オリエンテーション

東京学芸大学教育学部共通SE科目
小学校におけるプログラミング教育
(1)オリエンテーション

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1. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 共通SE科目 東 東京 京学 学芸 芸大 大学 学 I IC CT Tセ セン ンタ ター ー 教 教育 育情 情報 報化 化研 研究 究チ チー ーム ム 加 加藤 藤直 直樹 樹 Programming Education in Elementary School 小学校における プログラミング教育 （１）オリエンテーション
2. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 自己紹介 加藤直樹 東京学芸大学 ICTセンター 教育情報化研究チーム 専門：情報工学 Human Computer Interaction 特にペン入力 ペン入力I/Fの教育への利用 https://youtu.be/r4mrgSxyIx8
3. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 オリエンテーション
4. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 ねらいと目標 l 小学校におけるプログラミング教育につ いて， l その背景及び育むべき力と具体的な授業 実践を知り， l また，基礎的なプログラミングスキルを 習得することで， l プログラミング教育への理解を深め， l 実践とデザインができるようになること を目指します．
5. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 内容 l プログラミング教育導入の背景 l プログラミング教育で育む力 l 各教科等におけるプログラミング教育 l プログラミング教育を実施・デザインで きるようになるための， 基礎的なプログラミングスキルの習得
6. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 成績 l たぶん課題を出していきます n 一つでも課題未提出だと失格になります l SかAじゃないと単位はいらないなどの 要望があったら連絡ください． pC以上がいいですという要望には お応えできません
7. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 教科書 n 小学校におけるプログラミング教育の理論 と実践 n 学文社 n https://amzn.to/38UG354
8. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 教材 n 後半で使う こちらを購入しておいてください micro:bit本体（現在 V2.21 が最新版です） USBケーブル(A－MicroB) または USBケーブル(C－MicroB) https://amzn.to/3MJeVgW https://amzn.to/3oc3gNA https://amzn.to/3A1qx7r https://amzn.to/3UKzYlu
9. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 授業の進め方 l Google Classroomを使います n Classroomにログイン pclassroom.google.com pクラスコード l 対面または同期型ライブ授業 n Zoom を利用します
10. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU 履修の準備 実は l R5年度に学部改組が行われ カリキュラムも変わりました l 共通SEとしての開講は，今年度までです p１単位科目になるので読替開講ができません
11. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは（今日は耐えて） オリエンテーション
12. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 計算機の歴史 上左 Photo from ⻄村コレクション http://www.cs.tuat.ac.jp/collection/ 中左 Photo by Allan J. Cronin, （CC-BY-SA-3.0） 中右 Phto by U. S. Army Photo 下右 Photo by Computer Laboratory, University of Cambridge. 歯車式計算機 階差機関 ENIAC 最初の汎用コンピュータ EDSAC 初期のノイマン型コンピュータ
13. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは ブール代数 l 論理や推論を数学で扱うために 数学者ジョージ・ブールによって提唱 l 定義 n 集合AとA上の演算（＋，・，¬），特別 なAの元（⊥，Ｔ）が次の関係式を満たす p冪等律：a・a = a＋a = a p交換律：a・b = b・a， a＋b = b＋a p分配律：a＋(b・c) = (a＋b)・(a＋c）， a・(b＋c) = (a・b)＋(a・c） p結合律：(a・b)・c = a・(b・c) (a＋b)＋c = a＋(b＋c) p吸収律：(a・b)＋a = a，(a＋b)・a = a p補元律：a・¬a = ⊥，a＋¬a =Ｔ
14. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 二元ブール代数と論理代数 l 二元ブール代数 n 元が 1 と 0 のみ l 真（T）を 1，偽（F）を 0 に対応させた 論理代数 ・ ・ ＋ ＋ ￢ ￢ Ｔ Ｔ ⊥ ⊥ ∧（AND） 論理積 ∨（OR） 論理和 （NOT） 否定 1 0
15. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理演算（論理代数における演算） l 二変数（0と1）の演算の組合せは 4 通り 𝑥𝑥 𝑥𝑥 y y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 か 1 0 か 1 0 か 1 0 か 1 演算の結果は
16. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理演算（論理代数における演算） l 二変数の論理演算の結果＝種類は 16 通り ｜ ｜ NOR XOR NAND 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 𝑥𝑥 𝑥𝑥 y y 0 0 0 1 1 0 1 1 AND OR 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 ∧ ∨ ⊕
17. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理演算の完全性 l すべての二変数論理演算は， 基本論理演算（∧,∨,‾）の組合せで 表現可能 n 実は（∨,‾）でも表現可能 n さらに（NAND）だけでも表現可能 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 x y x x∨ y x∧ x∨ y ( )
18. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理演算（論理代数における演算） l 三変数演算 l 二変数の演算結果 と 残りの変数との演算 l N変数演算も二変数演算に帰着可能 l すべての論理演算は，基本論理演算で表 現可能
19. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理演算と二進法における算術演算 l 二進法の数の算術演算は 論理演算に帰着可能 例）二進記数法の一桁の加算 X Y C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 𝑥𝑥 ⊕ 𝑦𝑦＝ ̅ 𝑥𝑥 ∧ 𝑦𝑦 ∨ 𝑥𝑥 ∧ ' 𝑦𝑦 𝑥𝑥 ∧ 𝑦𝑦
20. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理回路 l 論理演算は スイッチの組み合わせで表現できる n 1937年，クロード・シャノン 電流を流す 電流を流さない
21. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理ゲート l スイッチで構成した基本論理演算を 実現する回路 X1 Y1 X2 Y2 X1 Y1 X2 Y2 X1 Y1 論理積（AND）ゲート 論理和（OR）ゲート 否定（NOT）ゲート
22. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理回路 l 論理演算はスイッチの組み合わせで表現可能 n 1937年，クロード・シャノン l 基本論理演算がスイッチで表現できる l すべての論理演算がスイッチで表現できる l 二進法の数の算術演算が， スイッチの組み合わせで表現できる l 二進法で計算を行うコンピュータの開発へ！
23. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理回路の例をいくつか
24. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 組合せ回路：エンコーダ l 10進法（ボタン）を2進法に変換 Z0 A0 Z0 Z1 Z2 Z3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 A1 A0 0 0 0 1 1 0 1 1 Z1 A1 Z2 Z3 0 1 2 3
25. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 組合せ回路：デコーダ l 2進法の数を10進法に変換するデコーダ C1 C0 Z0 Z1 Z2 Z3 Z0 Z1 Z2 Z3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C1 C0 0 0 0 1 1 0 1 1
26. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 組合せ回路：デコーダ l 2進法の数を10進法に変換するデコーダ C1 C0 Z0 Z1 Z2 Z3 Z0 Z1 Z2 Z3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C1 C0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0
27. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 組合せ回路：数字表示 C1 C0 Z0 Z1 Z2 Z3 0 1 2 3 4 6 7
28. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 論理回路で作る二進法の数の算術演算 l 半加算器 n 二進一桁の加算 X Y C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 𝑥𝑥 ⊕ 𝑦𝑦＝ ̅ 𝑥𝑥 ∧ 𝑦𝑦 ∨ 𝑥𝑥 ∧ ( 𝑦𝑦 𝑥𝑥 ∧ 𝑦𝑦 X Y S C X Y S C
29. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 加算電卓 0 1 2 3 0 1 2 3 ⼗ 進 ⼆ 進 デ コ & ダ ⼗ 進 ⼆ 進 デ コ & ダ ⼆ 進 ⼆ 桁 加 算 器 ⼆ ビ - ト 記 憶 回 路 ⼆ ビ - ト 記 憶 回 路 ⼆ 進 ⼗ 進 デ コ & ダ
30. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは 配線で計算の仕方を指示 Phto by U. S. Army Photo
31. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは プログラムもデータとして 4ビットメモリ カウンタ CK 上位2ビット 2ビット記憶回路 2ビット記憶回路 2ビット記憶回路 下位2ビット 加算回路 減算回路 2ビット記憶回路 セレクタ 01 10 11 ⼆ 進 ⼗ 進 変 換 LD 出⼒⽤ ⼊⼒⽤ D0 D1 D2 D3 LD
32. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU コンピュータとは プログラムもデータとして 4ビットメモリ カウンタ CK 上位2ビット 下位2ビット 加算回路 減算回路 2ビット記憶回路 セレクタ 01 10 11 ⼆ 進 ⼗ 進 変 換 LD 出⼒⽤ ⼊⼒⽤ D0 D1 D2 D3 LD 11 01 01 10 10 01
33. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミングとは オリエンテーション
34. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミングとは フォンノイマン型コンピュータのしくみ Photo by Computer Laboratory, University of Cambridge. データ 0と1の集合 プログラム 0と1の集合 データ 0と1の集合 基本的な処理や演算を組合せて 複雑な処理をする⼿順 ソフトウェア
35. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミングとは プログラミングとは l これを作ること プログラム 0と1の集合 基本的な処理や演算を組合せて 複雑な処理をする⼿順 ソフトウェア 0 0000100000000100 1 0011000000000101 2 0001100000000110 3 0000000000000000 4 0000000000000010 5 0000000000000011
36. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミングとは 高級プログラミング言語と実行方式 0 0000100000000100 1 0011000000000101 2 0001100000000110 3 0000000000000000 4 0000000000000010 5 0000000000000011 10 INPUT A 20 INPUT B 30 PRINT A+B コンパイラ インタプリタ
37. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験
38. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 昔話：初期のパーソナルコンピュータ 左写真引用：http://itoi.jp/pc-8001.html 右写真引用： http://itoi.jp/time31.html#MZ-2000 電源を入れると BASIC
39. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 昔話ｗ 元秋田大学教授 中学１年生の私 母 私にパソコンを教えてしまった 担任
40. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 IchigoJam
41. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 IchigoJam
42. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 IchigoDake＋スクールキット
43. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 IchigoDake＋いろいろ
44. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU プログラミング体験 Ichigo Jam で体験 l IchigoJam web n http://fukuno.jig.jp/app/IchigoJam/
45. ©2016- Naoki Kato, IML at TGU おしまい オリエンテーション