未来社会・生活をつくる力を育てる技術・家庭科教育「Ｄ (３)プログラムによる計測・制御」
甲府地区独自教材とヒダピオとの発展教材
１

はじめに
甲府地区では，生徒が現代社会を支える計測・技術について関心を持ち，その活用の仕方などに対して客観的に判断・評価し，主体的に活用しようとする態度に着目した。情報基礎領域においても，1989 年度版学習指導要領から新設され，2008 年新学習指導要領では D「情報に関する技術」の 4 つの内容に構成し，D(3)プログラムによる計測・制御の指導内容を全ての生徒に履修させることになった。本教科ではコンピュータを通してアプリケーションの習得ではなく，コンピュータを利用した技術を教育対象としていく授業へと重みを増していくと考える。計測・制御を学ぶことにより，技術と社会や環境との関わりについて理解を深めさせ，学校における学習と家庭や社会における実践との結びつきを見いだせる製作題材と授業計画を考える。
２

研究の経過と組織（１）研究経過
4 月 10 日（火）年間確認

5 月 15 日（火）内容検討

6 月 19 日（火）内容検討

8 月 6 日（月）夏季研究（題材の製作）

8 月 17 日（金）夏季研究9 月 4 日（火）年間指導計画検討

10 月 2 日（火）教研レポート検討（２）研究参加者

３

神宮司真佐子（羽黒小）（部会長）

小野一人（上条中）杉本博之（南中）小林孝（南西中）石田宏（東中）松本豊和（城南中）

瀬田肇（富竹中）石田剛士（北西中）

山岸正人（北中）向山芳樹（北東中）

市村淳（城南中）

藤巻賢司（笛南中）西川卓（西中）（事務局）

山主公彦（附属中）（研究推進員）

研究のねらい
甲府地区では新学習指導要領への取り組みを早くから行い，内容についても絞り込んできた。

具体的には「Ｄ情報に関する技術」の内容に関わる教材をＰＩＣやＡＶＲといった，ワンチップマイコンを主として研究し，実践することによって，D(3)プログラムによる計測・制御-1-

の題材の有効性と妥当性を検証することとした。
４研究の内容甲府市では「ハイブリッドオルゴール」として，エネルギーの変換等を学習するための独自題材を利用してきた。その題材と昨年度から甲府部会で研究を進めているヒダピオを接続することで複合教材として利用できないかと考えた。また，具体的に年間指導計画を作成することによって次年度からの授業計画を検討した。
図1（１）ヒダピオについて

ヒダピオ本体ワンチップマイコンを書き込むライタからはじまり，学校現場でも簡単に使用できる教材を模索していた。山形県立産業技術短期大学校情報制御システム科千秋広幸教授で HIDaspxや周辺ツールが一式開発されており，これを利用したヒダピオシステム（HID AVR

Programmer & IO）が Windows の GUIも用意されていた。使いやすく安価な事から教材として適していると考えた。

図2

接続した様子（２）ヒダピオを制御するソフトウェア「ＪＡ制御ヒダピオ」について
学 習 用 ソ フ ト と し て Ｊ Ａ 制 御ヒ ダ
ピオ は フ リ ー で あ る 。 プ ロ グ ラム 自体は イ ン ス ト ー ル が 不 要 で あ り， 簡
単に 導 入 す る こ と が で き る 。 言語 はBASIC を採用し，比較的容易に，教職員 も 指 導 す る こ と が で き る 。ま た
プロ グ ラ ム を 苦 手 と す る 生 徒 もマ ウ
スな ど の 入 力 を 利 用 す る こ と によ っ

図3

ＪＡ制御ヒダピオ

Winsow 画面て簡 単 に 制 御 す る こ と が で き る。 基
本的にできることは 8 つの LED への電流プログラム画面では 5 つの画面を切り替えて順序立てて授業を行う事が可能である。動作環境としては■ Wondows 98SE/2000/XP/VISTA/7■ CPU OS が正常に動作する CPU■メモリ OS が正常に動作するメモリ量 ■ USB 端子必須と，どのような環境でも動作ができるといえる。また，学習できる内容は以下の通りである。
１．プログラミングと計測・制御の基礎知識
２．８ポートの入出力制御実験（３ポートの入力ポートが別にある）
３．１０進数，２進数，１６進数の変換
４．簡易プログラミング学習-2-（３）ヒダピオの拡張性について
８ポ ートの 入出 力制御実験 を基本として行い ，制御 の基 本を学習す ることができる。 また基 盤に はＣｄｓも 付属しており，セ ンサー を利 用した入出 力の制御もプログ ラムを 利用 して活用す ることができる。 拡張ボ ード としてデジ タル数字ボードも用意されており，7 セグメントのデジタル 表示に つい ての学習も 発展として可能である。（図 5）
これ らのプ ログ ラムを組み 合わせると同時に ，拡張 ボー ドを利用し て信号機の

図4

ＪＡヒダピオ

簡易プログラム画面

シミュレーションを作成することができる。（図 6）
信号のシミュレーションは交差点の信号機の様子をプログラムを利用して実際に制御することができる。
（４）甲府市独自教材のハイブリッドオルゴール
甲府市ではこれまでキット教材を使用せず，ハイブリッドオル 図 5

デジタル信号ボード

ゴールとして地域で独自の題材を利用してきた。
それは，アクリル板の加工の学習も行い，太陽電池やエネルギー変換，クランク機構などの学習ができる教材である。（図 7）この「ハイブリッドオルゴール」と名付けられた題材は新学習指導要領の「Ａ材料と加工に関する技術」と「Ｂエネルギー変換に関する技術」が同時履修できる効果的な教材であると考えている。この題材は，これまでの甲府地区の取り組みとして多様なオルゴールが作られており生徒のアイディアを具現化しエネルギー変換の仕組みを効果的に学習するのに有効である。
（図 8，図 9）
図7

ハイブリッドオルゴール材料-3-

図 6 信号機拡張ボード

図8

ハイブリッドオルゴール作品例

図9

ハイブリッドオルゴール作品例

図 10

製作過程 1

図 11

製作過程 2

図 12

製作過程 3

図 13

製作過程 4

生徒は，曲の決定からはじまり，クランク機構などを利用して動きを構想し，実際に構想した動きになるように製作を行う。（図 10 ～図 13）生徒自身の考えを具現化する過程で材料加工やエネルギー変換などを学習することができる。
（５）ハイブリッドオルゴールをヒダピオに接続するヒダピオ－ハイブリッドオルゴール
このハイブリッドオルゴールにヒダピオを接続できるようにすることで，LED などの装置もつけ，コンピュータで制御できるのではないかと考えた※１。これによってこの教材が，学-4-

習指導要領のＡ，Ｂだけでなく，「Ｄ情報に関する技術」も含めた教材になり，連続した学習内容の計画，蓄積され，継続された学習教材を提案できるのではないかと考えた。
ハイブリッドオルゴール

ヒダピオ学習ＤＡ

材料と加工に関する技術

Ｂ

情報に関する技術

エネルギー変換に関する技術

ひとつの教材で継続された学習

まず，はじめに LED やモータを接続する基板を別に製作した。できるだけ生徒にも理解しやすく，製作しやすいように簡単な構造を目指した。基板はオルゴールとヒダピオを結ぶ重要な役割を持っている。（図 14）
ヒダピオでモータを制御する場合にはモータドライバICTA7291Pという IC を接続する必要があるが，複雑化するために今回は使用しない。
ヒダピオを使ってオルゴールの LED などの制御を行

図 14えるようにした。オルゴールを作動させながら LED の作成した基板点滅プログラムが可能となる。（図 15,16）（６）指導と評価の計画について授業で行っていく場合の計画と評価についての指導計画例を作成した。限られた時間内において，ハイブリッドオルゴールの製作と基板の製作，そしてプログラムによる制御が行うことができるのかという課題も考えられる。
図 15５製作したオルゴール

夏季研修について夏季研修として甲府地区の研究員で，ハイブリッドオルゴールの製作手順について確認や，注意点などの情報交換，そして実際にハイブリッドオルゴールとヒダピオの接続基板なども製作し，授業計画を考えた。
（ 図 17，図 18，
図 19）

図 16-5-オルゴールとの接続

図 17
６

図 18

図 19

研究の成果と課題
ヒダピオシステムでは，既存のコンピュータ教室への導入の容易さ，一人一台でも購入可能な値段設定，プログラムを苦手とする生徒も GUI を利用してマウスで簡単に制御ができる。
また既に用意されている基礎実験に沿って行う事で短い時間の中でも学習を進めることができる利点がある。そして，コンピュータに接続し，その場で LED が点滅する様子は生徒達にもわかりやすく意欲的に学習に取り組むことができる題材である。
甲府地区のハイブリッドオルゴールは，リンク機構やカム機構などを学習し製作することができるばかりではなく，アクリル板の加工などの材料加工の学習にも適している教材といえる。
生徒が自ら考えた製作品を実現させる喜びと達成感を得ることができる。このハイブリッドオ
ルゴールをヒダピオに接続することで，生徒自らが製作した作品をコンピュータを利用して制御することができ，連続した学習内容の構築を行うことができる。生徒としてはこれまで製作してきた愛着のある製作品を利用して，次の学習内容に入れるなどの利点が考えられる。
研究を進めていくと，利点だけではなく，実際に計画された授業を行う場合や，家庭に持ち帰る場合を考えると新たな問題も考えられてきた。
以下のように家庭に持ち帰り，オルゴールと LED を動作させたいが以下のような課題がある。
○オルゴールも LED も制御したい。
・ヒダピオで制御するためには家庭にコンピュータとヒダピオ（1500 円）が必要である。
・モーターを制御するにはモータードライブなどを組み込むことで回路が複雑化する。
・ハイブリッドオルゴール（材料費 3000 円）と LED 他部品代（500 円）にさらにヒダピオ（1500円）と学校教材費としては高額となる。
○コンピュータを使わずに，オルゴールと LED を制御させたい。
・LED を制御するには PIC が必要となり，回路が複雑となる。（PIC の価格も増える 150 円程度)
・オルゴールのモーターと LED の電圧が違うため，電池が複数となり，回路が複雑となる。
本研究では家に持ち帰ってもオルゴールは鳴るが，LED は点等すらしない題材であるが，制御を学ぶ機会として取り入れた。コンピュータで全て制御する方法も考えたが，太陽電池を利用して充電池に蓄電し，オルゴールが動作することでエネルギー変換を学べるという利点を失いたくないため，どうすればいいのか悩んでいるのが現状である。

-6-

参考資料 1

ヒダピオのプログラムの方法について基本的なプログラムとしてできる命令は以下の通りである。
○ポートの入出力設定命令（ddrB 命令），入出力制御命令（portB，pinB，pinD 命令）○構文（Do-Loop 文，For-Next 文，IF-Then-Else-End If 文）○サブルーチン（Gosub-End Sub）
これらを組み合わせてプログラムを制作する必要がある。
■プログラム例１
ddrB=255

出力設定(全て出力)

For ｉ=1 To 3

・繰り返し命令（有限繰り返し）

有限くり返し(開始位置)

portB=1，300 B0

出力(点灯，他消灯)

Ｆｏｒ

portB=2，300 B1

出力(点灯，他消灯)（プログラム）Next i

有限くり返し(戻り位置)

Endｉ＝１

Ｎｅｘｔ

プログラム終わりＴｏ＊ｉ※ＦｏｒからＮｅｘｔの間のプログラムを指定した回数（＊回）だけ繰り返す■プログラム例２
ddrB=255 出力設定
Do(全て出力)・繰り返し命令（無限繰り返し）

無限くり返し(開始位置)

portB=1，300 B0

出力(点灯，他消灯)

Ｄｏ

portB=2，300 B1

出力(点灯，他消灯)

Ｌｏｏｐ

Loop

無限くり返し(戻り位置)

End

プログラム終わり■プログラム例３（プログラム）※ＤｏからＬｏｏｐの間のプログラムを何度も繰り返す。

分岐までがこのソフトウェアで行える命令である。

If pinD.0=1 Then

センサーが 1 ならば

portB=240,300

出力(点灯，他消灯)

Elseセンサーが 0 ならば

Ｉｆ （条件） Ｔｈｅｎ （実行命令１）

portB=15,300

出力(点灯，他消灯)

Ｅｌｓｅ

End If
参考文献

・分岐命令（実行命令２）

分岐終了
・JA 制御ヒダピオシステム

・PIC とセンサの電子工作

http://hidapio.jp/

鈴木 哲哉 (著) ラトルズ

・PIC を使った，LED 点灯回路の実験
http://scw.asahi-u.ac.jp/~sanozemi/Sakuhin/pic01/PIC01.html-7-ＥｎｄＩｆ