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タブレットでわくわくプログラミング体験(公開版)

2016年8月21日に行った「日本デジタル教科書学会 年次大会(京都大会)」のワークショップのスライドです。
http://kyoto.js-dt.jp/

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タブレットでわくわくプログラミング体験(公開版)

  1. 1. タブレットで わくわくプログラミング 体験 青山学院大学 社会情報学部 阿部和広
  2. 2. プログラミング学習の現状 • 2012年度から、中学校の技術家庭科で「プ ログラムによる計測・制御」が必修に
  3. 3. プログラミング学習の現状 • 2012年度から、中学校の技術家庭科で「プ ログラムによる計測・制御」が必修に
  4. 4. プログラミング学習の現状 • 2012年度から、中学校の技術家庭科で「プ ログラムによる計測・制御」が必修に • 小学校では一部の学校を除いてまだない • 学習指導要領で定められていない • 情報機器に慣れ親しみ活用する程度
  5. 5. プログラミング学習の現状 •国の方針 •2016年4月の産業競争力会議で、 安倍首相は、2020年度から小学 校でもプログラミング学習を必 修化する方針を表明 •第4次産業革命の担い手として
  6. 6. 小学校段階における論理的思考力や創 造性、問題解決能力等の育成とプログ ラミング教育に関する有識者会議 • 小学校段階におけるプログラミング教育の在り 方について(議論の取りまとめ) • 将来どのような職業に就くとしても、時代を超えて 普遍的に求められる力としての「プログラミング的 思考」などを育むことであり、コーディングを覚え ることが目的ではない」
  7. 7. プログラミング的思考 • 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)を 育成すること
  8. 8. 中学校・高等学校では • 中学校技術・家庭科技術分野の「情報に関する 技術」において、計測・制御に関するプログラ ミングだけではなく、コンテンツに関するプロ グラミングを指導内容に盛り込むことによって、 プログラミングに関する内容を倍増させること • 高等学校情報科に共通必履修科目を新設し、全 ての高校生がプログラミングを問題解決に活用 することを学べるようにすることが検討されて いる
  9. 9. 子供たちが学ぶ意味 • プロのプログラマーになるため • 計算機科学を学ぶため • 就職に有利
  10. 10. 子供たちが学ぶ意味 • プロのプログラマーになるため • 計算機科学を学ぶため • 就職に有利 • ゲームが好きだから • 面白そうだから • アイデアを実現するために必要だから
  11. 11. 子供たちが学ぶ意味 • プロのプログラマーになるため • 計算機科学を学ぶため • 就職に有利 • ゲームが好きだから • 面白そうだから • アイデアを実現するために必要だから • ものづくりを通して学べるから
  12. 12. 子供たちとプログラミング • 生まれた時からデジタル機器に囲まれて いる • デジタルネイティブ • デジタル機器を使いこなす
  13. 13. 子供たちとプログラミング • 生まれた時からデジタル機器に囲まれて いる • デジタルネイティブ • デジタル機器を使いこなす
  14. 14. 子供たちとプログラミング • 生まれた時からデジタル機器に囲まれて いる • デジタルネイティブ • デジタル機器を使いこなす • しかし • 消費するだけで生み出していない • 使っていても、仕組みはわからない
  15. 15. 子供たちとプログラミング • 生まれた時からデジタル機器に囲まれて いる • デジタルネイティブ • デジタル機器を使いこなす • しかし • 消費するだけで生み出していない • 使っていても、仕組みはわからない • そこで • プログラミングとものづくり教育
  16. 16. ものづくりを通して学ぶ •y = ax + b • 楽しい? • なんに使うの? • 自分に関係ある?
  17. 17. ものづくりを通して学ぶ •y = ax + b • 楽しい? • なんに使うの? • 自分に関係ある? •ゲームのコントローラーが、0~100 の値を返す。これで自機を動かした い。ただし、画面のx座標は-240から 240まで • これならどう?
  18. 18. 子供たちは彼らに とって個人的に意 味のあるものを組 み立てている時の み、それを知的に 行っているという ことである。 ミッチェル・レズニック MITメディアラボ教授 Scratch開発者
  19. 19. 子供たちの興味・関心 •ゲーム •アニメーション •音楽 •インタラクティブなアート など
  20. 20. Scratch
  21. 21. これは遊びではないのか •遊びと勉強とは違う •学校で行う活動にはそぐわない
  22. 22. これは遊びではないのか •遊びと勉強とは違う •学校で行う活動にはそぐわない のだろうか?
  23. 23. 三鷹市立中原小学校 中原はちのすけクラブ 26
  24. 24. 仙台市立 荒町小学校
  25. 25. 学年 科目 単元 1年生 市民科 パソコンをつかおう(パソコンの基本操作) 2年生 算数科 かけ算(1) 3年生 理科 風やゴムのはたらき 4年生 国語科 言葉から風景を想像しよう~短歌をデジタル画で味わおう~ 5年生 音楽科 音楽づくり 6年生 市民科 自分たちの学校, プレゼンテーション力をつける 品川区立京陽小学校 全校児童にRaspberry Piを配布 総合ではなく教科の授業でScratchを活用 http://school.cts.ne.jp/912keiyo/kounaikenkyu/kenkyu.html
  26. 26. 30 「試行錯誤するようになった」 「自ら進んで取り組むようになった」 30 教員の声
  27. 27. 小学生には難しすぎる •あの学校だからできる •うちではむり
  28. 28. 課題 •専門家や支援員を各地の学校に配置 できるのか • 単にプログラミングの専門家ではだめ •事例が少ない • 各地で実践した指導案の共有
  29. 29. 具体的取り組み •文部科学省 • 平成27年3月「プログラミング教育実践ガ イド」 • http://jouhouka.mext.go.jp/school/programming_zirei/ • 平成27年度情報教育指導力向上支援事業 • 平成27年9月から12月まで15校の実証校 及び協力団体でプログラミング教育を 実証、指導案を作成 • http://www.mri.co.jp/news/press/public_offering/result/018806.html
  30. 30. 小学生には難しすぎる •あの学校だからできる •うちではむり
  31. 31. 課題 •マインドセットを転換できるか •教員主体から児童主体へ •自分がよくわからないものは教えられ ない • 児童の方がすぐに教員より詳しくなる •一方的に教える立場から、児童を発想 や理解を助けるファシリテーターに •トラブルを恐れるのではなく、それも 学びと積極的にとらえる •一斉授業をやめられるか •子供たちに常時使わせられるか
  32. 32. プログラミングは •技術の習得や就職のためだけでは ない •表現の新しい形式 •学びの新しい形 ミッチェル・レズニック
  33. 33. • プログラミングが、知識や技能を習得するのに 役立つかどうかわからない • プログラミングが、思考力、判断力、表現力、 課題解決力などの能力向上に役立つかどうかわ からない • プログラミングが、児童が主体的に学習に取り 組む態度を養うことにつながるかどうかわから ない
  34. 34. これらの疑問が解消されれば 自然に小学校に入る • プログラミングが、知識や技能を習得す るのに役立つかどうかわからない • プログラミングが、思考力、判断力、表 現力、課題解決力などの能力向上に役立 つかどうかわからない • プログラミングが、児童が主体的に学習 に取り組む態度を養うことにつながるか どうかわからない
  35. 35. •多くの教員は、情報科学やプログラ ミング、構築主義の考えに詳しくな いため、その有効性を見いだせない •具体的に、各教科の各単元とプログ ラミングをどう結び付けてよいか分 からない
  36. 36. 教員と専門家の共同作業を通し て、これらに応えていく •多くの教員は、情報科学やプログラ ミング、構築主義の考えに詳しくな いため、その有効性を見いだせない •具体的に、各教科の各単元とプログ ラミングをどう結び付けてよいか分 からない
  37. 37. タブレットとプログラミング
  38. 38. PCとタブレットで何が違うのか • ハードウェア的な違い • マウス、タッチパッド ↔ タッチパネル • ハードキーボード ↔ ソフトキーボード • 外部インタフェースが多い ↔ 少ない • 環境的な違い • 場所を動かしにくい ↔ 動かしやすい • 他の画面が見にくい ↔ 見やすい
  39. 39. PCとタブレットで何が違うのか • ハードウェア的な違い • 直接操作感がある (タッチパネル) • 文字入力しにくい (ソフトキーボード) • センサーやロボットをつなぎにくい (外部イ ンタフェースが少ない) • 環境的な違い • PC教室以外のいろいろな場所で作業できる (動かしやすい) • 協働作業しやすい (他の画面が見やすい)
  40. 40. プログラミングとタブレット • テキストプログラミング • 文字でプログラムを書く • ソフトキーボードでは入力しにくい • Touch Developなど、工夫したものもある • ビジュアルプログラミング • 文字ではなく、画像をポインティングデバ イスで操作して、プログラムを書く • タッチパネルと相性が良い • PCの仮想端末としてつかう • VNCやリモートデスクトップなど
  41. 41. ビジュアルプログラミング環境 • 手続き的ブロックプログラミング • 命令を表すブロック(アイコン)をつないで、プログ ラムを書く • Flash • Scratch 2.0、プログラミンなど • HTML5 • Blockly、Hour of Code、Snap!など • ネイティブ • Scratch 1.4、Pyonkee、ScratchJr、Tickle、Tynkerなど • 宣言的ビジュアルプログラミング • 状態の因果関係を宣言的に画像で表す • Viscuitなど
  42. 42. タブレット対応について • Flashは基本的には動かない • iOS、Androidとも • 特殊なブラウザ(Puffinなど)を使う手もあるが、使いに くい • HTML5は基本的には動く • UIが使いにくかったり、パフォーマンスが出ない ことも • ネイティブは個別に対応しているかどうか • たとえば、現時点でScratchは対応していないが、 Scratch 1.4をiPadに移植したPyonkeeがある • ScratchJrは、iPadやAndroidタブレットなどに対応 • VNC、リモートデスクトップはいろいろ選べる
  43. 43. 今日やること • タブレットによるプログラミングを体験する • iPad上のPyonkee • iPad上のVNCから、Raspberry Pi上のScratch 1.4 • ポイント • PCとの違いを体感する • 特に協働作業 • 授業でどのように使うかを考える • 小学校の各教科に導入予定のプログラミング教育 • 中学校の技術・家庭科の「プログラムによる計測・ 制御」
  44. 44. Pyonkee (ピョンキー) • MITメディアラボが開発し、オープンソースと して公開しているScratch 1.4のソースコードを もとにiPadに移植したアプリ • 日本の合同会社ソフトウメヤが開発 • App Storeから無料でダウンロードできる • 「Pyonkee」もしくは「ピョンキー」で検索 • 欧米を中心に18万本以上が使われている • 日本では伊藤忠テクノソリューションズの「未来実 現IT教室」などで採用 • iPadの内蔵センサーを使えるように拡張 • Scratch 1.4のプロジェクトと100%の互換性 • AirDropとDropbox、メールによる作品の共有 • Meshによる協働作業
  45. 45. 起動直後の画面
  46. 46. 起動直後の画面 画面の説明
  47. 47. スクラッチで簡単プログラミング体験
  48. 48. プロジェクトを開いたところ
  49. 49. AirDropによる作品共有
  50. 50. iPad内蔵センサーの設定
  51. 51. 利用可能なiPad内蔵センサー
  52. 52. 発表モード(横)
  53. 53. 発表モード(縦)
  54. 54. Mesh (メッシュ)の設定
  55. 55. メモリーがいっぱいになった ときのガーベジコレクション
  56. 56. 使用メモリーサイズの設定
  57. 57. ラズベリーパイについて • イギリスのケンブリッジ大学のエベン・ア プトンらが開発 • 5年間で800万台が出荷 • とても小さい(カードサイズ) • とても安い(2,620円~3,940円) • スマートフォンやタブレットと同じしくみ • 10年前のパソコンと同じくらいの性能 • いろいろなものをつなげられる(GPIO)
  58. 58. ラズベリーパイ財団創設者 エベン・アプトン
  59. 59. ラズベリーパイの各部の名前
  60. 60. ラズベリーパイの特徴 • 地デジのテレビやアナログテレビにつながる • 映像出力はHDMIとコンポジット • キーボードやマウスはパソコン用のもの • USB接続でそれぞれ1000円以下 • SDカードに記憶する • ハードディスクの代わり。8GBで1000円以下 • 電源はスマートフォンやタブレット用 • USB充電器も1000円以下 • ネットにもつながる • 有線LANは普通の100BASE-T(RJ45)
  61. 61. ラズベリーパイについて
  62. 62. ラズベリーパイのソフトウェア • ソフトウェアは無料 • OSはLinux (DebianベースのRaspbian) • ウィンドウシステム(X11, LXDE)はWindowsそっくり • アプリケーションがたくさんある • Webブラウザー (Midori, Epiphany) • オフィススイート (LibreOffice) • グラフィックスソフト (GIMP, Inkscape) • ゲーム (Minecraft Pi) など • 自分でプログラムを書くためのソフトもたくさ ん • C, Python, Ruby, Java, JavaScript, ドリトル, Arduino • Scratch, Squeak Etoys
  63. 63. ラズベリーパイでできること • 絵を描ける • 文書を書ける • 音楽を演奏できる • 写真を表示できる • ゲームができる • インターネットにつなげられる • プログラムを作れる • など
  64. 64. Scratchと計測・制御の親和性 • センサー入力とモーター出力のための仕組み を備える • センサーボード • スライダー, 音, 光, ボタン, 抵抗x4 • LEGO WeDo • 傾き, 距離, モーター • 外部機器接続のためのインタフェース • ユーザーの拡張により、任意の機器を接続可能 • Kinect, Wiiリモコン, Arduino, Mindstorms • ラズベリーパイのGPIO(汎用入出力)
  65. 65. ラズベリーパイのGPIO
  66. 66. スクラッチから LEDをオンオフ • スクラッチのスクリ プトを使ってLEDを 制御する • 11番ピンの電圧を変 化させる • ジャンパーはオス- メス • 配線をよく確認する こと
  67. 67. ラズベリーパイの問題 • ディスプレイがないとできない • キーボード、マウスも • 動かせない • 準備が大変
  68. 68. タブレットをラズベリーパイ のディスプレイにする • VNC (Virtual Network Computer)やリモート デスクトップとしてつかう • ディスプレイ、キーボード、マウス不要 • 必要なのはアプリとWiFi環境だけ • 機材の有効活用
  69. 69. Raspberry Pi Model B Linux(Raspbian)、X11 VNCサーバー 固定IPアドレス AirMac extreme DHCPサーバー WiFi アクセスポイント iPad Air VNCクライアント 動的IPアドレス iPad Air VNCクライアント 動的IPアドレス 本日のシステム構成
  70. 70. VNC Viewer 起動
  71. 71. パスワード「raspberry」
  72. 72. 「Connect」で接続
  73. 73. デスクトップ画面 注意: タッチパネルは全面が大き なタッチパッドとして機能する
  74. 74. 「Scratch」起動
  75. 75. GPIOのサンプルを開く
  76. 76. 「gpio-demo」を開く
  77. 77. 「Lチカ」のプログラム
  78. 78. 90 Scratchの最新情報 90
  79. 79. http://scratch.mit.edu/statistics/ 2015年5月8日 現在
  80. 80. http://scratch.mit.edu/statistics/ 2016年5月21日 現在
  81. 81. http://scratch.mit.edu/statistics/ 2016年5月21日 現在 1年で約1.8倍
  82. 82. 日本の登録ユーザー数 2015年5月8日 現在
  83. 83. 日本の登録ユーザー数 2016年5月21日 現在
  84. 84. 日本の登録ユーザー数 2016年5月21日 現在 1年で約1.8倍
  85. 85. http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01ryutsu05_02000068.html 平成27年6月 総務省「プログラミング人材育成の在り方に関する調査研究」報告書
  86. 86. Scratch Blocks: Scratch + Google = Next Generation of Programming Blocks for Kids
  87. 87. • 様々なアプリやゲーム、おもちゃなどでも、Scratchの「文 法」を使えるようにする。そのためにオープンソースで提供す る • ブロックは、従来の垂直型と水平型(低年齢、モバイル向け)を 用意する • 開発中の仮称3.0もこれを用いる
  88. 88. • Projects: 新しいアイデアを考え、試作品を作り、改 善を繰り返す、本人にとって意味を見出せるプロジェ クトに関わる過程で人は学びます。 • Peers: アイデアを他者と共有し、プロジェクトを遂 行するために協同し、第三者の仕事を発展させたりす る、社会的な活動の中で学びは生まれます。 • Passion: 自分のこだわりがあるプロジェクトに関わ ることで、長時間でも熱心に作業をする情熱が生まれ、 挑戦し続けることができます。その過程で多くを学び とることができます。 • Play: 学びには、子供たちが遊びの中でするように、 新しいことに挑戦し、素材を弄り回し、限界がどこま でかを試し、時には危険を恐れずに、繰り返し挑戦す るといった活動がつきものです。 4つのP
  89. 89. 行動の指針 • LUMT • 我らに薄く、彼らに厚く • Less Us, More Them • TMI • × • 多すぎる情報( Too much information) • 多すぎる指示(Too much instruction) • 多すぎる割り込み(Too many interruptions) • 多すぎる介入(Too much intervention) • ○ • 考える、作る、改良する(Think-Make-Improve)

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  • diveormosh

    Aug. 23, 2016
  • andoakinobu

    Aug. 23, 2016
  • tomokihayashi1

    Aug. 28, 2016
  • ToranosukeFukumoto

    Jul. 19, 2017

2016年8月21日に行った「日本デジタル教科書学会 年次大会(京都大会)」のワークショップのスライドです。 http://kyoto.js-dt.jp/

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