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用3GシールドのArduino 用3 シールドの  開発と教育での実践情報科教育におけるArduinoの活用の意義情報科教育における       の活用の意義東京都立小石川中等教育学校   天良 和男
ディジタル時代のモノづくりの人材育成アナログ時代のモノづくり熟練、器用、勤勉がモノづくりを支えた→日本が席巻ディジタル時代のモノづくり熟練の技術がなくても、定番の半導体を組み込めば高品質のものができる→日本と他の国の製品の技術力に違いが出にくい...
ディジタル時代のモノづくりの人材育成 工業高校 組み込み系の技術を時間をかけて専門的に育成す ることができる 普通科高校 教科「情報」は2単位しかないため 組み込み系技術の教育はまったくできない 短時間(2時間~4時間程度)で最先端のハード・ソ...
Arduino(アルドゥイーノ)とはイタリアの大学教授Massimo Banzi氏が提唱オープンソースハードウェア低価格(2,000円程度から)なハードウェア(8ビットマイコンボード)と無償のソフトウェア統合開発環境IDE(Integrated...
低価格(2,000円程度から)なハードウェア(8ビットマイコンボード)と無償のソフトウェア統合開発環境IDE(Integrated Development Environment)ハードもソフトもオープン!                +  ...
豊富なシールドセンサなどが搭載された拡張ボード(すべて低価格)         3Gシールド           シールドモータ駆動シールド                        音声シールド                      ...
半田付け不要                 コネクタで接続する                     例               ブレッドボードを利用する例         センサ          ブレッドボード     Arduino
Arduinoの普及
(第3世代の携帯電話の通信ネットワーク)3G      現在の携帯電話のデータ通信                インターネット                                      広域ワイヤレス             ...
Arduino用3Gシールド  拡張ポート                  SIMカード                  SIMカードアンテナ接続             ソケット  3G通信 モジュール                US...
Arduinoの使い方PCと切り離して使用PC上のIDEを使って開発したプログラムを、 PCとUSBで接続された Arduino内のメモリに転送したのち、PCと切り離して、 電池駆動でArduinoを単体で使用するPCと接続して使用PC上のID...
教科「情報」の実習について従来、ハードウェアを伴う実習が困難であった理由電子回路の知識や半田付けなどの技術が必要実習時間がかかるコストがかかる工業高校の実習を連想させる普通科高校の実習では不可能Arduino によって、ハードウェアを伴う実習が...
3Gシールドができること3G通信網を通しての携帯電話やスマートフォンなどのモバイルとのメッセージの送受信3G通信網を通してのクラウドとのデータ送受信センサーやアクチュエータ(駆動装置)と組み合わせることで様々な活用が可能
実習例 温度監視システム          温度センサ
フローチャート(温度監視システム)   スタート    シールド  3Gシールド                    3Gシールド用関数                      シールド用関数  セットアップ                ...
プログラム(温度監視システム) #include <SoftwareSerial.h> #include <SoftwareSerial.h> #include <iem.h> #include <iem.h> const int Temper...
生徒の提案例(郵便物監視システム)アイデア発掘ツール
クラウドやXbee(ZigBee)と接続して使用                  クラウド側には、フリー                  のデータ収集・分析・グ                  ラフ表示などの機能を            ...
センサ              センサ   光センサ                    光センサ       XBee       XBee                           XBee                  ...
指導案(連続2時間の授業)時間             指導内容              備考・留意点 分[分] 5    本時の導入                    前時までにアルゴリズム                       ...
生徒の感想ハードとソフトが一緒に扱えることで楽しくなる最先端の技術を理解しなくても簡単に操作できる思った以上に短時間でアイデアが実現できた
Arduino用3Gシールドの教育での可能性 教育事例            学習内容           LED発光やモータ駆動などを用いた           LED 発光やモータ駆動などを用いたアルゴリズムの制           アルゴ...
情報科教育でのArduino+3 シールド活用の意義情報科教育での       +3Gシールド              +3 シールド活用の意義 アルゴリズム・プログラムの基本構造の理解 従来は、ソフトウェアだけで理解させていたため に、基本...
おわりにこれまでのソフトウェアのみの教育環境からハードウェアも加えた教育環境を提供することで,多くの生徒に興味をもって取り組んでもらうことができるようになった高度で最先端の3G通信技術を教育現場に持ち込んだことで,生徒の独創性は高まり,教育効果...
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Arduino用3gシールドの開発と教育への実践(天良先生)

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3G shield for Arduino. 3G Shield Alliance. Presentation by Kazuo Tenra.

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Arduino用3gシールドの開発と教育への実践(天良先生)

  1. 1. 用3GシールドのArduino 用3 シールドの 開発と教育での実践情報科教育におけるArduinoの活用の意義情報科教育における の活用の意義東京都立小石川中等教育学校 天良 和男
  2. 2. ディジタル時代のモノづくりの人材育成アナログ時代のモノづくり熟練、器用、勤勉がモノづくりを支えた→日本が席巻ディジタル時代のモノづくり熟練の技術がなくても、定番の半導体を組み込めば高品質のものができる→日本と他の国の製品の技術力に違いが出にくい→生産拠点の海外移転→空洞化→GDPの低下組み込み系技術の重要性ソフト思考・システム思考・ビジネスモデル思考のできる発想をもった人材の育成→これからの日本の課題ソフトウェアを制する者はモノづくりを制す
  3. 3. ディジタル時代のモノづくりの人材育成 工業高校 組み込み系の技術を時間をかけて専門的に育成す ることができる 普通科高校 教科「情報」は2単位しかないため 組み込み系技術の教育はまったくできない 短時間(2時間~4時間程度)で最先端のハード・ソ フト・センサ技術やシステム思考が概観できる教材と 指導法の必要性 Arduino +3Gシールドが実現
  4. 4. Arduino(アルドゥイーノ)とはイタリアの大学教授Massimo Banzi氏が提唱オープンソースハードウェア低価格(2,000円程度から)なハードウェア(8ビットマイコンボード)と無償のソフトウェア統合開発環境IDE(Integrated Development Environment)Jananinoなどのクローン(互換機)も多数豊富なシールド(センサなどが搭載された拡張ボード)シールドを制御するソフトもWebから無償でダウンロード来年度末には100万台基本的に半田付け不要
  5. 5. 低価格(2,000円程度から)なハードウェア(8ビットマイコンボード)と無償のソフトウェア統合開発環境IDE(Integrated Development Environment)ハードもソフトもオープン! + マイコンボード IDE
  6. 6. 豊富なシールドセンサなどが搭載された拡張ボード(すべて低価格) 3Gシールド シールドモータ駆動シールド 音声シールド 液晶表示シールド Arduino温度センサシールド 超音波センサシールド イーサーネットシールド 心拍センサシールド
  7. 7. 半田付け不要 コネクタで接続する 例 ブレッドボードを利用する例 センサ ブレッドボード Arduino
  8. 8. Arduinoの普及
  9. 9. (第3世代の携帯電話の通信ネットワーク)3G 現在の携帯電話のデータ通信 インターネット 広域ワイヤレス WiMAX接続 3G接続 LTE接続 広域ワイヤレス 一部のアンテナ WiFi接続 ローカルワイヤレス 携帯電話 スマートフォン
  10. 10. Arduino用3Gシールド 拡張ポート SIMカード SIMカードアンテナ接続 ソケット 3G通信 モジュール USBコネクタ USBコネクタ 拡張ポート 下層部は3Gシールド ボード Arduinoボード Arduinoボード
  11. 11. Arduinoの使い方PCと切り離して使用PC上のIDEを使って開発したプログラムを、 PCとUSBで接続された Arduino内のメモリに転送したのち、PCと切り離して、 電池駆動でArduinoを単体で使用するPCと接続して使用PC上のIDEを使って開発したプログラムを、 PCとUSBで接続された Arduino内のメモリに転送したのち、PCと接続したまま、PC側のプログラムとArduino側のプログラムを連携させながら使用するクラウドと接続して使用クラウド側のプログラムと連携させながら使用する
  12. 12. 教科「情報」の実習について従来、ハードウェアを伴う実習が困難であった理由電子回路の知識や半田付けなどの技術が必要実習時間がかかるコストがかかる工業高校の実習を連想させる普通科高校の実習では不可能Arduino によって、ハードウェアを伴う実習が可能電子回路の知識や半田付けなどの技術が不要短時間で実現(本質の部分だけに集中できる)低コスト普通科の教科「情報」でも可能
  13. 13. 3Gシールドができること3G通信網を通しての携帯電話やスマートフォンなどのモバイルとのメッセージの送受信3G通信網を通してのクラウドとのデータ送受信センサーやアクチュエータ(駆動装置)と組み合わせることで様々な活用が可能
  14. 14. 実習例 温度監視システム 温度センサ
  15. 15. フローチャート(温度監視システム) スタート シールド 3Gシールド 3Gシールド用関数 シールド用関数 セットアップ 電話番号,メッセージ) 電話番号,メッセージ Send3gshield(電話番号,メッセージ 温度を測る この関数を呼ぶと、引数で指定した NO 電話番号の携帯電話にショートメッ 閾値外? セージを送ることができる YES を送る SMSを送る 秒待つ 30秒待つ
  16. 16. プログラム(温度監視システム) #include <SoftwareSerial.h> #include <SoftwareSerial.h> #include <iem.h> #include <iem.h> const int TemperaturePin = 0; // 温度センサを接続するピン const int TemperaturePin = 0; // 温度センサを接続するピン const float TempThreshold = 27.0; // 閾値 const float TempThreshold = 27.0; // 閾値 #define TelNo “0123456789” // SMSの送付先電話番号 #define TelNo “0123456789” SMSの送付先電話番号 #define Message “Too hot now!” // SMSメッセージ #define Message “Too hot now!” // SMSメッセージ void setup() void setup() { { Serial.begin(9600); Serial.begin(9600); iem.begin(); // 3Gシールドをセットアップ iem.begin(); // 3Gシールドをセットアップ } } void loop() void loop() { { float mV = analogRead(TemperaturePin) * 4.88; float mV = analogRead(TemperaturePin) * 4.88; float temp = (mV – 600.0) // 10.0; float temp = (mV – 600.0) 10.0; Serial.println(temp, 1); // 温度を表示する Serial.println(temp, 1); // 温度を表示する if ( temp > TempThreshold ) if ( temp > TempThreshold ) iem.Send3gshield(TelNo, Message); // SMSを送る iem.Send3gshield(TelNo, Message); // SMSを送る delay(1000 * 30); // 30秒待つ delay(1000 * 30); // 30秒待つ } }
  17. 17. 生徒の提案例(郵便物監視システム)アイデア発掘ツール
  18. 18. クラウドやXbee(ZigBee)と接続して使用 クラウド側には、フリー のデータ収集・分析・グ ラフ表示などの機能を もつものがある 間の通信XBee間の通信 3Gシールドによるラウ シールドによるラウ ドとのデータ送受信 XBee(ジグビー)とは ZigBee XBee(ジグビー)とは 家電向けの短距離無線通信規 格の一つ センサによる データ収集 安価で、消費電力が少ない
  19. 19. センサ センサ 光センサ 光センサ XBee XBee XBee XBeeXBeeXBee 3Gシールド 3G 3Gシールド 3GArduinoArduino
  20. 20. 指導案(連続2時間の授業)時間 指導内容 備考・留意点 分[分] 5 本時の導入 前時までにアルゴリズム と簡単なプログラムの学 習を行っている10 の機能概要説明 Arduinoの機能概要説明 簡単に10 ソフトウェア統合開発環境(IDE)の概要説明 ソフトウェア統合開発環境( )の概要説明 本時に必要な部分だけ25 簡単なC言語の文法仕様説明 簡単な 言語の文法仕様説明 本時に必要な部分だけ10 休憩15 3G通信モジュールサンプルプログラム説明 通信モジュールサンプルプログラム説明 ショートメッセージ送信10 センサ類とその接続概要説明 湿度、タッチセンサ15 センサ+3Gシールドのプログラム説明 センサ+3 シールドのプログラム説明 湿度監視、郵便受け監視 5 独自のシステムのアイデアの募集 夏休みの宿題(レポート) 5 まとめ 簡単に
  21. 21. 生徒の感想ハードとソフトが一緒に扱えることで楽しくなる最先端の技術を理解しなくても簡単に操作できる思った以上に短時間でアイデアが実現できた
  22. 22. Arduino用3Gシールドの教育での可能性 教育事例 学習内容 LED発光やモータ駆動などを用いた LED 発光やモータ駆動などを用いたアルゴリズムの制 アルゴリズムの制御構造(逐次,分御構造の学習 岐,反復)の学習制御系プログラミ センサとモータなどを組み合わせたング 制御系のプログラミング 超音波センサや赤外線センサなどを物理実験での応用 使った各種の物理実験 3Gシールドや, シールドや,3 3G シールドや, 3 軸加速度センサ,最先端で高度な情 ジャイロセンサ,GPS ジャイロセンサ,GPS機能などの最 GPS機能などの最報システムの短時 先端で高度な情報システムの短時間間で平易な構築 で平易な構築
  23. 23. 情報科教育でのArduino+3 シールド活用の意義情報科教育での +3Gシールド +3 シールド活用の意義 アルゴリズム・プログラムの基本構造の理解 従来は、ソフトウェアだけで理解させていたため に、基本構造を実感しにくかった →順次、分岐、反復の基本構造をセンサやアク チュエータや3Gシールドなどの外部のハードウ ェアを制御しながら学習できる 情報システムの構築 従来は、ATMやPOSなどの情報システムの用語 の説明だけで終わっていた →低コストで短期間に通信系や計測制御系を組 み合わせた情報システムを容易に構築できる
  24. 24. おわりにこれまでのソフトウェアのみの教育環境からハードウェアも加えた教育環境を提供することで,多くの生徒に興味をもって取り組んでもらうことができるようになった高度で最先端の3G通信技術を教育現場に持ち込んだことで,生徒の独創性は高まり,教育効果の高い学習を展開することができた予備知識が少なくても高度な技術を身に付けることができるようになった独創的な情報システムの構築や,問題解決・プログラミングツール、アイデア発掘ツールとしても活用できるコンテストの必要性

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