情報処理学会 インタラクション 2019
IPSJ Interaction 2019

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2019/3/6

女子児童の遊びに着目したアルゴリズム構築学習の支援
日野 水貴†1,a)

柳 英克†1,b)

概要：近年の科学技術は目覚ましく進歩したが, 更なる発展には多様な視点が必要とされ, 理系に携わる女性の増加に期待が高まっている. しかし, 総務省の統計によると理系の女性研究者の割合は 2 割程度に留まっている. 理系の女性研究者の割合が低い要因として, 理系に対するステレオタイプ (先入観や思い込みなどの固定観念) や, 女性が理系分野で活躍するロールモデルの少なさ等が挙げられる. 本研究では, 理系に対するステレオタイプに着目し, ステレオタイプが形成される前の幼少期から理工系科目の基礎となる想像力と論理的思考力を鍛えることで, ステレオタイプの固定概念の形成を抑制することに繋がると考えた. 本研究は女子児童を対象に, 見立て遊びとアルゴリズム構築のプロセスを融合した知育教材の開発を行う. 本教育玩具は見立て遊びの中で人形等を用いて物語を想像することが出来るので女子児童に馴染みやすく, 論理的思考力を自然に学習し鍛えられることが期待できる. 本研究は, 理系に対するステレオタイプの影響を軽減し, 理系を指向する女性の増加と女性研究者の増加に繋げることを目的としている.

何らかの形で伝わり, 女子学生自身が理系科目において期

1. 背景

待されていないと感じることがより女子学生の理系離れを現在, 日本の研究者に占める女性の割合は高くない. 内

引き起こしている [4]. 本研究ではこのようなロールモデル

閣府男女共同参画局のまとめによると, 理系 (理学・工学をの原因とも言えるステレオタイプに着目した. 女子学生の含めた自然科学系) の研究者における女性の割合は 20.3 ％

理系科目に対する固定概念は中学前後までに徐々に定着すに留まっている [1]. しかし近年の科学技術の進歩は目覚まる [4]. よって, ステレオタイプの固定概念に対抗するためしく, 更なる発展には多様な視点・発想や, より高度な専門には, 中学より前に理系科目の基礎に馴染ませることが効性を持った多くの人材が必要である [2]. そのため, 内閣府果的であると考えた.

男女共同参画局は 2016 年から 2020 年までに自然科学系の研究者における女性の割合を 30 ％まで増やす目標を掲げている. ロレアル

ユネスコ女性科学者

2. 目的

日本奨励章の調本研究の目的は, 女子児童が本研究で提案する教育玩具

査によると, 女性研究者の割合が 30 ％に達すると, 約 2800を使用することで理系科目の基礎である想像力と論理的思億円の経済効果が見込まれる [3].

考力を楽しみながら鍛えることである.

理系研究者に女性が少ない原因として, 理系研究者等の母集団となる理工系に学ぶ女子大学生の割合の低さがあり, その要因としては理系に対するステレオタイプやロールモデルが無いこと挙げられる. 理系に対して広く存在し3.

関連研究

3.1 理系の基礎に関して理系科目に基礎として必要な力について, 本研究では論ているステレオタイプの固定概念としては, 女性は空間認

理的思考力と想像力の 2 つに着目した.

識能力が低い, 理系科目が得意ではない [4] 等がある. さ

3.1.1 論理的思考力

らに, これらにより現状理系に進学する女子学生が少なく,理系科目において, 物事を順序立てて考える力, 論理的思それに従って女性研究者が少ないため, 女性が理系で働く考力が必要であると言われている [5].という将来性が見えないというロールモデルの非存在があ3.1.2 想像力る [4]. 特に親や教師も女性が理系に進むことに否定的な感

二つ目は, 想像力である. 科学技術等が目覚ましく進歩情を抱いている場合があり, それらが娘または女子学生にしている中, さらに新しいものやシステムを創造するには,想像力が必要である [2].

†1a)b)

現在，公立はこだて未来大学
b1015254@fun.ac.jp
yanagi@fun.ac.jp© 2019 Information Processing Society of Japan199

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3.2 既存の教育玩具
幼児向けの理系科目や, その基礎に関連した知育玩具は多数存在している.

3.2.1 ボーネルンド社の STEM シリーズ

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マで学習可能なワークシート形式の学習法である. この学習方法は, Scratch の問題点として挙げられていたパソコンの習熟度がコンピュータ基礎の学習の妨げになる, という問題点を解消している. しかし, これはテキストベース

ボーネルンド社の STEM シリーズは, 「実験！動きとちの学習法なので, 楽しんで自然に学ぶというよりは「学ぶ」

からのしくみ」「実験！はこぶ道具のしくみ」「実験！浮力という側面が強くなってしまっている. よって女児が自然のふしぎ」「実験！磁石のふしぎ」の 4 種類がある. これらに楽しく学ぶ, という観点からは使用が難しい.

はそれぞれ, 重力や摩擦, テコの原理, 浮力, 磁力について以上の例により実体験などを交えることで理系的な思考理科の授業の実体験のようなことができる玩具である. こを子供に触れさせることの有用性が示されたが, 単一の遊れらの玩具は, 理科の授業で習う概念を, 体験を通じることび方しか無いことや, 論理的思考力は大切であるものの単より深く楽しみながら自然に身につけることが期待できる.

体で完結してしまい拡張性が無いものが多いことがわかっ

しかしこれらは学習教材という側面が強く, それぞれの単た. また, 論理的思考力と共に想像力も鍛えられるものや,元に特化しているため他の玩具と組み合わせることや, 女女児が自然に取り入れられるように設計されたものも少な

児の日常の遊びの中に自然に溶け込んでいくことは難しい

い. よって本研究では, 女子児童が普段の遊びに組み込みと考えられる.

ながら, 自然に楽しく想像力と論理的思考能力が身につけ3.2.2 プログラミングロボ コード・A・ピラーられる玩具を提案する.

論理的思考向上を図った知育玩具の例として, フィッシャープライスの販売する製品「プログラミングロボ コー

4. 提案内容

ド・A・ピラー」がある. プログラミングロボ コード・A・本研究では, 女子児童が楽しく自然に論理的思考能力とピラーはいもむし型の知育玩具であり, いもむしの関節の想像力を育むことが期待できる知育玩具を提案する. 本玩

節々がそれぞれ固有の動きを持っているで, 節々を入れ替具では, 論理的思考力を鍛えるためにアルゴリズム構築学えることで異なる動きをする. この玩具にはスタートと習を, 想像力を鍛えるために見立て遊びを取り入れた.

ゴールを示すカードが同包されており, スタートのカードが置かれた地点から障害物等にぶつからずにゴールにたどり着くように節々を組み替えて発進させることが主な遊び方である. この玩具は, スタートからゴールまでの道順を順序立てて考えることで, 論理的な思考力の向上が見込まれる. しかし, この玩具は女児の日常の遊びに組み込みにくい上, 使用方法に限りが見られる.

3.2.3 Scratch
近年のプログラミング必須化に伴い, プログラミング的思考力の教育支援として, 子供用プログラミング言語「Scratch」がある. Scratch は, 簡単なプログラムでインタラクティブストーリーやゲーム, アニメーションが作成可
能なプログラミング言語である. これはプログラミング力

図 1

本研究で提案する教育玩具や, プログラミングに準ずる順序立てる力を身に着けることが可能である. しかし, Scratch を使用するにはパソコン等電子機器が必要で, マウスやキーボードに習熟している

4.1 使用方法ことが前提である. マウスやキーボード等の習熟度が低い

本玩具で使用するものは, 組み立て方の説明書, 形や大小児童にとってはそれがプログラミング教育を受けるハード

様々な歯車, 磁石や爪楊枝等のパーツ, 人形類, 箱, お話をルとなり, プログラミングを楽しめずむしろ嫌いになる要

書くシートの 6 種類である. まず歯車や磁石などのパーツ因ともなりうる. また, 内容もプログラミング的思考に特と人形, 箱を組み合わせて, オートマタのような人形が動く化しているため汎用化が難しいと考えられる.

箱を作る. この人形の動く箱 1 つを 1 ユニットと呼ぶ.

3.2.4 アンプラグドコンピュータサイエンス
アンプラグドコンピュータサイエンスとは, パソコン等の電子機器を使用せずにコンピュータ基礎を学ぶことが出次に, 歯車を回すと人形が動くので, その動きに意味を付加する. 例えば, 女の子の人形が回っている動きに対して,女の子が踊っている, 等意味を考える.

来る学習方法である. 具体的には, 2 進数やソート法などの次に, このユニットを複数作成する. このユニットは 1

コンピュータ基礎について, 子供たちになじみやすいテー

つではなく, 同時に複数個制作することができる. ユニッ© 2019 Information Processing Society of Japan200

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図 21A-07
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1 ユニット

トをいくつか作成し, 各ユニットを連結すると 1 つの大きなストーリーを作ることができる.
図 4 箱の展開図

図 5 歯車図 3

複数ユニットから成る 1 つのストーリー

最初から自分で組み立てることは困難だと考えられるので, 最初は組み立て方の説明書に従って簡単なユニットを作成する. 徐々に慣れていくに従って, 動き等を女児自身で考えてユニットを作成してもらう想定である.

4.2 設計詳細
本玩具の制作材料等について記載する. 本玩具の箱や歯車, 中央棒と留め具は MDF(medium density ﬁberboard 中密度繊維板) をレーザーカッターで加工したものから成っ

図 6 中央棒と留め具ている. それぞれ下記のデータを使用してレーザーカッターで加工した (見やすくするために多少改変している).
黒い線は切り抜き, 赤い線は焼き付けを表している.
歯車には 5mm 厚の MDF を使用しており, それ以外は© 2019 Information Processing Society of Japan

2.5mm 厚の MDF を使用している.
また, 動きにバリエーションを持たせるために電子的な動きも実装している. これらの動きの制御には AE-201

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ATMEGA328-MINI という Arduino Pro Mini の上位互換

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本教育玩具の改善を行う.

機を使用している.
参考文献
[1]

[2]

[3]

図 7 AE-ATMEGA328-MINI における電子的な動きの実装[4][5]文 部 科 学 省：学 校 基 本 調 査 2016 年 (online)，入 手 先(http://www.mext.go.jp/component/b menu/other/ ics
Files/aﬁeldﬁle/2016/12/22/1375035 3.pdf), (2018.12.22).
内閣府男女共同参画局：理工系分野における女性活躍の推進を目的とした関係国の社会制度・人材育成等に関する比較・分析調査報告書 2016 年 (online)，入手先⟨http://www.gender.go.jp/research/kenkyu/pdf/rikocomp full.pdf⟩ (2018.12.22).
L’ORÉAL：「 経済波及効果は約 2800 億円 現役リケジョが提案! リケジョ増加のカギとなる「リケジョミクス 3 本の矢」発表 -女性研究者が 30 ％に増えることによる経済効果を試算!-」2013 年 (online)，入手先 ⟨http://www.nihonloreal.jp/corp/press release/doc/FINAL2013 FWIS Rikejomix.pdf⟩ (2018.12.22).
森永 康子：女性は数学が苦手 , 心理学評論 (2010).
長尾桂子, 加藤諒, 野田数人, 三井正, 遠藤友樹：ICT 等を用いた学生相互評価による論理的思考力・論述力の育成，
教育工学 (2018).

4.3 期待される効果
本教育玩具は, 女児の普段の遊びの中で見立て遊びをしながら, 歯車等の構造を学び自然に論理的な思考力の向上が期待できる. 歯車を組み合わせることで, 自分で法則を見つけだし, 手順を理解し, 組み立てるアルゴリズム構築学習が可能である. このようなアルゴリズム構築学習は, 理科系科目の基礎の 1 つに挙げた論理的思考力の向上が見込まれる [5]. また, 人形の動きをなにかに見立てて意味を考える工程は, 見立て遊びにより想像力の向上が期待でき, 人形を含めた見立て遊びにより女児に自然に遊べる仕様になっている.

5. 実験と評価
本研究の提案物である教育玩具の有用性を検証するために, 学童保育の女子児童を対象に実験を行う. 本教育玩具が女児にとって楽しく, 普段の遊びに馴染むかを検証する.
実験方法は, 実際に女子児童に使用してもらい, その中の反応を観察し, 事後に簡単なアンケートを実施する. 実験内で検証することは, 女児の実際のお人形遊びにそぐうか, 想像の幅は広いか, どんな動きがあったら良かったか, 適正年齢の評価, 女児が楽しめるか, について検証し評価を行う.

6. 今後の計画
今後の計画としては, 1 つ目は見立ての想像の幅を広げ,飽きずに長期で使用してもらうために, 歯車の種類と電子的な動きを増やし, また電子的な動きにはセンサー類から取得した値を使用する等とすることで, より動きのバリエーションを豊かにすることを考えている. 2 つ目に, 完成したストーリーを何らかの形で書き出し, 親や友達などと共有するシステムの開発である. また, 学童保育での実験結果をもとに, 対象年齢を絞り, より女児が自然に楽しめるよう© 2019 Information Processing Society of Japan202