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【ITシステム科】情報システム実習 ~レゴマインドストームを使った実習~

最終更新日 [2018年10月4日]  

 

 レゴ・マインドストームとは、プラスチック製の組み立てブロック玩具『レゴ』で組み立てたオブジェクト(ロボット)を、EV3コンピュータユニットのプログラムで制御して動かす、ロボット製作キットです。

 

 これらは、ITシステム科および情報科の[2年・情報システム実習]、[3年・情報と問題解決]などの科目の教材として取り入れられています。 

 


 本校に導入されているスターターセットでは、1セットに約540個のレゴブロックピースをはじめ、各種センサー、EV3本体などがあり、ブロックの組み換えやEV3へのプログラミング(パソコンを使用)によって、様々なロボットを製作し、動かすことが出来ます。※追加パーツとして拡張セットも数セット導入されています。

 

 

◆セット内容のイメージ

 


基本セット  +  ※拡張セット(追加853パーツ)

 


 

◆各種センサー類

 

 

 

 本日はこのレゴマインドストームを使った授業の様子を2年生の情報システム実習より紹介します。

 

 

 

◆ロボットを作る基本 ~メカトロニクスとロボットシステムを学ぶ~

 

 情報屋である私たちにとって、ロボットは近いようで遠い存在です。

もちろん生徒にとってもそうでしょう。

まずは、情報の知識は置いておいて、ロボットを知らなくてはいけません。

 

 何事も基本が大切です。ロボットの基本を学び、そこに私たちの情報技術がどう活かせるのか考えます。

実機に触れるのは、それからです。

 


 

◆アルゴリズム学習

 

 さて、ここでアルゴリズムもおさらいしておきます。

基本制御構造やフローチャート作成は出来て当たり前・・・ですよね。

 

 

 

◆コンセンサスゲームを通してチームにおけるコミュニケーションを学ぶ

 

 さて、ロボットやアルゴリズムの基本が確認できたところで、「いよいよレゴの組み立てですか?」と生徒の声も聞こえてきますが、ここで飛び込んでしまうわけにはいきません。システム開発には、難題が尽きることなく課されるため、そこで大切になるのはチームで立ち向かう力です。これを養うのがグループディスカッションやコンセンサスゲームを用いたコミュニケーション学習です。互いの意見を認め合い、チームの結束を高めながら問題解決へ導くことが狙いです。

 

 今回用意した題材は私が過去に就職していた、とある企業の就職試験に使われたものを基に、ルールや内容に対してアレンジを行ったものです。

 

 

 生徒たちには、次のような内容が書かれた用紙を配布し協議を行ってもらいます。

 (部活やストーリーは一人一人違います)

 

あなたはサッカー部の顧問です。

 

本校の部活動へ支給される部活動費が昨年度、約60万円余ったため、ここに集まっている部活動の顧問会議で、その60万円の使い道を話し合ってください。

 

サッカー部は、ここ数年、日々の練習の成果や部員の意識向上がともなって、昨年地区優勝を果たし、県内ではベスト4に入った。それに合わせて部員が増え、一層、活動が活発化してきている。しかし、本校のサッカーゴールは古くなり老朽化が進んでいるため、移動やプレー中の衝撃で壊れてしまった場合、大きな事故につながる危険性などもあり、買い替えを検討している。

 

サッカーゴールは1対で約60万円。

 

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あなたは華道部の顧問です。

 

本校の部活動へ支給される部活動費が昨年度、約60万円余ったため、ここに集まっている部活動の顧問会議で、その60万円の使い道を話し合ってください。

 

華道部では、部員数名で活動しており、外部の講師の先生を招いて本格的な華道を学んでいる。コンクールなどでの入賞経験などもあるが、昨年の冬、部室泥棒の被害にあい、8種類の花器約50個を盗みや破損によって失うという損害を受けた。現在の活動では練習用で使用していた古くみすぼらしい花器を使用しており、コンクールなどへの出典も厳しく将来に不安をかかえている。

 

花器は16000円~10000円

 

 

 まずは制限時間内に、配布された文面に目を通して、自分の設定を理解します。

その後、それぞれから自分の立場や状況について発表をしてもらいます。

 


 

 次に、それぞれの主張や、他者に対する意見などを付箋に書いていきます。


 

 

 それぞれ、意見を発表し、その付箋を模造紙に貼り、意見のグループ化を行いながら協議を進めていきます。

 

 

 

 協議が終わり、解決のための結論が出されました。

あくまでも相手を否定せず、円満かつ合理的に問題解決が進んでいたか、良かったと思われる点や、改善が必要な点などについて、傍聴役の生徒に講評を述べてもらい協議自体を生徒たち自身で評価してもらいました。

 



 

◆初めてのプログラム ~ライントレースプログラム~

 

 ライントレースというのは、線の上をなぞるということで、この考え方でプログラムを作り、車輪のついたロボットで、地上の線の上を外れることなく前進させるのが目標です。

 

 ロボットはとても小さい部品を組み合わせて作っていきます。

 


 

 アルゴリズムを考え、プログラムを試行錯誤します。ロボットは一回では思い通りには動きません。

 

 

 

 テスト稼働を繰り返し、各自、無事にライントレースをクリアできました。

 

ロボットを通せんぼしてる彼は、新しいプログラムを考えたようです。

ロボットが障害物を前に停止・・・しているように見えますが。

 

 

 

◆3年生の小学生交流事業に参加

 

 以前、ホームページでも紹介しましたが、3年生が行った、レゴを通した小学生交流事業にサポートとして参加しました。2年生も3学期に小学生との交流を控えているので良い経験になったことと思います。

 

 【掲載】 桂川小学校、プログラミング体験講習!

 

 

◆ライントレースプログラムの応用 ~車間保持プログラム~

 

 前走車に追いついてしまった場合、一時停止するというプログラムを作れば、車間を保持しながら連なって進むことができます。超音波センサーを使えば、物との距離を測ることができるので、それを利用します。

 

 若干の苦戦はあったものの、生徒たちはしっかり自力でクリアし、私の用意していた模範データも特に出る幕がありませんでした。少し寂しい気もしますが、良いことです。

 


 

 超音波での停止、走行の繰り返しを応用し、減速、停止、走行にも挑戦しました。

なんと追い抜きをやろうという生徒も現れ、段々と違う方向に熱を上げていきましたが、無事に終わりました。

 

 

 

◆ロボットに仕事をさせるプログラムに挑戦 ~インデックス識別運搬ロボット~ 

 

 これが現在、行っている課題です。思いついておきながら、とても難しい課題なので、チームを組んで行います。変数や配列といったものを理解し、どのように活用できるかがカギになります。

 

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 もちろん、課題をクリアするためにメカにも工夫が必要です。

こちらのロボットは、なにやらロボットアームのようなものが見られます。

各班ロボット本体にも、このような個性が多数現れそうですね。

 

 

 

 

 

 さて、長くなりましたが、このような学習を通じて、新しいものへの挑戦姿勢や発想力、システムエンジニアやチームでの開発に必要な資質や能力を育成していきます。ITシステム科・情報科にとっては、まだまだ新しい取り組みですが、レゴ・マインドストームを使った授業が有意義な活動となることを期待しています。

 

ITシステム科   貝島  大智

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