Vol.119

CON T E N T S【コラム】中高生情報学研究コンテストと大学入学共通テスト…中山 泰一【解説】中高生情報学研究コンテストの意義と第 3 回の審査の様子…遠山 紗矢香【解説】第 3 回中高生情報学研究コンテストの作品紹介…米田 貴
基応
専般

Jr.

COLUMN

中高生情報学研究コンテストと大学入学共通テスト

本会は，第 81 回全国大会より中高生情報学研究コンテストを開催し，中高生に本会のジュニア会員となり情報学の探究活動をすすめてもらうことを目指してきました．本年（2021 年）3 月には，第 3 回中高生情報学研究コンテストを無事に開催することができました．全国から 87 チームの参加があり，中高生研究賞の最優秀賞 1 チーム，
優秀賞 2 チーム，奨励賞・初等中等教育委員会委員長賞 2 チーム，奨励賞・情報処理教育委員会委員長賞 1 チーム，奨励賞 16 チーム，
入選 23 チームを選出しました．詳細は，今号 394 ページからの遠山紗矢香先生と米田貴先生の解説，および，中高生☆1

情報学研究コンテストの Web ページ

をご覧ください．

第 3 回中高生情報学研究コンテストは，当初，大阪大学豊中キャンパスで開催を考えていました．ポスターに大阪大学のマスコット「ワニ博士」も登場させました．しかし，新型コロナウイルスの蔓延は収まらず，オンライン開催となりました．一方，オンライン開催であったため，全国からより多くの中高生に参加していただけたともいえます．来年
3 月の第 4 回中高生情報学研究コンテストには，さらに多くの中高生に参加していただきたいと願っています．
さて，情報教育の関連では，本年 3 月に，大学入学共通テストへの情報の出題について大きな動きがありました．前号（2021 年 7 月号）の水野修治先生の解説で述べられているとおり，大学入試センターは 3 月 24 日付「平成 30 年告示高等学校学習指導要領に対応した令和 7 年度大学入学共通テストからの出題教科・科目について」において，2025 年から情報を出題科目とし 1 つの試験時間帯として実施することを公表しました．これを受けて，本会は 3 月 29 日付で「大学入試センターから出された大学入学共通テストの実施方式に対する，当会の賛同表明」を公表しています．
大学入試センターは昨年 11 月に，高等学校関係者，大学関係者に加え，情報にかかわる学術団体に，大学入学共通
テストの情報の「試作問題（検討用イメージ）」を情報提供していました．これを受けて，本会のほか，日本教育工学会，教育システム情報学会，人工知能学会，日本産業技術教育学会，8 大学情報系研究科長会議（北海道大学，東北大学，
東京大学，東京工業大学，名古屋大学，京都大学，大阪大学，九州大学で構成）が賛同を表明していました．
本年 8 月 26 日（木）9：30 から，日本学術会議情報学教育分科会，情報処理学会，電子情報通信学会による，公開
シンポジウム「大学入学共通テスト『情報』が目指すもの」を開催することになりました．参加の申込みは，第 20 回
☆2

情報科学技術フォーラム（FIT2021）の Web サイト☆1☆2

にて受け付けます．皆様のご参加をお待ちしております．

https://www.ipsj.or.jp/event/event_chukousei.html
https://www.ipsj.or.jp/event/fit/fit2021/，公開シンポジウム「大学入学共通テスト『情報』
が目指すもの」は無料で参加できます中山泰一（本会教育担当理事／電気通信大学）（正会員） nakayama@uec.ac.jp

1993 年東京大学大学院工学系研究科情報工学専攻博士課程修了．同年より電気通信大学において，計算機システム，並列分散処理，
情報教育の研究に従事．現在，同大学院情報理工学研究科教授．日本学術会議特任連携会員．

ぺた語義は pedagogy（教育学）を元にした造語です．常設の教育コーナーとして教育や人材育成に関する記事を広く掲載しています．
ぺた語義に掲載された記事は，情報処理学会 Web ページの「教育・人材育成」からどなたでもご覧いただけます .

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基 応
専 般

ARTICLEJr.

中高生情報学研究コンテストの意義と
第 3 回の審査の様子
遠山紗矢香
静岡大学

コンテスト応募者募集の際に示した分野を以下

本稿では，2021 年 3 月 20 日に実施された第 3 回☆1も参照されたい．

中高生情報学研究コンテストの意義と審査の様子にに示す．詳しくは Web サイト

ついて，同コンテストに初めて審査員としてかか（1）情報の活用と表現

わった立場から報告を行う．

（2）情報通信ネットワークとコミュニケーション（3）情報社会の課題と情報モラル（4）望ましい情報社会の構築

第 3 回コンテストの概要
中高生情報学研究コンテストは 2018 年度から実1）施されてきた ．本コンテストは，全国の中高生・高専生（3 年生以下）が情報学に関して取り組んでき（5）コンピュータと情報通信ネットワーク（6）問題解決とコンピュータの活用（7）情報の管理と問題解決（情報通信ネットワークやデータベースに関係する分野に限る）（8）情報技術の進展と情報モラル（9）ディジタル作品の設計・制作（10）プログラムによる計測・制御コンテスト 3 回目となる今回は，当初，大阪大

た成果を発表する機会として位置付けられている．
2）にある通り，本コンテスト

学豊中キャンパスでの開催が予定されていたものの目的は，「情報学分野において優れた研究活動をの，新型コロナウィルス感染症への対策として，2行っている中高生に，全国的な研究発表の場を与え

回 目 と 同 様 に オ ン ラ イ ン で の 開 催 と す る ことがるとともに，優れた研究を行った中高生に各種の賞

2020 年 9 月 1 日に決定された．cluster

を与えること」である．この目的の中には，尖ったバーチャル空間に設えられた会場へ，参加者がそ人材を育成すること，情報学へ取り組む人材の裾野

れぞれの「バーチャル身体」によって参加し，対面を広げることの両方が含まれている．

で話し合うかのような感覚で交流する方法も検討

萩谷氏・中山氏の解説

☆2

のように，

応募につながる活動の「種」は諸所にあると考えされた．しかしながら，本コンテストの目的でもられる．教育課程内での活動の場合，中学校であある「情報学へ取り組む人材の裾野を広げること」

れば「技術・家庭科」のうち技術分野の「D. 情報にに照らすと，操作に習熟している方が多いプラッ関する技術」，高等学校であれば「情報科」での学習

トフォームを用いることが好ましいという理由で，成果の発表がまず想定される．また，中学校・高

Zoom を用いた運営に決定した．

等学校での「総合的な学習の時間」や専門高校での「課題研究」等で行われた探究的な活動，教育課程外である部活動・クラブ活動等で行われた活動なども，募集分野に即していれば応募可能となる．

☆1

  第 83 回情報処理学会 全国大会併催 第 3 回中高生情報学研究コンテス
ト，https://www.ipsj.or.jp/event/taikai/83/83PosterSession/（2021/04/30
参照）☆2
   https://cluster.mu（2021/04/30 参照）-【解説】中高生情報学研究コンテストの意義と第 3 回の審査の様子 -394

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コンテストへの応募状況
コ ン テ ス ト は，2020 年 10 月 12 日 に 応 募 受 付を開始した．関係者の皆様による各所でのアナウ

アウトルームを用いた参加者間交流の後，初等中等教育委員会副委員長である和田氏による受賞チームの発表と，国立教育政策研究所の鹿野教科調査官（当
時）による講評があった．

ンスもあり，翌年の 2 月 26 日にポスター提出を

参加者間交流では，中高生を 10 チーム程度ず

締め切るまでの間に，88 件の応募があった（発表

つ 8 つのブレイクアウトルームに割り振り，審査

エントリーは 12 月 25 日正午に締め切った）．第員を含む関係者が各ルームへ分かれて交流を行う

1 回コンテストでは 37 件，第 2 回コンテストでは方法がとられた．しかしながら，当日に技術的な不62 件の発表があったことを踏まえると，回を重ね具合が生じたため，中高生は自ら任意のブレイクア

るごとに発表者が増加していることが分かる．まウトルームへ入室することとなった．想定外の進行

た，応募者の所属先は 53 校に分かれており，北海となったが，中高生が動じることなくチーム間で話道から九州までの各地から応募があった．高等学

し合い，互いに譲り合いながら成果のアピール等を校からの応募が多数を占めたものの，中学校から行っていたことは大変印象的であった．また，Zoomの応募も 7 件あった．

を用いた発表にも慣れている様子の中高生が多く，画面共有機能を用いてポスターを提示しながら，手審査方法と結果
審査においては，今後，中高生情報学研究コンテ
ストに応募しようとする生徒の模範となるものを高短に説明する姿には良い意味で大変驚かされた．

第 3 回コンテストの意義く評価することとなった．また，評価の観点としては，

これまでの解説記事を遡ると，第 1 回コンテス

以下の 2 点が挙げられた．これらには，先述した「尖っトでは対面でポスターセッションが行われ，そのた人材を育成すること」，「情報学へ取り組む人材の裾効果については以下のように示されていた野を広げること」の両方の観点が含意されている．

（1）学問への誘い• 中高生とは思えないほど独創的な研究である（2）専門的な研究者と中高生の交流• 中高生らしい視点で情報学の観点からしっかりとした問題解決を行っている受賞者を表 -1 に示す．

3）．

（3）中高生同士の交流（4）教員の研修と交流（5）開催地の研究・教育力の向上（6）情報処理学会のプレゼンスの向上

また，第 2 回コンテストの意義は以下のように示
2）

交流イベント．
されていた （通し番号およびカッコ内は筆者が追記）（a）尖った人材の育成

本コンテストに応募した中高生と，審査員を含む（b）学校教育との連携

関係者が交流するためのイベントが，3 月 20 日にオ（c）中高生と研究者（の交流）ンラインで開催された．中高生の参加は任意であっ（e）教員と研究者（の交流）

たが，中高生の指導教員と関係者を含めて 100 名近（d）中高生と大学教員（の交流）（f）教員と大学教員（の交流）

い方々にご参加いただいた．当日は中野初等中等教

上記には互いに重複する部分があるものの，1 つ育委員会委員長による進行の下，喜連川国立情報学

ずつ検証すると，第 3 回コンテストは（1）,（2）,（3）,研究所所長による挨拶に始まり，Zoom のブレイク（6）,（a）,（b）,（c）,（d）のそれぞれについて意義

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のあるイベントだったと思われる．
（1）や（a）につ（d）については，発表 1 件につき審査員 3 名以上かいては，深層学習のように新しい技術の活用（#58）

らコメントが返却されたことや交流イベント開催にや，新型コロナウィルス感染症対策としてのアプリ

よって達成されたと考えられる．
（3）は限定的では開発（#11），コンパイラ基盤の自作（#41）等が見られあったが，交流イベントで中高生同士が質疑応答すた．また，#58 や #11 のように（b）学校教育との連るなどの様子が観察された．なお，発表内容の詳細（2）,（c）,
続性が明示されたものも少なくなかった．

は本号にある米田氏の解説を参考にされたい ．

表 -1

4）

受賞者

中高生研究賞最優秀賞（1 件）#58 カメラと Raspberry Pi を用いた視程観測装置の自作：浜島 悠哉（東京都立立川高等学校 3 年）
，田中 陽登（同 3 年），馬場 光希（同 3 年），安原 拓未（同 1 年）
中高生研究賞優秀賞（2 件）#11「時間」
を超えてつながる授業体験：青山 柊太朗（ぐんま国際アカデミー高等部 2 年）
#41 自作 JVM 言語コンパイラ基盤の最適化と評価 二ノ方 理仁（芝中学校 2 年）
中高生研究賞奨励賞・初等中等教育委員会 委員長賞（2 件）#61 製品組み合わせ粗利最適化エンジン～ DX で開く新たな経営戦略～：森本 新太郎（福井県立高志中学校 3 年）
#69 視覚で楽しめるピアノ：喜多 駿介（大阪星光学院高等学校 2 年）
中高生研究賞奨励賞・情報処理教育委員会 委員長賞（1 件）#84 屋外で動作する三次元ポジショントラッキングシステムの開発及び改良：迫田 大翔（愛光高等学校 3 年）
中高生研究賞奨励賞（16 件）#02 リアルタイム指文字認識システムの開発：柳本 陽亮（北海道北見北斗高等学校 2 年）
，辻 優樹
（同 2 年），池田 真（同 2 年）#04 GoogleSpreadSheet を用いたオンライン時間割システムの構築：佐藤 秀人（山形県立山形東高等学校 2 年）
#10 自他の文字の平均化における適切な割合：渡邉 太一（茨城県立竜ヶ崎第一高等学校 2 年）
，片桐 聖翔（同 2 年），岩田 凌太郎（同 2 年）#16 太宰作品における文体の経年変化 〜機械学習を用いた計量的分析〜：伊藤 寛子（渋谷教育学園幕張高等学校 3 年）
#33 VR 空間における人体の各種擬似感覚（VR 感覚）の関係性分析：國武 悠人（千葉県立柏の葉高等学校 3 年）
#34 難題双子素数問題への挑戦 〜コンピューターを用いたビジュアル的アプローチ〜：大場 さくら（お茶の水女子大学附属高等学校 2 年）
，米川 真由（同 2 年）#35 SAT 問題の準最適解探索の効率化：西岡 英光（玉川学園高等部 2 年）
#45 AI ロボット JetBot は WRO を攻略できるか？～ AI ロボットを「錯覚」させてみた～：辻 知香葉
（筑波大学附属高等学校 2 年）
#46 画像類似度を用いたヒヨケザルの擬態の定量的評価：寺山 里奈（中央大学附属高等学校 3 年）
#63 CurtainRail 構造 ─空間インデックス 新手法の提案：多田 瑛貴（京都府立清明高等学校 3 年）
#71 グローバルに論理的思考力を育むプログラミング教材の研究と開発：山本 舞香（追手門学院大手前高等学校 2 年）
#75 合成音声素材の自動取得と接続の定量評価：青野 優智（西宮市立西宮高等学校 2 年）
，上橋 秀太（同 2 年），亀浦 一眞（同 2 年），宮本 育弥（同 2 年）#76 統計，機械学習 AI を用いた楽曲のヒット予測：木村 優介（兵庫県立姫路西高等学校 2 年）
，吉田 隼輔（同 2 年）#80 モンテカルロ法を利用した乱数の研究：森田 汐音（和歌山県立紀北工業高等学校 2 年）
，楠本 翼
（同 2 年）#83 土壌水分センサーを用いた伝統農法の効果の検証：池北 昂広（徳島県立脇町高等学校 2 年）
，川人 尚子（同 2 年），小原 すずか（同 2 年）#85 Knowledge Tracing の英単語学習への導入は可能か？〜機械学習を用いた個人最適化による学習効率化を目指して〜：吉野 泰生（熊本県立宇土高等学校 2 年）
入選
（23 件）#03 学校の感染症流行の可視化：猪狩 友太郎（秋田県立秋田高等学校 2 年）
，石井 沙季（同 2 年），刈屋 瑛嗣（同 2 年），佐藤 航貴（同 2 年）#06 python による時間割の自動作成・調節：米本 薫（山形県立山形東高等学校 2 年）
#07 情報科における教材と授業法についての研究～教員不在でも実施可能な授業づくり～：高橋 恵輔（福島県立福島高等学校 2 年）
，高野 隼汰
（同 2 年），
二瓶 翔太（同 2 年），大竹 祐太（同 2 年）#09 脳波測定プログラムの作成およびそれを用いたゲーム時の脳内変化の研究：何 櫟（茨城県立竹園高等学校 2 年）
#12 インタラクティブな映像の制作とその考察：幡 優成（開智高等学校 2 年）
#14 敵対的生成ネットワーク（GAN）
による配色生成：松本 和樹（早稲田大学本庄高等学院 3 年）
#15 サイバーフィジカルシステムによる陸上競技の解析：渡部 晃久（早稲田大学本庄高等学院 3 年）
#19 複数⼈での会話や雑⾳内での⾳声認識の精度の⽐較：栗原 千陽（千葉県立柏の葉高等学校 2 年）
，松田 一哲（同 2 年），形部 智（同 2 年）#20 クイズ共有アプリ「Quiz Habits」：伊藤 大稀（千葉県立柏の葉高等学校 2 年）
，川上 凛太郎（同 2 年）#21 学習意欲を向上させるアプリの UI 研究：佐々木 駿（千葉県立柏の葉高等学校 2 年）
，三浦 和輝（同 2 年），森嶋 祥子（同 2 年）#37 ドローンによる自動追尾の研究：國吉 仁志（玉川学園中学部 2 年）
#38 自発目標設定と行動抽象化により性能の向上ができる 2 つの深層強化学習モデルの開発検証：佳元 貴紀（広尾学園高等学校 2 年）
#40 画像認識を用いた無人商店システムの作成：丸山 慶多（三田国際学園高等学校 2 年）
，岡本 晴貴（同 2 年），宮沢 純正（同 2 年）#44 心の悩みを解決するためのプログラミング：阿部 龍之介（拓殖大学第一高等学校 2 年）
#56 車いすに取り付け可能な電車昇降用無限軌道：五味 優輝（東京都立多摩科学技術高等学校 2 年）
，中山 智生（同 2 年），矢ヶ崎 旺輔（同 2 年）#57 サッカーにおけるキック練習支援システム：宮 拓巳（東京都立多摩科学技術高等学校 2 年）
#59 私はここにいるニャンドア：一瀬 鞠華（東京都立立川国際中等教育学校 4 年）
#64 Twitter の感情分析によるストレス状況の可視化およびセルフケアアプリの開発～ Python を利用して～：米澤 李音（プール学院高等学校 2 年）
#67 QR コードを用いたコロナ禍における混雑緩和システムの構築：溝脇 大智（大阪医科薬科大学高槻高等学校 2 年）
，小紫 仁嗣（同 2 年）#70 Atomic Swap Network ～暗号資産の二者間取引をより円滑にするシステム～：芦田 裕飛（大阪電気通信大学高等学校 2 年）
#72 IoT 化電源タップの開発と研究─無駄がない最適化の生活─：伊賀 妃里（追手門学院大手前高等学校 1 年）
，南方 博
（同 1 年）#74 自然言語処理と機械学習を用いたタンパク質の高発現塩基配列の創製：南 慧（甲南高等学校 2 年）
#81 人の顔の判別：福山 未来菜（山口県立岩国高等学校 2 年）
，松井 美貴子（同 2 年），荒井 嘉真（同 2 年）-【解説】中高生情報学研究コンテストの意義と第 3 回の審査の様子 -396

情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021

第 3 回コンテストの課題

らに 2022 年度からは，高等学校で新学習指導要
領 が 実 施 さ れ る． こ の 改 訂 に よ っ て， 今 後 は す（4）,（5）,（e）,（f）は第 3 回コンテストでは残べての高校生がプログラミングを学ぶことになる．

念ながら実現できなかったが，対面での開催であれ

また，すでに案内されている通り，大学入学共通ば実現できた部分もあったと考えられる．オンライ

テストでも，試験科目として「情報」が新たに設けン開催では，（4）,（e）,（f），つまり中学校・高等

られる．こうした動きが，本コンテストへ興味を学校・高等専門学校の教員と大学教員や研究者が交持つ中学生・高校生を増加させる方向へ働くこと

流を行うには少し踏み込んだ場のデザインが求めらは想像に難くない．コンテストへの参加者が増えれるように思われる．実際に，上述した本コンテス

ることによって，尖った人材がさらに尖ってゆく

トでの交流イベントでは，中高生の話を聴くことをことも促されるだろう．

優先したために，中高生の指導教員の方々にご参加

また，今後は SSH（スーパーサイエンスハイ

いただいたにもかかわらず，懇談の機会を逸してしスクール）指定校や，専門高校（情報，工業，商業

まった．1 つの学校から複数の発表申込をいただい等）における取り組みがさらに発表されるようなコた場合もあったため，指導に携わられた先生方のおンテストとしたい．そのためには，これまで以上話を直接伺いたかったものの，実現できなかったこに広報の方法を工夫することも考えられるだろう．

とが非常に悔やまれる．

SSH や専門高校では，「課題研究」として理数・情対面の開催では，会場が暗黙の裡にさまざまな報に関するテーマについて生徒が主体となって研目的を果たすためのプラットフォームとして機能究を行い，成果をまとめるための時間が設けられすることが多い．一方でオンライン開催の場合にていることが少なくない．今後は課題研究の成果

は，目的を果たすための手立てを明示的に講じるをブラッシュアップして本コンテストで発表して必要がある．上述した本コンテストの意義に照らいただくなどの道筋づくりも行いたい．

すと，次回以降のコンテストでは，中高生を指導

さらに，発表・交流イベントのためのオンライした教員と，コンテスト主催者側の大学教員や研ン 環 境 に つ い て も， 今 後 検 討 の 余 地 が あ る． 今究者とが交流するための明示的な機会を設定する

回 Zoom の交流イベントで見られた参加者の姿をことが求められる．

思えば，第 4 回コンテストでは先端的な環境を用いることも想定される．もちろん第 4 回は対面開

今後のコンテストへの期待2020 年度から小学校では，プログラミングを含催となることを願うばかりではあるが，念のため，
オンラインならではの経験を蓄積する貴重な機会としての準備も進めたい．

む新学習指導要領の実施が始まった．これに続いオンライン開催の場合，参加に際しての交通費て 2021 年度からは，中学校において新しい学習

や移動にかかる物理的な負担がなくなるため，本指導要領による授業が開始された．中学校におけコンテストへの周辺参加も容易になる．「正統的なる新学習指導要領では，情報学に関して，「技術・周辺参加」 の場を本コンテストでも実現できれば，家庭科」のうち技術分野で，これまで「計測・制御」

学校，地域，ときには国籍や国境もこえて，生徒で行われてきたプログラミングに加えて，「ネット同士が学び合うコミュニティとして，本コンテス

ワークを利用した双方向性のあるプログラミング」

トが機能するようになるかもしれない．中高生やが新たに加わったことが特筆すべき点である．さ高専生が共に学ぶ環境として本コンテストが位置

5）情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021397

づけば，日本の情報教育が一層活気づくのではな

耳にするようになった「STEAM 教育」（Science,

いだろうか．

Technology, Engineering, Arts and Mathematics

以上で述べた通り，本コンテストは情報学分野の略で，STEAM として示された各専門領域の知を担う次世代を育成するためのプラットフォーム

見を横断的に活用しながらプロジェクト学習等をとして，年々重要さを増していると考えられる．

進めること）も，広義には，こうした個人の興味・筆者としては，本コンテストを通じて，中高生・関心に基づく問題を中心に据え，教科などの枠組

高専生等と学会とのつながりを一層確実なものとみにこだわることなく知識や技術を獲得しながらしていきたいと考えている．そのことが，情報学探究的に問題解決を進めていく学習形態を指すものコミュニティ発展へとつながり，さらに，互いのである．

に 切 磋 琢 磨 す る 関 係 性 を 構 築 す る こ と へ とつ な
がっていくだろう．

生徒のみなさんを指導される先生方におかれては，生徒のことをよく知るファシリテータとして，
ぜひ問題発見・問題設定の部分からご支援をお願

これから発表を目指す
生徒のみなさんと先生方へいしたい．問題発見において生徒のみなさんのみ筆者としては，中高生や高専生のみなさんに，でもないが，発見された問題が既知のものでない

本コンテストを探究的，教科横断的な学習の成果かを検討し，必要な場合はさらに問題を細分化し発表の機会として一層活かしていただくことを期たり，問題の切り取り方を変えたりするよう促す

待している．冒頭で述べたように，本コンテストなどの支援があると，問題解決過程の質は一層高へ応募するときの「種」になるものは，情報科の学まると考えられる．「駆動質問」と呼ばれる，生

習内容のみにとどまるものではない．身近なとこ徒の質問を引き出すような声掛けなどのファシリろに隠れている問題を発見したい，その問題を解テーションは生徒が主体となって進める探究型学

決・改善したい，という動機こそが重要になる．

習でこそ重要であることを改めて強調したい．

ずみずしい感性の発揮が期待されることは言うま

これから本コンテストへ応募しようとする生徒のみなさんは，ぜひ，インターネットに公開され付記：本稿作成にあたっては，初等中等教育委員ているこれまでのコンテストでの発表内容を参考

会内にてやり取りされた記録を参考にした．

にしていただきたい．「種」（問題）は驚くほど身近

参考文献
1） 中山泰一：中高生ポスターセッションの報告─企画と概要─，情報処理，Vol.60, No.7, pp.660-662 (July 2019)．
2） 萩谷昌己，中山泰一：中高生情報学研究コンテストの概要・意
義・効果，情報処理，Vol.61, No.8, pp.847-851 (Aug. 2020)．
3） 鹿野利春：中高生ポスターセッションの報告─意義と効果─情報処理，Vol.60, No.7, pp.663-664 (July 2019)．
4） 米田 貴：第 3 回中高生情報学研究コンテストの作品紹介，情報処理，Vol.62, No.8, pp.399-403 (Aug. 2021)．
5） ジーン・レイブ＆エティエンヌ・ウェンガー
（著）
，佐伯 胖
（訳）
：
状況に埋め込まれた学習─正統的周辺参加，産業図書 (1993).
（2021 年 4 月 30 日受付）

なところにあることが実感いただけるだろう．問題を解決しようとすると，これまで学んだことや経験したことが活用できることに気付いたり，新しいことを学ぶことの楽しさに気付いたりすることがたくさんある．これは一度ぜひご自分で体験していただきたい．
「基本的な知識や技術が未熟だから，私には無理」などと考える必要はない．解決したい問題を遠山紗矢香（正会員） tohyama@inf.shizuoka.ac.jp

見 つ け て， そ れ を 解 決 す る た め に 必 要 な 知 識 や2014 年中京大学博士（認知科学）．静岡大学教育学部特任助教，静岡大学情報学部学術研究員を経て2018 年より静岡大学情報学部助教，のちに講師（2021年）．協調学習やプログラミング教育の実践研究を行っている

技 術 を， 学 年 や 教 科 と い っ た 枠 組 み に こ だ わ る
こ と な く 学 ん で い け ば よ い． 近 年 日 本 で も よ く-【解説】中高生情報学研究コンテストの意義と第 3 回の審査の様子 -398

情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021

ARTICLE

基 応
専 般

第 3 回中高生情報学研究コンテストの
作品紹介

Jr.

米田 貴

神戸大学附属中等教育学校

中高生最優秀賞・若手奨励賞（1 件）

中高生情報学研究コンテスト#58

第 83 回情報処理学会全国大会のプログラムの立高天（文）気（象）部：カメラと Raspberry Piを用いた視程観測装置の自作（図 -1）

一環として，初等中等教育委員会主催で第 3 回目

浜島悠哉となる「中高生情報学研究コンテスト」を 2021 年

学校 3 年） 安原拓未（同校 1 年）

3 月 20 日（土）に開催した．同コンテストでは情【概要】

報学分野に関しすぐれた研究活動を行っている中田中陽登

馬場光希（東京都立立川高等

観測場所から識別できることのできる距離の程度

学生や高校生に，全国的な研究発表の場を提供するとともに，優れた研究を行った中高生に賞を授与している．審査はポスター原稿に加えて 400 字の説明テキストを全員に提出してもらい，希望者には 2 分以内の動画ファイルまたは音声ファイルの提出も説明資料として提出してもらった．今回は全国から 88 グループの応募があり，研究の質の高さ，実験・調査による考察の深さなどを評価し，最終的に中高生最優秀賞 1 件
2件

中高生優秀賞

中高生奨励賞 3 件を選出した．中高生最優秀賞と中高生優秀賞の計 3 グループは本会の若手奨励賞にも選出され，中高生奨励賞に選出された
1 グループは情報処理教育委員会委員長賞，2 グ
ループは初等中等教育委員会委員長賞にも選出された．後日，上位入賞の 6 チームにはそれぞれの受賞の感想を書いてもらった．本稿では上位入賞
チームごとに，ポスター原稿，概要，受賞後の感想の 3 点をまとめて掲載する．こちらで紹介した研究以外は Web ページでご確認いただきたい1）．

図 -1 立高天（文）気（象）部：カメラと Raspberry Pi を用いた視程観測装置の自作

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を表す気象用語を視程という．本研究では独自の視る機能を用いて，非同期的に視聴している生徒間程を設定し，一眼レフカメラと Raspberry Pi からのコミュニケーションも可能にした．さらに，非なる観測装置を作成した．カメラは Raspberry Pi

同期で視聴している生徒同士を再生速度の自動変で制御し，自動で定時撮影やクラウドへのデータ保化によって同期させる弾性同期という仕組みを開存を行う．また Slack を通じてスマートフォン等か発した．各生徒の再生速度が 0.9 ～ 1.2 倍速の範ら遠隔操作でカメラに即時撮影や設定の変更の指示

囲で自動的に調整され，各生徒がバラバラのタイを可能にした．撮影した画像について，対象物がミングを視聴している場合でも生徒間のずれを吸写っているかについての判定についても深層学習に収し双方向対話を実現した．

より判定を行い，約 95％と高い水準で判定をする【受賞後の感想】

ことができた．

今回，優秀賞という形で研究を評価していただけ【受賞後の感想】

たことを嬉しく思っています．また，ほかの方々の初めての参加ながら最優秀賞をいただくことがで研究も興味深く，刺激を受けました．

き，とてもうれしく思います．観測装置の製作や目この受賞を励みに，今後も研究成果のサービスの視観測にあたっては多くの天文気象部員・OB にお普及や時間の在り方の研究に取り組みたいと思って世話になりました．この研究にかかわったすべてのいます．

方々に感謝いたします．

中高生優秀賞・若手奨励賞 （2 件）#11

Kineto ：「時間」を超えてつながる授業体験（図 -2）
青山柊太朗（ぐんま国際アカデミー 11 年）【概要】
現在普及している授業環境は，同期性に基づいて分類することができる．対面授業や Zoom 等による授業は生徒が同じ内容を同期的に体験したり，生徒間のコミュニケーションが可能となる．ただし授業内容について時間的にコントロールすることができない．一方で，YouTube のような配信型の映像授業は非同期的であるため，早送りや 10 秒戻しなどの時間的なコントロールが可能である．しかし，生徒間のコミュニケーションは乏しい．
本研究では，時間のコントロールと生徒間のコ
ミュニケーションを両立できる授業環境の実現を目指した．授業における教師の発言と生徒間のコ
ミュニケーションをアプリ上の時間軸に落とし込
み，早送りや 10 秒戻しなどの時間のコントロールを可能にした．授業映像への書き込みや付箋を貼

図 -2

Kineto：「時間」を超えてつながる授業体験-【解説】第 3 回中高生情報学研究コンテストの作品紹介 -400

情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021

#41

π &cone：自作 JVM 言語コンパイラ基盤の【受賞後の感想】
このたびは優秀賞をいただきありがとうございま

最適化と評価（図 -3）
二ノ方理仁（芝中学校 2 年）

す．今回の発表では，もっと正確な評価をするため【概要】に，サンプル言語のソースコードを工夫したかった

JVM 言 語 は GC や JavaAPI を 活 用 で き る と い等の反省点があります．これからも研究を続けて，う利点を持つ．JVM 言語コンパイラを自作する

次の機会でも発表できるような成果を残したいです．

ことで開発内容に合わせた最適化の手法を採用し，
JVM 言語をより短時間で実行できると考え，コン

中高生奨励賞・情報処理教育委員会委員長賞

パイラ基盤 Xjar を C++ で記述し，自作した．Xjar（1 件）はソースコードを構文解析し AST へ変換する．そ#84の後，AST を最適化し冗長性を排除した AST に変グシステムの開発および改良（図 -4）換する．最適化の手法として，定数畳み込みと定数

迫田大翔（愛光高等学校 3 年）

伝播，ループ不変量コード移動の 3 つの手法を採用【概要】

屋外で動作する三次元ポジショントラッキン

した．Xjar を評価するため 3 種類のソースコード

XR（VR，MR，AR）分野において，ポジションを実行し，実行時間の平均値を求めた．結果，デートラッキング技術はさまざまな手法が提案されていタフロー最適化では平均 29％，ループ最適化ではるが，広範囲にマーカの絶対座標を取得できる手法

平均 17％実行時間が減少した．

は少なく，実現しているシステムは数百万円程度の自作JVM言語コンパイラ基盤による最適化と評価
二ノ方 理仁（芝中学校２年）

序論：JVM言語自作の利点と課題

評価：テスト言語最適化後の実行速度

JVM言語とは対象成するプログラミング言語

内容

Java仮想マシン（JVM）上で動作するプログラム（バイトコード）を生
JVM言語の利点

マルチプラットフォームに対応できる。（Windows、Mac、Linux）
JVMのガベージコレクション（GC）を利用できる。
既存のJavaAPIを利用できるため開発の効率が上がる。

JVM言語を自作する利点
使用する目的に合わせて実装でき、作業効率が上がる。
→ JVM言語の自作は作業効率化に有効と考えた。
JVM言語自作の課題
自作言語を実装する時間の分、開発時間が減る可能性がある。

目的

JVM言語コンパイラ基盤の作成と最適化の評価
JVM言語実装にかかる時間を短縮できる。
プログラムの特性に合わせた最適化を採用できる。

Xjarで作成した３種のテスト言語A, B, C
A, B, Cを100回実行し、実行時間の平均値を求める。
テスト環境：Ubuntu18.0.4
64bit Intel CPU、メモリ16GB

評価

１. ３種類の最適化を単独で行った後それぞれ評価する。
２. 最適化を２種類組み合わせて行った後評価する。

結果と考察
評価１の結果 CF＝定数畳み込み、CP＝定数伝播
LICM＝ループ不変量コード移動

基盤の作成と、最適化によって変化する実行速度の評価

本研究では、JVM言語を自作するためのコンパイラ基盤Xjarを作成し、最適化した。XjarはC++で記述した。

Xjarによって作成されたコ
ンパイラはソースコードを構文解析し、ASTに変換する。
変換されたASTを最適化
し、冗長性を排除したASTに変換する。

Xjarが作成するJVM言語の特徴作成したJVM言語はシステム開発・ソフトウェア開発に使うことを想定した。開発は5〜10人のチームで行い、1〜2ヶ月でテストができる状態にするのが目標だと想定した。

!!!!!

複数人で作業した時編集する箇所を見つけやすくするため、記述は一箇所にまとめて行うようにした。
既存のJavaAPIが利用できるため、作業期間が限られている開発に向いている。

最適化

コンパイラ基盤は３種類の手法で最適化した。
定数畳み込みと定数伝播でデータフローを最適化した。
プログラム全体の定数を対象とするため、効果が見込めると考えた。
ループ不変量コード移動でループを最適化した。
プログラム実行時間にループが占める割合は大きいため、作業時間の短縮につながると考えた。

定数畳み込みとは定数同士の計算式があった場合、計算結果で置き換える最適化手法

定数伝播とは定数畳み込みと共に、既存の定数値も置き換える最適化手法

ループ不変量コード移動とは

ループの中で計算されている値が不変の時、ループの前に移動して計算を行う最適化手法

図 -3（単位：秒）

評価２の結果1. Xjarはソースコードを木構造（AST)に変換してバイトコードを生成
2. オブジェクトの方式、GC、演算、スタックはJVMに依存
3. 作成される言語は可読性を重視し記述場所を一元化

Xjar言語処理系の過程

a = 100
b = 200c = 300
i = 0
while(i<2000)
a = b + ci = i + 1
endputs(a)３. 最適化を３種類組み合わせて行った後評価する。

JVM言語を自作し、テストまで短期間で終わらせるためのコンパイラ

方法：コンパイラ基盤Xjarの作成と特徴

Aのコード例(2)

評価３の結果(3)(1)

Bのコードの一部
d = 869 / 986
e = c - 485
d = 35 - 649
f = e + 574
g = 283 * c
h = 169 / g
i = 464 - e
c = 485 + 224
j = d + e
h = 390 + d
c = 811 * h
j = c / 286

Cのコード例
a = 30t = a/5
b = 9 - t
c = b * 4
if (c>10)c = c - 10end
tt = 60 / a
x = c * tt
res = 0i = 0while (i<10)val = x + 30
res = res + val
i = i + 1
endputs(res)

A, B, C全てのテスト言語において最適化後の実行時間は短くなった。
データフロー最適化は平均29%、ループ最適化は平均17%実行時間が減少した。

実行速度の改善が大きかったのは、テスト言語Bをデータフロー最適化
考察
した場合で、データフロー最適化２種で66％(1)、ループ最適化も含めて行なった場合72%(2)実行時間が短縮された。テスト言語Bは３種類の中でも単純な計算を多く含むプログラムなので、定数を対象とした最適化の効果が高かったと考えられる。

次に速度の改善が大きかったのは、テスト言語Aを３種類で最適化した場合で57%速度が改善した(3)。テスト言語Aはループ・多重ループを含むプログラムである。ループは繰り返して時間のかかりやすい処理のため、最適化の効果が高かったと考える。

結論
結論

JVM言語は既存のJVM実行系やJavaAPIを活用できる利点を持つ。JVM
言語をコンパイラ基盤で自作することで開発内容に合わせた構文の実装が可能である。加えて、適切な最適化で高速化ができると分かったこと
で、JVMの効果的な利用が可能になると考える。

課題

本研究で行なった最適化は３種類にとどまる。また、今回は一般的な最適化を採用したので、JVM言語の特性に合った最適化を今後考えたい。
また、コンパイラ基盤の記述にもユーザが行う部分が多く残っている。
例えば、スタック管理の実装は今後の課題である。

参考文献

自作 JVM 言語コンパイラ基盤の最適化と評価

図 -4 屋外で動作する三次元ポジショントラッキングシステムの開発および改良

情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021

401

星光：視覚で楽しめるピアノ（図 -6）   

設置コストを要する．本研究では低コストでポジ#69

ショントラッキングを行うため，赤外線センサアレ

喜多駿介（大阪星光学院高等学校 2 年）

イを用い，階段変調した赤外線のパルス幅を測定す【概要】

るという手法を考案し，トラッキングを行った．まピアノなどの楽器で音楽を演奏することは楽しい

た，考案したトラッキングシステムを評価するため活動であるが，理論の理解や練習を要する．鍵盤をのアプリケーションも Unity で作成した．

弾くとグラフィックが変化するようにすれば音楽に【受賞後の感想】

詳しくない人や，耳の聞こえづらい人も楽器の演奏

高校 2 年時から継続していた研究で受賞できたを楽しめるのではないかと考えた．そこで Unity とことを大変嬉しく思います．一般の学会だけでなく，MIDI キーボードを用いて，鍵盤を押すと視覚的に中高生向けの別部門を用意してくださることは，研グラフィックが変化し，聴覚だけでなく視覚で演奏

究開発のモチベーションに大きく繋がっています．

を楽しめるピアノのような楽器を作成した．MIDI

研究にとどまらず社会実装へ向け努めて参ります．

機 器 を 接 続 し て 鍵 盤 の 情 報 を 取 得 し，Unity のVisualEffectGraph でグラフィックを作成した．音

中高生奨励賞・初等中等教育委員会委員長賞

ごとにグラフィックが割り当てられており押してい（2 件）

る間そのグラフィックが再生する．

#61

製品組み合わせ粗利最適化エンジン～ DX で開く新たな経営戦略～（図 -5）  
（福井県立高志中学校 3 年）
森本新太郎
【概要】
本研究では中小企業が情報技術を活用する具体的な方法の提案として，企業の利益を最大化するために各製品の生産量・販売量の最適な比率を求める「セールスミックス最適化」の考え方を用いて，利益を上げることができる生産数を計算するシステムを考案した．システムの検証には実際の企業に製品の製造データを提供してもらいテストを行った．また，セールスミックス法を線形計画法を用いて最適化問
題として解くプログラムを作成した．プログラムの作成には Python の pulp ライブラリを用いた．
【受賞後の感想】
私は，今回の研究で，中小企業が情報技術を活用する方法を提案し，企業の実データで有効性の検証を行うことができました．情報学を社会に活用する意味や，インパクトの大きさを実感できる有意義な経験になりました．
図 -5 製品組み合わせ粗利最適化エンジン～ DX で開く新たな経営戦略～-【解説】第 3 回中高生情報学研究コンテストの作品紹介 -402

情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021

【受賞後の感想】
以前から興味を持って取り組んできたプログラミ
ングと音楽のそれぞれを活かそうと思い制作した作践しているが，中高生が持つ可能性を最大限伸ばしてあげることができているだろうかと自問する機会ともなった．

品だったので，受賞できて嬉しく思います．いただ

受賞者の方々の感想からは，喜びや励みになった

いたアドバイスを参考に，さらに多くの人に楽しんという言葉が見られ，コンテストに携わった者としでもらえるよう開発を続けたいです．

てもうれしい限りである．受賞者の皆さん，おめでとうございます．また，今回応募されたすべての皆受賞後の感想をとりまとめた立場からさん．これからも探究心を持って研究を進めてくだ
さい．面白いと思える道へどんどん進んでいきましょう．

今回で 3 回目となる中高生情報学コンテストだが，応募されたポスターを見ると，そのレベルの高さに驚かされた．各々，問題意識を持ちその問題の参考文献
1） 第 3 回中高生情報学研究コンテストポスター，https://sites.
google.com/view/83taikaiposter/（2021 年 5 月 6 日受付）

解決のため探究的に取り組んだ素晴らしい成果を見せてもらった．筆者は中等教育学校の教諭であり，普段から中高生に技術科ならびに情報科の授業を実米田貴（正会員） yoneda@port.kobe-u.ac.jp

2016 年より神戸大学附属中等教育学校教諭．担当教科は情報科，技術家庭科（技術分野）．

図 -6

星光：視覚で楽しめるピアノ

情報処理 Vol.62 No.8 Aug. 2021

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