理科/環境教育助成

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日産科学振興財団

理科／環境教育助成 成果報告書
５回次：第回

助成期間： 平成２０年１１月１日～平成２１年１０月３１日 （期間１年間）

テーマ： 自律型ロボットを用いた組み込み技術者育成の基盤づくり
氏

名： 藤本 登所

属：

長崎大学教育学部

登録番号： 08261

１．課題の主旨
近年の IT 技術の進歩は著しいが、学校での ITC の活用は十分ではない。また、新学習指導要領にも見られるように、中学校の技術・家庭科の学習内容は精選され、学習内容の明確が図られているが、情報関連技術と他の技術を融合して、学習時間の効率的な運用を図る試みは少ない。一方で、自動車などの産業に ITC が活用される中で、組み込み技術者の総需要が 28.7 万人であるのに対し、既に 9.4 万人も不足していると報告されている（経済産業省試算 2006 年）。そこで、本研究では、中学校の技術科教員と連携して、自律型ロボット教材を用いた授業実践、課外活動支援を行いながら、生徒と教員に対して、プログラミング基礎、計測技術、アクチュエータ制御、ものづくり基礎に関する実習を行うことで、未来の組み込み技術者を育成のカリキュラム化を検討する。
２．準備

近年、小・中学生の工作技能の低下が叫ばれていることから、以下の予備調査を含むものづくり教室により，ロボット作りのカリキュラム化の検討を行った。
１．小・中学生を対象としたロボット作り教室の開催とその評価（ふりかえりシートや工具使用状況調査）
２．公立中学校におけるロボット作り教室の開催とその評価（連想法やふりかえりシートによる評価）

３．指導方法小学 3 年生では電池と豆電球を使った直列・並列回路の学習があり、中学校の技術科では計測制御やロボコン用ロボット作りに関する学習が行われているため、本教室では、その内容を踏まえたカリキュラムとして、以下のめあて、内容、評価項目を設定し、ふりかえりシートや糸山らが開発した連想法を用いて授業評価を行った。
１．小・中学生を対象としたロボット作り教室
めあて：電池とスイッチとモーターで動くおもちゃを作ることができるようになろう！
内容：他律型ロボット（モーター・3P スイッチ・電池ボックス各 2 個で前後左右に自在に動くロボット）の製作
評価：ふりかえりシートによる意識調査、ニッパーと半田ごての技能調査、ロボットの完成度評価
２．公立中学校におけるロボット作り教室の開催とその評価
めあて：ロボットの基本構成要素を知り、簡単な自律型・他律型ロボットを作れるようになろう！
内容：①他律型ロボット（同上、但し②の前後のいずれかでの開催を調査）の製作②他律型ロボット（JapanRobotech 製 RDS-X03）の製作と障害物回避・ライントレースプログラムの作成
評価：ふりかえりシートによる意識調査と連想調査、ニッパー・半田ごて・ドライバーの技能調査、ロボットの完成度評価-1-４．実践内容●長崎市科学館共催：子どもロボットづくり教室（応募者数 357 名、参加者数：小学校 32 校、中学校 3 校：小学 2 年生以下 8 名、小学 3～6 年生 44 名、中学 1 年生 3 名）
15 分：ロボットの仕組みを知る（作動体験と仕組みを学ぶ）
2 時間：他律型（通称ザリガニ）ロボットを作ってみよう！

※低学年には歯ブラシ振動ロボ製作

10 分：後片付けおよび感想文記入●中学生ロボットづくり教室①雲仙市立千々石中学校コンピューター室（参加者：生徒 12 名、教員 1 名）
1 日目：ロボット製作とシーケンシャル制御の説明
2 日目：タイル形式ソフトを用いたシーケンシャル制御演習と障害物回避競技会とライントレースロボ
ット用プログラミング学習
3 日目：ライントレース競技会の実施、C 言語による制御とデモ、ザリガニロボットの製作②島原市立有明中学校コンピューター室・多目的室（参加者：生徒 14 名、教員 2 名）
1 日目：ザリガニロボットの製作、自律型ロボットの製作
2 日目：自律型ロボットの製作、タイル形式ソフトを用いたシーケンシャル制御演習とライントレース
ロボット用プログラミング、障害物回避ロボットの製作
3 日目：障害物回避競技会、計測制御学習とライントレース競技会の実施、C 言語による制御とデモ

５．成果・効果●子どもロボットづくり教室

Glad 70
60

・児童・生徒のロボットに対するイメージ

50
40

は約 1.5 割がアニメ等のキャラクタ、約 230

割が頭脳に関すること、約 2 割が要素技術、約 3 割が機械である。

20Unint-20・デモ機等の教材を用いたショートの危

10-20

020

Sad

406080

エントロピ 4ギア

エネルギー源

機械要素
無反応

きかい

電池
電気

コード

リモコン

Interesting

0-10

その他

学習前

A
AT
AC
AO
CP
CC
CO
I
IS

モーター
ねじ

プログラム
パソコン
コンピュータ制御（電気・電子）険性の実演や乾電池の向きの重要性、アシモ

強い早い

動く

さいしん
ドラえもん

新しい

学習後

イメージ
その他

配線の重要性に気づかせる授業作りが大切である。

エントロピ 4.824

エネルギー源
インストール●中学生ロボットづくり教室

IRセンサー
電気・連想マップ：学習前はロボットのイメージはテレビなどの影響が大きいが、学習後はロボットの種類や制御に関する反応語の増加し、連想エントロピが増大

電池
プログラム
コード

回路
ねじしたことからロボットの見方が多様化した。また、制御については学習後にリモ電位制御に対する知識への集約化が見られた。

おもしろい

タイヤ

自律型
複ざつ

ダンボール
二足歩行難しい

かいご用
からくりせいみつ
せいみつきかいレスキュー用
たのしいロボット他律型

イメージ-2-スイッチセンサー
タッチセンサー
光センサー
リモコン

モーター

ネジ

機械要素

コンやプログラムに関する内容が増加し、連想エントロピが減少したことから、

コンピューター

IC

導線
機械

制御
（電気・電子）・意味ネットワーク：制御に関する部分集合の増大が顕著で概念の獲得が見られる。
・情意面の評価からロボット作りによるものづくりへの興味・関心の向上と達成感が見られる。
A

①属性

しなやか
すごい

B

C
②類似・同値④部分集合⑤副詞的部分集合
D

×

⑦逆説

×
③対比

E

⑥因果

F

G
⑧仮定

６．所

頭脳

電池

最新

電気

はやい

集積回路
ＩＣ

エネルギー源
電気

新しい

細かい

動く
動作

回路

せいみつ

アシモ

ロボット

動く

回る

かんせつ
モーター

部品

タイヤ
ねじ
コード

電池

ロボット

複雑

力が強い

モーター

記憶する

パソコン

部品

完成する

タッチセンサー

反応

積んでいる
バック
センサー
リモコン

ON
スイッチ

ＯＦＦ

コンピュータ

二足歩行
介護用
おもしろい からくり
機械
動かす

×

判断する
生活を助ける
人ができない昔

うれしい①属性：2 ②類似：1 ③対比：0 ④部分集合：5⑤副詞的：6 ⑥因果：1 ⑦逆説：0 ⑧仮定：0①属性：7 ②類似：2 ③対比：1 ④部分集合：24⑤副詞的：7 ⑥因果：3 ⑦逆説：1 ⑧仮定：0感

児童・生徒を対象にしたロボットづくり教室で用いたザリガニロボット（他律型ロボット）教材は、受講者にとって難易度が少し難しい程度であったために達成感を味わえ、保護者を含めた満足度は高かった。また、乾電池の向きや結線を間違えることでロボットが動かなくなることによって電気回路の重要性に気づいた児童もいることから、学校での学習内容との関連性をつけた今回のものづくり教室の内容は適切であったと考えられる。
中学生ロボットづくり教室で用いたザリガニロボット（他律型ロボット）教材と自律型ロボット教材は、難易度は少し高いが、全ての生徒が楽しいと感じており、センサでロボットが制御できること、ロボットを中学生でも作れること、プログラムを間違えるとロボットが動かなくなる・目的の動きをしないこと、半田付けは難しいが上手くいけば楽しい（ロボットが正確に動くためには必要）ことを学習している。また、ロボットには計測と制御が必要であり、それには正しいプログラムを作ることが求められることを実感している。11 月 8 日に開催された創造アイデアロボッ
トコンテスト長崎県大会の制御部門には、今回ロボットづくり教室に参加した生徒が多く参加し、九州大会への出場を果たした生徒もいたことから、このような活動の重要性を痛感した。但し、難易度の高い光センサによる制御ロボットは見られなかったことから、学校教育との連携を深めることが必要である。
７．今後の課題や発展性について
児童期においても半田付けや簡単なロボットづくりを行うことで、電気回路の学習ができることが分かった。今後は小学校理科や図画・工作、総合的な学習の時間での利用の検討を行うことが重要と考えられる。なお、その場合の安全指導・確保、教材の簡略化を検討しなければならない。
また、生徒の多くが「プログラム」は楽しいけど難しい（プログラミングに慣れるまで約半日が必要であった）と回答しており、またトルグスイッチや IR センサ部のはんだづけ等のロボット製作活動の難しさを指摘していることか
ら、計測と制御（ハードウエアとソフトウエアのマッチング）に関する学習を行わせる場合には、既に製作された自律型ロボットを用いた①プログラミングとロボット動作制御、②計測実習とセンサの感度調整、③計測によるロボット動作制御といった学習を行わせることが重要と考えられる。
８．発表論文、投稿記事、メディアなどの掲載記事【口頭発表】
鵜澤海、藤本登、平啓明、野方健治、“連想法を用いたロボット作り教室の評価”、日本産業技術教育学会第22 回九州支部大会講演要旨集、27-28、2009 年 10 月．

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