micro:bit で学ぶプログラミング

初めてのプログラミングを想定し, ブロックを利用したプログラム作成手順を詳しく記述するとともに, JavaScript のプログラムを併記し, 言語にも慣れることを意識して解説。MicroPython の互換プログラムも準備。

★主要目次★
1. プログラミングの基礎
 1.1 micro:bit の基本操作
 1.2 プログラムの基礎 (順次, 繰返し)
 1.3 プログラムの基礎 (分岐)
2. プログラミングの応用 (関数, 配列)
 2.1 じゃんけんゲーム
 2.2 数あてゲーム
 2.3 グラフの作成
 2.4 10 進数から 2 進数への変換
3. センサによる計測・制御プログラム
 3.1 micro:bit の各種センサと制御
 3.2 音センサを使った音の制御
 3.3 傾きセンサを使った計測・制御
 3.4 地磁気センサを使った計測・制御
 3.5 光センサを使った計測・制御
4. 無線通信を利用したプログラム
 4.1 無線通信の利用
 4.2 無線通信を利用したじゃんけんゲーム
 4.3 信号機の制御
 4.4 無線通信による信号機の制御
5. アルゴリズムとプログラム
 5.1 探索
 5.2 整列
 5.3 ハノイの塔
 5.4 自動販売機の状態遷移図
6. 通信とプログラム
 6.1 通信の基本
 6.2 ネットワークにおけるアドレッシング
 6.3 暗号通信
 6.4 エラー検出
7. 総合問題
 7.1 信号機 (スクランブル交差点)
 7.2 じゃんけんゲーム (3 人対戦)
 7.3 ハノイの塔 (複数台による表示)
 7.4 通信プログラム (不具合問題)
付録 1 情報教育の動向と情報科教育
付録 2 Python での利用
付録 3 ブロック, JavaScript,MicroPython 対応表
付録 4 JavaScript プログラム集
1. プログラミングの基礎
1.1 micro:bit の基本操作
1.2 プログラムの基礎 (順次, 繰返し)
1.3 プログラムの基礎 (分岐)
演習問題

2. プログラミングの応用 (関数, 配列)
2.1 じゃんけんゲーム
2.2 数あてゲーム
2.3 グラフの作成
2.4 10 進数から 2 進数への変換
演習問題

3. センサによる計測・制御プログラム
3.1 micro:bit の各種センサと制御
3.2 音センサを使った音の制御
3.3 傾きセンサを使った計測・制御
3.4 地磁気センサを使った計測・制御
3.5 光センサを使った計測・制御
演習問題

4. 無線通信を利用したプログラム
4.1 無線通信の利用
4.2 無線通信を利用したじゃんけんゲーム
4.3 信号機の制御
4.4 無線通信による信号機の制御
演習問題

5. アルゴリズムとプログラム
5.1 探索
5.2 整列
5.3 ハノイの塔
5.4 自動販売機の状態遷移図
演習問題

6. 通信とプログラム
6.1 通信の基本
6.2 ネットワークにおけるアドレッシング
6.3 暗号通信
6.4 エラー検出
演習問題

7. 総合問題
7.1 信号機 (スクランブル交差点)
7.2 じゃんけんゲーム (3 人対戦)
7.3 ハノイの塔 (複数台による表示)
7.4 通信プログラム (不具合問題)

付録 1 情報教育の動向と情報科教育
付録 2 Python での利用
付録 3 ブロック, JavaScript,MicroPython 対応表
付録 4 JavaScript プログラム集

引用・参考文献
練習問題・演習問題の解答
索引

教育用の小さなマイコンボード micro:bit を使い、ブロックを並べるプログラム作りから JavaScript、さらに Python へと段階を踏んで進む授業用の教科書が『micro:bit で学ぶプログラミング』 (高橋 参吉、喜家村 奨、稲川 孝司 共著、コロナ社、2019 年 9 月発行) です。副題は「ブロック型から JavaScript そして Python へ」で、版元の紹介文は、初めてのプログラミングを想定してブロックによるプログラム作成の手順を詳しく記述し、JavaScript のプログラムを併記して言語にも慣れることを意識した解説だと説明しています。MicroPython の互換プログラムも用意されています。まえがきによれば、本書は著者らが教員研修講座で作成したテキストを、生徒や学生向けの授業用の教科書として使えるようにしたものです。

全 7 章の構成、micro:bit の基本操作から総合問題まで

第 1 章「プログラミングの基礎」は micro:bit の基本操作と、順次、繰返し、分岐というプログラムの基本の形を扱います。第 2 章「プログラミングの応用 (関数, 配列)」ではじゃんけんゲームや数あてゲーム、グラフの作成、10 進数から 2 進数への変換を題材に関数と配列へ進み、第 3 章「センサによる計測・制御プログラム」で音、傾き、地磁気、光の各センサーを使った計測と制御、第 4 章「無線通信を利用したプログラム」で無線通信を使ったじゃんけんゲームや信号機の制御へと広がります。第 5 章「アルゴリズムとプログラム」は探索、整列、ハノイの塔、自動販売機の状態遷移図、第 6 章「通信とプログラム」は通信の基本、ネットワークにおけるアドレッシング、暗号通信、エラー検出です。第 1 章から第 6 章までの章末には演習問題が置かれ、最後の第 7 章「総合問題」でスクランブル交差点の信号機や 3 人対戦のじゃんけんゲームといった発展的な課題に取り組みます。付録は情報教育の動向と情報科教育、Python での利用、ブロックと JavaScript と MicroPython の対応表、JavaScript のプログラム集の 4 本で、版元のページからは本書で利用しているプログラムをダウンロードできます。

ブロックとテキストの表記を行き来する学び方

ブロック型の言語は、文法の誤りで動かないという最初の壁を取り除き、処理の順番や条件、繰り返しといった考え方そのものに集中させてくれます。その一方で、テキストで書く言語へ移るときには、同じ処理がどの記号や語に置き換わるのかが分からずに止まりがちです。まえがきでは、第 1 章から第 4 章まではブロックによる作成手順を詳しく記述し、第 1 章からビジュアル言語と JavaScript のプログラムを少しずつ併記することで、言語にも慣れるように書いたと説明されています。同じプログラムを 2 つの表記で見比べ、付録の対応表で MicroPython の書き方まで確かめられる構成は、この移行の段差を小さくするための工夫です。なお、まえがきには、例題を通して学ぶことが目的のため言語の仕様は詳細には解説していないとも明記されています。

センサーと無線通信で、状態と手順を目に見える形にする

画面の中だけで完結するプログラムと違い、ボードを傾けたり明るさを変えたりすると結果が手元で変わる題材は、入力と処理と出力の関係を体で確かめられる点に強みがあります。複数のボードどうしで無線通信を始めると、どちらが送るのか、受け取った値をどう解釈するのかという約束事が必要になり、通信の仕組みを考える入口にもなります。入力と今の状態の組み合わせで次の状態が決まる仕組みは ステートマシン と呼ばれ、組み込み機器の制御を設計するときの基本的な道具です。また並べ替えの手順を比べる ソートアルゴリズム の学習は、手順の違いが処理の回数の違いになって現れることを知る入口になります。まえがきは、第 5 章の探索と整列を高校の情報科の学習内容と位置づけ、例題に中学校の技術科と高校の情報科で学ぶ内容を取り入れたと述べています。

授業を組む教員と、micro:bit で学び始める生徒や学生に

まえがきが示す読み手は、自分の力に応じてプログラミングの基礎から応用まで学ぶ生徒や学生で、発展的な総合演習は高専や大学での利用も想定しています。付録に情報教育の動向と情報科教育が収められていることもあり、中学校の技術科や高校の情報科で micro:bit を使った授業を組みたい教員にとっては、例題と演習問題と解答がそろった教材として使えます。一方で、JavaScript や Python の言語仕様を体系的に学びたい人や、Python を主に使って書きたい人には、Python が付録での扱いであることを踏まえて別の本を併用するほうが目的に合います。また演習には micro:bit の実機が必要で、本書は 2019 年 9 月時点の環境を前提にしています。

教室で配れる例題と演習問題を探している教員や、ブロックで作れるようになった次の一歩をテキストの言語へ進めたい生徒や学生にとって、同じ題材を 2 つの表記で追いながら、センサーや無線通信、アルゴリズムまで一冊で通せる本書は、授業の組み立てと自習の両方に役立つ一冊です。