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1 鉄道模型制御教材の開発と プログラミング言語の違いの実践的検討 Development of Train Model for Teaching Measurement -and- Control and Empirical Comparisons of the Impacts of Different Programming Languages Takahisa FURUTA and Tomonori HASHIZUME

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3 鉄道模型制御教材の開発と プログラミング言語の違いの実践的検討 Development of Train Model for Teaching Measurement -and- Control and Empirical Comparisons of the Impacts of Different Programming Languages Takahisa FURUTA 1 and Tomonori HASHIZUME 2 1 Furuta Lab, Dept. of Technology Education 2 Hokkitsu Junior-High School, Shibukawa Accepted September 30th, はじめに

4 114 古 田 貴 久 橋 詰 倫 典 て 計測 制御 の教材としての有効性を検討して 使ったものの 2 通りを用意した どちらを使った場 きた 本研究では 生徒にも馴染みがあるプラレー 合も 列車がセンサ上に来ると 感知される赤外線 ル タカラ トミー を使った より簡便な 計測 や周辺光の強度が変化することを利用して 生徒は と制御 の教材を開発した そして 指導案 生徒 制御プログラムを作成する 向けテキスト および プログラムの開発環境から 列車の 前進 や 停止 などの赤外線信号は 車 構成されるパッケージを構成した パッケージは 両の駆動車に搭載した Kuwatec の Remorail を使っ Microsoft Excel の VBA と MIT の Scratch を 改 造 て モーターを駆動する電圧に変換した Remorail して作成した Chameleon の 2 つのプログラミン は 任意の家電用リモコンで プラレールを動かし グ言語に対応している そして 実際に中学校で授 たり止めたりすることができるアタッチメントであ 業を実施して 生徒の学習上の効果と影響を検討し る 本研究では 電池はエネループを使い 充電す た れば再利用できる乾電池を生徒に体験させた G-rail インタフェースは 車両位置センサの出力 2 鉄道の自動制御教材について 2.1 ハードウェアの構成 今回 開発した教材の主なハードウェアは 1 を AD 変換してパソコンに伝えること および パ ソコンから車両の駆動車に発せられる 前進 や 停 止 などの命令を 家電リモコンの信号フォーマッ ト 家電製品協会 に変換して 赤外線信号として プラレールおよび車両 2 その駆動車に取り付け 発 信 し た こ れ ら の 処 理 に は Microchip 社 の て 赤外線で送られてきた進行 停止の命令をモー PIC18F14K50 を使った ター電圧に変換するアタッチメント 3 パソコン G-rail インタフェースとパソコンとの USB 通信は に USB 接続し 位置センサ 光センサ の出力電 FTDI 社の FT232RL を使ったものと PIC18F14K50 圧を AD 変換し パソコンから車両への命令を家電 の USB フレームワークが提供する HID プロトコル リモコンの赤外線フォーマットの信号に変換する を用いたものの 2 通りの方法を用意した G-rail インタフェースから成る 教材の全景を図 1 FT232RL は USB 通信での標準的な IC であり に示す 学習形態は 生徒 2 人で 1 セットの教材を 設計情報も豊富である FTDI 社が提供しているデ 共有する共同学習方式とした バイスドライバをインストールすれば パソコンか ら G-rail イ ン タ フ ェ ー ス は シ リ ア ル イ ン タ フェースの外部機器として扱えるので マイクロソ フト エクセルにフリーソフトの EasyComm を組 み込むことで エクセルの VBA で自動制御プログ ラムを作成することが可能になった しかしながら この方法では パソコンにデバイスドライバを追加 インストールすることが必須であり セキュリティ レベルを高めている中学校では本教材を使用できな 図1 本研究で開発した教材の全景 プラレールの線路は おもちゃ屋などで市販され いことがある VBA と G-rail インタフェース間における HID プ ロトコルを用いた USB 通信は 生理学研究所が公 ているものである ただし 線路上に 位置センサ 開している PIC テスト回路の通信を HID 機能で を埋め込むための穴 直径およそ 1cm を 各レー おこなうプログラム を参考にした HID プロト ル片の中央に開けた 位置センサは 赤外線フォト コルを用いれば パソコンにデバイスドライバを追 リフレクタを使ったものと フォトトランジスタを 加インストールする必要はないが 通信の仕組みが

5 115 Scratch USB Chameleon G-rail USB Scratch Chameleon TCP/IP Windows USB G-rail Gainer LED LED LED 2 Kuwatec 生徒のプログラムの開発環境について Microsoft Excel VBA Mitchel Resnick Scratch Chameleon 2 Excel 2 Chameleon Scratch 2 VBA ActiveX VBE Excel EasyComm USB G-rail G-rail 図 2 Excel Chameleon 3 Scratch Scratch

6 Scratch MIT Scratch Scratch Scratch/Chameleon Scratch MIT 1 Scratch 1.4 USB 図 3 Chameleon Scratch 1.4 Scratch Scratch Scratch Chameleon 2.3. 本単元の授業展開について T VBA N Chameleon T N 討論 VBA Chameleon Scratch Chameleon Chameleon

7 VBA 3 VBA 4 VBA 5 表 1VBA Excel VBA ActiveX VBA Loop VBA If VBA VBA If USB G-rail PC Excel VBA VBA

8 118 VBA 4 Chameleon VBA VBA IF lf Chameleon Chameleon VBA Chameleon VBA Chameleon T VBA PDCA Chamelon

9 119 1 VBA Chameleon Chameleon 謝辞 Chameleon C 文献 2010 Grail Scratch BP 2000 IT 参考にした主なサイト 1 NanoBoard AG Arduino Scratch tiisai.dip.jp/?page_id=935 2 PIC HID www nips ac jp/tech/ipr/takeshima/hid_custom_ 2012_8_29/hid_custom htm 3 Easy Coding. Adding new blocks to Scratch: Part 1: Adding the Obsolete blocks. ezcoding.wordpress.com/2012/01/17/ adding-new-blocks-to-scratch-part-1-adding-the-obsoleteblocks/ 4 Easy Coding. Adding new Blocks to Scratch: Part 2: Making OS Detecting Blocks. ezcoding.wordpress.com/2012/02/ 18/adding-new-blocks-to-scratch-part-2-making-os-detecting-blocks/ 5-3. Scratch1.4 oohito.com/nqthm/archives/ Arduino Scratch SHIRO d hatena.ne.jp/shiro0922/ / Squeak PDF swikip/squeak/ (5)

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