IoT社会につながる小学校の社会科と融合したコンピューティング教材の開発と評価

Research Project

Project/Area Number	21K02875
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 09070:Educational technology-related
Research Institution	Nagano National College of Technology
Principal Investigator	宮嵜敬長野工業高等専門学校, 電気電子工学科, 嘱託教授 (10141889)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords	プログラミング教育 / IoT / ロボット / センサ / フィジカルコンピューティング / 小学校 / 社会科
Outline of Research at the Start	急速に発展するIoT社会を背景に、令和2年から小学校では「プログラミング教育」が必修となり、様々なプログラミング教育の取り組みが始まっている。一方で、プログラミング教育に対応できる十分な経験を有する教員が不足し、またIoT教育につながるような適切な教材がないのが現状である。今回、これまで高専生が将来のIoT社会で活躍できるように開発したフィジカルコンピューティング教材の経験を基に、小学生向けのマイコンを活用したフィジカルコンピューティング教材を開発する。本教材は社会科の学習単元に融合したものをマイコンによって製作したもので、IoT技術の基礎を実践的に学習できるものである。
Outline of Annual Research Achievements	小学校で始まった「プログラミング教育」に用いる教材として、現代のIoT社会に繋がるプログラミング教育の観点から、社会科の「ごみの問題」に焦点を当てたものを開発した。具体的には、小学校4年生の社会科の学習単元である「ごみ処理」をテーマに、光センサと磁気センサを搭載しているマイコンのmicro:bitを用いた「分別ロボット」の製作を実施した。このようなロボットの動作を通してプログラミングを学ぶことは、フィジカルコンピューティング教育としてプログラミングの原理を学ぶことになり、学習効果を高められる教材として意義深いものとなった。また、生徒たちが日常的に飲料に利用しているペットボトルや缶飲を分別するロボットをテーマにすることで、社会科の「ごみ問題」の中の「リサイクル（スチール缶、アルミ缶、ペットボトルの分別）」についても考えさせられる社会科とプログラミングを融合した教材ができた。さらに、光センサや磁気センサといったセンサ類とマイコンによるセンシングの原理についても理解することに役立てられる教材となっている。併せて、分別動作を実現するためにサーボモータを使用したが、ロボットでよく使われるモータであるため、モータの角度制御を行わせることにより，モータの使い方と同時にプログラムによる制御を学ばせることができる教材となっている。このロボット教材を使って、飯山市立木島小学校で分別ロボットとその応用の授業を2回実施した。授業後のアンケートから、マイコンの使い方の事例として、「ごみ問題の中の分別」を扱えたことは、実社会でのIoT技術につながるコンピュータの使い方について、プログラミング教育と合わせて深く学習ができた。