ホチキス先生の「プログラマーと呼ばれたい」

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小学校でマイコンボードの体験会をする。いわゆるLチカの発展形。

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明日は小学校で子供たちにマイコンボードの体験コーナーをする。短い時間で低学年から高学年までの子供たちに楽しさを伝えるために工夫をする。いわゆる「Lチカ」をベースに。

たとえば小学校の高学年、5年生と6年生対象なら、パソコンを使って簡単なプログラミングをすることができるかもしれない。それにしてもある程度のまとまった時間が必要だし、パソコンなど機材を準備しなければならない。

10分程度の短い時間で、小学校1年生から6年生までの幅広い子供たちにマイコンボードや電子工作の楽しさを伝えるにはどうすればいいか。そこにはいろんな工夫の余地がある。

子供たちの輝く瞳を見たい。だから教育は面白い。

神戸三ノ宮で「マインクラフトとプログラミング教育」の勉強会をした。

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2017年1月28日、神戸三ノ宮で「マインクラフトとプログラミング教育」のテーマで勉強会をした。マイクラフトが好きな小学生5人に Surface 3 でモダンアプリ版のマインクラフトをしてもらい、教員5人がサポートしながらマインクラフトを子供たちがどのように使うかを見て、マインクラフトをプログラミング教育に利用するヒントを得ようと考えたのだ。

詳細はアドミンティーチャーズのサイト https://adminteachers.wordpress.com/ にも報告したが、今回は用意した機材で実習がスムーズにできるかを検証することとし、詳細なコースを用意することはしなかった。

今回やってみてよくわかったのは、Surface を使うと数分の準備で実習を始めることができること、子供たちは極めてマインクラフトの世界に興味が高く教員の動機づけがなくても自然に演習に集中できること、自然発生的に協働作業が行われること、わからないことがあれば教えあう関係性が自然におこること、攻略本を一緒に見ながら問題解決をする姿が見られたこと、などだ。

マインクラフトを教材プラットフォームとして、プログラミング教育に利用することは効果的だと実感した。次は効果的な「課題」あるいは「学習コース」を考えることだろう。そのためには教員がマインクラフトの世界を知り、何ができるか、どのようなコースを組み立てることができるかを考える必要がある。

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2016年10月1日のアドミンティーチャーズのラボワークでは、ESP8266 WiFi モジュールを搭載した Arduino WeMos D1 を 2台使い、一方を WiFi アクセスポイント、もう一方を WiFi クライアントとして接続し、Web サービスでデータ通信をする。

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アドミンティーチャーズのラボワークでは、8月と9月にESP8266 WiFi モジュールを搭載した Arduino WeMos D1 を使って通信を試した。WeMos D1 は安価で手に入れやすいマイコンボードで、実習教材にも適していると思われる。しかしまとまった解説やサンプルスケッチがなかなか見当たらない。多く見られるのは WiFi クライアントにしてアクセスポイントに接続し、Web サービスを実装するというものだが、WiFi クライアントにすることや Web クライアントを実装する事例は少ない。試行錯誤が必要だったが、うまく通信できるようになった。

今回の「ラボワーク」では 2台の WeMos D1 を使う。一方の WeMod D1 を WiFi アクセスポイントの設定にし、Web サービスを実装する。Web サービスでは、アナログ I/O ポート A0 に接続したボリュームの電圧を Web ページに表示するようにしておく。もう一方の WeMos D1 は WiFi クライアントの設定をし、起動したら WiFi アクセスポイントにした WeMos D1 に接続するようにし、Web クライアントを実装して Web ページを取得し、HTML テキストからボリュームの値を取り出して Multifunction Shield の 7セグメント LED に表示する。

マイコンボードが互いに WiFi 接続できれば応用範囲が広がるだろう。また Web サービスや Web クライアントを実装することで、Web サービスの仕組みも理解できる。

アドミンティーチャーズのラボワークは、会の性質上「情報教育に関心のある方」としているが、必ずしも学校関係者に限定しているわけではないので、興味のある方はぜひ来てほしい。またノートパソコンの Arduino 開発環境は、当日ラボワークで設定することもできるし、ノートパソコンがなくても実習を楽しめるし、ゆるやかな体験、交流の場なので、気軽に手ぶらで来てもらってかまわない。

アドミンティーチャーズ Web サイト
https://adminteachers.wordpress.com/

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3月5日(土)、神戸三ノ宮で行った「ラボワーク LW02 – Digispark 切手大の小さい Arduino を使う」

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アドミンティーチャーズ「『ラボワーク LW02 – Digispark 切手大の小さい Arduino を使う』の報告」
https://adminteachers.wordpress.com/2016/03/28/%e3%80%8c%e3%83%a9%e3%83%9c%e3%83%af%e3%83%bc%e3%82%af-lw02-digispark-%e5%88%87%e6%89%8b%e5%a4%a7%e3%81%ae%e5%b0%8f%e3%81%95%e3%81%84-arduino-%e3%82%92%e4%bd%bf%e3%81%86%e3%80%8d%e3%81%ae-2/

今回の「ラボワーク」では、参加のみなさんがご自分のパソコンをお持ちになったので、実際に環境を整えたりスケッチを書いたりという実践的な実習ができた。とてもよかった。今回の「ラボワーク」では、次のようなことをした。

・切手大の Arduino の亜種といえる Digispark を使ってみる。
・Arduino IDE で Digispark を開発するための環境を整える。
・Digispark と PC 間のインタフェースについて知る。
・Arduino IDE を使って簡単な「Lチカ」プログラミングをして Digispark を動かす。

Digispark は USB インタフェースの形状が異なるものを 2種類用意した。ひとつはむき出しの USB コネクタがボード上に形成されているもので、もうひとつはボードにマイクロ USB コネクタが付いているも。むき出し USB コネクタのものはケーブル不要で直接パソコンに挿すことができるので便利だ。どちらの Digispark も中身は同じ。

Digispark は Arduino IDE で開発することができるが、Digispark 用のボードマネージャーを適用する必要がある。ここで現在、Digispark 開発用に提供されているボードマネージャーが、Arduino IDE のバージョンによっては動かないという現象がある。Windows 用の Arduino IDE では、1.6.5 では正しく適用されることがわかっているので、異なるバージョンの Arduino IDE を使っている方には 1.6.5 をインストールしなおしていただき、その後 Digispark 用のボードマネージャーを適用していただいた。

Digispark は他の Arduino と異なり、パソコンとのインタフェースは USB – シリアル変換ではない。パソコンからは Digispark はキーボードやマウスと同様の HID (Human Interface Device) として動作する。したがって固有のデバイスドライバを導入する必要がなく、標準の HID ドライバが適用されればいい。スケッチを導入するには、まず Arduino IDE で「マイコンボードに書き込む」ボタンを押してから USB に Digispark を挿す。Digispark は通電後、数十秒間はプログラム転送モードになり、その間にスケッチが導入される。スケッチの導入が終われば自動的にリセットし、プログラムが動き始める。

Digispark にはオンボードで LED が 1個ついているので、スケッチでオンボードの LED を点滅させるスケッチを作って確かめた。点滅速度を変更したり、PWM でフェードイン、フェードアウトの光らせ方を体験したりした。

次回は 4月2日(土)。テーマはプログラミングとし、シフトレジスタでコントロールする LED チューブの点灯と、ダイナミック点灯のプログラミングを考えている。前回同様 12 名の定員の小さな会議室を予約しているので、希望の方は早めに申し込んでください。数日中にアドミンティーチャーズのサイトで告知します。

アドミンティーチャーズ Web
https://adminteachers.wordpress.com/

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アドミンティーチャーズの第二回ラボワークは切手大の小さい Arduino「Digispark」を使った実験をします。

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3月5日(土)、兵庫県神戸市中央区、三ノ宮駅前の神戸市勤労会館でアドミンティーチャーズのラボワークの第二回目を実施します。今回のテーマは Digispark という「切手大の小さい Arduino」です。Digispark にもいくつかの異なるモデルがありますが、今回は最も一般的な 2種類のモデルを用意します。

アドミンティーチャーズ Web「ラボワーク LW02 – Digispark 切手大の小さい Arduino を使う」

ひとつはむき出しの USB コネクタがあるもので、直接パソコンの USB ジャックに挿して使います。

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もうひとつはマイクロ USB コネクタがついているもので、USB ケーブルでコンピュータにつなぎます。

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会場の都合で定員が 12 名です。お早めにお申し込みください。

アドミンティーチャーズ Web「ラボワーク LW02 – Digispark 切手大の小さい Arduino を使う」
https://adminteachers.wordpress.com/2016/02/27/%e3%83%a9%e3%83%9c%e3%83%af%e3%83%bc%e3%82%af-lw02-digispark-%e5%88%87%e6%89%8b%e5%a4%a7%e3%81%ae%e5%b0%8f%e3%81%95%e3%81%84-arduino-%e3%82%92%e4%bd%bf%e3%81%86/

小学校のカーニバルで「マイコンボードで Lチカ体験コーナー」をする – ブース型の体験コーナーで得たこと

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小学校のカーニバル。子供たちが様々な店を企画してみんなを楽しませる、つまり小学校版の文化祭のようなイベントだ。そこで PTA として「マイコンボードで Lチカ体験」というコーナーを出した。部屋は理科室。実験台に Arduino や Netduino のマイコンボードや部品を並べ、子供たちに体験をしてもらうブース型のコーナーだ。

昨年「青少年のための科学の祭典」で同様の出店をした経験から、このようなスタイルで小学生に体験させるにはどのような工夫が必要なのかということが少しわかった気がする。会議用の長机程度のスペースを使い、椅子をならべて数人を集めてマイコンボードの体験を 10分程度でする、終われば次のグループがどんどんやってきて入れ替わるというスタイルだ。

1.その場でプログラミングは無理

できればその場でプログラミングをし、あるいはコードを書くことはしなくても、できたコードを見せてビルドし配置する、ということを体験させたい。しかしブース型の入れ替え制スタイルで、小学生に対しては無理だ。相手が中学生で、パソコンもマイコンボードの数だけあり、同時に少人数、時間もせめて 20分あればできるかもしれない。したがってその場でプログラミングすることはあきらめ、あらかじめマイコンボードにプログラムを入れておくしかない。したがってイベントの目標は「プログラミングを理解する」のではなく「プログラムによってマイコンボードが動作することを理解する」ことにする。それをどういう形で体験し理解させるかを工夫する。

2.いろいろ用意せず体験は 1種類だけにする

計画の段階では「あれもしたいこれもしたい」と思うので、タイプの異なる実習を何種類も用意しようと思う。興味や関心に応じて選んでやってもらおう、と。しかし完全に個別対応ならうまくいくかもしれないが、5~6名の子供に同時に説明し体験させるには、異なる種類のものを同時に説明するのは無理がある。子供たちをきちんとコントロールできないと事故がおこる可能性もある。体験は 1種類だけにし、応用で見せたいものはすぐできるように用意しておき、見せるだけにする。

3.人数は同時に 10人くらいはできる

きちんと準備ができていれば、小学生なら 10人くらいは同時に対応できることがわかった。同じことをやるなら小学生は友達どうしで見比べながら作業ができる。そのためには机は広いほうがいい。昨年の「青少年のための科学の祭典」では会議用の長机を使ったが、今回は小学校の実験室だったので実験台を使わせてもらった。実験台は奥行きが広いのでマイコンボードや部品を並べても作業に余裕があった。できれば奥行きのある机に輪のようになって座ってするのがいい。

4.直観的に操作できるように準備する

いちいち説明書きを見ながら作業をするのは無理だ。そこで口頭で簡単に説明するだけでいいように、体験は直観的にそうさできるように準備する。回路を作るなら一列に並んだピンに順番にコードを挿していく、3接点のセンサーを使うなら、すだれ型の 3本セットのケーブルを使い、末端には 3ピンのコネクタを取り付けておく、電源のプラスは赤、マイナスは青とブレッドボードの色にあわせておく、などだ。こうしておくと「順番につなぐんだよ」「同じ色をつないでね」「同じ形のところにつないでね」と言うだけでいい。

5.ブレッドボードは難しい

ブレッドボードを小学生に理解させるには、このようなブース型の体験コーナーでは無理だ。まずブレッドボードの内部配線を理解しなければ、どのように回路がつながったのかわからない。実際に小学生にブレッドボードを使わせてみると、LED が光る回路を作ることができても、なぜ光ったかが実感できないでいるようだ。ほとんどの子は光ったことは喜んでも、なんとなく納得しがたい顔をして帰っていく。もし LED を直接光らせる体験をさせたいなら、ブレッドボードは使わずリード線とワニ口クリップを使ったほうがよさそうだ。

6.教材は多めに用意する

きちんと教材を用意しておけば 10人程度は同時に対応できる。スペースに余裕があればもう少し同時に多くに人数でできるかもしれない。そこで教材は想定する数より多めに用意しておくのがいい。また次々にグループがやってきたとき、前のグループでやったものの片付けができていないと待たすことになる。そこで片づけなくても 2回くらいは連続でできるように、同時想定人数の2倍の教材を用意できればさらにいい。

7.電源の管理を工夫する

どのような実習にせよ、マイコンボードや電子回路の実験なら電源を必要とする。回路を組み立てて最後は電源を接続するのだが、AC アダプターを使うのか、乾電池を使うのか、モバイルバッテリーを使うのか。電源ケーブルの引き回しをどうするのか。今回は AC アダプター付きの 7ポート USB ハブを使ったが、USB ケーブルが短くしかも堅かったので使いにくかった。モバイルバッテリーは万一回路が短絡したときに危険かもしれない。電源供給ケーブルのとりまわし、短絡しないケーブル末端の処理、などに配慮する必要がある。小学生には乾電池を使うのがわかりやすく、短絡したときの問題を考えると、内部抵抗の大きなマンガン乾電池を使うことが良いと思われる。

こうした実習は、プランを立ててやってみることで経験が得られ改善の工夫をイメージできる。子供たちは思いもよらない姿を見せてくれる。優れた教員は常に子供たちの様子を観察し、細かな違いを見極める目を持っている。そこで気づいたことを次のプランに組み込んでいく。したがってこうした実践は教える側にとっても貴重な経験である。それにしても小学生に何かを教えるということはエネルギーがいる。やっているときは感じなかったが、2時間ほどの体験コーナーを終えて家に帰ってくると、気が緩んで疲労と睡魔に襲われて夕方まで昼寝をしてしまった。小学校の先生はたいへんだ、ということも実感した。

教科「情報」とプログラミング

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高等学校で教科「情報」が新設され、「情報A」「情報B」「情報C」が選択必履修科目として実施されたのは 2003年、平成 15年の 4月のことだ。今年度で 13年目を終えようとしている。必履修科目とは、日本で高等学校を卒業するためには必ず学ばなければならない科目のことであり、それは文部科学省が学習指導要領で決めている。学習指導要領はおよそ 10年単位で新しいものに書き換わっており、時代の変化に対応しながら必履修科目も変わってきている。選択必履修とは、学習しなければならない科目を一つに決めるのではなく、いくつかの科目の中からどれか一つを選んで学習することになっている科目設定をいう。選択必履修のわかりやすい例として芸術があり、芸術は必履修だが現行の学習指導要領では「音楽Ⅰ」「美術Ⅰ」「書道Ⅰ」「工芸Ⅰ」のうち生徒の興味関心、学校の学習環境などに応じてどれか一つを選択して学習することになっている。教科「情報」も、「情報A」「情報B」「情報C」のうちどれか一つを学習すればよいと設定され、2003年、平成 15年の 4月に高等学校に入学した全国すべての生徒から教科「情報」が選択必履修科目となった。

ところがこの教科「情報」では、当初プログラミングに重きをおかない授業が主流だった。それどころかコンピュータや情報通信ネットワークすら軽んじられた。それには理由がある。

2003年の 4月から新たな科目「情報」の授業を全国の高等学校で一斉に実施しなければならなくなったが、多くの学校で 1年生に週 2時間の授業を実施することになった。これは例えば 1学年 8学級規模の学校で週あたり 16時間の授業が必要になることであり、教員 1名を充てなければならない計算になる。現時点で文部科学省の最新データによると、全国の普通科を擁する高等学校数は 3,824校、普通科に在籍する高等学校生徒数は 2,415,330名であり、この数値に基づくと新たに学校に 1名配置するとすれば 3,800名、生徒数 320名に対して 1名配置するとすれば 2,500名の新たな教員採用が必要となる計算になる。その一方で生徒にとってみれば教科「情報」の授業が増えるかといって、週当たりの授業時間が 30時間から 32時間に増えるわけではない。「情報」の授業が増える一方で減る授業がある。民間企業ならば不要部門を整理して人員を減らし、新たな部門に人材確保するところだろうが公務員はそうはいかない。そこで「理科」や「数学」などの現職教員から教科「情報」の実施に意欲のある、または資質のある教員を選び、通称「認定講習」と呼ばれる一定の講習を受けた者について教科「情報」の免許を交付することにした。この免許講習は 2000年、平成 12年から 2002年、平成14年の3年間に各都道府県で実施され、全国で約9000人の教科「情報」教員免許取得者が誕生したと言われる。

筆者はもと理科の教員で、この「認定講習」の最初の年、平成 12年に参加して免許を取得した。この研修で強い印象を受けたのは、「先生方の得意な分野で授業をしてもらえばいい」という雰囲気だ。敷居が高ければ免許講習を受けようと思う教員が少なくなるためだと感じた。教科「情報」の出発点で、教員は最初から甘やかされたのだ。

総合的な学習の時間や複数の科目に横断的な授業の試み、問題解決型学習などの新しい授業が注目を浴びる中で、教員の中には地域の商店街の Web ページを作成する授業やプレゼンテーションの授業、情報モラルの授業、インターネットを使った国際交流などを展開して実践発表をして注目を浴びる者も出てきた。これらは授業の手法のひとつであって目的ではない。「コンピュータを使わなくても情報教育はできる」や「新聞やテレビなどを題材にして情報教育をする」といったことを言い出す人もいた。誤解を恐れずに言えば、これは勘違いだ。情報はコンピュータを使わなくてもやりとりでき、新聞やテレビも情報源のひとつだが、2003年に、なぜ、情報教育なのかといえば、コンピュータやインターネットが社会の主要な原動力になりつつあったからである。実際この 13年間で当時の予想を超えるスピードでコンピュータやインターネットが私たちの社会を変えてきた。

筆者は一貫してコンピュータとインターネットを中心にして授業を展開すべきだと主張し、実践してきた。もとは理科の教員であったということから、教科書に書かれていることを実験し体験的に理解する授業を重視した。たとえばテキストデータやビットマップ画像をバイナリエディタで開いて 2進数の値を調べることやネットワークのコマンドを体験すること、Web サーバーや電子メールサーバーを立てて管理すること、データベースを体験すること、簡単なプログラミングをすること、などだ。これらのことは、2009年9月の数研出版の機関紙「i-Net」第26号に書いたり、2009年10月に「高校での情報教育の現状と学会への期待 」の題で一般社団法人情報処理学会の雑誌に寄稿したりした。

「数研出版」情報通信 i-Net バックナンバー目次
http://www.chart.co.jp/subject/joho/joho_inet.html

数研出版「i-Net」第26号 2009年9月「教科「情報」6年間の総括と情報科教員に求められること」
http://www.chart.co.jp/subject/joho/inet/inet26/inet26-2.pdf

未来のコンピュータ好きを育てる: 10.高校での情報教育の現状と学会への期待
http://ci.nii.ac.jp/naid/110007386933

しかし振り返ってみれば、これら「ボタンの掛け違い」に始まったと思える教科「情報」の出発は、いきなり何千二人もの情報科教員を採用することや他教科の教員を整理することもできない行政的な事情があったわけで、政策的に避けがたいことであったともいえる。しかし教科「情報」も学習指導要領の改訂により「社会と情報」と「情報の科学」の 2科目に整理され、次期学習指導要領では「情報Ⅰ」のような単独櫃履修科目になると予想されている。そしてそこでは「プログラミング」を必ず取り入れることが期待されている。一方で身近には、もはや認定講習で教員免許を取得した先生方は元の教科に戻り「情報の授業はできません」といって断る例が多く、現場の情報科教員は慢性的に不足しているようである。そして大学で専門的に情報を学んだ教員が新採用で教壇に立ちつつある。甘やかされたピンチヒッターの時代は終わった。今こそ教科「情報」を正しく位置づけなおすことができる時だ。

今さら「私はワープロや表計算ソフトの使い方しか教えられません」と言う情報科の教員はいないだろうが、「**しかできません」というのは、たとえば「水泳しか教えられません」という体育の教員や「カレーしか作れません」という家庭科の教員、「夏目漱石だけで授業します」という国語科の教員、「韓国の歴史は教えられますが中国の歴史はわかりません」という地歴科の教員、「アリストテレスなら何時間でも授業できますが現代の政治はわかりません」という公民科の教員、「虚数の授業は得意ですが方程式は解けません」という数学科の教員、「核融合反応は説明できるけれど運動方程式はどうも」という理科の教員、「翻訳はできるが英会話は苦手で」という英語科教員に等しいのではないか。教科「情報」の教員なら、学習指導要領に示されている項目、教科書に書かれている内容は、生徒の興味関心や実態にあわせて奥深さに差はあっても、すべて授業で取り入れることができなくてはならないはずだ。もちろんプログラミングもだ。

次期学習指導要領は 2016年度、平成18年度中に答申され、新指導要領は、小学校が平成32年度、中学校は平成33年度、高等学校は 2022年度、平成34年度から全面実施される予定という。このまま何もせずずるずると 6年経ち「私はプログラミングは教えられません」と開き直る教員が続出することを防ぐためには(1)行政がきちんと計画的に教員の研修プログラムを策定すること(2)教育研究会などは既知の経験から授業実践や教材をまとめること(3)現場の教員は自ら研修と授業開発をすること、が必要だと考える。