カテゴリー: コラム

ロボットでプログラミングを学ぶメリットとは？最新の研究からわかってきたことをレポート！

今、日本にはたくさんのプログラミング教室があります。子ども向けのものだけでも、ゲームやアプリ作りができる教室、オンラインで受講できる教室などさまざまです。その中でも人気なのが「ロボットプログラミング教室」。ロボットを作り、そのロボットをプログラミングで動かしながら学ぶ教室です。

ところで、こんな疑問を持ったことはありませんか？

  • なぜロボットを使うんだろう？
  • 他の方法とくらべてどんな良さがあるの？
  • 最初からパソコンだけで学んだ方が将来の役に立つのでは？

実は、プログラミング教育の歴史において、ロボットはそのはじまりの段階から登場しており、深いつながりがあります。そのため「ロボットプログラミングによってどのような効果が得られるのか」は、世界中で研究されてきました。

この記事では、最新の研究結果から明らかになってきたことをわかりやすく紹介します。ぜひ、お子さまの習い事選びの参考にしてみてください。

目次

1、子どものやる気が持続しやすい！

2、空間認識能力や数学的思考力が育まれる

3、科学的思考が身につき、将来の幅広い分野に活かせる

メリット１　子どものやる気が持続しやすい！

プログラミングの学習は短期間ではなく、長期間取り組むのが良いとされています。ただ、プログラミングは実際にやってみると「うまくいかない」できごと、つまりエラーの連続です。試行錯誤しながらエラーを修正して、プログラミングの考え方を学んでいくのですが、特に幼稚園児や小学生だと、最初からエラーばかり続くとどんどん意欲が下がっていきます。

その点、ロボットを使った学習では、エラーが起きてもロボットが反応してくれるため、子どもたちにとって学びが楽しいものになりやすいのです。

たとえば、ロボットが目的地で止まるはずが走りすぎて部屋を飛び出しそうになったり、右に曲がるはずがその場でぐるぐる回ったり・・・。そんな予想外の動きに、子どもたちは思わず笑い出します。実際の教室でもよくある光景です。

そして、ひとしきり笑ったあと、「じゃあ、次はこうしてみよう！」と子どもたちは自分で改善策を考えはじめます。

このように、ロボットの“わかりやすい反応”があることで、自分の行動に対するフィードバックが得られやすく、試行錯誤が楽しいものになるのです。さらに、自分で組み立てたロボットに対して愛着がわくため、なんとかして思い通りに動かしたいという意欲にもつながります。

実際、多くの研究が「ロボットのようなデバイスを使うことで、講義形式の学習よりも子どもたちのモチベーションが高まり、学習が長期的に持続する傾向にある」と報告しています。

メリット２　空間認識能力や数学的思考力が育まれる

ロボット制作やロボットをプログラミングで動かすことを通じて、空間認識能力が高まることがわかっています。

これは、ロボットを組み立てたり動かしたりする際に身体を動かす機会が多いことと関係していると考えられています。たとえば、ロボットの動きを真似したり、一緒に移動したりすることで、子どもたちは自然と空間のイメージをつかむようになります。こうした身体的な関わりが、空間的な思考を育てると考えられているのです。

さらに、空間認識能力の向上は、数学的な力にも良い影響を与えると報告されています。一見関係がなさそうに見えますが、「数の概念を量としてイメージできるようになる」といった背景があるのではないかと考えられています。

この効果は、特に幼児期に顕著とされていますが、小学校高学年や中学生にも有効であることが研究からわかってきています。空間認識の力は発達の幅が広く、長期的に育まれる能力です。

メリット３　科学的思考が身につき、将来の幅広い分野に活かせる

STEM（Science・Technology・Engineering・Mathematics）の分野では、ロボットプログラミングを経験した子どもたちが進路選択の幅を広げたり、成果を上げたりする傾向が報告されています。

STEMとは、Science（科学）・Technology（技術）・Engineering（工学）・Mathematics（数学）の頭文字を取った言葉で、日本では一般的に理系と呼ばれる分野のことです。

アメリカで行われた縦断研究において、ロボットプログラミングで学ぶ人は、STEM分野で成功をおさめやすいことがわかっています。

子どもたちの進路は、プログラミングやロボットに直接関係のある分野とは限りません。

ロボットプログラミング教室では、仮説を立てる → 実行する → 結果を検証するという科学的なプロセスを日常的に繰り返します。たとえば「この条件でこう動くはず」と考えたら、それを確かめるために条件をそろえたり、何度も試して結果を観察したりといった活動が必要になります。

このような取り組みを通じて、子どもたちは自然に科学的な思考の習慣を身につけていきます。そしてこの考え方は、社会の様々な分野で活かせる基盤となるのです。

まとめ：ロボットプログラミングは、好きなことを通じて未来を育てる

今回ご紹介した効果は、必ずしもロボットプログラミングだけで得られるものではありません。しかし、ものづくりに興味を持つ子どもたちにとって、好きなことを通じて、将来に役立つ力が自然に身につくという点で、非常に魅力的な学び方であることがおわかりいただけたのではないでしょうか。

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参考

  • Fan Ouyang and Weiqi Xu. The efects of educational robotics in STEM education: a multilevel meta-analysis
  • Meschede, et. al. The FIRST® Longitudinal Study: 10 Years of Follow-up Data: Final Report

先生たちは授業の無い週に何をしているのか？３

子ども向けロボットプログラミング教室「プログラボ」ブログ担当です。
4月から3月までの1年間が基本のスケジュールとなるプログラボ、多くの教室で今年度の授業が終了し、今週は来年度の準備などをしています。

とある教室では、来年度のロボット競技についての研究をしています。
普段は子どもたちにアドバイスをする側の先生たちが、生徒役（と先生役）になって、【WROミドル競技】の小学生部門のルールで実際にロボット競技に取り組んでいました。

実はこの競技、全国大会も行われます。
ただ、こちらの教室ではアドバンスト１コースの子どもたちが、大会に出る人も出ない人も授業内でこの競技に挑戦する予定です。

テーマは『海洋生物の保護』です。船から出た廃棄物（ブロック）を船と同じ色のリサイクルエリアに運ぶのと、サンゴ礁の浅瀬に迷い込んだクジラを救出して、観察エリアまで移動させるのが主なミッションです。
なお、廃棄物とクジラの位置はそれぞれ4か所から抽選で決まるので、どこにあるかは事前には分かりません。つまり、どこにあってもクリアできるようにプログラミングしておく必要があります。

どうやって廃棄物を運ぶか、どうやって廃棄物のある船を探すか、どこを通って移動するか。。。ルールを読んで作戦を立てます。
例えば、船の廃棄物を探しに行く際の順番をよく考えないと、タイムロスになってしまいます。実際にやってみると、考えた順番と抽選結果がうまく合うとタイムがすごく早くなり、そういう意味で、運の要素も多分にありそうだということに気付いたり・・・

また、基本的には子どもが自分たちで考えて解決するのですが、子どもたちならどんな作戦を考えそうで、どこにつまずきそうか、その場合どんなアドバイスができるのか、というようなことをシミュレーションしながら取り組みました。（ですので、あえて子ども目線のあまりスムーズではない作戦もやってみました。）

そして、4時間弱の格闘の結果、こんな感じになりました。

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チーム競技の難しさ（と楽しさ）

子ども向けロボットプログラミング教室プログラボ北大路のえもりです。
スタンダード２、アドバンスト１、アドバンスト２の各クラス、7月にはロボット競技のミッションを行いました。

京都エリア３教室（四条烏丸・洛西口・北大路）では、WRO（＝World Robot Olympiad）という競技会のルールに沿った内容で基本取り組んでおり、スタンダード２では『ベーシック競技』、アドバンスト１では『ミドル競技』、アドバンスト２以上は『エキスパート競技』を行います。（エキスパート競技は、さらに小学生。中学生、高校生とカテゴリーごとに競技の内容が異なります。）

さて、ここでポイントになってくるのが、（基本的には）チームで取り組むということ。普段の授業では一人一人でロボットやプログラミングを行っていますが、この時期だけは、２～３人でチームを組んで競技に挑戦します。
普段、同じクラスで顔を合わせてはいても、そこまで会話をしたことがない（性格もあまり知らない）同士が、協力したり分担したりして進めていかなくてはならず、その時点で実力を100%発揮しにくい環境に置かれることになります。

あくまで私見ですが、見ていると、チームが何パターンかに分類できそうです。

＜パターンA＞
概ね同じようなスキルとテンションのメンバーで、意見を交わしたり、交代したり、分担したりしながら取り組めるパターン。比較的楽しく進められることが多い。
ただし、思った以上の結果につながることもあれば、「楽しい」が勝ってしまったり、逆に遠慮し合ったりして、全然進まないということもありうる。

＜パターンB＞
チームどちらかのスキルやテンションが勝っていて、もう一方はそれを尊重してサポートに回ったり、追いかけてついていったり、というパターン。サポートする子は平和主義な性格なのかも。
比較的結果が出やすいので、二人とも満足度が高いことが多いが、そのうちサポートすることが無くなって飽きてしまうという場合も。

＜パターンC＞
チームの一方にチーム競技へのやる気があまり無く（あるいは、エンジンのかかりが遅くてやる気が無いように見え）、仕方なくもう一人だけが取り組むことになるパターン。
どういう作戦でどういうプログラムをしているか相方はあまり把握できておらず、途中で上手くいかなくなったりして悩んでも、相方が助けてくれることも基本無いので、結局、雰囲気に流され一緒に（別々に）遊んでしまったりして、ちょっと進んでは止まり、を繰り返しがち。

＜パターンD＞
お互いにやりたい気持ちが強く、意見がぶつかるパターン。そして、ロボットやプログラムを勝手に変えたり変えられたりしてストレスが溜まる。
ただ、２人とも結果を重視していることが多く、上手くいきだすとチームの気持ちがまとまることもある。（逆に結果が出ないと、つい相手に当たってしまい、ケンカになる。）

もちろん、そんなに単純ではなく、もっといろいろなパターンがあるでしょうし、チームメイトとの関係が途中で変化していく場合もあります。例えば、相手に合わせて、意図的に自分が引く、サポートに回る、逆にやる気のない相方をひっぱる、自分が矢面に立つ、というのをすることになる子もいます。

大人になっても、いろいろな相手と、いろいろな環境でチームワークをする機会が出てくると思いますが、思い通りに行くことばかりではありません。
まずはチーム競技を通して「自分を知る」「相手を知る」ということにつながればいいのかなと、そして、 直接的ではないとしても、大人になった時、今回の経験が何かの役に立ってくれると嬉しいです。

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ロボットプログラミングと喜怒哀楽

子ども向けロボットプログラミング教室【プログラボ】のブログ担当です！
各教室、 いよいよ1年間のカリキュラムが終わって、4月からの新しいクラスの準備に入っています。

4月から新入会の子もいますし、次のクラスに進む子も、今年度と同じクラスをもう1回という子もいますが、次のクラスに進むと、もちろん内容が少しずつ進んで、難しいなと感じることもあったりします。楽しく作って動かすだけではなく、ミッション（ロボット競技）に挑戦する機会も増えてきます。

ミッション成功に至るには、その過程で多くの失敗を重ねることになり、また「できた、できなかった」「勝った、負けた」のような結果を、嫌でも突き付けられることにもなります。
そういう意味では、何度も何度も反復練習をして、試合で勝ったり負けたりするような運動系の習い事要素も、少しあるかもしれません。

実際に、こんなことがありました。
スタンダード１クラスで取り組んだ『球入れ競技』、ロボットにボールをのせて、容器に近づきシュートするのですが、カーブと距離をうまく合わせるのに、数字を何度も変えないといけません。何回やってもなかなか上手くいかないので、目に涙を溜め、耳をおさえて周囲の声（アドバイス）をシャットアウトして、それでもあきらめずに頑張っている子がいました。

また、スタンダード２クラスで取り組んだ『トレース＆キャッチ』、これもボールを運び入れる競技ですが、容器が小さく、たまたま1回できても、成功がなかなか続きません。そのうち、挑戦する事自体が怖くなってきて、テーブルの下に隠れてしまって・・・結果、この競技は途中で放棄してしまったという子がいました。

一方で、固唾をのんで祈るようにロボットの動きを見守り、ミッションが上手くいった時には、飛び跳ねて喜んだり、といった場面もよく見かけます。

喜怒哀楽、いろいろな感情を経験しながら、自分の気持ちも（ロボットも）うまくコントロールできるようになっていくのかなと思います。

数年後のパソコン環境って？

子ども向けロボットプログラミング教室プログラボ北大路のえもりです。

スタンダード１のクラスでは、4月にパソコンによるプログラミングを始めましたが、6月になるとプログラム自体も少しずつ長く、複雑になってきています。
プログラムが長くなってくると、どうしたら効率的にできるか（楽をできるか）を考えることになり、そこで、今回の授業では「ループ（繰り返し）」を学習しました。

左右にハンドルをきるような動きをさせます。上の例でも十数回の往復をしていますので、順番に１つずつプログラミングするのは大変です。

これだと、細かい動きを、もう数えきれないくらい繰り返します・・・ということで、「ループ」のプログラムの登場です。

ループをうまく（？）使うと、こんな変てこな動きも作れました。

ところで、近頃、少し困ったことがあります。

今年からパソコンを使い始めたスタンダード１クラスの子たちが、ほぼみんな画面をタッチして、プログラムをしようとしてしまいます。また、マウスではなくタッチパッドで操作する子が多数派になっています。（必ずしもマウスは使わなくてもいいのですが、タッチパッドで普通にドラッグ＆ドロップするのは難しい・・・）

北大路校の位置する「京都市北区」あたりでは（おそらく京都市全体でだと思いますが）、今年度（2021年度）から小学校でパソコンの授業が本格的に始まっているのですが、その際に使用しているのが、タブレットにキーボードを接続したもののようで、マウスを使わない方に慣れているため、マウス操作が面倒になっている様子です。

今後、どこかの時点でマウス操作が必要になるのであれば、今のうちに慣れてもらいたいなと思う一方で、もしかしたら、今後はスマホやタブレットのようにマウス操作しない使い方（だけでなくフリック入力や音声入力のようなキーボードも必要ないような使い方）が主流になるのかもしれず・・・
（数年後の状況も明確に予想できない時代だということを、改めて感じました。）

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