B1-1

計算論的思考力の定量的な測定を目的としたオンラインテストの開発
Development of an online test aiming quantitatively measurement ofcomputational thinking
矢野 里奈*1, 谷岡 広樹*1, 松浦 健二*1, 佐野 雅彦*1, 上田 哲史*1
Rina YANO*1, Hiroki TANIOKA*1, Kenji MATSUURA*1, Masahiko SANO*1, Tetsushi UETA*1*1 徳島大学*1 Tokushima University

Email: c612035023@tokushima-u.ac.jp
あらまし：2020 年度より小学校ではプログラミング教育が必修化されたが，学習者の能力の成長を定量的に測定する手法は確立されていない．本研究ではプログラミング教育によって養われるとされるプロ
グラミング的思考には計算論的思考が含まれると考え，計算論的思考力を客観的・定量的に測定するためのテストを開発してきたが，小学校教育の現状を鑑みて遠隔授業等にも導入できるようオンライン形式で公開した．本稿では，事前調査として大学生 38 名を対象に行ったテスト結果について報告する．
キーワード：プログラミング教育，ICT，Learning Analytics

1.

はじめに

2020 年度より全国の小学校でプログラミング教育が必修化された．文部科学省から発行されたプログラミング教育の手引き (1)には，プログラミング教育の目的や，プログラミング教育で育む「プログラミング的思考」の内容などが記載されているが，学習者のどのような能力がプログラミング教育によって育まれたのか測定する手法については言及されておらず，判断は現場の教員に委ねられているのが現状である．プログラミング教育で養われる能力を測定するためのプログラミングテストを，遠隔授業やオンデマンドでも実施可能なオンライン版とし，事前調査として大学生・大学院生 38 名を対象に行った．本稿ではそのテスト結果について報告する．

2.

関連研究

これまでに提案してきた手法(2)は，プログラミング的思考力の定量的な測定方法を開発することによって，学習者の能力を測定することを目指し，ワークショップ（以降，WS）や授業後に筆記試験により効果を測定するという手法であった．実験には，独自に開発したテストを使用し，その結果として，プログラミング経験の有無がテストの結果に影響を及ぼしており，プログラミング経験によって養われた能力，いわゆるプログラミングスキルが測定できた．
しかしながら，プログラミング的思考の元となる考え方である「コンピュテーショナル・シンキング」について測定できたとはいえなかったため，問題の拡充が必要である．

3.

コンピュテーショナル・シンキング

プログラミング教育の手引きでは，プログラミン
グ的思考の定義について，『「コンピュテーショナル・シンキングの考え方を踏まえつつ，プログラミングと論理的思考との関係を整理しながら提言された定義である」とされている．コンピュテーショナル・シンキングとは，英国をはじめとする世界各国でコンピュータサイエンスのカリキュラムに取り入れられている思考方法であり，Jeannette M. Wing のコラム(3)によって広く知られるようになった.日本では中島(4)が「計算論的思考」として翻訳したものが知られて い る ． 英 国 で は ， BBC の 記 事 (5) に よ る と ，「Decomposition（分解）」「Pattern recognition（パターン認識）」「Abstraction（抽象化）」「Algorithms（アルゴリズム）」の 4 つに分類されており，それらが合わさってコンピュテーショナル・シンキングの形を成すというように定義されている．

4.

提案手法

本研究では，BBC の記事の 4 つの分類に沿って問題を作成し，それぞれの能力について測定する手法を提案する．
Decomposition の問題の例を図１に示す．図形の動きを指定されたブロックに分ける問題である．この例では，図形が右へ移動しているという動きと，大きさを大きくするという動きに分けることができる．
Decomposition の問題としては，このほかにも，ブロックを指定された通りに組み合わせた場合にどのような動きになるか予測する問題が含まれる．
Pattern recognition では，例示された内容からパターンを読み取り，別の図形にパターンを適用する問題が含まれる．
Abstraction では，提示された情報の中から条件に合う要素を抜き出すという問題が含まれる．
Algorithms では，図 2 に示すような動きを表すブロックを用いて，アルゴリズムを組み立てる疑似的なプログラミング課題である．この例では，オブジェクトを前に 2 マス進ませればよい．このほか，通ってはいけないマスを指定したり，同時に 2 つのオブジェクトを動かしたりする問題などが含まれる.

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教育システム情報学会 JSiSE2020
第45回全国大会
2020/9/2-9/4

経験者よりも未経験者の方が大きいため，母集団においてコンピュテーショナル・シンキングの能力について，なんらかの差があると考えられる．
4 つの分類ごとの平均正解数を表 2 に示す。
Decomposition(Dec)は全 8 問，Pattern recognition(Pat)は全 8 問，Abstraction(Abs)は全 5 問，Algorithms(Alg)は全 9 問で構成されている．平均正解数を比較すると，Pattern recognition, Abstraction, Algorithms において差が出た．中でも Abstraction, Algorithms では，男性は女性に比べて 0.2 問程度とわずかではあるが正解数が多く，プログラミング経験者は未経験者に比べてわずかに正解数が多い．

図 1 Decomposition の問題例

表 2 各分類の平均正解数
全体
男性
女性
経験者
未経験者

7.
図 2 Algorithms の問題例

5.

実験

今回作成した問題は小学生を対象としているものであるが，事前調査として，実験対象を大学生・大学院生に限定して実施した．実験参加者は大学生（19歳～24 歳）38 名であり，実験期間は 2020 年 6 月 3日～2020 年 6 月 6 日の 3 日間である．
なお，本実験はすべてオンラインで実施された．
(URL: https://forms.gle/L69Nd56ars63gtSi8)

6.

Dec

Pat

Abs

Alg

8.00
8.00
8.00
8.00
8.00

7.97
8.00
7.95
7.95
8.00

4.84
4.94
4.75
4.95
4.72

8.55
8.67
8.45
8.60
8.50

おわりに

本稿では，プログラミング的思考力の定義を行う
際に参考にされたコンピュテーショナル・シンキン
グを測定するために，BBC が公表している定義をもとに独自のテストを開発した．また，事前調査として，学生（19 歳～24 歳）を対象に実験を行った．その結果として，性別やプログラミング経験の有無に分けたときの平均正解数はわずかであったが，分散が大きいことがわかった．
今後はこのテスト用いて，小学生を対象にオンラインテストを実施していきたい．また，ワークショップや授業の前後による比較も実施し，提案手法の妥当性を検討したい．

実験結果と考察

今回のテストは Decomposition が 8 問， Patternrecognition が 8 問，Abstraction が 5 問， Algorithms
が 9 問の全 30 問で構成されている．表 1 にその実験結果を示す.
表 1 実験の結果
全体
男性
女性
経験者
未経験者

母数

平均正解数

分散

標準偏差

38
1820
20
18

29.37
29.61
29.15
29.50
29.22

1.18
0.34
1.83
0.35
2.06

1.09
0.59
1.35
0.59
1.44

平均正解数を比較すると，男性は女性に比べて0.46 問多く，プログラミング経験者は未経験者に比べて 0.28 問多いが，わずかな差であった．しかしな
がら，分散を比較すると，男性より女性が大きく，謝辞
本研究は JSPS 科研費 JP18K11572 の助成を受けたものです．
参考文献(1) 文部科学省:“小学校プログラミング教育の手引（第二版）”，（2018）(2) 矢野里奈，谷岡広樹，松浦健二，佐野雅彦，上田哲史：“小学生のプログラミング的思考力の定量的測定とその分 析”， 研究 報告 教育 学習支 援情 報シ ステム（CLE）, Vol.2020-CLE-30(22), pp.1-4（2020）(3) Wing, Jannettte M.: “Computational Thinking”,
Communications of the ACM, Vol.49, No.3, pp.33-35（2006）(4) 中島秀之：“計算論的思考”，情報処理, Vol.56, No.6.
pp.584-587（2015）(5) BBC: “Introduction to computational thinking”,
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zp92mp3/revision/1（2020 年 6 月 8 日閲覧）

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