたただいいた。試行錯錯誤の末に子
子どもたちのの改善案をモモデルとしてて作り上げ、それを使ってプ
レゼ
ゼン発表会をを行った。ここの過程で、こうした活活動にオーププンソースをを活用することが可能
能かつ有効でであるか検証証した。

成 果オ
オープンソーースを中心にに構築した学
学習環境を利用
用して、子どどもたちの学
学習活動が問問題なく行えることが分かかった。今回
回の学習活動
動では、さロボット教材材）を利用
まざまなハードウエア（ロったため、ロボット教材に OS やドすることになっイバ、ソフトウエアが対対応している
る必要があ
ライ
り、、組み合わせせを考えて必必要な環境をを整えることにに頭を悩ませせることにななった。子どどもたちの活動
動自体は意欲欲的に行われれたが、子どどもたちは電電子部品や基基板の扱いにに慣れていないた
め、、教材としてて使うハードドウエア（ロ
ロボット教材材）の選定にには耐久性やや扱いやすさ、分
かりやすさなどどを考慮する
る必要である
ることが分かかった。

3

ロ
ロボットを活
活用した科
科学的な見
見方や考え
え方の育成
成
熊谷
谷市立久下
下小学校
教
教諭 山中 和久

環 境
対

象：小学校
校

第６学年
年

元名：理科「電流のはたたらき」「電気の利用」
単元
環

ピュータ室Ｐ
ＰＣ４２台（Windows Vista）
V
境：コンピ
レゴマ
マインドストトームＮＸＴ
Ｔ

１３台

教育用
用ＮＸＴソフフトウエア ver2.0（以下
下 ＮＸＴソ
ソフトウエアア）*

概 要
ボットを活用用しプログララムと制御をを行うこ
ロボとで、、身の回りのの科学に目をを向け、科学
学的な見方や考考え方を育成成することをを目指して授授業を実施した
た。またそのの際、二人一一組のペアででの話合い活動
動を重視しなながら学習をを進め、論理理的思考
力の育
育成も心がけけた。
事前前学習では、、国語でロボ
ボットをテー
ーマとして情報報を収集し意意見文を書くく学習を行っった。また、産産総研の研究究者にロボッット技術につついての講義をしていただ
だいた。身のの回りで電磁磁石を利用ししたものの例
例としてモー
ーターについてふ
発展的な学習
習として埼玉玉大学教育学
学部山本教授
授にロボットトの作成、ププログラミングのれ、発基礎にについて講義義・演習をししていただきき、担任が引
引き続いて活活動を支援しし、ロボットコン
テストを実施したた。

成 果
分たちのプロログラムにつついて、二人人一組のペ
自分
アで話話し合いなががら課題を解解決する経験験を積むことにより、問題点点を解決する
るために言葉
葉や図など
い思考を表現現しながら積積極的に学習
習を行うこ
を用い
とがで
できるようにになってきたた。授業の様様子からだ
けでななく、アンケ
ケートの結果
果からも科学
学に対する関心・意欲が向上上したと考え
えられる。

4

中
中学校技術
術家庭科に
におけるコ
コンピュータ
タ制御学習
習
川口
口市立領家
家中学校
教
教諭 松崎 寛幸

環 境
対

象
象：中学校

第２学年

単元名
名：技術家庭庭科
環「コン
ンピュータにによる計測・制御」

境
境：コンピュ
ュータ室

Ｐ
ＰＣ４２台
ista）、（Windows Vi

レゴマイ
インドストーームＮＸＴ

２０台、Ｎ
ＮＸＴソフトトウエア

概 要
学習指導要領領の技術・家
家庭科「Ｄ
新学

情報に関す
す

る技術
術」の（３）プログラムによる計測・制御では、コンピュータを用用いた計測・制御の基本
本的な仕組みみプログラムのの作成ができきるようにす
す
を知り、簡単なプ
報処理の手順順を工夫する
る能力を育成成るとともに、情報
いとしているる。そこで、計測・制御
御することをねらい
律型ロボット「レゴ マインドストマームＮＸＴ」」
で自律とプログラミング
グ言語「ＮＸ
ＸＴソフトウウエア」を利利、自律型のロロボットの動
動きを確認ささせながらププ
用し、
ログラミング学習
習の実行・改改善を繰り返返す、トライ
イ＆エラーのの学習を体験
験させる。本題材、難しいコンンピュータ言言語を使うののではなく、アイコンをを利用し、情情報処理の手順をでは、容易にに学ばせるこことができる
る。このよううなことからら、「コンピピュータによる計測・制御」
を身近近なものとささせ、情報処処理の手順をを工夫する能能力を育成し、学んだこととを生かし応応用・発展させる。
による計測・制御」に触触れる中で、知識の伝達達ではなく、共に学び自ら進「コンピュータに創意工夫してていく力を伸伸ばす授業をを展開する。
んで創成 果
徒は、自律型型のロボットトの動きを確確認させながが生徒
らプログラムの実
実行・訂正をを繰り返す、トライ＆エ
エの学習をするる中で、情報
報処理の楽ししさ、手順ののラーの考え方方を学ぶこととができた。今回は、難難しいプログ
グ
ラム言
言語ではなくく、アイコン
ンを利用したた言語のため
め
容易にに学習を進めめることがでできた。こののようなこととから、、計測・制御御について身身近に感じささせ、情報処
処
理の手
手順を工夫すする能力を高高めることが
ができた。

5

ロボッ
ットプログラ
ラミングに
による問題
題発見・解
解決能力の
の育成
県立
立浦和北高
高等学校
教諭
諭 岡村 起代之起環 境象
象：高等学校
校

対

第２学年
年

単元名
名：「実用基基礎プログラミング」学校設定科目
環境境：コンピュ
ュータ室

Ｐ
ＰＣ４２台
ista）
（Windows Vi

レゴマイ
インドストー
ームＮＸＴ

１１台

概 要
ロボッ
ット制御の研研究者によるるロボティクススに関する講義
１０／１（木））ロボット制制御技術に関関する研究ある産業技術術総合研究所所の黒河治久
久博士をお
者であ
招きし、
「細胞型ロボットの研研究」に関すする最先端の講義をしてていただいたた。生徒は細
細胞型ロボ
技術の
ットの
の意義を知り、ロボット
ト開発におけ
ける課題を
学んだ
だ。

大学の専門家によるロボット
ト制御の問題
題発見・解決学
学習の指導
大学
学の専門家をを招き、ロボボットの作成、プログラム
ムの最適化等
等の講義をししていただいた。
また、、ロボカッププジュニア２
２００８サッッカールールルに準じる本
本校ルールをを作り競技会を実施したた。これらににより、プロログラミング
グにおける問問題発見・問
問題解決の能能力の育成を図った。

成 果
実際の物体のの動作を定めめること
プログラムが実徒は発見し、、大きな喜びびを感じたよようだ。
を生徒
サッカ
カーロボットによる競技
技を通して、生徒の問題発
発見・問題解解決の能力はは大きく向上上した。

6

第３章 学習展開モデル（１）学習展開モデルの展開
学習展開モデルの作成にあたり、大学教授等の指導のもと、小学校、中学校、高等学校と発達段階に応じて学習プログラムの内容を変えた。新学習指導要領で必修となった中学
校技術家庭科の「計測と制御」を鍵としてその前後のつながりを考えて展開した。
【研究協力委員の先生方による事前学習】
身近に存在するロボットについて、インターネットや書籍などを活用して児童生徒が情報を収集し、結果をまとめる。「わからないこと」「疑問に思ったこと」などをまとめ、本講座で専門的技術者に質問する。
ＳＦ小説やアニメなどの世界に登場するロボットは将来実現するかなどの予想をさせ、その理由を考えさせる。また、将来どんなロボットが開発されるか、または開発したいかなど自由に発想をさせる。
【研究者による講義「最先端技術に触れよう」】
ロボットの原理や最新のロボットについて先端的研究をしている研究者などから講義を受け、知的好奇心を高めるとともに科学的な見方や考え方を養う。身近に存在するロボッ
トから実生活との関連を考察し、理数教科を学ぶ意義や有用性を意識づける。さらに、膨大な試行錯誤を繰り返して先端技術が製品化されるに至るまでのプロセスについて学ぶ。
【大学教授等によるロボットを活用した問題解決型学習の展開】
ロボットを利用した演習ではどのような仕組みで動くか（動かないのか）について、安易に答えを示さずに、グループ活動を通して試行錯誤しながら問題を発見・解決をすすめ、
粘り強く、科学的に調べる能力や態度を育成する。一つの課題が達成されたグループにはさらに高度な技術を要する課題にチャレンジさせ、自ら学ぶ姿勢を高める。
【学習成果発表会】
発表会を実施し、学習した結果を整理・考察し表現することにより、プレゼンテーショ
ン能力、コミュニケーション能力を高め、最終的には新学習指導要領で求められる言語力の向上に資する。
上記の展開は対象の児童生徒の発達段階に応じてその内容を変更して実施する。

7

（２）児童生徒の活動のポイント①児童生徒が、問題を発見する活動や工夫
・事前学習として生活の中で使われている身近なロボットについて調べる。
・ＳＦ小説やアニメなどの世界に登場するロボットが将来実現するかなど科学的な論拠を基に予測する。
・研究者等専門の講師から対話型の講義を実施し、ロボットの仕組みや歴史について理解を深める。
・身近な機械の裏側にあるかくれた技術を知る。
・５人程度のグループで実際にロボットを制作し動作させる。
・ロボットを動かすという実感の伴う体験を通しもの作りの楽しさを知る。
・各自の得意分野を活かして協力しながら一つのロボットを完成させる。
・モーターの原理、電気の性質などが応用されていることに気がつかせる。
・プログラム（ソフトウエア）や組み立て方（ハードウエア）によってロボットの動き方にどのような差ができるか観察する。
②児童生徒が、問題を解決するための方法を考える活動
・児童生徒相互によるまなび合いを引き出すため、指導者は極力答えを教えず、考えて工夫するための助言をする。
・チームで協力し、効率的に問題を解決するための工夫を考えさせる。
・男女混合チームとするなど、様々な生徒が活躍する複合的なプログラムとする。
・単に動作することを確認するだけでなく、「早く動かす」「なめらかに動かす」など課題を与え試行錯誤しながら改良していき解決方法を学ぶ。
・プログラム（インプット）を様々に変化させたことによる動き（アウトプット）を記録観察しロボットを改良する。

8

・動作条件の工夫（ハードウエア）による変化も加え、複合的な条件から必要とする条件を抽出する方法について学ぶ。（因子の特定）・条件を変えながら、粘り強く試行錯誤を重ねる。
・外装を工夫し、デザイン性を向上させたロボットを作成し、生徒に相互評価させる。
③児童生徒が、学習した内容のまとめを発表あるいはレポートを作成する活動
・今回の学習活動を通して調べた資料や作成したロボット（成果物）による成果発表会を実施し、学習の成果を発表する。
・グループで共同して発表することにより、コミュニケーション能力を高める。
・学習した内容をまとめ、わかりやすく発表することで思考力や判断力をつける。さらに論理的に説明することにより表現力などを含めた総合力を高めて児童生徒の「問題解決能力」をはぐくむ。
・身近な教材から学び、ものづくりの達成感をあじわうことより、科学への興味関心を一層向上させる。
・実験を通して学習したことを言葉や図などを用いて論理的に考えて筋道を立てて説明し伝えあう。さらに科学的な見地から説明することにより、論理的言語力を高める。
・発表を客観・主観の複合的に相互評価することにより、物事を見極める判断力を養う。

9

第４章 授業プランと実践報告
１ 産業技術研究所の研究者による先端技術を知る講義（全学校共通）「細胞型ロボットの研究～最先端技術に触れよう～」

各校におけるロボット学習を始めるにあたり、産業技術総合研究所でロボットに関する最先端の研究をしている黒河治久博士から、研究中の細胞型ロボットの研究について講義をいただいた。複雑な動きをする細胞型ロボットについて最先端の難しい研究内容も、いろいろな例えや映像による説明で小学生にも分かりやすく説明していただいた。
ロボットの作り方ではいろいろな生き物を真似たロボットの紹介から始まり、普通のロボットと研究中の細胞型ロボットの違いについて説明があった。細胞型ロボットではたくさんのパーツが組み合わさって一つのロボットとして動くことができ、一つの頭脳から全体をコントロールするのではなく、お互いのパーツが情報のやりとりを行い協力して動く
仕組みについて児童生徒にもわかりやすいようマスゲームに例えて説明した。一つのパーツが壊れてもそれを切り離して別のパーツを自己再生して支障なく動作することができた
り、障害物を回避して進むために、細長い形になったり部品を一つ筒分解して高い階段を乗り越えたりできる仕組みについて解説した。この研究の応用として将来どんな場所にもたどり着けるレスキューロボットができたり、宇宙ステーションやロボットが自分自身でロボットを製造していったりするかもしれないという話に児童生徒は興味津々であった。
目の前にある試作中のパーツが将来どんな動きのロボットになるのか夢のある話に児童生
徒は目を輝かしていた。
講義ではこうしたロボットが形になる裏側には膨大な試行錯誤があり、研究者はいろい
ろな失敗を繰り返しながら一つ一つ乗り越え、ようやく製品として世の中に出回ることになると言う話は、いかなる問題の解決も通じる示唆にとんだ話であった。
研究者という仕事についてもふれ、アイデ
ぎょうじゅうざがアを出すためには行住坐臥で考え、気分転換
し、だれかに話を聞いてもらい、実際につくって確かめるというプロセスで進めているという話から、何か新しいものを創造するにはとことん考え、人と協力して新しいものを生み出しているという話が新鮮であった。研究
活動は一人で進めるのではなく、いろいろな人と協力して行う作業ということを知った。
最後に「研究の仕事とは、自分がおもしろいと思うことをとことんつきとめていくことで、その結果が人類の知恵を広げたり世の中に役立ったりする」とお話しいただき、児童生徒の進路意識を高める講義であった。
講義後は黒河教授が研究中のモジュール型ロボット「Ｍ－ＴＲＡＮ（合体変形ロボット）」
を実際に動かしてみせ、児童生徒も直接手にとって感触を確かめていた。実際に目の前で不思議な動きで合体していく様子に感動の様子であった。さらに、産業技術総合研究所が開発したアザラシ型セラピーロボット「パロ」にも触れて、いろいろな分野ロボットが使われていることを実感していた。

10

２ 埼玉大学の講師によるロボットを使った授業（１）所沢市立松井小学校
埼玉大学

准教授

野村泰朗先生による講義・演習

本年度１０月下旬から、埼玉大学教育学部准教授の野村泰朗先生による講義・演習を実施した。この講義・演習に先立って、国語科の学習の一環として、「身の回りの改善したいこと」について各自の考えをまとめる活動を行った。これをもとに班ごとに話合いを行って、お互いの考えを共有し、各自が考えた改善したいこと（問題点）とその改善内容の中から１～２つを選んで、具体的なモデルを作って提案する活動を行うことにした。
この活動の中で、コンピュータにインストー
ルした Scratch（ソフトウエア）を起動し、Pico ボード（センサボード）などに自作のセンサーなどをつなげたり、レゴ WeDo（以下WeDo）＊やミュウロボなどをつないだりして、自分たちの提案を表現する活動を行わせることにしたのである。
野村先生の講義・演習は、先述のようなコンピュータ制御の学習環境を利用した授業実践をするにあたり、その端初として Scratch や Pico ボード、WeDo などを使って何ができるのかということについて、具体的なイメージを持たせるためのガイダンスの意味が込められた講義・演習であった。この講義・演習のあと、担任が引き続いて子どもたちの学習活動を支援し、最終的には Scratch と Pico ボード＋自作のセンサーや WeDo、
ミュウロボを使って作ったものを使って改善案を提案する発表会をして学習を終了する
ように計画した。野村先生には、ガイダンスを含めて 3 回ご来校頂き、途中経過段階でアドバイスを頂き、発表会もご参観頂いた。
こうした一連の学習活動を計画する過程で、昨年度の研究で得られた知見をもとに、本校のコンピュータ環境に合わせたコンピュータ制御の学習環境を構築し、それらを利用した学習活動について研究を進めた。
（２）熊谷市立久下小学校
埼玉大学

教授

山本利一先生による講義・演習

平成２２年１月２５日～２月８日にかけて埼玉大学教育学部教授山本利一先生に協力いただき、講義・演習を実施した。
電磁石を利用したものとしてモーターについてふれ、身の回りでたくさん使用されていることを確認した。その発展的な学習としてレゴマインドストームＮＸＴの制作、時間及びセンサーを使用したプログラミングを行ったが、その際のゲストティーチャーとして課
題の提示や技術的なアドバイスをしていただいた。
その後教員が引き続き学習活動を行い、マインドストームＮＸＴを活用したロボットコ
ンテストを行う学習計画を実施した。

11

（３）川口市立領家中学校
埼玉大学教育学部教授

山本利一先生による講義・演習

平成２１年１０月２日（金）、１０月１６日（金）、１０月３０日（金）の３日間、埼玉大学教授山本利一先生に協力をいただき講義・演習を実施した。この講義は、「プログラムによる計測・制御」の導入であり、生徒の興味・関心を高めながら基礎的基本的な知
識と技能の定着を図る授業であった。
この講義・演習は、私たちの生活の中で、ロボットが果たしている役割に考えせる学習内容であった。例えば、エアコン・冷蔵庫・洗濯機・自動ドア等に結びつけコンピュータが果たしている役割について考えさせることができた。この学習から、具体的な学習として「レゴマインドストームＮＸＴ」のロボットを利用して、「プログラムによる計測・制御」の学習についての楽しさを導いていただ
いた。なお、上記の日程以外にも３日間、埼
玉大学教育学部山本研究室の学生がＴＡとして指導補助にあたり、生徒の質問にきめ細かく対応していただいた。
（４）浦和北高等学校
埼玉大学教育学部

准教授

野村泰朗先生による講義・演習

浦和北高等学校においては、埼玉大学野村泰朗准教授に１０月６日（火）（第１回）、１
０月２０日（火）（第２回）、１１月１０日（火）（第３回）の３回にわたり本校にお越しい
ただき、レゴマインドストームＮＸＴの動作に関する問題発見・問題解決の講義をしてい
ただいた。

12

さらに本校における成果発表会を平成２２年１月２８日（木）に実施し、野村泰朗准教
授にご指導をいただいた。生徒はロボット制御の話を熱心に聞き、プログラムで予想された動きと実際のレゴマインドストームＮＸＴの動きの違いの原因などに対し、繰り返し実習を行っていた。
最終日の成果発表会では、自分たちが工夫した内容を発表した。野村准教授からは、｢現実の目の前にある世界に、プログラムが深い関わりを持つことを意識してほしい｣とのアドバイスをいただいた。

３ 各校の授業プラン（１）所沢市立松井小学校
ア

研究題材

オープンソースを利用したコンピュータ制御学習の実践

ラップトップＰＣ（OS:KNOPPIX6.0.1＊）や NetBook（OS:WindowsXP）に、小学生でも簡単に利用できる Scratch をインストールし、Pico ボードや WeDo、ミュウロボなどをつないでコンピュータ制御の学習活動に取り組ませることにした。学習活動のテーマは、「身の回りの改善したいこと」である。この中で、先述のコンピュータ制御の学習環境を利用し、児童が考えた提案をモデル化してプレゼン発表する学習活動を行った。
イ

コンピュータ制御学習の環境構築
本年度、研究協力委員である筆者（寳迫）が同市内の松井小学校（以下「本校」と略記）に異動したため、コンピュータに関する諸々の環境や条件が変わってしまった。しかし、昨年度の研究で得られた知見から、オープンソース OS 及びソフトウエアを利用して、児童がコンピュータ制御学習に取り組める環境を構築することに関しては、1CD
Linux（本年度は KNOPPIX6.0.1＊を利用）で対応できることが分かっているので、本年度もそれを踏襲して学習活動を行う環境を構築することにした。
学習活動に取り組む前に Scratch のバージョンが 1.4 となり、Linux 版のものでも標
準で楽器音が出るようになった。また、使えるブロックの数も増えて、プログラミングがよりスムーズに行えるように改善された。録音やカメラ撮影については依然として難があるものの、その他の機能に関しては、Windows 版や Mac 版と遜色なく、十分に実用レベルであると考えられた。最大の問題は、WeDo が使えなかったことである。録音やカメラ撮影に不具合があるだけでなく、今回一番注目していた WeDo が使えないというのは、本研究を進める上で大きな誤算であった。そこで、次のような２つの対策をとることに

13

した。
１９つ目の対策は、Linux 版 Scratch からでも動かせるロボットを用意することである。とは言え、デフォルトの Scratch から動かすことができるような「Scratch 対応ロ
ボット」などというものは存在しない。汎用的なＵＳＢ－シリアルドライバを介して、Linux からでもコントロールできそうなロボットを探したところ、「ミュウロボ」というロボット教材が開発・販売されていることを知った。紹介者は、サイバー大学の阿部和広氏である。同氏には、ScratchSource1.4 として公開されているオープンソースのScratch を利用して、ミュウロボに対応した ScratchMyu を作って頂いた。このことにより、「KNOPPIX6.0.1+ScratchMyu（Pico ボード対応）+ミュウロボ」の組み合わせで、コンピュータ制御の学習活動を計画することができるようになった。
２つ目の対策は、WeDo が使える NetBook を用意することである。本校に導入されているコンピュータも、前任校と同じようにソフトウエアのインストールには制限がかかっている。WeDo を使うためには、Windows か Mac を使うしかない。そこで、限られた予算の中で購入可能な WindowsXP マシーンとして、NetBook を購入することにした。NetBook
は、小さくて安価なだけでなく、コミュニケーションのための機能が充実していることでも知られている。Mac 同様、カメラやマイクが標準で装備され、Linux 版の Scratch
では実現できなかった使い方が可能である。小さな画面と使いにくいタッチパッドには悩まされたが、ブロック表示を大きくしたり、マウスを導入したりして対処した。このことにより、「WindowsXP+Scratch（Pico ボード対応）+WeDo」の組み合わせで、コンピュータ制御の学習活動を計画することができるようになった。

Scratch 1.4

Pico ボードLEGO WeDo

WeDo 組み立て例

14

【KNOPPIX4Robo の作成】
本研究を進めて行く過程で、KNOPPIX の複雑なカスタマイズのやり方を記録して、研究成果として報告するよりは、既にカスタマイズされた KNOPPIX を 1CD Linux としてパッ ケ ージ 化し た 方が 、本 研 究の 成果 を 広く 活用 し て頂 ける の では ない か と考 え、「KNOPPIX4Robo」という名前の 1CD Linux を作成することにした。収録したソフトウエ
アは、以下のとおりである。
ソフト名Web サイト

Scratch 1.4

http://info.scratch.mit.edu/Linux_installer

ScratchMyuRobo 1.4

http://squeakland.jp/abee/tmp/ScratchMyuRobo1.4.zip（zip ファイル）

Etoys 3

http://squeakland.org/content/installers/Etoys-3.0.2177-Final-Linux.deb（deb パッケージファイル）

Etoys 4

http://squeakland.org/content/installers/Etoys-To-Go4-Final.zip（zip ファ
イル）

Dolittle 2.0

http://dolittle.eplang.jp/index.php?%A5%C0%A5%A6%A5%F3%A5%ED%A1%BC%A5%C
9Dolittle 2-1pre

http://dolittle.eplang.jp/index.php?%A5%C0%A5%A6%A5%F3%A5%ED%A1%BC%A5%C
9※上記ソフトウエアをインストールするために、KNOPPIX6.0.1 にインストールされていたソフトウエアのいくつかを、削除している。
ウ

授業計画（いずれも 1 回の学習活動に 2 単位時間を割り当てる）①授業の計画第１回…Scratch や Pico ボード、WeDo について、その考え方や使い方を知らせる。
第２回…Scratch などを使って自分たちで考えた「改善案」のモデル化に取り組む。
第３回…モデル化する上での問題点を洗い出し、修正しながら作業を進める。
第４回…プレゼン発表会に向けてモデルを完成させ、発表の打合せや練習をする。
第５回…各グループで作ったモデルについて、プレゼン発表会をして学習をまとめる。
②各授業の内容
第１回：Scratch や Pico ボード、WeDo について、何をするものなのか、どんなことができるのかを知らせて、Scratch によるプログラミングの方法・考え方、Pico ボードや
WeDo の機能・使い方などを、演習を通して学習する。合わせて、あらかじめ考えさせておいた「身の回りの改善したいこと」について、これらを使ってモデル化できそうなことを検討し作るものを決める。
第２回：自分たちで考えた「身の回りの改善したいこと」について、その改善案を具体的な形で示すことができるモデルを作成する。作りたいものに合わせて道具を選び、必要なものは自作する。作るモデルのイメージが決まったら、グループごとに役割を分担し、材料を集めたり道具をそろえたりプログラミングをしたりして、モデル化に
取り組む。

15

第３回：モデル化のプロセスや作ろうとしているモデルの問題点を検討し、自分たちが考えていた「改善案」をモデル化したものとして、より適切なものへと修正する。
（プ
ログラミング的に言えば、「バグ」を取り除く作業ということができる。）さまざまな道具や素材を組み合わせて実験を繰り返しながら、自分たちのイメージに合ったものを作り上げる。
第４回：プレゼン発表会に向けてモデルを完成させるとともに、発表の準備・打合せ、練習を行う。この時点で、大きな方向転換は行わず、プレゼン発表の準備作業に注力させる。最終的にモデル化に成功しなかったとしても、それまでのプロセスをプレゼン発表し、自分たちが考えた「改善案」を提案できるように準備する。
第５回：グループごとに、自分たちで作ったモデルを提示して「身の回りの改善したいこと」に関する「改善案」をプレゼン発表する。各グループのモデルを見たり、発表を聞いたりしながら、どのような仕組で作られているのかということを考えさせ、自分の考えを記述させることによって、表現されたものから作者の意図を考える学習も行う。

（２）熊谷市立久下小学校
ア

研究題材「ロボットを活用した科学的な見方や考え方の育成」

小学生を対象としてロボットを活用しプログラムと制御を行い、「ロボットコンテストをしよう」という問題解決型の授業を実施することで、身の回りの科学に目を向け、科学的な見方や考え方が育成できるかについて、その効果を検証する。
イ

準備
本研究では、小学生を対象とした身の回りの科学に目を向け科学的な見方や考え方を育成する学習環境を構築することを目指して研究を進めた。学習したことを活用したロボットコンテストを実施するため、以下のような準備を進めた。
①教材の用意・レゴマインドストームＮＸＴ基本セット（１３台

内１台は教師指導用）

・ＮＸＴソフトウエア（サイトライセンス）
・コンテスト用フィールド３台（120×180 のボード）②ＮＸＴソフトウエアのインストール
ＮＸＴソフトウエアは、アイコンを使用しドラッ
グ・アンド・ドロップでレゴマインドストームＮＸ
Ｔを動作させるプログラムを作成できるソフトウエ
ア。ＮＸＴソフトウエアをコンピュータ室の全パソ
コンにインストール。OS は WindowsVista という環境下で検証授業の準備を進めた。

16

ウ

授業計画
①授業（１０時間）
日時 １月２５日（月）３・４校時 10:45～12:25･････①
２月

１日（月）３・４校時 10:45～12:25･････②

２月８日（月）３・４校時 10:45～12:25･････③

２月１５日（月）３・４校時 10:45～12:25･････④
２月２２日（月）３・４校時 10:45～12:25･････⑤②授業内容①身の回りに使用されている電磁石を使用したものとしてモーターを取り上げ、モーターを使用したロボットであるレゴマインドストームＮＸＴを作成する。
②時間によるロボットの制御を行う。
③④身の回りに使われているセンサーについて話し合い、センサーによるロボットの制御を行う。
⑤今までの学習を利用したロボットコンテストを実施し、学習のまとめをする。
ロボットコンテスト概要
・フィールド内のスタートエリアから出発し、競技時間１分間で、できるだけたくさんのポール（９本）を倒す。
・ポールの色によって得点が異なる。
（青１点５本、黄色２点２本、赤３点２本、計１５点）
・全てのポールを倒した場合はボーナス得点が入る。（６０点－競技時間）

ロボットコンテストの様子（３）川口市立領家中学校
ア

研究題材

ロボットによる計測・制御

新学習指導要領の技術・家庭科において、技術分野の内容「Ｄ情報に関する技術」の中に「プログラムによる計測・制御」の学習が必修となった。「プログラムによる計測・制御」では、コンピュータを用いた計測・制御の基本的な仕組みを知り、 簡単なプログラ
ムの作成ができるようにするとともに、情報処理の手順を工夫する能力の育成をしなければならない。そこで今回は、計測・制御で自律型ロボットを動かすコースをつくり、ロボット大会に向けて段階的に学習を進めた。生徒は、ロボットを思いどおりに動かすために、
自ら課題を設定し、「プログラムによる計測・制御」の学習に触れる中で、知識の伝達で17

はなく、共に学び自ら進んで創意工夫していく力をつけたいと思い本題材を設定した。
イ

準備

計測・制御学習の環境整備

小学校・中学校を対象としたプログラムによる計測・制御の学習環境を整備した。ソフ
トウエアはアイコン操作を主体にしたインターフェースが特徴である「ＮＸＴソフトウエ
ア」を利用した。ロボットは、レゴブロックと高性能なモーターやセンサーが追加された自立型ロボット「レゴマインドストームＮＸＴ」２０台を利用した。また、「プログラム
による計測・制御」の学習をサポートするテキストも準備した。
ウ

①対象

第２学年

②指導計画

３クラス

生徒１０２名選択技術（学校選択）

自律型ロボットを制御しよう（９時間扱い）

１）ロボットを組み立てよう。・・・・・・・・・・・・・・・・２時間
・基本ロボットを作成するために、３クラスで段階的に組み立てる。
・完成したロボットにそれぞれのセンサーを取り付ける。

＜マニュアルを片手にロボットの組立＞
２）センサーを使ってロボット制御しよう。・・・・・・・・・・・５時間
・コンピュータ制御されている製品が生活の中でどう生かされているか知ろう。
・ロボットを動かしてみよう。
・時間で制御する簡単なプログラムを作ってみよう。
・タッチセンサーを使った簡単なプログラムを作ってみよう。
・光センサーを使った簡単なプログラムを作ってみよう。
・繰り返し命令を使ったプログラムを作ってみよう。

＜プログラムの実行、ロボットの動きを確認、そしてプログラムの修正＞

18３）ロボット競技会にチャレンジしよう。・・・・・・・・・・・・１時間
・クランクコース、ライントレースのコースにチャレンジしよう。

＜ロボット大会、クランクコースとライントレースの２レースの競技＞
４）学習のまとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１時間

・プログラムによる計測・制御と生活の関わりについてまとめよう。

（４）浦和北高等学校
ア

研究題材
プログラミングの基礎学習からはじめ、ロボットの動作最適化による問題発見・解決学

習の教授手法を確立する。また、自律型サッカーロボット競技を通した学習により、効果的な問題発見・問題解決を身に付けさせる指導ができるかを検証する。
イ準備

ロボカップジュニア２００８サッカールールに準じた本校ルールを作り、競技会を実施する。これらにより、プログラミングにおける問題発見・解決能力の向上を図るため、以下のような準備を進めた。
①教材の準備・レゴマインドストームＮＸＴ基本セット
・コンパスセンサー（別売 HiTechnic 社製）
・Robolab2.9＊（サイトライセンス）
・サッカー競技用「赤外線サッカーボール」（RCJ-04）６個
・サッカー競技用フィールド、グレースケール印刷シート（野村泰朗氏よりお借りした）②Robolab のインストールとパッチの処理
Robolab はグラフィカルなプログラミングができるソフトウエア。レゴマインドストー
ムＮＸＴを制御するプログラムの作成ができる。コンパスセンサーを利用するため、情報処理室の全台のパソコンにインストールされた Robolab2.9 に、2.9.4 のパッチを当て 2.9
βとした。

19

ウ

授業計画
レゴマインドストームＮＸＴを使った特別講義（第１回）平成２１年１０月 ６日(火) ロボットの動きに関する問題解決（第２回）平成２１年１０月２０日(火)光センサーを使った問題解決（第３回）平成２１年１１月１０日(火)超音波センサーと光センサーを使った問題解決
さらに本校における成果発表会を次のように実施し野村泰朗准教授にご指導いただいた。
浦和北高校内成果発表会
平成２２年１月２８日(木)・今までの研究の復習と各自サッカーロボットプログラムの発表
・埼玉大学

野村泰朗准教授による本校研究に対するご指導・講評

ロボット制御プログラミング実習風景

20

第５章 考 察
１ 成果と課題（１）所沢市立松井小学校
オープンソースを活用したロボット講座の実践から今回の研究では、KNOPPIX6.0.1 と Scratch1.4 を中心に構築した学習環境を利用して、「身の回りの改善したいこと」を提案する学習活動を行った。Scratch でのプログラミ
ングを工夫したのは、６グループ３グループだった。いずれのグループも単純なことを複雑にプログラミングしてしまっていたが、試行錯誤してプログラミングをしたという点で、昨年度の「楽器作り」の活動に比べて本研究が狙う学習活動に一歩近づいたと言える。残りの３グループのうち２グループは、プログラミングを試みたもののどうしても解決できず、教員の手助けが必要であった。自力での解決はできなかったものの、その過程で試行錯誤が含まれていたという点では評価できると考えている。
自分の中にあるイメージを形にするとか、作られたものを触りながら相手の意図を考えるというような活動は、何にもまして貴重な体験になると考えており、こうした活動は、安易にコンピュータ画面上でシミュレートするだけで終わらせて欲しくない。他方
で、今回の学習活動で使用したような基板や電子部品むき出しの機器（教材）を児童に扱わせると、破損のリスクがつきまとうことになる。予算に余裕があれば、予備の部品用意しておきたい。
今後は、安価で汎用性が高く、比較的頑丈なコンピュータ制御の教材を研究・開発し、子どもたちが気軽に使って、自分の願いや伝えたいこと、表現したいことを、試行錯誤をしながら具体的な形で実現（表現）する学習活動に取り組ませたいと考えている。

（２）熊谷市立久下小学校
産業技術総合研究所の黒河治久博士による講義で、児童は最先端のロボット技術について知り、そのロボットに実際にふれるという活動を通し、ロボットに対する興味関心を高めることができた。黒河氏に書いたお礼の手紙の「次に自分でつくるのが楽しみ」、「どのような仕組みで動くのかを知りたい」等の感想からも、科学的なものの見方や考え方を養うことができたと考えられる。
レゴマインドストームは、幼児期からレゴブロック等のブロックに慣れ親しんでいる児童達に抵抗なく活用できるロボットであった。ＮＸＴソフトウエアもアイコンを利用しながらドラッグ・アンド・ドロップするだけで簡単にプログラミングを作成することができるため、児童には敷居が低かった。
ロボットコンテストでは、自分たちの考えたプログラムを図や言葉で表し、ペアを組んでいる児童と問題点について話し合いをしながらプログラムを作成と修正を繰り返した。

21

自分達の思いどおりにロボットが動き、全てのポールを倒したときには、児童は声を上げて喜び、またそれをみていた他の児童からも自然と歓声が上がった。
これからも、児童が科学に対して興味関心を持ち、積極的に問題解決を行っていくことや児童の論理的思考力を高めていけるように、教材の研究や指導方法を改善しながら教育活動を行っていきたいと考えている。

＜ロボット講座の様子＞（３）川口市立領家中学校
エアコン、電子レンジ、自動車等に小型コンピュータが組み込まれコンピュータによる計測・制御が行われている。生徒はこのような電気機器について「どのような仕組みなんだろう、どうして動くのだろう」と考える機会が少ないのが実態であった。当初のアンケートでは、コンピュータによる計測・制御に興味がある６０％・あまり興味がないが４０％であった。このようなことから生徒には、基礎的・基本的な知識及び技能を生かし、工夫することの楽しさ、創造することの喜びを体験させる学習の場が必要であると感じた。
授業では自律型のロボットの動きを確認させながらプログラムの実行・訂正を繰り返す、
トライ＆エラーの学習をする中で、情報処理の楽しさ、手順の考え方を学ぶことができた。

22

今回は、難しいプログラム言語ではなく、アイコンを利用した言語のため容易に学習を進めることができた。このようなことから、計測・制御について身近に感じさせ、情報処理の手順を工夫する能力を高めることができた。
ロボットをおもい通りに動かすために、生徒は自ら課題を設定し、チームで協力しながら課題解決に取り組み協力して取り組み、共に学び自ら進んで創意工夫していく力を伸ばすことができた。
（４）県立浦和北高等学校①検証授業について
野村泰朗准教授の講義およびその後の指導により、「プログラミングにおける問題発見・
問題解決技法」が身についたことを検証する授業を行った。
第１回 ２００９年１１月１２日(木)６時限(１４：３０～１５：２０)
ロボット制御に関する問題発見ができるか
第２回 ２００９年１１月１９日(木)６時限(１４：３０～１５：２０)
サッカーロボットという特定の動きに対する問題発見ができるか
第３回 ２００９年１１月２４日(火)２時限(９：４５～１０：３５)
サッカーロボットという特定の動きに対する問題解決の手段を発見できるか
第４回 ２００９年１１月２６日(木)６時限(１４：３０～１５：２０)
コンパスセンサーという手段を使った場合の問題解決手段を発見できるか
野村泰朗准教授の講義で、ロボット制御の基本と考え方を学んだ。生徒は引き続きサッ
カーロボット作成に向けて、各自の課題を設定し解決の方法を考察した。上記検証授業で、最終的には「コンパスセンサー」を利用して、解決方法を見出すことができるかを検証した。結果的に、すべての生徒が完全なサッカーロボット作成には至らかったものの、さまざまな方法を試みた。
②教材としての有効性
レゴマインドストームＮＸＴを利用したサッカーロボット作成ならびに競技に向けたプ
ログラミング学習は、生徒の興味関心を高めた。多少の衝撃では壊れない頑強な構造を持つレゴマインドストームＮＸＴは教材として長期利用に適している。何よりも、問題発見・
問題解決に対する能力を育てる効果があると考える。本研究により、レゴマインドストー
ムＮＸＴを１２台（生徒用１１台、教師用１台）配備することができた。現時点でもすでに、他の多くの教科で利用を希望する声が上がっている。
③主体的な学習意欲の向上
サッカー競技では、自分のチームが勝つと生徒は歓喜の声を上げる。定型的なプログラ
ミングでなく、センサーから得た時々刻々と変化する値に対しプログラムを最適化する。
これにより、生徒は実践的な技術を身に着け学習意欲が向上したと考える。

23

④まとめ
１０月１日

産業技術総合研究所の黒河治久博士による講義では、生徒はロボティクスの最先端に触れ、細胞型ロボットの動きに感動していた。ロボットをパーツに分けることの意味、そしてパーツが持つ役割を決定する難しさを実感し、ロボット開発の夢と課題を学んだようだ。
１０月６日からはじまった野村泰朗准教授の講義では、生徒は繰り返しロボット制御の実習を行っていた。レゴマインドストームＮＸＴは大変頑強であり、自由にその形状を変形させることができる。形状の変化に対して、最適なプログムを作成するという、問題発
見・解決を繰り返すことにより、論理的思考力が育成できたと考える。
生徒は｢プログラムと現実の物体の動作の関連」に強い興味関心を持った。サッカー競技を通した本活動は、問題解決学習として効果があると考えている。今回の教材と指導方法を改善し、さらに効果的な問題発見・問題解決学習を行いたい。ロボットを使った問題解
決学習の意義を考え、今後も埼玉大学野村研究室と密接な連携を図っていきたい。

黒河治久博士による「細胞型ロボット」に関する特別講義

自律型ロボットの作成

24

☆男子生徒作成

北向き攻撃型サッカーロボットプログラム（本校内サッカー競技大会で優勝したもの）☆女子生徒作成

南向き攻撃型サッカーロボットプログラム

25

２

SPP 講座アンケ
講
ケート
小学
学生

中学生

面白
白かったですすか？
① 面白かった
えば面白かった② どちらかといええない③ どちらともいえ
えば面白くなかっった④ どちらかといえた⑤ 面白くなかった

理科科・数学につついてどのように思うよようになりまましたか？
きで、受けた後ははもっと① 受ける前も好き
きになった
好き② 受ける前も好き
きで、受けた後も
もあまり
わらない
変わ
③ 受ける前は好き
きではなく、受け
けた後は
きになった
好き
④ 受ける前は好き
きではなく、受けけた後もあままり変わらない⑤ 受ける前よりももきらいになった
た観察
察や実験をすすることが好
好きにな
りま
ましたか？
味・関心はあり、受けた① 受ける前も興味はもっと興味・関
関心が増加した後は② 受ける前も興味
味・関心はあり、受けたもあまり変わらなない
後も③ 受ける前は興味
味・関心はなかっったが、けた後は興味・関
関心をもつようになった受け④ 受ける前は興味
味・関心はなく、受けたもあまり変わらなない
後も⑤ 受ける前よりもも興味・関心はな
なくなった

理科科・数学を勉
勉強することは将来の可可能性を広げげるので、やりがいがあある。（小学
学生：ふだんの生活で役役立つので、大切だと思う）っており、受けたた後はも① 受ける前も思っと思うようになっったっと② 受ける前も思っっていたが、受けけた後もまりかわらないあま③ 受ける前は思っっていなかったがが、受け後は思うようにななった
た後④ 受ける前は思っっておらず、受けけた後もまりかわらないあま⑤ 受ける前よりもも思わなくなった
た

26

高校生

参考資料
１ ロボットコンテスト自己評価シート（久下小学校）①児童Ａさんの自己評価シート

27

②コース図（久下小学校ロボットコンテスト自己評価シートより）ロボットを動かす前に、児童が予想した棒倒しロボットの経路。

28

③児童の感想（久下小学校ロボットコンテスト自己評価シートより）

29

２

学習指導案

（川口市立領家中学校）

30

31

32

３ 用語解説と教材の概要（１）教育用レゴマインドストームＮＸＴ（文中では「レゴマインドストームＮＸＴ」と表記）
レゴ社がＭＩＴ（米国マサチューセッツ工科大学）と共同開発し、１９９８年に発表したロボティクスの先駆的な製品であり、一般愛好家や教育用ロボティクスの世界で利用されています。この製品コンセプトの核となるのは、ロボットの心臓部である「ＲＣＸ」「ＮＸＴ」と呼ばれるマイクロプロセッサーが組み込まれたインテリジェン
トブロックで、これにプログラミングすることによって、レゴブロックで組み立てた自律型ロボットは自由でユニークな動きができるようになります。

（公式サイト：http://www.legoeducation.jp/mindstorms/about/index.html より引用）（２）スクラッチ Scratch（スクラッチ）、Pico ボード（文中では「Scratch」と表記）
Scratch はスクイークをベースにＭＩＴ：米国マサチューセッツ工科大学(ＭＩＴメ
ディアラボ)で開発された小学生にも使える教育用のプログラミング環境です。
Scratch は視覚的にわかりやすいプログラミングができるため、プログラミングの入門編に向いています。画面の中のコマンドブロックを組み合わせていくマウス操作だ
けですぐに自分だけのプログラムをつくることができます。短時間で簡単にアニメー
ションやゲーム、音楽やアート作品、インタラクティブな物語などを作ることができます。また、オフィシャルサイト(http://scratch.mit.edu)には作品の共有ができる
ＳＮＳのような場が用意されています。
Pico ボードとは、Scratch の世界をさらに広げるためにＭＩＴメディアラボによって開発されたハードウエアです。
Pico ボードを使えば、Scratch で作った作品が光や音に反応したり、スライドバーを動かすことで自由に動かすことができます。
（右写真参照）Pico ボードは一枚のボード（基板）の上に次のようなセンサー類を装備しています。

33

光センサー、音センサー、タッチセンサー（ボタン）スライダー、ワニグチクリップ 端子（ワニグチクリップ４個が付属）
Pico ボードは付属のＵＳＢ－シリアル変換ケーブル（付属品）を使ってコンピュータに接続します。
【関連リンク】Scratch ダウンロードサイト：http://scratch.mit.edu
Pico ボード：http://www.mdstorm.com/picoboard/Picoboard.html（３）クノーピクス（文中では「KNOPPIX」と表記）、1CD LinuxKNOPPIX は CD のみでブート可能な Linux ディストリビューションです。オリジナル
はドイツの Knopper 氏が Debian Linux を元に開発したもので、日本語対応版を産業技術総合研究所（http://www.rcis.aist.go.jp/project/knoppix/）が公開している。ハードディスクにインストールすることなく、ＣＤ及びＤＶＤから起動・操作できる。
これらのプログラムを 1 枚のＣＤに納めたものを 1CD Linux という。

（４）ミュウロボ
ロボット工房 スタジオ ミュウが開発・販売しているロボット教材。入力ポートや出力ポートを持ち変数演算やタイマー・ポート命令など細かい制御が可能。
（

http://www.studiomyu.com/myurobo/index.html ）（５）教育用ＮＸＴソフトウエア（文中では「ＮＸＴソフトウエア」と表記）
業界トップの LabVIEW をベースにした新しい『教育用 NXT ソフトウエア 』は学習しやすいアイコン操作を主体としたインターフェースが特長で、『ドラッグ・アンド・ドロップ』によるプログラミングが可能です。
まさに『入りやすく、奥が深い』ソフトウエアで、初心者から上級者まであらゆるレベルのプログラミングを行うことができます。
このため、『教育用レゴ マインドストーム NXT』は、８歳の子どもから大人まで、誰もが楽しめるロボット教材となっています。
『教育用レゴ マインドストーム NXT』を使った学習はすぐに始めることができます。
プログラミングソフトウェアには、段階的な学習を手助けする「Robot Educator」という指導ガイダンス機能がついていて、画面上にその場ですぐに表示されますので、簡単な指導説明書として利用できます。

（http://www.legoeducation.jp/mindstorms/products/index.html より引用）

34

（６）Robolab2.9（ロボラボ）「教育用レゴ マインドストームＮＸＴ」を制御するプログラミングソフトウェア「ロボラボ（ROBOLAB)」は米国ナショナルインスツルメント社の「LABVIEW」と呼ばれるソ
フトをベースにしてレゴ社､米国タフツ大学の 3 社によって開発されました。
「LABVIEW」
は研究者などプログラミングのプロ向けのソフトウエアとして有名です。このソフト
ウエアの特長であるアイコン（絵）を並べるＧＵＩ（Graphical User Interface）を生かし、子どもでもキーボードを入力することなく、アイコン（絵）をクリック＆ドラッグするのみで複雑なプログラムが可能です。
（公式サイト：http://www.legoeducation.jp/mindstorms/about/index.html より引用）（７）レゴ® エデュケーション WeDo™ （文中では「WeDo」と表記）
レゴ エデュケーション WeDo™ は、多面的な学習の機会を提供する教材です。ロボテ
ィクスをベースに、教科の枠を超えた横断的・総合的な学習を行なっていきます。モデルの組み立てとその動きや反応のプログラム、そして予測と観察、発表を行なう過程には、計測や計算を行なうための理数系の基礎、皆の前で意見を伝える表現力やコミュニ
ケーション力など、多様な要素が組み合わされています。レゴ エデュケーション WeDo
™ は、小学校 1 年生から始められる画期的な体験形ロボティクス学習教材です。
(公式サイト：http://www.legoeducation.jp/wedo/ より引用)（８）KNOPPIX For ロボ
所沢市立松井小学校の研究で利用したソフトウエアを、KNOPPIX 6.0.1 にインストールした状態でカスタマイズド KNOPPIX として作り直し、いわば「KNOPPIXfor ロボ」のような 1CD Linux として作成したもの。
収録したソフトウエアは、以下の通りである。
・KNOPPIX 6.0.1－Scratch MyuRobo1.4（作：阿部和広＠サイバー大学）－DolittleV2…Java ベース－Dolittle MyuRobo2.1（作：兼宗進＠大阪電気通信大学）…Java ベース－Squeak Etoys 3.0－Squeak Etoys 4.0☆KNOPPIXfor ロボの作成にあたって
実際のカスタマイズ作業は、CD から起動して USB メモリなどにソフトウエアを保存するのに比べて、若干複雑であった。はじめに、空の HDD を用意し、カスタマイズし35

たい KNOPPIX の CD-ROM（今回は KNOPPIX 6.0.1 を使用）から PC を起動して、先ほどの HDD を接続してカスタマイズ作業を始める。用意した HDD を書き込み可能なモードでマウント(コンソール画面で「sudo mount -o rw /dev/sda2 /media/sda2」と入力する。「sda2」の部分は作業環境によって変化する)し、そのルートに移動してから、HDD 内に「source/KNOPPIX」というディレクトリを作成し、CD-ROM から起動した
KNOPPIX の「/KNOPPIX/*」をコピーする。
「# cp -Rp /KNOPPIX/* source/KNOPPIX」
ネットワークに接続できないとカスタマイズ作業に支障があるので、「/lib/init/ rw/resolvconf/resolv.conf」をコピーする。
「# cp -p /lib/init/rw/resolvconf/resolv.conf source/KNOPPIX/lib/init/rw/
resolvconf/resolv.conf」

続けて、カスタマイズ作業の準備を行う。まず、$HOME にインストールして直接動かす ScratchMYU1.4、DolittleV2、dolittle2-1pre の 3 つのソフトウエアをフォルダ
ごと、「source/KNOPPIX/home/knoppix」にコピーする。次に、作業中に必要になる「Desktop」「Documents」フォルダを同フォルダ内に作成した。Etoys と Scratch の
deb パッケージは、「source/KNOPPIX/root」にコピーした。
次に、LXDE メニューへアプリケーション（実体はシェルスクリプト）を登録する。
「/usr/share/applications」フォルダ以下の「*.desktop」というファイルが、すべて LXDE メニューに登録されるので、登録したいアプリケーションを起動するように、
desktop ファイルに書いて保存しておく。
この後、chroot コマンドで source/KNOPPIX をルートとして起動し、カスタマイズ作業を開始する。カスタマイズのはじめに「# mount -t proc /proc proc」をして proc
フォルダをマウントしておくことを忘れてはならない。（chroot を抜け出して元の環境で作業をしたいときは、「# umount /proc」をしてから「Ctrl + D」で chroot を抜け出すことができる）
はじめに apt-get のパッケージリストを更新するために、「# apt-get update」を実行する。その後、 dpkg-query コマンドを使ってインストールされている Fat なア
プリケーションを検索し削除した。
続けて、Dolittle 系ソフトのために「sun-Java6」を導入する。
「# apt-get install sun-java6-jre」
合わせて「sun-java6-fonts」と「sun-java6-plugin」も同様の手順でインストー
ルした。次に、Etoys と Scratch の deb パッケージを「dpkg -i」コマンドでインスト

36

ールし、仕上げにもう一度「# apt-get clean」してゴミを削除する。ここまでで chroot
での作業を終了（「# umount /proc」をしてから「Ctrl + D」）する。
ISO ディスクイメージを作成するために、KNOPPIX CD-ROM 内の/boot フォルダと/KNOPPIX/KNOPPIX 以外の/KNOPPIX フォルダ以下のファイルを新しく作成した master
フォルダにコピー（同期）する。
「# rsync -a --exclude "/KNOPPIX/KNOPPIX" /mnt-system/ master/」
続いて、source 内に作った KNOPPIX フォルダを圧縮イメージに変換する。
「 # mkisofs -R -U -V " 〈 任 意 の 名 前 〉 (filesystem)" -P " 〈 任 意 の 名 前 〉 "-hide-rr-moved -cache-inodes -no-bak -pad source/KNOPPIX | nice -5/usr/bin/create _compressed_fs - 65536 > master/KNOPPIX/KNOPPIX」
さらに、md5sums のチェックサムリストを作るため、次のように打ち込む。
「[master]# find -type f -not -name md5sums -not -name boot.cat -exec md5sum{} \; >> KNOPPIX/md5sums」
そして、ISO イメージの作成を行う。
「 # mkisofs -pad -l -r -J -v -V "KNOPPIX" -no-emul-boot -boot-load-size 4-boot-info-table -b boot/isolinux/isolinux.bin -c boot/isolinux/boot.cat-hide-rr-moved -o knoppix.iso master/」
こうして出来上がった ISO ファイルを CD-R に焼けば、カスタマイズされた 1CD boot
KNOPPIX の出来上がりである。以上の工程は、「KNOPPIX4Robo 1.0」として作ったものの完成までの流れである。今後はより広く、フィジカル・コンピューティグに対応したさまざまなソフトウエアを導入し、Arduino（http://arduino.cc/）や Gainer（http://gainer.cc/）などといったフィジカル・コンピューティングのディバイスを動かせるものを作り、子どもたちの学習活動に活用したいと考えている。
最後に、KNOPPIX をカスタマイズする過程で、ソフトウエアの作成にご協力頂いた
サイバー大学：阿部和広先生（ScratchMyu 1.4 作成）及び大阪電気通信大学：兼宗進先生（Dolittle 2-1pre 作成）に、この場を借りてお礼を申し上げたい。

37

４ 謝 辞本研究の実施にあたり、県内公立小中学校の協力により、調査研究を行うことができました。研究協力校の校長先生を始め教職員、並びに児童生徒の皆様にお礼申し上げます。
また、ＳＰＰ講座として講義いただいた黒河治久先生(産業技術総合研究所研究員)および広報部の皆様、山本利一先生(埼玉大学教育学部教授)、野村泰朗先生（埼玉大学教育学部准教授）に感謝いたします。

５ 参考文献・小学校学習指導要領（文部科学省）
・KNOPPIX HACKS（Kyle Rankin 著/須崎 有康 監修）オライリー・ジャパン
・スクラッチ アイデアブック（石原 正雄 著）カットシステム
・スクイークであそぼう（Thoru Yamamoto 著）翔泳社
・自由自在 Squeak プログラミング（梅沢 真史 著）ソフト・リサーチ・センター
・ピアジェ入門（波多野 完治 著）国土者
・マインドストーム（Seymour Papert 著/奥村 貴世子 訳）未来社
・アラン・ケイ（Alan Curtis Kay 著/鶴岡 雄二 訳）アスキー
・ロボカップジュニア 2008 サッカールール
http://www.robocupjunior.jp/com/rules/2008/soccer.html
・SCCIP 未来教育研究センター公式サイト
http://www.merc.sccip.org/htdocs/index.php?action=pages_view_main&page_id=13
・株式会社 Afrel 教育用レゴマインドストーム 技術情報・FAQ
http://www.afrel.co.jp/tech/・ロボカップ日本委員会

公式サイト

http://www.robocup.or.jp/

６ 研究協力委員一覧
所沢市立松井小学校

教

諭

寶迫

芳人

熊谷市立久下小学校

教

諭

山中

和久

川口市立領家中学校

主幹教諭

松崎

寛幸

県立浦和北高等学校

教

岡村

起代之

38

諭

39

C 埼玉県 20０５○

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