コンテストチャレンジ型組込みシステム開発 PBL カリキュラムの開発
久住 憲嗣 細合 晋太郎 渡辺 晴美 元木 誠 小倉 信彦 三輪 昌史 孔 維強 築添 明 鵜林
尚靖 福田 晃全国の 15 大学が連携して進める教育プログラム「分野・地域を越えた実践的情報教育協働ネットワーク」において,九州大学では付加価値の高い Cyber Physical System を構築できる人材の育成を目的として，平成 25 年度より教育コースを開始した．本稿では，九州大学で開発を進めているコンテストチャレンジ型組込みシステム開発 PBLのカリキュラムを紹介する．
要旨英文

タイトル英文Kenji Hisazumi，九州大学システム LSI 研究センター，
System LSI Research Center, Kyushu University．
Shintarou Hosoai†．
Harumi Watanabe，東海大学情報通信学部，School of Information and Telecommunication Engineering, Tokai University．
Makoto Motoki，関東学院大学理工学部，College of Science and Engineering, Kanto Gakuin University．
Nobuhiko Ogura，東京都市大学メディア情報学部，Faculty of Informatics, Tokyo City University．
Masafumi Miwa， 徳島大学大学院ソシテオテクノサイエンス研究部，Institute of Technology and Science, The University ofTokushima．
Kong Weiqiang†，Akira Tsukizoe†，Takayasu Ubayashi†，Akira Hukuda†．
† 九州大学大学院システム情報科学研究院，Faculty of Information Science and Electrical Engineering, Kyushu University

１ はじめに
今日，我が国が抱える震災復興や少子高齢化など種々の社会的課題の解決や，社会の新たな価値や産業トワーク（Education Network for PracticalInformation Technologies，略称 enPiT：エンピット）」[1]を平成 24 年に開始した．の創出などを，情報技術の活用を通じて行うことが重enPiT では，大学間／大学・企業間で緊密に連携を要な課題となっている．この情報技術を活用して社会とりながら，クラウドコンピューティング，セキュリの具体的な課題を解決できる人材を育成するために，

ティ，組込みシステム，ビジネスアプリケーションの文部科学省 情報技術人材育成のための実践教育ネッ

4 つの分野を対象に，グループワークを用いた短期集トワーク形成事業の支援のもとで，九州大学を含む全中合宿や分散 PBL を実施し，日本の将来を担う世界に国の 15 大学（申請代表校：大阪大学）は，教育プロ通用する真の実践力を備えた人材を全国規模で育成

グラム「分野・地域を越えた実践的情報教育協働ネッすることを目指す．

九州大学は，名古屋大学と共に，組込みシステム分

みシステム研究会の後援を受け，九州大学の連合型野において，大学，企業，団体等と密接に連携し，実PBL（Project Based Learning）と新しい産学連携教践的な教育を実施・普及する．本稿では，組込みシス育手法である名古屋大学の OJL（On the Job Learning）

テム分野のカリキュラムを枠組みとして，九州大学との 2 タイプを実施する．両タイプとも問題発見能力を参加大学の教員で協働開発した「コンテストチャレン

身につける「基本コース」（主に修士課程 1 年生を対ジ型組込みシステム開発 PBL」のカリキュラムについ象）と管理技術とその運用方法まで踏込んだ高度な問て延べる．

題解決能力を身につける「発展コース」（修士課程 1・2 年生を対象）を設ける．参加学生の指導教員は，学

２ enPiT・組込みシステム分野のカリキュラム生に帯同して一緒に教育コースに参加し，分散 PBL の組込みシステム分野[2]では，「組込みシステム開発実施ノウハウを修得することとしている．補助期間終技術を活用して産業界の具体的な課題を解決し，付加了後に各大学で教育コースを継続して実施できる体価値の高いサイバーフィジカルシステム（CPS）の構制にするためである．

築による効率のよい社会システムを実現し，エネルギ

カリキュラムは，(1)基礎知識学習は，組込みシスーや環境問題など現在の日本が抱える重要課題に対テム基礎，ソフトウェア工学，および各大学で必要と応できる人材」を育成することを目標として，ディペされる科目で構成する．(2)短期集中合宿は，分散 PBL

ンダビリティ技術，センサー・ネットワーク技術，モのキックオフ合宿という位置付けで，基本コースではデルベース開発・検証技術，HW/SW 協調開発技術等のサマースクール，発展コースではスプリングスクール

組込みシステム開発に関する発展的な内容を学習すとなる．(3)分散 PBL は，九州大学の連合型 PBL と名る．連携大学（九州大学・名古屋大学）内にとどまら古屋大学の OJL のいずれかを選択する（表１）．

ず，広く全国から参加大学を募り，情報処理学会組込
表１ 組込みシステム分野のカリキュラム
授業科目名概要等(1) 基 礎 組込みシステム基礎 ディペンダビリティ技術，センサー・ネットワーク技術，モデルベース開発・検
知識学習
証技術，HW/SW 協調開発技術等の組込みシステム開発に関する基礎について学ぶ．
ソフトウェア工学
分散 PBL を実施する上で必要なソフトウェア開発技術やプロジェクトマネジメント手法について学ぶ．開発支援ツールの利用やモデルベース開発の基礎についても学ぶ．
その他
各大学で必要とされる科目(2) 短 期 サマースクール
基本コースの分散 PBL（組込みシステム開発総合演習）のキックオフ合宿として実集中合宿
施する．基本コースの学生が組込みシステム開発と分散 PBL の実施に必要なスキルを学ぶ．1 週間程度をめどに，自主的に学生に運営をやらせ，学生がハードウェアからソフトウェアまでの幅広い一連の開発プロセスを実際に体験する機会にする．
スプリングスクール 発展コースの分散 PBL（組込みシステム開発総合演習））のキックオフ合宿として実施する．参加大学の指導教員，PM，発展コースの学生が参加し，分散 PBL の指導方法や進め方について FD を行う．
(3) 分 散 組込みシステム開発 基礎知識，短期集中合宿で得た知識を基に，チームで組込みシステムを開発する．
PBL
総合演習 基本コース
組込みシステム開発 基本コース修了者が開発可能なレベルの組込みシステムを，技術および実用の両総合演習 発展コース 面から，より実践的な組込みシステムへ発展させる開発方法について学ぶ．
・「授業科目名」および「単位数」は，連携大学（九州大学・名古屋大学），参加大学，各々のカリキュラムに準拠する．

３ コンテストチャレンジ型組込みシステム開発PBL

体的には，過去に体験したことがある問題に類似した九州大学では付加価値の高い CPS を構築できる人

問題であれば，次のことが実行できることを目標とす

材の育成を行うが，そのプロジェクトの愛称を PEARL（Practical information Education collaboration
network Against Research fields and Localities）

る．
1-1）既存の研究，手法，システムなどについて調査，追試できる[3]とし，ESS ロボットチャレンジ実行委員会と密に

1-2）解決すべき課題に対して，調査に基づいて問連携し，コンテストチャレンジ型組込みシステム開発

題を定義するところから，仮説を立てて検証する

PBL の教育を実施していく．

までのプロセスを構築できる

PEARL で実施する連合型 PBL では，情報処理学会組込みシステムシンポジウム（ESS）のロボットチャレ1-3）１，２について，プロジェクトマネジメント手法を活用して実行できるンジテーマを共通テーマとして実施する．このテーマ

2）組込みシステムの開発について高度な開発力を身では，制御，機体，各種センサー，組込みソフトウェにつける．具体的には次のことが実行できることを目

アを利活用することが求められる．また，画像認識を標とする．

用いた位置の把握など参加学生が様々な工夫を行う

2-1）ソフトウェア工学に基づくシステム開発，とことができる教材にもなっている．情報の利活用教育

りわけモデルを中心に据えたシステム開発プロに適した教材と言える．

セスを構築し，これに基づいたシステムの開発がPEARL の教育では，付加価値の高い CPS を構築でき実践できるる人材の育成に向け，高度な問題解決能力，価値創造2-2）ソフトウェアとハードウェアの相互作用を伴力，高度な組込みシステム開発力，デザイン力・人間うシステムについて，協調設計が必要となるよう力を重視した教育を行い，これらを統合した付加価値な統合的システムを開発できるの高いシステム構築力を有した人材の育成を目的と

2-3）ハードウェアの制約を配慮した，あるいはハードウェアの性能を引き出すことができるする（図１）．
以下では，基本コースの連合型 PBL について述べる．

３.２ カリキュラムおよび演習
３.２.１ カリキュラム
付加価値の高いシステム構築力コンテストチャレンジ型の組込みシステム開発PBLは，表２に示すように，基礎知識学習，短期集中合宿，高度な組込みシステム開発力

価値創造力

および分散 PBL で構成し，短期集中合宿はサマースク
デザイン力
・人間力ール(前半)とサマースクール(後半)で構成する．
３.２.２ 演習の題材と課題
演習題材は「掃除ロボット風開発キット：Kobuki」

高度な問題解決能力（図２）として，制御，機体，各種センサー，組込みソフトウェアを利活用する演習を行う．演習課題は，

図１ PEARL の教育目標

キックオフでは図３のような単純走行の所要時間の最短化とし，分散 PBL では難易度を上げ，制限時間内

３.１ 学習目標

での指定された位置静止や情報収集の高精度化を設

1）高度な問題解決力，価値創造力を身につける．具定する．

表２ コンテストチャレンジ型組込みシステム開発 PBL のカリキュラム
短期集中合宿
基礎知識学習分散 PBL
サマースクール・前半
サマースクール・後半
学 PBL を実施するに当 分散 PBL を実施するうえで必要 プロジェクト管理面，システム プロジェクトの遂行を習 たり必要となる基 な知識とスキルを学ぶ．
開発面の両者の観点から，課題 通して，基本コースの学
目 礎的な知識，スキル設定，今後の実施計画の妥当性 習目標に掲げた知識，ス
標 を身につける．の評価方法について学ぶ．
キルを身につける．
実 基礎知識学習科目 分散 PBL のキックオフ合宿とし 講義とポスター・デモセッショ 各校において分散して施 として開講される て実施する．具体的には，既存研 ンを実施する．サマースクー サマースクールで設定
内 組込みシステム基 究，手法，システムなどの調査方 ル・前半の講義，振り返りを踏 した PBL 課題を実施す
容 礎，ソフトウェア工 法，問題を定義し，仮説を構築し，まえた課題設定，今後の実施計 る．
学，その他を受講す 解決する手順について，事例を通 画，進捗状況，準備状況についる．
して学ぶ．また，プロジェクトマ てポスター・デモセッションにネジメント手法について学ぶ．さ て発表する．ポスター・デモセらに，ソフトウェアとハードウェ ッションにおける受講生間，教アとの相互作用を考慮した統合 員との間の議論により課題設
的システム設計手法について学 定，今後の実施計画を改善す習する．
る．
３.３ 受講条件・修了要件
参加大学の修士課程の学生を対象とする．さらに，
最大速度：70cm/s
可搬重量：5kg（フローリング）、4kg（カーペット）
稼働時間：3時間（標準バッテリー）、7時間（ラージバッテリー）
充電時間：1.5時間（標準バッテリー）、2.6時間（ラージバッテリー）

図２ 掃除ロボット風開発キット：Kobuki

同等の学力，スキルを持つと判断できる学生も対象とする．
以下の要件を満たしたとき修了とし，PEARL 修了証を授与する．また，修士以外の学生には PEARL ジュニ
ア修了証を授与する．
・短期集中合宿 修了【タスク】¾ Kobukiにペットボトルを乗せ、杭の外側を１周する。
¾ ペットボトル及び杭を倒さないこと。
¾ 他社(=他グループ)に負けないように、なるべく早くスタートエリアまで戻ること。

【評価】・分散 PBL 修了
４．おわりに
九州大学大学院システム情報科学府では，平成 19• ３回走行タイムを記録し、ベスト記録で争う。
L2＝120Cm

年度に「社会情報システム工学コース（QITO）」［4］を設置し，情報技術人材育成事業を進めてきた．このQITO の PBL テーマの中からコンテストチャレンジ型

L1＝80Cm

杭(ペットボトルで代用)

テーマを取り出し，それを複数の大学が連合して実施する連合型 PBL とし，ネットワーク形成事業 PEARL をスタートさせた．今後は，「コンテストチャレンジ型PBL」に加えて，名古屋大学で実施している OJL，すKobuki

Kobukiの最大速度は 70Cm/秒
なので 2×(L1+L2)/70秒 程度で戻れそうだが？

図３ キックオフでの演習課題

なわち産業界から求められる開発課題に取組む「システム開発型 PBL」
，さらには，組込みシステム開発を伴う「事業企画型 PBL（アントレプレナーシップ）」なども視野に入れ，大学，企業，団体等との連携をさらに拡大していきたい．

謝辞 九州大学 PEARL プロジェクトは，「分野・地域参考文献を越えた実践的情報教育協働ネットワーク」の補助金[1] http://www.enpit.jp/

により文部科学省 情報技術人材育成のための実践教[2] http://emb.enpit.jp/

育ネットワーク形成事業の一環として実施したもの[3] http://www.qito.kyushu-u.ac.jp/project/PEARLである．

[4] http://www.qito.kyushu-u.ac.jp/