ロボットを使った効果的な小学校プログラミング教育

～目次～

プログラミング教育はまず楽しむことから
小学校教育におけるプログラミングの目的
プログラミングの種類
プログラミングの学び方
仮想世界だけでなく、物理現象を通して理解する

プログラミング教育はまず楽しむことから

　2020年に迫る小学校におけるプログラミング教育の必修化に向けて、様々な取り組みが行われており、多くの企業からロボット、プログラミング学習のための教材が提供されています。一方で、現場の教員が求める教材は教科学習を主眼としたものであり、提供する側と実施する側では期待する内容に大きな開きがあり、そのまま教材を取り入れるだけでは、プログラミング教育の本質を実施する上で困難な点が多々見受けられます。単純に与えられた設計図通りにロボットを組み立て、シナリオ通りにプログラミングをするだけでは、応用性が乏しく授業の中で活用できる教材とは言い難いという声を多くの教育現場の先生からいただいております。教科学習で教えるべき項目に適用が可能な教材を選定することは、真に意味のあるプログラミング教育を実施するうえで非常に重要な要素であるといえます。

とはいえ、いきなりソフトウェア技術者が使用する専門用語を駆使して、プログラミング言語を学ぶことは教える側にも教わる側にも大きな負担であり、プログラミングテクニックよりも本来重要な学習要素である論理的思考力、判断力、表現力といういわゆるプログラミング的思考力の3大要素を習得するためには、単純なプログラミング（コーディング）という作業のみを通して学ぶことは実際的には非常に困難な取り組みと言えるでしょう。まずは、ロボットやプログラミングについて比較的ハードルの低い環境で、その技術に慣れ親しみ自ら応用を思考するプロセスを取り入れ学習していくスタイルが重要ではないでしょうか？ Dobot Magicianというデスクトップ型のロボットアームは、そもそものコンセプトがSTEM（Science Technology, Engineering, Mathematics）教育を普及することに設定されており、ロボットやプログラミングについて前提となる知識がなくても、自然に新しい技術を楽しみながら学び、自らその応用を探索できるように設計されています。まずは、楽しみながらロボット制御やプログラミングに触れ、教科学習の進度に合わせて、発展的に活用していただくことができるロボットアームです。

小学校教育におけるプログラミングの目的

2018年3月に文部科学省によってまとめられた、「小学校プログラミング教育の手引き（第一版）」では、プログラミング的思考について、「プログラミング的思考」は、「自分が意図する一連の活動を実現するために、どのような動きの組合せが必要であり、一つ一つの動きに対応した記号を、どのように組み合わせたらいいのか、記号の組合せをどのように改善していけば、より意図した活動に近づくのか、といったことを論理的に考えていく力」、と説明しています。ここで最も重要となるのが、具体的にどのような目的が設定され、その解決手段としてどのようなシステムを構築すべきか、という思考プロセスを児童自ら実践する、という点です。コンピュータ上でのプログラミング自体はそのシステム構築の実現手段のひとつでしかなく、プログラミング的思考を養い要素の一部にすぎません。システム構築力を養うことを目的にすることこそ、将来に役立つプログラミング教育ではないかと我々は考えます。システム構築には、そのシステムを実現するために必要な要素に分解し、それぞれの要素について分析し、再構築することで、システム設計が完成します。分解した要素のうちどの部分をソフト、ハードで実現するのか考察することで、本質的な論知的思考や発想力、表現力を習得できるものと思われます。俯瞰的に物事をとらえ、分析的に要素を研究することが、真のプログラミング教育あると考えます。

プログラミングの種類

　ひとえにプログラミングといってもさまざまな種類があり、その目的や与えられる環境によって最適なものは一義的に決まるものではありません。しかしながら、近年「Google 3大言語」と位置付けられるC/C++、Java、Pythonの関心は高く、また技術者としての市場の需要も大きいことから、これらの代表的な言語に触れられる教材、環境は有益であるといえます。また、コンピューター言語による直接的なコーディングのほかに、最近ではビジュアルプログラミングという直観的にアルゴリズムを表現できる手法も注目されています。DobotMagicianとその操作環境は、様々な言語に対応したコーディング環境に加え、Blocklyというビジュアルプログラミング環境や、近年ロボットコントロールでポピュラーになってきているハンドティーチ（またはダイレクトティーチ）を体得できる操作環境もそろっており、将来ロボット制御、プログラム制御分野で活用できるエッセンスを、段階的に学ぶことができるよう設計されています。基本環境であるDobotStudioは誰でもDobot社のダウンロードセンターから無償でダウンロードでき、ロボットアームがなくても操作画面を確認することができます。

プログラミングの学び方

　以前は、プログラミングの学び方と言えば、専門の書籍を購入し、コンピュータ画面に向かって書籍に記載されているサンプルコードを打ち込んで動作させるというスタイルが一般的でしたが、その操作環境は基本的にはコンピュータ内部で完結しており、実際の物理現象や周囲環境の情報を反映させたシステム構築には乖離があることがプログラミング技術の習得のための面白さを弱め、また難しいという印象を強めていたように思われます。DobotMagicianとDobotStudioの組み合わせることで、初めは直観的にロボットアームを操作するところから、段階的にビジュアルプログラミング、コーディングへとステップアップすることができるように設計されてるため、ロボットアームやプログラミングの初心者から専門の技術者まで、その用途とスキルレベルに応じた活用が可能となっています。初心者はティーチングという直感的な操作から段階的に、専門技術者は必要な機能のみを集中的に利用し、ロボティクス、プログラミングの技術の幅を広げることができます。シナリオ通りの学び方ではなく、「こうやったら、どうなる？」という"what if"的なトライアルを重ねながら次第に理解を深めていくという新しい学び方に触れてみませんか？

仮想世界だけでなく、物理現象を通して理解する

システム構築力を養うためには、システムの基本的要素である、外部入力部分、数値演算および処理部分、外部出力部分を構築する必要がありますが、DobotMagicianは、センサーや外部トリガ信号に連動させることができる外部IOピンが用意されており、各種センサーを通して外部の物理量に反応するシステムや、アクチュエーターとしてのロボットアームの動きのほかに電圧、電流出力と外部機器と接続による様々な出力を実現できます。仮想的なPC環境だけではなく、現実世界で動作するシステム構築力を養うためには、外部の物理的な情報とのインタフェースを利用し、システム全体の物理現象を理解、体得するすることが重要です。

【Dobot Studio ダウンロードページ】

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