日本情報教育開発協議会第2回全国大会講演論文集掲載(pp.93-96, 平成18年6月24日, 於：鳥取大学)「情 報の科学的な 理解」の促 進／定着のための飛行船制御プログラム− Let's GO GO ! "マ ジ カ ル ・ ス プ ー ン " −香山瑞恵

専修大学 ネットワーク 情報学部
あらまし :
マ ジ カ ル ・ ス プ ー ン は 、金 属 ス プ ー ン を 利 用 し て 情 報 処 理 に お
け る 符 号 化 ／ 複 合 化 を 体 験 的 に 学 習 さ せ る プ ロ グ ラ ム で あ る 。 特 徴 は ， 1)学 習
者 が ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 者 の 立 場 で 情 報 処 理 に 関 わ る 点 と ， 2)そ の 処 理 ロ ジ ッ ク
制 御 動 作 の 一 部 を 代 行す る 点 に あ る 。本 プ ロ グ ラ ム に よ り 、 コ ン ピ ュ ー タ の 内部 動 作 を 実 体 験 し 、 その メ カ ニ ズ ムの 直 感 的 な 理 解を 可 能 と す る 。
キ ー ワ ー ド : 飛 行 船 ，コ ン ピ ュ ー タ に お け る 情 報 の 処 理 ，符 号 化 ，指 導 プ ラ ン 。

１．は じ め に込まれる。すなわち、情報の科学的な理解に情報システムとマルチメディア とを主分野とする我が国の教科「情報」においては、関する学習は、独立教科としての教科「情報」の大きな核として捉えることができる。

普通教科 3 科目および専門科目 11 科目の学習

本稿では、情報の科学的な理解に関する分対象が定められている。それらの科目および野より、特に情報システム分野に注目し、そ内容は、情報社会及び情報倫理、コンピューの教育プログラムである「飛行船制御プログ

タ及び情報処理、情報システム、情報通信ネラム」に関して述べる。

ットワーク、マルチメディア 表現及び技術、情報と職業の 6 分野から構成される。これら

２．情報システムに関する学習の分野と情報教育の 3 目標との対応は以下の(1)ように整理される。
情報活用の実践力：コンピュータ及び情報処理

コンピュータにおける情報の処理の学習
情報システム分野の学習項目としてピュータにおける情報の処理

コンがある。情報

情報の科学的な理解：情報システム、情報量(ビット)の理解、情報の符号化、誤り補正、通信ネットワーク、マルチメディア表現

実時間制御に関する学習が期待される。ここ及び技術では、机上の学習のみならず、体験による学情報社会に参画する態度：情報社会及び情
報倫理、情報と職業習の重要さが指摘される。
コンピュータにおける情報の処理のた

初等教育段階から展開される情報教育におめの体験学習とは、情報を伝達するための符

いては、情報活用の実践力の育成が陽に意識

号の設計、符号の表現（通信）、そして符号にされ、さらに近年の社会動向を反映し、情報よる制御といった一連の活動を実際に学習者社会に参画する態度の健全な育成に関する学自らが行うことが相当する。ここでは、アプ習もが取り入れられている。一方、高等学校リケーションソフトウェアや情報通信ネット段階での教科情報の展開においては、初等教ワークを必要としない学習展開が工夫できる。

育での情報教育の延長としての学習内容のみ

すなわち、プログラミング言語、情報システ

ならず、情報学に関連する学習内容である情ムの構築、ネットワーク管理の知識を伴うこ

報の科学的な理解の深化のための学習が盛りとなく、 コンピュータにおける情報の処理
文責：香山瑞恵（専修大学）
kayama@isc.senshu-u.ac.jp

日本情報教育開発協議会第2回全国大会講演論文集掲載(pp.93-96, 平成18年6月24日, 於：鳥取大学)を教授することが可能である。しかし、その御を行う。スプーンを叩く回数やタイミングためには工夫された指導プランと教具教材がによる符号体系(コード。これが飛行船への指不可欠である。

令となる)を学習者に設計させ、飛行船を目的通りに制御するための符号列(飛行船に対す(2) 指導の展開例

る指令系列)を作成させる。飛行船へは赤外線

高 等 学 校 段 階 で の 展 開 例 と し て 、 “Let’sポートを介してコードを送信する。小型の組GOGO!! マジカル・スプーン”が挙げられる込システムに実装された超音波センサにより[3]。身近な自然現象と組込システムとを用い、感知された信号の内容に従い、飛行船が制御コンピュータによる情報処理とコンピュータされる。飛行船は模型タイプの市販品を利用での制御の仕組みとを開発者の視点から学ぶし、それに独自開発した組込ソフトウェアを教育機会を提供する。留意したいのは、工業搭載した。そして、これらのシステム全体を科での教科内容であるメカトロニクス の範疇教材として利用する(図 1 参照)。には踏み入らないことである。すなわち、セ情報の符号化とその成果による通信／制御ンシングのメカニズムや信号の伝達原理などという視点から、この処理系全体を情報通信を取り上げることはせず 、コンピュータにおシステムと捉えると、効率／信頼性／安全性ける情報の処理に特化した教育プログラムでの尺度で符号を評価する学習活動まで展開すあるという点に特徴がある。

ることが可能である。

３． マジカル・スプーン(2) 目的プログラム(1) 概要本プログラムの目的は以下の 3 点である。

マジカル・スプーンとは、金属スプーンを• 初等中等教育段階の児童・生徒に対する利用して情報処理におけるエンコーディング

情報の科学的な 理解の た め の機会を 提／デコーディングを体験的に学習させるプロ供すること。

グラムである。金属スプーン等の高剛性な物• 情報科学の根本原理の１つである 符号

体同士が弾性衝突することで発生する数十キ
ロ Hz の超音波を利用して、飛行船の運行制化に関する興味を喚起すること。

• 情報システムを構成(符号化、プログラ

アンテナ
スプーン

飛行船局

地上局
設計コード転送用PC

図1

飛行船制御プログラム：マジカル・スプーンの構成要素
文責：香山瑞恵（専修大学）
kayama@isc.senshu-u.ac.jp

日本情報教育開発協議会第2回全国大会講演論文集掲載(pp.93-96, 平成18年6月24日, 於：鳥取大学)

ミング、制御など)する実体験を持たせ、飛行パタンを決定する符合体系の設計．

情報科学に対する関心を深めること。

3. 模擬演習
設計した符号体系を用いての模擬飛行．

(3) 特徴4. 飛行計画．

本プログラムの特徴を以下に示す。

提示された経路を航行するための符号列• 学習者がソフトウェア 設計者の立場で情報処理に関わる点の組み立て．
5. 実飛行• その処理ロジック制御動作の一部を代行する点

6. 評価
指導プランの具体例を表 1 に示す。これはコンピュータ内部動作の一部であるエンコ2005 年度にワークショップ形式でグループーダの振舞(飛行コードから超音波パタンをワークとして展開された例である。学習課題生成するまでの同期符号列生成)を学習者自は「砂漠に生息している野生動物の野外観測」らが演じることで、コンピュータの内部動作と設定した。出発地から調査エリアを航行しを実体験し、そのメカニズムを直感的に理解目的地に着陸させることを課題とし、航行経するための素地を育成することが可能である。

路には高さの異なる複数の障害物を設けた。
グループ毎に飛行船制御のために符号体系(4) 指導プランの設計と、航行経路をスムースに移動するた

マジカル・スプーンの標準的な指導プラン

めに符合系列の具体化を行わせた。飛行船のを以下に示す。

動作として、上昇／下降／前進／後退／右旋

1. 例示と講義回／左旋回／停止／停留の 8 種を利用した。

超音波／浮力／推力と情報技術との関係

4bit(制御信号 3bit ビット+パリティ 1bit)で符を例示しながら基礎知識を講義．

号設計を行う場合に利用する設計シートを図

2. 設計実習2 に示す。地上局上のセンタでの信号読み取
表１

学習形態

一斉

指導プランの具体例

学習項目

内容

時間(分)

学習課題の説明「飛行船を目的地まで航行させる」

10

コンピュータの動作原理

10

２進数とスプーンとの関係

15

飛行船の８種の動作

15

パリティビットの存在

15

飛行船制御指令の設計4bitで飛行船制御コードを考える。

30

飛行プログラム設計

経路に合わせた指令列を考える

30

飛行プラン発表

設計 した指令の解説と飛行実演

80*

超音波での通信の仕組み

20

超音波のセンシングの仕組み

20

飛行船の動作制御の仕組み

20

飛行船制御指令の組立ルールの学習

グループ

一斉
通信 と制御の仕組*:1グループ20分として4グループの場合

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日本情報教育開発協議会第2回全国大会講演論文集掲載(pp.93-96, 平成18年6月24日, 於：鳥取大学)

センサへの送信 コード
指 令

上 昇

下 降

前 進

後 退

右旋回

左旋回

停 止

停 留

123

P
1,2,3に■ が偶 数なら ■

□
□
□
□
□
□
□
□

□
□
□
□
□
□
□
□

□
□
□
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□
□
□
□
□

図2

１０ 進数

指 令→

上 昇→

下 降→

前 進→

後 退→

右旋回→

左旋回→

停 止→

停 留321P□ □ □ □□ □ □ □□ □ □ □□ □ □ □□ □ □ □□ □ □ □□ □ □ □□ □ □ □コード設計シート

ことへの気づきが、情報処理の確実性や妥当性の評価につながることを理解していた。

４．おわりに
本稿では、情報の科学的な理解を促進／定着させるための学習プログラムとして、 マジカル・スプーンの展開例を概観した。本プ

ログラムは、情報科学分野の中でも特に、コンピュータにおける情報の処理に関する学習を展開するものである。

りの特性から、設計した符号を逆順序で送信

本プログラムで利用している組込システムすることが必要となる。また、設計された符とは、産業機器・通信端末・家電機器・自動合体系を飛行船の動作と対応付けるために地車など多種多様な製品として人々の社会生活上局ソフトウェアにその対応を登録する必要を支える重要な構成要素となっている。我ががある。そのため、設計シートには、各符号国の産業を支える基幹技術であり、実世界とに対してセンサへの送信コードと 10 進表記

直結した情報学的モノ作りを具体化する分野とを記入させる。

でもあり、国際競争力強化のための人材育成が重要な課題となっている。このような社会(5) プログラム展開の成果情勢を鑑み、教科情報を学習した生徒に対し2005 年度のプログラム展開は 1 回であった。て、学習後の成果およびゴールを意識させる

関東地域の普通高校に在籍する高校生 1 年生

方法の 1 つとして本プログラムは有益である。

6 名と高校教員 1 名とが学習者として、大学教員 1 名と TA(Teaching Assistant)としての情参考文献

報科教職課程所属の大学生 6 名とが講師とし[1] 香 山 瑞 恵 ： ESSて、そして技術支援のために組込技術者 4 名

KidsDay05 報 告 ,http://163.136.121.42/~kayama/KidsDay05/ .

が参加し、本プログラムが展開された。学習者は所属高校において 6 ヶ月間、情報 A に関謝辞して学習していた。2 進数やコンピュータで2005 年度の情報の処理の仕組みに関する概念形成がな

テムシンポジューム 05(ESS05 : 情報処理学されていない状態である。

会ソフトウェア工学研究会/組込みシステム

マジカル・スプーン

は組込シス

プログラム実施後のインタビュー調査の結研究会共催)における Kid’s Day イベント「未果から、エンドユーザとしてコンピュータを来の技術者に贈るロボット技術と IT の世界」

利用する立場で教科情報に取り組んできていとして開催しました。開催支援をいただきまた高校生にとって、本プログラムがコンピュした ESS05 実行委員会(委員長:二上貴夫氏[東ータの利用に関する新たな気づきをもたらし陽テクニカ])に感謝いたします。

たことが示された。自らが設計した符号体系により、コンピュータが搭載された飛行船が制御できるという感覚は、コンピュータは 0

2006 年度の展開予定
マジカル・スプーン

は、2006 年度には、と 1 とで動作するという知識の体得的深化に

ESS06 での高校生対象イベント、および情報つながっていた。また、コンピュータが行うシステム情報学会 および 組込みソフト管 理べき情報処理の一部を代行し、時として誤っ者・技術者育成研究会との共催イベントとした信号や不適切な信号を自らの判断で発したて情報科教員向けの研修会を開催予定である。
文責：香山瑞恵（専修大学）
kayama@isc.senshu-u.ac.jp