オートマ君を用いたコンピュータ制御概念の形成授業

３年生の制御学習の時間に、http://gijyutucom.xsrv.jp/main/archives/130を利用させていただきました。

オートマ君学習プリント

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まず、ＢＡＳＩＣやオーロラクロックを用いてプログラミングの基礎（順次処理、反復処理、分岐処理）を学習させます。
BASICはプログラムが命令文の集まりでできていることを理解させるために用います。
オーロラクロックはプログラムが順次処理、反復処理、分岐処理の組み合わせでできていることや、フローチャートでプログラムを製作することで処理の流れをより視覚的に理解できるようにするために使用します。

それらの学習を経た生徒へオートマ君の交差点シュミレータを実施しました。

以下に授業の流れを記します。
授業の初めにオートマ君の操作方法を説明します。まずはじめにスイッチ１をOnにするだけ、それをOffにするだけの簡単なプログラムを生徒と一緒に組みます。
その次に同じようにスイッチ２、３と動作させます。
自分がオートマ君に慣れているからと、ソフトの使用方法を丁寧に説明せずに授業をしてしまうと、操作方法が分からないことで授業意欲が下がってしまう生徒が出るからです。
ある程度”出力”、”時間”、”飛べ”の命令の入力の仕方と、それぞれのコマンドの意味が理解できたところで交差点シュミレーターの説明に入ります。

出力１と出力４を同時にOnにして、事故が起きる様子を見せたり、出力３と出力６を同時にOnにして車が全く動けない様子を見せたりします。
笑いながら説明を受けている生徒達に、プログラミングのルールを伝えると、だんだんと顔つきが真剣に変わっていきます。
＜正しいプログラムのルール＞
１．絶対に事故が起きない交差点にすること
２．南北方向にも、東西方向にも自動車が進行できること
３．青、黄色、赤全てのランプを使用すること
４．１回だけで終わらせずに繰り返し動作すること
としました。
得意な生徒は大体５分程度で最初にプログラムを完成させるので、その生徒には「自分が普段利用している信号機と同じ時間になるように作ってみよう」と伝えます。
開始から１０分程度過ぎ、正解する生徒が増え始めた頃に、一旦全員のＰＣの操作を停止させてから、正解プログラムの前半部分をパソコン教室に設置してあるプロジェクターで投影し、実際に入力して見せます。
後半部分を自力で作る生徒が半数以上になった時点でプログラミング学習を止め、ビデオの視聴に移ります。プログラミングの学習転移が起きるように考えたビデオを順番に見せます。
説明として、「今回は信号機の３色のランプの制御を行いましたが、もし、このようなソフトにランプ以外のものを取り付ければ、どんなことができるのか見てみましょう」と教師が伝えます。

オートマ君はとても制御について分かりやすく学べる良いソフトですが、５０分の授業で交差点シュミレーターだけを行うと時間が余ってしまうこともあり、その余った時間を利用してコンピュータ制御に関する様々な動画を、段階的に提示することでさらなる学習効果を狙います。

オートマ君の制御と近いものから以下の順番で提示していきます。
また、ただ見せるだけではなく、オートマ君との関連を説明したり、分かりにくい部分の解説を加えながら見せます。

動画１「NC旋盤外径仕上加工動画」[youtube]http://youtu.be/aZLW0S5wjgo[/youtube]
これは、もし、オートマ君の出力１や２に前後左右に動くモータを取り付け、その先端に加工用のバイトがあればこういうことができる。という風に解説します。
動画２「ステッピングモータテスト【Arduino CNCフライス盤】」
[youtube]http://youtu.be/WLV3VZsqRvY[/youtube]
この動画を見せることで、より正確に制御が可能なモーターがあることを印象付けます。
動画３「ステッピングモータ版の倒立2輪車」
[youtube]http://youtu.be/W_6DJj5pL-c[/youtube]
動画４「ETロボコン2010 PID制御ほぼ完成」
[youtube]http://youtu.be/38GZNedofsM[/youtube]
を続けて見せて、コンピュータ制御の利用で、人間でも難しいことが可能になることを伝えます。
動画５「ダイソンデジタルモーター V4の製造」
[youtube]http://youtu.be/VsDYREqAzrs[/youtube]
最後にこの動画を見せて、コンピュータ制御を用いれば正確に大量の製品を製造できることを伝えます。また、信号機シュミレータとは比べ物にならないほどプログラミングが大変になることも伝え、プログラムを考える人間の凄さ、重要さについても伝えました。

この授業を行い、プリントに感想を書かせました。
オートマ君のシュミレーションに苦戦した生徒は、「オートマ君で難しいのだから、実際に稼働している製品のプログラムはもっと難しいのだろう」と想像する意見を述べていました。
また、旋盤を見て「人間とは違ってプログラムがあれば何個でも同じものを製造することができる。」といった意見を出す生徒もいました。
そして、シュミレーション機能が付いていて、簡単にプログラミングが体験できるオートマ君そのものに感動した生徒もいました。

制御学習はパソコンを使用することもあり、ただ単に「楽しかった」「面白かった」「またやってみたい」という感想を述べる生徒が多くなりますが、その先にある制御へと思考がシフトする授業を考えました。

村松浩幸先生、川俣純先生、素晴らしい教育用ソフトを開発していただき、本当にありがとうございます。
これからも活用していきたいと思いますので、よろしくお願いいたします。