03川島.indd

Size: px

Start display at page:

Download "03川島.indd"

1 保健医療経営大学紀要 3 17 ~ 22(2011) < 研究ノート (Research Note)> プログラミング教育における構造化チャートの再評価川島秀樹 * 要旨 2008 年から新設大学で情報処理関連授業を行っている. 学生に論理的な思考能力をつけさせるには, プログラミングの授業が適しているが, ゆとり教育の影響や文系大学のプログラミング軽視などによって, 難しいと感じる学生が増えているように思われる. 企業の新人教育と違って, 学生は将来プログラマや SEになるという明確な目標を持っている訳ではなく, プログラム理解に重点を置く授業方法に変えることにした. プログラミング教育で実践したのは, プログラム仕様書をきっちり書かせて理解させ, プログラムソースのコーディング作業を進めたことである. そのために構造化チャートを利用し, その中でも日本電気の SPD や情報処理試験で利用する擬似言語を用いた. 授業アンケートの出席カードを用いて評価状況をみると, 授業の内容変更 ( 仕様書の書き方を理解させること ) によって, 楽しい, 理解できると感じた学生が増加していること実感した. 以上からプログラミング教育においては, ドキュメントの作成能力や表現力を養成し, 構造化チャートを利用することが効率的であると思われる. 最後に, 擬似言語表記を使った構造化仕様書の提案をしている. Keywords: プログラミング授業, 構造化手法,SPD, 擬似言語,UML. はじめに 2008 年に開学した保健医療経営大学で, 学生に情報処理関連の授業を行っている. 本学は久留米の聖マリア病院が設立した新設大学で, 医療の経営マネジメントスタッフを育成することを目的とし, 医療や経済経営はもちろんのことITにも精通した情報基礎教育を実施している. 授業科目は表 1のとおりである. 文系学部であるために, 情報系学部と比べると専門演習を除いて基礎的な授業が主体である. しかし, 設立時にプログラミングの授業を2 科目導入したのは, 学生が病院などの医療機関に就職後, 必ずシステム導入の仕事を経験するので, プログラミングの基礎を理解すれば, システムの要求定義, システムテスト, システム運用が楽になるという考えからである. 学生に論理的な思考能力をつけさせるには, プログラミングの授業を履修させるのが適していると思われる. 表 1 保健医療経営大学情報処理関連科目情報処理入門(PC 演習 ) [30]( 必修 ) (Windows,Word,Excel,PowerPoint,Access,HPB) コンピュータ概論(IT 基礎 ) [15] プログラミング基礎 A(VB ) [15] プログラミング基礎 B(C 言語 ) [15] 情報科学 Ⅰ( 基本情報技術者養成 )[15] 情報科学 Ⅱ( 基本情報技術者養成 )[15] 医療情報学( 医療情報技師養成 ) [15] 経済工学( データ分析の基礎 ) [15] 基礎演習( プレゼンテーション ) [15] 専門演習 Ⅰ(Excel VBA) [15] 専門演習 Ⅱ(DB, アルゴリズム ) [15] 専門演習 Ⅲ(NW, システム分析 )[15] [n] は授業のコマ数 * 保健医療経営大学教授, 博士 ( 経済学 ) hideki-kawashima@healthcare-m.ac.jp 17

2 川島秀樹 1. 授業での問題大学 2 年生対象のプログラミング基礎 A(Visual Basic) の授業を 2 年担当して, 過去に経験がある企業の新人教育との違いが次第に明確になってきた. 大学教育の場合 1 コマ 1.5 時間の 15 回で 22.5 時間, 企業の新人研修 ( 日本ユニシス ) の場合, 言語 COBOL の習得に 1 日 7 時間の 12 日間で計 84 時間の集中講義が行われた. 言語は違うが, どちらもプログラム初心者を対象にしている. 新人研修だと将来プログラマやSEを目指しているのに対して, 学生の場合将来何かに役立てようというケースが多い. それに, プログラミングは難しいという思い込みが最初にある. 学生に授業をしながら, 以下の三点に特徴があることがわかった. 1) ゆとり教育の影響 2002 年からのゆとり教育の影響で, 小中学校の教科書で算数数学の基礎事項を理解しないケースが増えた. たとえば 2 進数の計算は, 桁の繰り上げ処理を理解することであるが, そういった基礎力が不足していることがあげられる. 高等学校においても, 数学 Ⅱ B, 数学 Ⅲ, 生物, 化学, 物理などの理科系科目を取らない学生が多くいる. これによって論理的能力を身につけない学生が増え, 情報処理関連の選択授業を敬遠する傾向にある. 選択授業でも, プログラミングのアルゴリズムを理解できない学生が 10 数年前と比較すると増えている. また, 全般的に生活が豊かになるにつれ, 学生にハングリー精神が無くなってきていることもあげられる. 20 ~ 30 年前では, ゲームなどのプログラムを開発して億万長者になりたいという学生が, どこの大学にも数名いたと思われる. 2) プログラミングの軽視パソコンのビジネスソフトが登場し始めた 1980 年代後半に比べると, マイクロソフトの Excel や Access が相当に充実したことにより, プログラミングを行って, 昔ながらのデータ処理を行うことが少なくなった. そのため, 文系の大学において, コンピュータの授業が少なくなっている. 表 2 は九州地区経済経営商学部系の主要大学の情報処理関連授業を各大学のホームページシラバスより調査したものである.( 一般授業 :, ゼミ : ) 大学ゼミでの授業実施を除いて, プログラミングの授業を行っているのは約 28% であった. アルゴリズムなどのプログラム設計を教えている授業はほとんどないことがわかる. 文系大学の学生は, パソコン操作ができれば, 情報処理をマスターしたと考える傾向にある. 表 2 からも, ほとんどの大学で情報処理操作の授業 (PC 演習など ) を行っている. 授業で 16 進ダンプツールを使った採取方法を教えたら, それが何をするのかと学生から質問されたことがあった. プログラミングを学んでいる学生だったら, ファイルを作成したときに中身をみる最良のツールであることが理解できると思われる. 表 2 九州地区主要大学プログラミング授業 3) テキストの例題を打ち込むだけで満足ここ 2 年間の授業で最も多かったのが, テキストの例題を, そのままソースに書き込み実行するパターンである. テキストの付録のソースをダウンロードできる Web サイトもあるので, 要領の良い学生はそれをダウンロードし, コピー & ペーストする始末である. しかしながら, ロジックや使用するシンタックス ( 文法的な規則 ) の意味を十分理解することをしないで, 実行結果が正しく出たと喜んでいたのでは, いつまでたっても上達しない. プログラムソースを考えながら打ち込むという作業を面倒くさいという学生が増加したように思われる. 2. 授業での実施内容変更 1) プログラム仕様書の書き方を理解させる 1 年目 (2009 年度 ) は, 企業の新人研修と同じようなレベルで授業を進めた. 文法的な規則をしっかり教え, 18

3 プログラミング教育における構造化チャートの再評価 VB2005 入門テキスト ( 笠原 2006) に従って, 文法をきっちり教えて, 多くの演習問題を解かせた. そうすると, ただ問題を解いて完成させればよいという学生が増え, ロジックの内容を理解できないままに, デバックしているのが目についた. そのため,2 年目 (2010 年度 ) からは, プログラム仕様書をきっちり書かせて理解させ, プログラムソースのコーディング作業を進めた. プログラム仕様書は, 一般的に用いられる構造化手法で, 日本電気の SPD( 遠藤 1992) を使った.SPD 以外に有名なものとしてNT Tの HCP, 日立の PAD, 富士通の YAC Ⅱなど ( 付録 1) がある. これらは, 日本工業規格にプログラム構成要素及びその表記法として制定されている. ところで, こういった仕様書を Word などで記述するのに, 一般的にフローチャートを使うのであるが, ループ処理がわかりづらいこと, 条件文にさまざまな書き方があることから, 構造化チャートを使用した. また, 処理内容を図形 ( 四角, 菱形, 丸等 ) の中に Word などで書くのが好きでなかったので,SPD を利用したプログラム設計を学生に教えた. 授業のおわりでは,SPD だけではなく, 情報処理試験に使われる擬似言語の記述形式 ( 付録 2) を用いて記述した. ただ, 擬似言語は記述にコードをそのまま書き写す傾向にあるので, 少し細かすぎて学生にはわかりにくかったようだ. ロジックの中では, 繰り返しと条件分岐は極めて注視する必要がある. それを解りやすくする為に SPD を使用したのであり, できるだけ簡便に日本語としての意味が通るようにした. 企業の新人研修では, プログラミングの前にアルゴリズムなどのプログラム設計を 3 日 ~ 5 日間 (21 時間 ~ 35 時間 ) 程教えている. 本来は, 大学でそういった講座を開講すべきであったのだが, 文系学部の一般授業では不可能であった. 2) 構造化手法の利点構造化手法は,30 年も前から利用されている. 花田 (2005) によれば以下の特徴を持っている.1データの構造を階層的に記述する ( データ構造 ).2 処理の概要と詳細とを対応づけながら階層的に記述する ( 処理構造 ). 3 制御の流れを記述する ( 制御構造 ).4データと処理との関係を明記する. これらの特徴により, アルゴリズムを容易に理解することが出来る. ところが,Java や C# などの言語を使った場合に, オブジェクト指向設計手法を採用するので, データと処理を分けて設計する構造化手法は時代遅れであり, データと処理をオブジェクトの中にまとめて考えるカプセル化に馴染まないのではないかという批判 ( テクノロジックアート 2010a) もある. オブジェクト指向の UML(Unified Modeling Language) は, 要求定義や概要設計の場合極めて有用であると考えられる. しかし, コーディング作業時に使われるシーケンス図 ( 図 1 参照, テクノロジックアート 2010b) は, 繰り返しと条件分岐の記述を簡潔明瞭に表現することに弱く, わかりにくいと思われる. また, 詳細クラス図も同様である. 図シーケンス図例 ( チケット予約アプリケーション ) 出典 : テクノロジックアート 2010b 19

4 川島秀樹近年, 杉浦他 (2005) はプログラム教育に HCP チャートを使用している. その論文の中で, 分かりやすい HCP チャートを議論することによって, プログラムを制御構造から捉える思考だけではなく, プログラムを論理構造から捉える思考を養うことができると述べている. また, プログラムの論理構造は, 処理の目的をコメントに記述し, 目的別にまとめた処理をモジュールによって表現できる. これが人にわかりやすいプログラムに繋がると述べている. 3. 授業アンケートから 1) 出席カード本学では授業終了前の 5 分間, 今日の講義の復習のために, 感動した内容や, 質問事項, 理解できなかった内容を,A6 版の出席カード ( 図 2 参照 ) に書かせている. 学生が, 難しかったと感じた場合, 次の時間にフィードバックして再度教えている. こういった単純なことが, 学生との距離を縮めることになると感じている. ところで,2009 年授業の出席カード ( 受講者 8 名,55 件 ) と 2010 年授業の出席カード ( 受講者 8 名,109 件 ) を使って, その感想を表 3 のような内容 (1 楽しい2 理解できる3 頑張りたい4エラー頻発 5 大変だった6 難しい ) に分類した.2009 年度は, 出席カードに感想を書かない学生や授業の履修取消をした学生 (2 人 ) がいるので, 出席カードの件数は少ない. また, 本学にFD 委員会の学生授業アンケートがあるが, 項目にオール 5 やオール 3 をつける学生が多いので, 恣意的で信用できない一面があり, それを利用しなかった. 表 3 出席カード内容出席カード内容 2009 年 2010 年楽しい % % 理解できる 2 3.6% % 頑張りたい 5 9.1% 8 7.3% エラー頻発 % 7 6.4% 大変だった % 7 6.4% 難しい % % 計 % % 表 3 の出席カードの内容 (2009 年 ~ 2010 年 ) をみると, 楽しいと感じた学生が 16.4% から 23.9% へ, 理解できると感じた学生が 3.6% から 33.9% 増加した. また, 大変だったと感じた学生は 16.4% から 6.4% へ, 難しいと感じた学生は 43.5% から 22.0% へ減った. 図 3 のレーダチャートは,2010 年度からの授業の内容変更 ( 仕様書の書き方を理解させること ) によって, 楽しい, 理解できると感じた学生が増加していることを明確に示している. 図 3 出席カード内容レーダチャート 3) 仕様書中心の授業展開の長所仕様書中心の授業は, 日本語の表現が豊かになり, 目的がはっきりし, 理解することができる. 多くの模範プログラムを読んで, 構造化チャートに記すことによって, 相当の実力をつけることができた. また, 処理パターンのアルゴリズムを理解できた. 図 2 出席カード 4) 仕様書中心の授業展開の短所短所として, 仕様書の書き方の時間を確保することによって, 授業が前年の 2/3 くらいしか進まなかったことを挙げることができる. そのため, 学生に解かせる演習問題を削減せざるをえなかった. それに, 学生は企業の新人研修のように精力的にプログラムが書けるわけではない. 学生には, 基本的なロジックを教えるのが精いっぱいで, 情報処理試験の問題を解くレベルが目標となってしまう. なぜなら, 学生に授業後居残りをさせて, じっくりとプログラムを完成させる環境が少なくなっているからである. 20

5 プログラミング教育における構造化チャートの再評価 4. 擬似言語表記を使った構造化仕様書の提案 2 多分岐選択情報処理技術者試験では, 構造化プログラミングの定着により, フローチャートではなく擬似言語が導入されている. これは, 順次判断反復の 3 種類の構造を使用して, アルゴリズムを明確に表現したものである. 擬似言語の特徴として大滝 (2009) によれば,1 コーディングしやすい文章で論理構造が表現できる.2 日常語の自由な表現で記述できる.3 論理構造は構造化定理に従うとある. 2 年目のプログラミング授業や専門演習では,SPD や HCP など一部の IT 企業が使っている構造化チャートよりも, 情報処理技術者試験で採用している擬似言語を使って, 誰もが明確に理解でき, ワープロソフト等 (Word, 一太郎 ) にも記述しやすいようにした. まず, 擬似言語の記述形式に SPD の記述形式を使うことである. 次に, 処理記述においては処理の階層的表現を重視し, 何をするかそれを実現するために, ループや振り分けなどの制御構造をまとめ上げた. 階層の上位レベルにどのように繰り返すか, どうやって振り分けるかを記述した. さらに, プログラムコードとの対応がわかりやすくなる程度に詳細化したら, そこで詳細を止めることにした. 必ずしも一つの処理が一つのステートメントに対応する必要はなく, 全体としての流れがわかるようにした. 記述方法としては以下のとおりである. 1) 順次構造命令の記述であり, を先頭につける. 処理 1 処理 2 2) 判断構造条件を指定して処理を分岐する. 条件には以下のものがある. = > < >= <= 3) 反復構造 1 前判定繰り返し処理 2 後判定繰り返し処理 3 繰り返し処理擬似言語表記を使った構造化仕様書は, 専門演習の授業で活用している.SPD や HCP のように書き方を講習しなくても, 擬似言語問題の演習を解くことによってマスターできる. また, ホワイトボードや Word などにも記述しやすく, 特に繰り返し処理が理解できたという意見が出席カードの感想文から確認できた. 5. 結語まとめと今後の課題 1 二分岐選択以上から, プログラムを教える時に, プログラム仕様書の書き方を中心に教えるというのは, 学生の興味や理解度に大きな効果があると思われる. 本来は, ドキュメントの作成能力や表現力を養成する必要があるのかもしれない. ここでは, プログラムの言語にかかわらず, そういった基礎力養成が授業で必要であると感じた. 今後の展開としては, 構造化チャートを利用したスキルが,UML などのオブジェクト指向に有用であり, わかりにくい日本語の文書表現に最適であることを明らか 21

川島秀樹にしたい. 付録 2 擬似言語の記述形式付録付録 1 構造化チャート事例. 参考文献 [1] 遠藤裕香,(1992), 構造化プログラム設計図法 SPD わかりやすいプログラムへの招待状, 共立出版. [2] 大滝みや子,(2009), 基本情報技術者大滝みや子先生のかんたんアルゴリズム解法流れ図と擬似言語, リックテレコム.

6 川島秀樹にしたい. 付録 2 擬似言語の記述形式付録付録 1 構造化チャート事例. 参考文献 [1] 遠藤裕香,(1992), 構造化プログラム設計図法 SPD わかりやすいプログラムへの招待状, 共立出版. [2] 大滝みや子,(2009), 基本情報技術者大滝みや子先生のかんたんアルゴリズム解法流れ図と擬似言語, リックテレコム. [3] 笠原一浩,(2006), Visual Basic 2005 入門, ソフトバンククリエイティブ. [4] 杉浦学松澤芳昭大岩元,(2005), プログラミング教育における HCP チャートの再評価, 第 46 回プログラムシンポジウム情報処理学会 p [5] テクノロジックアート,(2010a), UML の特徴, [6] テクノロジックアート,(2010b), 改訂 3 版基礎 UML, 株式会社インプレスジャパン. [7] 長野広宣, 東基衛,(1987), プログラム構成要素及びその表記法,Information Processing Society of Japan,Vol 28,No 9. [8] 花田收悦著,(1983), プログラム設計図法, 企画センター. 出典 : 日本工業規格標準調査会 JIS 検索プログラム構成要素およびその表記法 22

高合格率目標達成のためのノウハウを満載! 情報処理試験合格へのパスポートシリーズポイント 1 他社テキストにはない重要用語の穴埋め方式流れ図の穴埋めを採用している他社テキストはあるが, シリーズとして重要用語の穴埋めの採用 ( 問題集は除く ) はパスポートシリーズだけですなぜ, 重要用語の

高合格率目標達成のためのノウハウを満載! 情報処理試験合格へのパスポートシリーズポイント 1 他社テキストにはない重要用語の穴埋め方式流れ図の穴埋めを採用している他社テキストはあるが, シリーズとして重要用語の穴埋めの採用 ( 問題集は除く ) はパスポートシリーズだけですなぜ, 重要用語の新基本情報技術者試験に対応新情報処理試験合格へのパスポートシリーズ平成 21 年度春期より, 基本情報技術者試験が新試験でスタートします情報処理試験合格へのパスポートシリーズは, 新基本情報技術者試験に対応させるとともに, 午前試験免除制度により適合したテキスト構成にリニューアルしますテキスト名ページ数価格 ( 税込 ) 新版の発刊 renewal コンピュータ概論 300 頁