商-３-１
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 図 1商-３-２ 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 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。 図 3 図 4 図 5
商-３-３ （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) http://www.java.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.oracle.com/jp/index.html
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) http://hp.vector.co.jp/authors/VA017148/
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{public static void main (String[] args){ System.out.println("Hello Java!"); } } 図 6 図 7 図 8
商-３-４
(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 ②四則演算 ③合計と平均 ④最大値と最小値 ⑤一定回数の繰り返し ⑥テーブルの利用 ⑦線形探索 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 ②変数の型 ③四則演算 ④比較演算子 ⑤判断 ⑥繰り返し ⑦配列 （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.
public class P01{
public static void main (String[] args){ System.out.println("Hello Java!"); }
}
HELLO COBOL! Hello Java!
class P01 クラス名の記述 最初の文字は大文字に する void こ の メ ソ ッ ド か ら 返 す 値 が な い ことを表す public 外部からのアクセスを許可する static 変 数 を 共 有 す る 準備 main メソッド名 String[] args main メ ソッ ド で 文 字 列 を 扱 う 準 備
商-３-５ （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 -32768～+32767 int 4 バイト -2147483648～+2147483647 long 8 バイト -9223372036854775808～+9223372036854775807 実数を扱う型 float 4 バイト ±3.4×1038～±1.4×10-45 double 8 バイト ±1.8×10308～±4.9×10-324 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{
public static void main (String[] args){ String namae; int tosi; namae = "yamada"; tosi = 43; System.out.println(namae + tosi); } } YAMADA 043 yamada43
商-３-６ （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。 ★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) 32 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。 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{
public static void main (String[] args){ int su1 = 5;
int su2 = 2; int kotae;
kotae = su1 / su2;
System.out.println(kotae); }
}
2 0002
商-３-７ 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{
public static void main (String[] args){ 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。 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。 0002.5 2.5 コ ン パイ ルに 失敗 し ま した public class P04_2{
public static void main (String[] args){ int su1 = 5;
int su2 = 2; double kotae; kotae = su1 / su2;
System.out.println(kotae); }
}
2.0
public class P04_3{
public static void main (String[] args){ double a = 1234.567; int b; b = a; System.out.println(b); } } 注意！ 注意！
商-３-８ そこで，キャスト演算子を使い，特定の型に変換する。 （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。 ★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 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{
public static void main (String[] args){ int a = 5; int b = 3; if(a > b){ System.out.println(a); }else{ System.out.println(b); } } } 1234 public class P04_4{
public static void main (String[] args){ double a = 1234.567; int b; b = (int)a; System.out.println(b); } } 005 5
商-３-９ 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
switch 文で記述した場合
学生 public class P05_2{
public static void main (String[] args){ 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 public class P05_3{
public static void main (String[] args){ 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"); } } }
商-３-１０ （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{
public static void main(String[] args){ 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{
public static void main(String[] args){ int n = 1; while(n <= 3){ System.out.println(n); i++; } } } 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
商-３-１１ （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。
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 2. 変数 1 時間 3. 四則演算 2 時間 4. 判断 3 時間 5. 繰り返し 3 時間 6. キーボードからの入力 1 時間 7. 合計と平均 3 時間 8. 最大・最小 2 時間 9. 配列の利用 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。 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{
public static void main(String[] args){ int num[] = new int[3];
num[0] = 10; num[1] = 20; num[2] = 30; System.out.println(num[2]); } } 20 30 注意！
商-３-１２ 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 http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/youryou/index.htm 2. TIOBE Software http://www.tiobe.com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-資-１ 【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 × 𝑏𝑐 + 𝑑②
y = a
𝑏𝑐×
𝑑𝑒2. 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{
public static void main (String[] args){ 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{
public static void main (String[] args){ int a; int b; int c; a = 2; b = 3; c = b / a; System.out.println(c); } }
商-３-資-２ 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{
public static void main(String[] args){ 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{
public static void main(String[] args){ 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{
public static void main(String[] args){ int m; int n; for (m = 1; m <= 9; m++){ for (n = 1; n <= 9; n++){ System.out.println( m + "*" + n + "=" + (m * n)); 1*1=1 1*2=2 : 9*8=72 9*9=81
商-３-資-３ } } } } 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{
public static void main(String[] args){ int p ; while (p >= 1 ){ System.out.println( p + "年生"); p--; } } }
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{
public static void main(String[] args){ 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。 6 年生 5 年生 4 年生 3 年生 2 年生 1 年生
商-３-資-４
import java.util.Scanner; public class H04{
public static void main(String[] args){ 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=(a*b)/(c+d) ② y=a*(b/c)*(d/e) 2. 10 3. 1.5 4. 1 5. 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 >= 18.5 10． uriage > 0
total = total + uriage kensu + 1
