新学習指導要領では、小学校算数の5年「B図形」において、正多角形の作図を行う学習に関して「正確な繰り返し作業を行う必要があり、更に一部を変えることでいろいろな正多角形を同様に考えることができる場面などで取り扱うこと」と示され、プログラミング体験を使った学習の事例が示されています。これはまさに、SPRK+の良さが発揮される場面です。
まずはBLOCKSの1を使って正方形を作図するプログラムを体験します。ここで児童は正確な繰り返しで正多角形が書けること、このプログラム体験によって正多角形は角度、辺の長さが全て同じだということに気づきます。ここでは繰り返しの回数が、辺の数や頂点の数と一致することに気づかせることが重要です。次に先生から、「じゃあ、五角形を描くプログラムにしてごらん」と問いかけます。これが「一部を変えることでいろいろな正多角形を同様に考えることができる場面」です。辺の数が一つ増えるから繰り返しも一回多くなり、今まで90度回転させていたのが、何度にすればいいかを考えます。思考を助けるためにホワイトボードなどを用意するといいでしょう。
子どもたちはまず五角形を描き、角度を考えていくと外角の存在に気づきます。次に話し合って予想を発表、説明させてから、プログラムを書き換え、実際にSPRK+を動かして確かめます。この様に「正多角形を描くというプログラミングの体験を通して、図形の性質を見出す」ことが、算数のねらいを達成する学びになるわけです。
この学習の発展として、既習の正三角形、これから学ぶ正六角形などを考えさせることもできます。実際にプログラムしてみると、辺の長さが同じだと、頂点が増えるほど大きくなるため、辺を短くしないといけないことに気づきます。これは、SPRK+のようにデバイスの画面でプログラミングして、実際に物(SPRK+)を動かすからこそ実感できることです。また図形を描く際には、ただ動かすだけでなく、絵の具をつけて模造紙の上で動かし図形を描くこともでき、学習者の興味関心を高めます。
まずは、Sphero
Eduアプリで、ホーム→プログラム→Spheroの画面のリストにある四角形(Square)のサンプルプログラムを使ってみましょう。下記の画面から、サンプルプログラムが出てきます。試した後は、できたプログラムをMyプログラムに保存することもできます。
１）教科・単元名
算数① 小学校５年 「正多角形」 １時間完了 分類A
２）学びの目的（指導目標）
- SPRK＋を複数の多角形の形に動かす活動を通して、正多角形の辺の長さ、内角が全て同じであるなどの特性の理解を深め、学習のまとめとする。
- SPRK＋を複数の多角形の形に動かす活動を通して、多角形の作図が正確な繰り返し作業でできることを理解させる。
３）生徒に学んで欲しい、プログラミングの考え方
この学習は正多角形を学んだ後の発展的な内容として指導するものである。SPRK＋で、正多角形の形を描くプログラミングすることを通して、図形を構成する要素である、辺の長さ、数、角度などに注目させるとともに、その書き方を理解させたい。また、正多角形の性質を見出し、筋道立てて説明させることで、その理解を一層深めたい。特に「繰り返す」を使う事で、簡単に描けることを理解することにより、実際の作図も同様にできることや正多角形の角度、辺が全て同じことを実感を伴って理解させる。
４）授業の概要
まず、直進し、９０度曲がる命令を４回書くことで正方形を書くプログラムを作成した後、「繰り返す」を使っても描けることを知らせ、プログラミングして確認させる。次に正五角形の場合どうすればいいのかを考えさせ、正方形のプログラムをどう修正すればいいのか考えさせる。その後は正三角形など複数の形を描くことで、理解を深めていく。
５）授業の流れとSphero Eduの使い方
| 時間 | 活動内容 | 留意事項 |
|---|---|---|
| 0:00 | これまで学んだ正多角形をプログラムで表すという課題を掴む。SpheroEduの基本的操作を確認する。 | 正方形の性質を確認する。 |
| 0:05 | 動作・回転で角度０度、スピード１００、時間１秒で直進させる。 コントロール・ディレイ１秒を入れ、回転で角度を９０度に変えた命令をする。 これを繰り返し正方形を描く |
角度が自分を中心に一周で３６０度あることを確認し、進行方向を自分中心に考えることを知らせる。 SPRK＋付属の分度器を活用する。 |
| 0:10 | コントロール・ループを教え、方向に演算子・加算を入れ、センサー・方向を入れた後、＋何度にすればいいかを考えさせ、４回ループで正方形を描かせる。 | 角度を表すには、自分を中心に固定された基準から角度を決めるか、進行方向に加算して角度を決めるかの両方があることを知らせる。 |
| 0:20 | 正五角形を描くには、正方形のプログラムのどの部分を、どのように修正すればいいのかを考える。 | 内角ではうまくいかないことに気づかせる。できた児童には正三角形、正六角形などを描かせる。 |
| 0:40 | グループ内でお互いにどのようにプログラミングしたかを説明し合う | 理由をもとに手順を説明させる。 |
６）ワークシート
- 図形の角度を考える際にはホワイトボードが有効である。
７）留意点
- SPRK＋は人数分あることが理想ではあるが、現実的ではない。そこではグループ１台用意し、その１台でグループ毎にプログラムを検討していく。タブレットが人数分ある場合は、それぞれがプログラミングした後、交代で接続し試すことで、少ない台数のSPRK＋での授業を可能にして行く。
- SPRK＋は連続して使用するとバッテリーの消費が想定されるため、予備機の用意か、使わないときの充電で対応する。
- 動作させる秒数は床面の材質、学習するスペースによって異なるため、事前に指導者が確認した上で指定することが望ましい。
- 作成したプログラムは、必ず一人一人に説明する時間を確保することが学習効果をあげるためには必要である。
１）教科・単元名
算数② 小学校6年 「速さの表し方を考えよう」 ２時間完了 分類Ｂ 八王子市立高尾山学園 教諭 西山 美和
２）学びの目的（指導目標）
速さについて理解するとともに、速さを求めることができるようにするとともに、実際の場面に結びつけるなど、生活や学習に活用できるようにする。
３）指導計画・指導時間
１単位（45分）全11時間
| 目標 | |
|---|---|
| 第0時※本時 | SPRK+を利用し、速さ、時間、道のりの関係に気付く。 |
| 第1・2時 | 長さと時間を基に速さの比べ方を考える。 |
| 第3時 | 速さの分かりやすい表し方を見付ける。 |
| 第4時 | 速さを求める公式を考え、導き出す。 |
| 第5時 | 速さを求める公式から長さを求める式を考える。 |
| 第6時 | 速さを求める公式から時間を求める式を考える。 |
| 第7時 | 時間を分数で表わして速さや時間を求める。 |
| 第8時 | 長さと時間の関係を表にして、比例していることを確かめる。 |
| 第9時 | 単位量当たりの大きさの考えを用いて、作業の速さについて考える。 |
| 第10・11時 | 学習内容を適用して問題を解決する。 |
４）授業構想
速さを学習する単元の導入（第0時）として、操作が簡単で試行錯誤が容易なSpheroSPRK＋で、速さと時間を様々に設定しながら試行錯誤を重ねる中で、その関係に気付かせたい。
速さは日常生活でよく使われる言葉であり、児童は乗り物に乗った経験などを通して、速さを漠然と感覚的には捉えていると思われる。しかし、速さや時間は目に見えないために、具体的なイメージがもちにくいことも考えられる。
速さを捉えるためには、単位時間当たりに進む長さと、単位長さ当たりにかかる時間という２つの考え方をすることが求められる。そのために、本単元では、導入としてSphero SPRK+を使った授業を行う。Sphero SPRK+は、方向と速さと時間を設定すると、その通りに走る球体のロボットである。操作が簡単で、壁にぶつかった程度では壊れず、失敗して遠くに行ってしまってもすぐに戻せるため、試行錯誤を繰り返すことが非常に容易である。目標（ミッション）を達成するためにはどのような設定をすればよいのかを考え、ロボットを実際に動かすことにより、「速さ」「時間」「道のり」の関係を感覚的にとらえることができ、３つの数量関係のイメージをつかんでから授業に入ることで、単元への興味喚起や学習内容の定着につながることも期待できる。また、友達と一緒に試行錯誤することで、表現力の育成にもつながることと考えている。
さらに、Spheroロボットを使う授業では、「プログラミング教育」の要素も含んでいる。○m進むプログラムを作るという活動を通して、自分が思い描く動きは、どのようにすれば良いか論理的な考えができるようにもしていきたい。
５）授業の概要
生徒に学んで欲しい、プログラミングの考え方
Sphero SPRK+を操作して、〇m進むプログラムを作るという活動を通して、決められた距離まで走らせるには、速さと時間をどのように設定すればよいか、プログラミングを体験しながら、速さと時間の関係に気付かせたい。
プログラミング体験の概要
まず、速さを50に固定して１ｍで止まるように時間を設定する。次に、時間を5に固定して１ｍで止まるように速さを設定する。最後に、速さと時間を自由に設定して５ｍで止まるようにするという3つのミッションに臨んだ。5ｍミッションは、1つのパターンが出来たら他のパターンも考えさせた。まとめとして、5ｍのときの速さと時間を発表して、関係性を考えさせた。
授業の流れとSphero Eduの使い方（第0時）
| 学習活動 | 指導上の留意点 | 備考 | |
|---|---|---|---|
| 導入10分 | 1 Sphero SPRK+ (ロボット)の操作方法を知る。 〇約束を確認する。 ●やさしくあつかう(投げたりけったりしない) ●人に当たらないように注意する 〇説明を聞いて操作する。 〇本時のめあて指示通りに走らせることを確認する。 ミッションどおりにスフィロを走らせよう |
・筆記用具を持っていく ・操作に戸惑っている児童には、大人がついて指導する。 |
ホワイトボードルール掲示 Sphero SPRK+（一人一台） |
| 展開25分 | 2 Sphero SPRK+(ロボット)を決められた距離まで動かす。数値をワークシートに記入し、合格印をもらう。 〇（ミッション１）速さを50に固定して、１ｍ先で止まるように設定する。 〇（ミッション２）時間を５に固定して、１ｍ先で止まるように設定する。 〇（ミッション３）５ｍ先で止まるように設定する。 全て達成したら、スペシャルミッションに挑戦する。 |
・速さ０、時間０では、それぞれどんな動きになるかを考える。 ・操作や書字に戸惑う児童に補助をつける。 ・判定員をつけ、達成したら合格サインをする。 ・１つできたら、別のやり方も考えさせる。 |
ワークシート |
| まとめ10分 | 3 本時の振り返りをする。 〇数値を発表する。工夫した点も一緒に発表する。 〇分かったこと、気付いたことを、グループ別に話し合って発表する。 |
速さ・時間・距離の関係について大まかにまとめる。 |
６）ワークシート
７）留意点
- 算数の学習習得状況の差が大きく、また、算数という教科そのものに苦手意識をもち授業に参加できない児童もいるので、まずは授業に参加してもらうことが最大の課題となっている。2週間前からSphero SPRK+のキャラクターを教室内に登場させ、名前を付け、本体が登場し、光り、動き、、、と徐々に親近感を持たせ、Sphero SPRK+を動かしてミッションに挑戦するという当日の授業への参加意欲を育てるようにした。
- 全クリアした児童のために、スペシャルミッションを用意しておく。スペシャルミッションでは、一度曲がるプログラムを入れる必要がある。
- 十分な活動スペースを確保するために、体育館等を使用することが望ましい。
- できれば一人一台のSpheroSPRK＋確保が望ましいが、グループの場合は４人以下に抑えたい。
- 基本操作は授業以前に特設の時間を設けて習得させておくことが望ましい。その場合は分類Cでの履修となる。
速さと時間の関係を全員でグラフ化。反比例のグラフができた。
１）教科・単元名
算数③ 小学校6年 「速さと道のり 〜Sphero SPRK+でカーリング〜」 １時間完了 分類Ｂ
２）学びの目的（指導目標）
速さについて理解するとともに、求めることができるようにし、生活や学習に活用する能力を伸ばす。
３）指導計画・指導時間
１単位（45分）「速さと道のり」全11時間の指導の中で導入として１時間目に実施
４）授業構想
SpheroSPRK＋を使って、８m先のサークルの中心にSPRKプラスをぴったり止めるという体験活動（カーリング）を通して、速さ、道のり、時間が相互に関係しあうというイメージを掴み、この後の速さを学ぶ意味、目的を理解するとともに、学びに向かう意欲を高めたいと考えた。
５）授業の概要
児童に学んで欲しい、プログラミングの考え方
SpheroEduを用いてSPRK＋が８m進むプログラムを作るという活動の中で、決められた距離まで走らせるには、速さと時間をどのように設定したらすればよいかを考えることを通して、速さと時間との関係に気付かせたい。
プログラミング体験の概要
８m先のサークルの中心にSPRK＋をぴったり止めるという課題に対して、そのコースは使用することなく、必要な時間を割り出し、１回のチャレンジでどれだけ中心に近く停めるかを競うという探究活動を設定した。Sphero Eduで用いるコマンドは、「動作」の「ロール」のみとするなど、導入であることから、条件はわかりやすくすることで、思考する場面を焦点化した。今回は方向は０度、速さを「１００」、時間は１秒と固定化し、秒速を算出することで、速さが固定であれば、道のりからかかる時間を求められることに気づかせたい。
授業の流れとSphero Eduの使い方
| 時間 | 活動内容 | 留意事項 |
|---|---|---|
| 0:00 | 課題「 SPRK＋でカーリングにチャレンジ！」 ルール 本番コースはチャレンジの一回のみ １mのテストコースは何回でも使用可能 |
８mの本番コースと１mのテストコースがあることを知らせ、どうすればいいか考えさせる。 |
| 10:00 | 1mのテストコースで、「ロール」方向０度、速さ１００、時間１秒でSPRKプラスを動かし、距離を計測する。 | ２、３人のグループで取り組ませる。 |
| 30:00 | １秒間で進む距離をもとに、８m進むために必要な時間を計算し、ホワイトボード上にまとめ、考えを説明する。合格したグループから本番コースでチャレンジする。 | 合格基準：速さ、時間、距離の関係を元に説明できているか？ |
| 40:00 | 本時の振り返りをする。 評価基準：「SPRK＋の動きを速さ、時間、距離の関係を元に説明できる」 |
本時は導入のため、ものの動きには速さ、時間、距離がそれぞれ関係していることを認識し、時速など速さの単位に関心を持つことを狙う。 |
６）ワークシート
特に無し
７）留意点
- これまでの算数の指導では、「速さと道のり」は具体的に計測しづらいため、公式に頼りがちの傾向があったが、SPRK＋による体験を通した探究活動で、本質的な理解に繋がるようにしたい。そのため、カーリングが目的にならないよう、思考とその結果のアウトプットである説明を重視したい。
- 本活動ではグループ学習になるが、できれば３人以下にすることで、全ての児童の学習参加の機会を確保したい。
- 本授業ではSpheroEduのコマンドは１種類しか使わないので、事前の学習はあまり必要ないが、できれば分類Cとして、裁量の時間で基本的な操作を履修しておくことが望ましい。
- SPRK＋でのカーリングは床面の影響が大きいことから、必ず事前に予備実験をする必要がある。毛足の長いカーペットは摩擦が多く、逆にPタイルなどはスリップが多く、どちらも誤差が出やすい傾向がある。そこを踏まえて本番コースの長さ、速度を設定することが重要である。
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