2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on Programmable Drone for both Visually Impaired and Sighted Children
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20K03240
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木室 義彦 福岡工業大学, 情報工学部, 教授 (30205009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
家永 貴史 福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (00393439)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プログラミング教育 / 視覚特別支援学校 / ドローン / ロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初等プログラミング教育において，学習者の身体性と一致するロボットは，プログラミング対象として効果的である．しかし，視覚障害のある児童生徒は，ビジュアルプログラミング言語を利用できず，ドローンの飛行状態の把握も困難である．晴眼盲弱を区別せず，ドローンを身体性に基づいてプログラミング可能にする教材の構成要件を実証的に明らかにするため，システム開発と実験授業を行った．
具体的には，ドローンリモコン用のプログラミングI/Fの設計開発，およびドローン玩具との結合を行った．プログラミング言語仕様は，これまで我々が開発したものと同レベルであり，視覚障害児用の機能は，「5」ボタンへの凸部の設置のみである．また，物理的なジョイスティック操作とプログラム入力・実行を並行に実行可能にし，ドローンの手動操作やプログラム入力に視覚情報を必要としないようにした．
このドローンプログラミング教材を用い，盲学校小学生６名に対し実験授業を実施し，今回設計した機能が有効に動作すること，短時間かつ容易に実習可能な教材であることを確認した．なお，今回，制御命令の条件分岐については，ドローンが利用可能なセンサ機能が市販ドローンで様々であり，未実装である．これについては，引き続き，調査が必要である．
今後は，逐次，繰返し，条件判断というプログラムの3要素を学齢の違いや視覚障害の有無に関係なく児童生徒が共に学べる情報技術教育を目指す予定である．なお，すでに教育現場等で用いられているドローン教材への対応についても検討を始めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題に設定した３つのサブテーマ（１）教材設計・開発，（２）操作I/F開発，（３）検証実験）の内，（１）と（２）については，ほぼ当初の計画通り進行した．ドローンプログラミング手法の基本設計を行い，プログラミング言語の基本命令と制御命令の一部を実装した．なお，制御命令の条件分岐については，現時点で未実装である．また，操作I/Fとして，手動操縦とプログラム操縦のハイブリッド化を試みた．ドローンの飛行では，外乱の影響も大きい．人間による制御とプログラム制御との違いを認識しやすくなったと思われる．一方，サブテーマの（３）については，当初計画の小中高での実験授業が新型コロナ禍の中で実施困難になった．これに対し，福岡県立視覚特別支援学校において関係教諭と協議したところ，少人数での実験授業が実施可能になり，当初の計画よりも早く，実証実験のフェーズに進めることができた．これにより，ドローンプログラミングをユニバーサルデザインとするための操作I/Fやプログラミング言語仕様についての課題も明らかになってきており，研究計画2年目にうまく接続することができている．なお，晴眼児童生徒に対する実験授業と定量的な実験データの収集，およびそこからの課題抽出が残されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り，システム開発のサブテーマ（１）と（２），検証のサブテーマ（３）を交互に実施し，ドローンプログラミング教材のユニバーサルデザインとしての課題抽出と解決方法の考案，検証を進めていく．教育現場でのロボット教材やドローン教材に用いられるマイコンボードの調査と本課題における簡易プログラミング言語との結合についても，研究を進める．これまでは，10キープログラミングによる学習者のスキル習得時間（学習の容易さ）を評価の軸としてきたが，他マイコンボードに対しては現時点で，教育現場への導入の容易さの観点で評価を進める予定である．これらの検証を晴眼および盲弱児童生徒を対象に行う．これにより，晴眼盲弱を区別しないドローンプログラミング教材の必要条件をさらに明らかにしていく．
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| Causes of Carryover |
物品購入において，当初計画では，実験授業準備のために改造用のドローン玩具および移動ロボット玩具の購入，および，それぞれのファームウェア開発・管理のためのPCの購入を予定していた．しかし，新型コロナの影響により，実証実験スケジュールが未定になったことから，現有機材によるシステム開発に注力し，実験授業実施に係るいくつかの物品購入を見送った．年度後半に盲学校での実験授業を行うことができたため，これに関連する支出のみを行うことができた．令和３年度以降は，当初の計画通り，物品費による各種ロボット教材の購入ならびに改造を行い，実験用教材を整備する．
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