OSやマイクロプロセッサに依存することなく, 基本的にはどのようなプラットフォーム (OSやハードウェア ) でも動作する Java 言語で記述されたソースコードは, コンパイル時に Java バイトコードと呼ばれる中間コードに変換されるそれが, 実行時には Java 仮想マシン (JavaVM)

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ときあみおか
5 years ago
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科目プログラミングの効果的な指導法について -Java 言語を活用して - 船橋市立船橋高等学校柳浦茂行 1 はじめに (1) 主題設定の理由平成 21 年 3 月に新しい高等学校学習指導要領が告示された経営情報分野のプログラミングでは, 従来の手続き型言語などに加えて, オブジェクト指向型言語を意識した記述が見られるようになったオブジェクト指向とは,

1 科目プログラミングの効果的な指導法について -Java 言語を活用して - 船橋市立船橋高等学校柳浦茂行 1 はじめに (1) 主題設定の理由平成 21 年 3 月に新しい高等学校学習指導要領が告示された経営情報分野のプログラミングでは, 従来の手続き型言語などに加えて, オブジェクト指向型言語を意識した記述が見られるようになったオブジェクト指向とは, プログラムとデータを一つのまとまりとして, 独立性の高い部品のように扱う考え方であり, 一度作ったプログラムを再利用しやすくなるのが特徴であるオブジェクト指向型言語としては,Java 言語や C++ などが有名であるインターネットの検索結果からプログラミング言語の人気をランキングすると,Java 言語はここ数年検索数 1 位を記録しており, 人気の高さが伺える一方,COBOL 言語は34 位である書店などでも,Java 言語の書籍は多く見かけるものの,COBOL 言語は国家試験対策用として2,3 冊が置いてあるだけであるこのような状況の中, 平成 23 年 3 月に開催された全国情報処理教育研究協議会および研究大会において平成 25 年度から全商主催情報処理検定試験プログラミング部門において Java 言語による試験が実施されることが発表された一方,COBOL 言語は平成 26 年度までで廃止が決定し, イベント駆動型 Basic 言語はマクロ言語に変更となるまだ, 詳細は決定していないものの, プログラミング教育の大きな転換点であることは間違いないそこで, 本研究では Java 言語の未経験者を対象に,COBOL 言語との比較をしながら, その導入方法からアルゴリズムの基礎部分の指導方法について提示していきたい (2) 研究内容ア Java 言語の特徴について研究するイ学習環境の設定方法について研究するウ COBOL 言語との違いについてそれぞれの言語を比較しながら研究するエ基礎的なプログラミング学習の指導方法について研究する 2 Java 言語の概要 (1) Java 言語の特徴最近では Android アプリの開発用言語として注目されている一方で, 冷蔵庫やエアコンなどの制御用としても用いられる ( 図 1) 1995 年に Sun Microsystems 社が開発したプログラミング言語で, オブジェクト指向型言語である点が大きな特徴であるまた,Java で開発されたソフトウェアは特定の商 -3-1 図 1

OSやマイクロプロセッサに依存することなく, 基本的にはどのようなプラットフォーム (OSやハードウェア ) でも動作する Java 言語で記述されたソースコードは, コンパイル時に Java バイトコードと呼ばれる中間コードに変換されるそれが, 実行時には Java 仮想マシン (JavaVM) と呼ばれるソフトウェアによって, 個々のプラットフォームに対応した形式に変換され実行される

の基本形であるグラフィカルな実行環境で動作するプログラムを作成することもできる OpenOffice( 図 2) や COBOL 言語のインタープリタで YCobol( 図 3) などがあるイ Java アプレット Web ブラウザ上で動作するプログラム HTML から呼び出されて実行されるチャットや株価のリアルタイム表示などで利用されている ( 図 4) ウ Java サーブレット

2 OSやマイクロプロセッサに依存することなく, 基本的にはどのようなプラットフォーム (OSやハードウェア ) でも動作する Java 言語で記述されたソースコードは, コンパイル時に Java バイトコードと呼ばれる中間コードに変換されるそれが, 実行時には Java 仮想マシン (JavaVM) と呼ばれるソフトウェアによって, 個々のプラットフォームに対応した形式に変換され実行されるプラットフォーム間の違いは Java 仮想マシンが吸収するため, 開発時にはプラットフォームの違いを意識しなくてよいつまり,1つのプラットフォーム用に記述したソフトウェアをほかのどのプラットフォームでも実行できる (2) Java の種類一口に Java といっても, 動作環境や目的によっていくつかに分類されるア Java アプリケーション文字ベースの環境で動くプログラムですべての Java の基本形であるグラフィカルな実行環境で動作するプログラムを作成することもできる OpenOffice( 図 2) や COBOL 言語のインタープリタで YCobol( 図 3) などがあるイ Java アプレット Web ブラウザ上で動作するプログラム HTML から呼び出されて実行されるチャットや株価のリアルタイム表示などで利用されている ( 図 4) ウ Java サーブレット Web サーバ上で動作するプログラム実行した結果を, クライアント側のWebページに返すネットショッピングやオンラインバンキングなどで利用されている ( 図 5) エ JavaBeans アプリケーションを簡単に作成することを目的に, いくつかの小さなプログラム ( 部品 ) を集めたもの図 2 図 3 図 4 図 5 要求によって,Web ブラウザにダウンロードされて実行するプログラム要求によって, Web サーバ上で実行するプログラム結果だけを Web ブラウザに返す商 -3-2

(3) Java の開発環境以下のものをダウンロードしてインストールするこれらはすべてインターネット上で無料配布されているア Java 仮想マシン JavaVM やJREとも呼ばれる

com/ja/ イ JavaSE JDKとも呼ばれるもので,Java プログラムを開発する環境と実行する環境の集まりバージョンアップとアップデートを頻繁に行なっている ( 図 7) http://www.

html 図 6 ウ CPad for Java2 SDK プログラムを入力する際に使用するエディタメモ帳でも構わないが, こちらのほうが使い勝手がよい Windows7 でも動作可能 ( 図 8)

3 (3) Java の開発環境以下のものをダウンロードしてインストールするこれらはすべてインターネット上で無料配布されているア Java 仮想マシン JavaVM やJREとも呼ばれるすでにインストールされている場合もある ( 図 6) イ JavaSE JDKとも呼ばれるもので,Java プログラムを開発する環境と実行する環境の集まりバージョンアップとアップデートを頻繁に行なっている ( 図 7) 図 6 ウ CPad for Java2 SDK プログラムを入力する際に使用するエディタメモ帳でも構わないが, こちらのほうが使い勝手がよい Windows7 でも動作可能 ( 図 8) 図 7 図 8 3 Java 言語の基本的なルール Java のプログラムはクラス ( 注 1) という単位で { からの中に記述するそのクラスの中に複数のメソッド ( 注 2) を記述するやはり, これも { からの中に記述する中でも main メソッドはクラスが呼び出された際に, 始めに実行されるメソッドである例 public class P01{ System.out.println("Hello Java!"); 商 -3-3

4 public 外部からのアクセスを許可する class P01 クラス名の記述最初の文字は大文字にする static 変数を共有する準備 void このメソッドから返す値がないことを表す main メソッド名 String[] args main メソッドで文字列を扱う準備 ( 注 1) クラスオブジェクト指向言語である Java 言語では, 一つのプログラムのことをクラスと呼ぶ通常, 複数のクラスを組み合わせてシステムを構築する ( 注 2) メソッドクラスの中に記述される, 一連の処理 4 COBOL 言語との比較 COBOL 言語と Java 言語を比較しながら,Java 言語の特徴について調べた COBOL 言語の一般的な指導順序は, ファイル処理から学習がスタートし, 次のとおりである 1データの入出力 5 一定回数の繰り返し 2 四則演算 6テーブルの利用 3 合計と平均 7 線形探索 4 最大値と最小値一方,Java 言語では, 次の順序で学習することが多い 1 画面への表示 5 判断 2 変数の型 6 繰り返し 3 四則演算 7 配列 4 比較演算子 (1) 画面への出力 Java 言語でも COBOL 言語でも, 画面への出力はほぼ同じである System.out.println() は, 画面への表示のあと改行する出力命令であるなお, 命令文の最後には ; をつける IDENTIFICATION DIVISION. PROGRAM-ID. P01. ENVIRONMENT DIVISION. DATA DIVISION. PROCEDURE DIVISION. SYORI. DISPLAY "HELLO COBOL!" STOP RUN. HELLO COBOL! public class P01{ System.out.println("Hello Java!"); Hello Java! 商 -3-4

5 (2) 変数 COBOL 言語には文字を扱う英数字項目と数字を扱う数字項目があるが,Java 言語にはつぎのような型がある char 型は文字を1 文字のみ扱うことができる文字列を扱う場合は, String というクラスを用いて扱う整数を扱う型 byte 1 バイト -128~+127 short 2 バイト ~ int 4 バイト ~ long 8 バイト ~ 実数を扱う型 float 4 バイト ± ~± double 8 バイト ± ~± 文字を扱う型 char 2 バイト 1 文字のみ格納できる文字をシングルクォーテーションではさむ文字列を扱う場合 String 文字列を扱うことができるクラス文字列をダブルクォーテーションではさむ真偽値 boolean true または false 次のようなプログラムのように, 変数や文字列など複数の項目を表示させる場合など,+ 演算子を使用して結合する DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 NAMAE PIC X(10). 01 TOSI PIC 9(03). PROCEDURE DIVISION. SYORI. MOVE "YAMADA" TO NAMAE MOVE 43 TO TOSI DISPLAY NAMAE TOSI STOP RUN. public class P02{ String namae; int tosi; namae = "yamada"; tosi = 43; System.out.println(namae + tosi); YAMADA 043 yamada43 商 -3-5

6 (3) 整数どうしの四則演算 COBOL 言語では, 整数どうしの計算で, 小数が出た場合, 結果は切り捨てられる Java 言語でも, 整数型どうしの計算の場合は同様である DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 SU1 PIC 9(3). 01 SU2 PIC 9(3). 01 KOTAE PIC 9(4). PROCEDURE DIVISION. SHORI. MOVE 5 TO SU1 MOVE 2 TO SU2 COMPUTE KOTAE = SU1 / SU2 DISPLAY KOTAE STOP RUN. public class P03{ int su1 = 5; int su2 = 2; int kotae; kotae = su1 / su2; System.out.println(kotae); 四則演算子は, 以下のようなものがある + 足す - 引く掛ける / 割る ++ インクリメント例 :i++ i = i + 1 と同じである -- デクリメント例 :i-- i = i - 1 と同じである Math.pow(a,b) べき乗のメソッド例 :kotae = Math.pow(3,2) 3 2 の計算結果を kotae に格納する (4) 実数の四則演算 COBOL 言語では, 小数を扱う場合は,DATA DIVISION で項目を宣言する際に V を使用する Java 言語では, 結果を格納する変数を実数型で宣言するだけでなく, 計算式の中で扱われる変数や数値の一部も実数型でなくてはならない商 -3-6

7 DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 SU1 PIC 9(3). 01 SU2 PIC 9(3). 01 KOTAE PIC 9(4)V9. PROCEDURE DIVISION. SHORI. MOVE 5 TO SU1 MOVE 2 TO SU2 COMPUTE KOTAE = SU1 / SU2 DISPLAY KOTAE STOP RUN. public class P04{ int su1 = 5; double su2 = 2; double kotae; kotae = su1 / su2; System.out.println(kotae); 生徒にとって, 非常に理解が難しい部分である次のプログラムは結果を格納する変数のみが実数型のため, 実行すると答えが切り捨てられてしまう public class P04_2{ int su1 = 5; int su2 = 2; double kotae; kotae = su1 / su2; System.out.println(kotae); 2.0 注意! また,Java 言語の特徴として, 精度の高い変数あるいは数値を, 精度の低い変数に代入しようとすると, エラーが発生する public class P04_3{ double a = ; int b; b = a; System.out.println(b); コンパイルに失敗しました注意! 商 -3-7

8 そこで, キャスト演算子を使い, 特定の型に変換する public class P04_4{ double a = ; int b; b = (int)a; System.out.println(b); 1234 (5) 判断 Java 言語では判断の命令は, 以下のように記述する if( 条件 ){ 真の場合の処理 else{ 偽の場合の処理次のプログラムは, 変数 a と変数 b にそれぞれ値を格納し, 数値の大きい方を表示する DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 SU1 PIC 9(3). 01 SU2 PIC 9(3). PROCEDURE DIVISION. SHORI. MOVE 5 TO SU1 MOVE 3 TO SU2 IF SU1 > SU2 THEN DISPLAY SU1 ELSE DISPLAY SU2 END-IF STOP RUN public class P05{ int a = 5; int b = 3; if(a > b){ System.out.println(a); else{ System.out.println(b); 条件で記述する比較演算子には, 上記以外にも以下のようなものがある == 等しい && AND!= 等しくない OR < 小なり >= 以上 <= 以下商 -3-8

9 多分岐の場合,COBOL 言語では IF 文を入れ子にして記述するが,Java 言語では, それ以外に if 文を連続して記述する方法や,switch 文による方法がある switch 文による記述は, 以下のとおりである switch( 式や変数 ){ case 値 1: 処理 1 break; case 値 2: 処理 2 break; default: 処理 3 switch 文では, 計算の結果や変数の値などと等しい値を上から順に検索し, 見つかった場合は処理を行い break 文で switch 文を抜け出る見つからない場合は default の処理を行う if 文を連続して記述した場合 public class P05_2{ int ku = 2; if(ku == 1){ System.out.println(" 大人 "); else if(ku == 2){ System.out.println(" 学生 "); else if(ku == 3){ System.out.println(" 小学生 "); else{ System.out.println(" 幼児 "); 学生 switch 文で記述した場合 public class P05_3{ int ku = 2; switch(ku){ case 1: System.out.println(" 大人 "); break; case 2: System.out.println(" 学生 "); break; case 3: System.out.println(" 小学生 "); break; default: System.out.println(" 幼児 "); 学生商 -3-9

10 (6) 一定回数の繰り返し Java 言語では for 文を使用し, 以下のように記述するカウンタとして変数を使用する for( カウンタの初期値設定 ; 繰り返しを続ける条件 ; 増え方 ){ 繰り返す処理次のプログラムは, 変数 N を 1 から 3 まで 1 ずつ増やし, それを順に表示する DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 N PIC 9. PROCEDURE DIVISION. SHORI. PERFORM VARYING N FROM 1 BY 1 UNTIL N > 3 DISPLAY N END-PERFORM STOP RUN. public class P06{ int n; for(n = 1;n <= 3; n++){ System.out.println(n); (7) 条件による繰り返し Java 言語では while 文を使用し, 以下のように記述する while 文は繰り返す回数が決まっていない場合に使用する流れ図では, ~ の間と記述する場合が多い while( 繰り返しを続ける条件 ){ 繰り返す処理上記のプログラムを,while 文に変更する DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 N PIC 9. PROCEDURE DIVISION. SHORI. MOVE 1 TO N PERFORM UNTIL N > 3 DISPLAY N COMPUTE N = N + 1 END-PERFORM STOP RUN. public class P07{ int n = 1; while(n <= 3){ System.out.println(n); i++; 商 -3-10

11 (8) 配列配列とは, 同じ型の変数に一連番号 ( 添字 ) をつけてまとめて扱うもの配列の宣言は, 例えば,int 型の配列 num を num[0]~num[2] まで作成するばあい, 以下のように記述する int num[] = new int[3] COBOL 言語では, 添字は基本的に 1 から始まるが,Java 言語では,0 から始まるので注意が必要である次のプログラムは, 配列 num に値を代入したあと,num[2] の値を表示する DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 NUM-TBL. 02 NUM PIC 9(2) OCCURS 3. PROCEDURE DIVISION. SHORI. MOVE 10 TO NUM(1) MOVE 20 TO NUM(2) MOVE 30 TO NUM(3) DISPLAY NUM(2) STOP RUN public class P08{ int num[] = new int[3]; num[0] = 10; num[1] = 20; num[2] = 30; System.out.println(num[2]); 注意! 5 授業実践 (1) 授業概要ア授業名学校設定科目ビジネス技能 ( プログラミング ) イ単位数 2 単位ウ内容 Java 言語によるプログラミング学習 1. 画面への表示 1 時間 6. キーボードからの入力 1 時間 2. 変数 1 時間 7. 合計と平均 3 時間 3. 四則演算 2 時間 8. 最大最小 2 時間 4. 判断 3 時間 9. 配列の利用 3 時間 5. 繰り返し 3 時間 10. 線形探索 3 時間エ受講者 28 名普通科 1 年 3 名 2 年 4 名 3 年 2 名商業科 1 年 4 名 2 年 11 名 3 年 4 名オ生徒観学科学年の枠を超えてプログラミングに興味のある生徒が選択している (2) 評価知識理解の観点から評価を行うため, 小テスト ( 資料ページ参照 ) を6 月 29 日 ( 水 ) に行った平均点は全体 50.4 点であり, 学年別では1 年 55.0 点,2 年 49.0 点,3 年 48.6 点であった原因として次のような点があげられるア 4 月からの授業時数が 14 時間だった商 -3-11

12 イ週 1 回で2 時間連続の授業のため, 翌週には学習した内容を忘れてしまったウ結果的に学習進度が早くなり, 知識の定着が弱くなってしまったエ学年を追うごとに平均点が下がっていることから, 高学年の意欲や関心を引き出すことができなかったと思われる本校は2 学期制のため, この科目は 10 月 19 日で終了となる後期では教材を見なおし, 生徒がより理解できるように指導していきたい 6 おわりに今回は,COBOL 言語を指導していた人が Java 言語に移行することを前提に, これまでのプログラミング学習との違いや注意点を中心に研究したそのため, オブジェクト指向の部分についてはほとんど触れていないまた,COBOL 言語では最初にファイル処理から学習がスタートするが, 最近の言語ではデータベースを扱うことが前提になっており, ファイルという概念があまりでてこないこのようなシステム環境の変化も戸惑いのもとであろうしかし, アルゴリズム学習としてのみ Java 言語を使用する場合は, それほど心配はいらないように思うそこで, 平成 25 年度から導入される全商協会の情報処理検定でも,2 級においては従来と同じように最大最小や線形探索といった初歩的なアルゴリズム部分を問う内容に留めてもらいたいそして,1 級においては並べ替えや順位付けのアルゴリズムを中心にオブジェクト指向の基礎的な部分のみを問う内容にしてもらいたいそうすれば, 教員側の不安も減り, 全国的にも混乱なく移行が進むと思われる科目プログラミングは, 商業高校生にとって論理的思考力を養ううえでとても大切である高度資格取得のためだけではなく, 全国でも多くの先生方に Java 言語によりプログラミングを指導していただきたい最後に, ご指導いただいた指導主事渡部清先生, 市立船橋高校校長竹内英世先生をはじめ, 教科研究員の先生方に深く感謝申し上げる次第である参考 URL 1. 文部科学省学習指導要領ホームページ 2. TIOBE Software 参考文献 1. Java 入門神戸情報工科専門学校 2. Java プログラミング株式会社インフォテックサーブ 3. 3 日で解る Java 桑原恒夫 4. 楽しい Java 入門今井なぎ 5. Java の絵本株式会社アンク 6. java アソシエイツ翔泳社商 -3-12

13 資料編平成 23 年 6 月 29 日 ( 水 ) に実施した小テスト 1. 次の計算式を,Java 言語で実行できるように記述しなさい 1 y = a b c + d 2 y = a b c d e 2. 次の演算を実行したとき,y の値はいくつかただし, 変数はすべて int 型で,a = 5, b = 4, c = 2, d = 3 とする y = a + b c d 3. double 型の変数に数値を代入し計算するどのような値が表示されるか public class B03{ double a; double b; double c; a = 2.0; b = 3.0; c = b / a; System.out.println(c); 4. int 型の変数に数値を代入し四則演算するどのような値が表示されるか public class B04{ int a; int b; int c; a = 2; b = 3; c = b / a; System.out.println(c); 商 -3- 資 -1

14 5. 点数をキーボードから入力し,70 点以上の場合は合格, それ以外の場合は不合格を表示する 100 以下の点数を入力している間は処理を続け,100 を超える点数が入力された場合は, 処理を終了する次のプログラムを完成させなさい import java.util.scanner; public class G07{ Scanner sc = new Scanner (System.in); int ten = sc.nextint(); while(ten <= 100){ if (ten >= 70){ System.out.println(" 合格 "); else{ System.out.println(" 不合格 "); ten = sc.nextint(); sc.close(); 6. 筆記試験の点数を Hikki に, 実技試験の点数を Jitugi に代入するどちらの点数も 70 点以上の場合であれば " 合格 ", それ以外であれば " 不合格 " を表示する次のプログラムを完成させなさい public class D02{ double hikki = 80.0; double jitugi = 70.0; if (hikki >= 70 && jitugi >= 70) System.out.println(" 合格 "); else System.out.println(" 不合格 "); 7. 掛け算九九を表示するプログラムを作成しなさい public class E05{ int m; int n; 11=1 12=2 : 98=72 99=81 for (m = 1; m <= 9; m++){ for (n = 1; n <= 9; n++){ System.out.println( m + "" + n + "=" + (m n)); 商 -3- 資 -2

15 8. int 型の変数 p を使用し,6 年生 ~1 年生を表示する次のプログラムを完成させなさい public class F04{ int p ; while (p >= 1 ){ System.out.println( p + " 年生 "); p--; 6 年生 5 年生 4 年生 3 年生 2 年生 1 年生 9. 身長と体重をキーボードから入力し,Sin と Tai に代入する BMI 指数が 25 を越えている場合は " 太り気味です ",18.5 未満の場合は " 痩せ気味です ", それ以外であれば " 標準的です " を表示する次のプログラムを完成させなさい import java.util.scanner; public class G04{ Scanner sc = new Scanner (System.in); double sin = sc.nextdouble(); double tai = sc.nextdouble(); double bmi= tai / (sin sin); if (bmi > 25){ System.out.println(" 太り気味です "); else if (bmi >= 18.5){ System.out.println(" 標準的です "); else{ System.out.println(" 痩せ気味です "); sc.close(); 10. キーボードから売上金額を入力し, 合計, データの件数, 平均を求める売上金額が 0 ではない場合は集計処理を繰り返し,0 が入力された場合は処理を終了し, 合計, データの件数, 平均を表示する次のプログラムを完成させなさい商 -3- 資 -3

16 import java.util.scanner; public class H04{ Scanner sc = new Scanner (System.in); long total = 0; long kensu = 0; double heikin; int uriage = sc.nextint(); while(uriage!= 0){ total = total + uriage; kensu = kensu + 1; uriage = sc.nextint(); heikin = total / kensu; System.out.println(total); System.out.println(kensu); System.out.println(heikin); sc.close(); 解答 (1. と 2. は 5 点, 他は 4 点 ) 1. 1 y=(ab)/(c+d) 2 y=a(b/c)(d/e) ten <= 100 ten <= 70 ten = sc.nextint() 6. hikki >= 70 && jitugi >= 70 System.out.println(" 合格 ") else 7. m <= 9 n = 1 m n 8. = 6 p > 0 p-- 9. double tai bmi > 25 bmi >= uriage > 0 total = total + uriage kensu + 1 heikin = total / kensu 商 -3- 資 -4

Microsoft Word - 商業－３

Microsoft Word - 商業－３科目プログラミングの効果的な指導法について -Java 言語を活用して- 市立高等学校 ( 商業 ) 1 はじめに (1) 主題設定の理由平成 21 年 3 月に新しい高等等学校学習指導要領が告示された経営情報分野野のプログラミングでは, 従来の手続き型言語語などに加えて, オブジェクト指向型言語を意識識した記述が見られるようになったオブジェクトト指向とは, プログラムとデータを一つのまとまりとして,