リコメンドシステムのプログラミングを導入した模擬POSシステム教材の開発

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リコメンドシステムのプログラミングを導入した

模擬

POS システム教材の開発

†

Development of a Simulated POS System as a Teaching Aid in

Introducing Programing of the Recommended System

鈴木隆将* _木下_優奈** _小島_一生***

才田亘**** _村松_浩幸*****

Takamasa SUZUKI Yuna KINOSHITA Issei KOJIMA Wataru SAITA Hiroyuki MURAMATSU

情報システムの仕組みや特徴について実践的・体験的に学習できる教材として模擬 POS(Point of sales)システム教材が開発され，その有効性が確認されている。一方，2017 年告示の学習指導要領において，双方向性のあるコンテンツのプログラミングが示された。そこで本研究は，情報システムの仕組みや特徴について体験的に学習できると共に，リコメンドシステムのプログラミングができる模擬 POS システム教材の開発を目的とした。中学校 2 年生を対象に授業実践を行い，開発した教材の評価を行った。質問紙調査の分析結果より，開発した教材は面白く，わかりやすく，データ分析からプログラムを考えることができると共に，リコメンドシステムの考え方が理解でき，情報システムの活用を考えることができることが確認された。加えて，技術科教員らに教員研修で試用してもらったところ，開発した教材は，学習指導要領に対応し，授業で実践可能な水準にあることも確認された。キーワード：情報システム，プログラミング教材，リコメンドシステム，POS システム

1．はじめに

本研究は，情報システムの仕組みや特徴について体験的に学習できると共に，リコメンドシステムのプログラミングができる模擬POS システム教材の開発を目的とした。現代の社会において，技術が単独で成り立つものではなく，システムとして社会を支えていることや，情報システムが社会や生活のあらゆる場面で活用されていることを踏まえ，情報システムに関する学習が情報技術を学ぶ上で有効だと考える。そこで木下らは，情報システムの仕組みや特徴について体験的に学習できる教材として，模擬 POS システム教材(以下，前教材) を開発した 1)_{。前教材を用いた授業実践による検証で} 教材の有効性の確認はできたが，2017 年告示の中学校学習指導要領(以下，学習指導要領)における技術・家庭技術分野(以下，技術科)の「D(2)生活や社会における問題を，ネットワークを利用した双方向性のあるコンテンツのプログラミングによって解決する活動(以下， D(2))2)_{」への対応が課題であった。} D(2)に関しては，情報技術の進歩や社会の変化といった背景を踏まえ，制作するコンテンツのプログラムに対して「ネットワークを利用した双方向性」を規定しており，これらの機能を有している情報システムを扱う学習が対応すると考えられる2)_。古川は，技術科での学習について，技術をシステム的に捉える概念が重要であると述べている 3)_{。同時に，} 情報の技術の指導の要点として，世の中の多くの物がネットワークに接続され，物の状態を把握できるようになり，人間の行動様式もデータ化されて様々なサービスが提供されていること等を踏まえて，作る側と使う側との両方の立場から情報技術との付き合い方について総括的に考えさせるべきだとも述べている。 (2019 年 4 月 9 日受付，2020 年 2 月 4 日受理) * 信州大学大学院_{(学生会員)} ** _{愛知県大府市立大府中学校}_{(正会員 B)} *** 長野県大町市立仁科台中学校_{(正会員 B)} **** _{長野県塩尻市立広陵中学校}_(非会員) *****_{信州大学 (正会員 A)} † 2018 年 8 月本学会第 61 回全国大会(信州)にて発表

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D(2)に関する授業設計として，Scratch4)_{やドリトル} 5)_{等を用いた授業設計例が紹介されている}6)，7)_。情報システムの仕組みの学習をねらいに据えた授業設計も紹介されているが，データベースを活用した授業設計は見られない。教材としてデータベースを活用することで，様々なデータ化された情報がネットワークを介して蓄積されていることやそれらの蓄積されたデータが情報システム内で活用されることを通して様々なサービスが提供されていること等の情報システムへの理解がより進むと考えられる。 POS システムにおいても，得られた顧客情報や購入履歴等のデータは，分析がなされ，活用されている。こうしたデータ分析は，集合知技術の一種であるリコメンドシステムとして，Amazon8)_{に代表される} _{EC サ} イト等でも活用されている。リコメンドシステムでは，協調フィルタリングやコンテンツベースでのデータ分析に基づいてユーザ間やアイテム間の類似性を定義し，リコメンドを決定している9)_{。近年では，}_{AI(Artificial} Intelligence)技術の 1 種である機械学習を活用して協調フィルタリング等のデータ分析を行い，レコメンデーションを提供してくれるAmazon Personalize10)_のようなシステムサービスもある。こうした顧客情報や購入履歴等のデータを活用し，リコメンドをプログラムする機能を前教材に付加することで，ブラックボックス化されている情報技術への理解が深まると共に，生徒が情報システムを使う側だけでなく，作る側の視点で情報技術を捉えることができると考えた。前教材は，PC室内の共有フォルダに配置した本教材の実行ファイルを生徒が各PC から起動し，各 PC で動いている実行ファイルが共有フォルダ内のデータベースとデータをやり取りすると共に，他の PC ともデータベースを介してデータをやり取りしながら教材としての機能を運用することで，PC間での直接的なデータのやり取りではないが，一定の双方向性を有していた。また，各 PC で起動している実行ファイルとデータベースとがデータのやり取りをする際に，PC 室内のネットワークを利用している。したがって，ネットワークを利用し，一定の双方向性を有しているが，プログラミング機能を有していないため，前教材にプログラミング機能を付加することで，D(2)に対応した学習が展開できると考えた。そこで本研究では，情報システムの仕組みや特徴について体験的に学習できると共に，リコメンドシステムのプログラミングができる模擬POS システム教材を開発した。

2．教材開発

2.1 教材の概要本教材は，前教材にインターフェイスの設計やデータ分析に基づいてインターフェイスの構成および提示物のリコメンドのアルゴリズム等をプログラムできる機能を追加し，情報システム系プログラミング教材へと拡張させた。拡張に伴い，前教材と同様に店舗を経営したり，データ分析をしたりする部分(以下，システム本体)に，プログラムを作成する専用プログラムエディタ(以下，プログラムエディタ)を追加し，システム本体と合わせて模擬POS システムを構成した。題材設定は，前報 11)_{を踏まえると共に，近年普及してきた} EC サイトとの関連のしやすさ，商品内容の自明さ等から，コンビニエンスストア(以下，コンビニ)とした。 2.2 教材の構成本教材での活動の流れを図 1 に示す。本教材のシステムは，1)会員情報登録機能，2)店舗機能，3)プログラム作成(店舗準備)機能，4)履歴閲覧機能，5)データ分析機能の 5 つの機能で構成した。加えて，教員のみアクセス可能な管理機能を設定し，データベースに蓄積されたデータのリセットや確認を容易にできるようにした。前教材からは，会員情報登録機能，店舗機能，履歴閲覧機能，データ分析機能のシステムや背景画像等を引き継ぎ，題材設定や授業設計等に合わせて改良や機能追加を行った(表 1)。本教材では，プログラム作成機能を有さず，前教材と同様の体験ができ，模擬 POS システムの体験を通して情報システムの仕組みや構造等を学習することができる「POS システム体験モード」とプログラミング機能を有し，ネットワークを介して集積されたデータをプログラミングによって活用する「プログラミングモード」の 2 種類を用意した。プログラミングモードでは，表示文字の内容や色，図_{1 本教材での活動の流れ}

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表_{1 前教材からの改良点一覧} 画像等の店舗機能でのインターフェイス(以下，コンビニ画面)をプログラムしてインターフェイスを工夫する機能，提示商品のアルゴリズムをプログラムしてリコメンドを工夫する機能，生徒が作成したプログラムを読み込んで反映させる機能を実装した。また，提示商品は，教員が予め登録する仕様へと変更した。前教材と同様に，本教材のシステムの開発には， HSP(Hot Soup Processor)3.512)_{，会員情報や履歴等の}

データの管理には SQLite3.24.013)_{を用いた。動作環境}

は，Windows 7(32bit および 64bit)以降を想定した。

本教材のシステム概念図を図 2 に示す。実線矢印が各機能とデータベースとの関連データの通信を表し，破線矢印が手順を表している。共有のフォルダにデータベースを含む本教材を配置することで，データを共有しながらシステムを利用することができる。 2.2.1 会員情報登録機能会員情報は，図 3 の画面で登録および更新をする。前教材と同様に，各会員の会員番号に紐付けて名前・性別・年代・所持金を登録する。本教材では，新規にパスワードを各会員に与え，設定および登録させる仕様にした。設定したパスワードは，会員情報を開く時や買い物での会計時，購入履歴の閲覧時に必要となる。パスワードの認証機能を設けることで，現実の情報システムに近づき，リアリティが増すという利点だけでなく，技術の本質的な概念であるトレード・オフの関係にあるセキュリティの度合いと利便性とを考えながらパスワードを設定する体験を通して，情報セキュリティについての学習に発展できるという利点もある 14)_。 2.2.2 店舗機能店舗機能は，架空のコンビニでの買い物体験ができる機能である。コンビニ画面は前教材を踏襲し，1)システム本体でコンビニを開店させたときに最初に表示される来店画面，2)会員番号を入力し，会員情報を確認する会員確認画面，3)商品情報が提示され，購入する商品を選択する店舗画面，4)パスワードを入力し，会計をする会計画面の 4 画面で構成し，基本的なシステムも引き継いだ。また，店舗画面や会計画面において，商品名や金額等をSpeech API 5.315)_{で自動音声読} み上げする機能を追加した。さらに，前教材で商品は名刺サイズの商品カードとして別途用意していたが，項目内容教材の構成要素専用プログラムエディタ，各班フォルダ，メディアフォルダを追加模擬POS システム本体のモード前教材のサンプルモードと実践モードを練習モードと実践モードとし，両者を POS システム体験モードに内包して， POS システム体験モードとプログラミングモードに再編成会員情報登録機能パスワード設定を追加店舗機能 POS システム体験モードでは固定の店舗，プログラミングモードではプログラムを読み込んでオリジナル店舗を開店する仕様へ変更買い物中や会計時に，商品名や金額を自動で音声読み上げする機能を追加会計する際にパスワード入力を設け，精算する会員を確認する仕様に変更プログラム作成 (店舗準備)機能店舗種をコンビニのみに変更商品を固定の20 品目に変更商品カードを廃止し，商品情報を画面内で表示する仕様へと変更リコメンド商品および買い物の画面をプログラムする機能を新設データ分析機能利用者の年代および性別ごとに売り上げた商品名と売上数・売上高が提示できる仕様に変更図_{2 本教材のシステム概念図} 図_{3 会員情報登録画面例}

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本教材では，店舗画面内に商品カードと同様の商品情報(イラスト，値段，商品コード，バーコード)を表示される仕様へと変更した。バーコードは，サイズや画面輝度にも依存するが，安価なCCD タイプのバーコードリーダー(分解能 4mil/0.1mm@PCS90%)で読み取り可能である。画面に表示する商品は，見やすさの観点から1 画面あたり 2，3 品目とし，画面下部のボタンから表示商品を切り替えられる仕様とした。 POS システム体験モードでは，練習モードおよび実践モード共に，店舗のプログラムを読み込む必要をなくし，コンビニ画面の表示内容を固定とした。加えて，練習モードおよび実践モードでの店舗画面における商品提示数は，それぞれ5 品目，20 品目とした。5 品目は，前教材のサンプルモードでの商品を引き継いだ。 20 品目は，地域性がなく，商品内容が自明で，コンビニに置かれている商品を 5 品目に加えて選定した。商品のジャンルは，飲み物，食べ物，デザートの 3 つとした。提示順は，商品コードの昇順とした。プログラミングモードでは，作成したプログラムをシステム本体で読み込むことで，それに準じたコンビニ画面と会員の年代および性別(以下，会員属性)による商品提示順となったオリジナル店舗を開店できる(図 4)。リコメンドのプログラムがされている上位 5 品目以外の15 品目は，上位 5 品目を除いた商品コードの昇順で上位5 品目以降に提示される。本教材のリコメンドのアルゴリズムに関しては，主としてユーザベースの協調フィルタリングの考え方を参考にしている 5)_{。本来，ユーザベースの協調フィルタ} リングのリコメンドの手法は，好みが近い人(評者)を類似度計算で抽出し，評者によるアイテムごとのスコア計算し，アイテムを順位付けしてリコメンドのアルゴリズムを決定している。しかし，評者の抽出に関しては，生徒の理解や実現には難易度が高くとなることと，時間の制約を考慮し，本教材では，会員属性が同じであるユーザであれば，好みが同等で類似性が高く，評者であると仮定をし，生徒がデータ分析に基づいて会員属性が同じであるユーザごとにリコメンドを決定する仕様とした。加えて，後述のデータ分析機能における商品のジャンル別でのデータ分析を活用することで，先述の商品のジャンルというメタデータを基準としたコンテンツベースでのユーザベースのリコメンドのアルゴリズムを決定できるようにした。 2.2.3 プログラム作成(店舗準備)機能班ごとにコンビニを経営する題材設定とした。班員で分業しながら，プログラムエディタを用いて班で 1 つのプログラムを作成する(図 5)。プログラムエディタは，システム本体とは別ファイルで用意した。これにより，システム本体でデータ分析を行いながら，プログラムエディタでプログラムを作成することができる。プログラム作成は，タイピングミス等による文法的なミスの発生をできるだけ防ぎ，プログラムのアルゴリズムを考えることに重点が置けるように，各種パラメーターを指定後に命令ボタンを押すことで，画面右上部のプログラムボックス内のキャレット位置に自動反映される選択入力式の仕様とした。各種命令のパラメーターを指定する入力ボックスやプルダウンメニュー等のオブジェクトは，プログラム構造に近しい配置とし，プログラムを作成しやすいようにした。プログラムの命令一覧を表 2 に示す。下線部には，各種パラメーターが入る。プログラムする対象としては，コンビニ画面を工夫するための文字や画像等を指定するプログラム(店舗プログラム)，商品のリコメンドを工夫するためのアルゴリズムを指定するプログラム(リコメンドプログラム)の 2 点とした。両者共に， HTML のタグのように，命令間に各種命令を挟み込む構造でプログラムする。本教材において，表 2 に示す「店舗プログラム」に挟まれている各種命令では順次処理を行っている。表 2 に示す「オススメプログラム」に挟まれている「オススメ命令」については，ユーザの条件に応じた分岐処理を行い，条件を満たした場合には，命令文による商品のリコメンド決定およびオススメコメントに基づいた提示処理を行う。よって本教材は，順次および分岐処理をプログラムとして記述・処理する機能を有している。一方，反復処理については，店舗機能において顧客が会員確認画面で会員情報を参照する度に，表 2 に示す「オススメプログラム」に挟まれているプログラムを確認するという反復処理図_{4 オリジナル店舗での店舗画面例}

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をシステム本体で自動的に行っている。よって本教材は，反復処理を行う機能を有し，情報処理の流れとして授業で扱うことができるが，反復処理の命令自体をプログラムとして記述・処理する機能は有していない。そこで，反復処理の学習については，計測・制御のプログラミングや他の題材において補完する必要性があると考えられる。また，「店舗プログラム」に関しては，プログラムボックス内にあるプログラムをシステム本体で実行した場合のコンビニ画面を画面下部でプレビューすることができる。プログラムは，プログラムボックス内をテキストファイル形式で保存する。班員で分業して作成したプログラムを1 つのプログ図_{5 プログラムエディタ} 表_{2 プログラムの命令一覧} 命令名命令の書式命令の内容店舗プログラム店舗プログラ命令 <===店舗プログラム===> <==/店舗プログラム===> この画面のプログラムとして実行される2 行に挟まれている命令が，コンビニ店舗名命令 !店舗名=“店舗名”,色店舗名とその文字を何色で表記するかをプ_{ログラムできる} 画像命令 !来店画像=“ファイル名” _{!店舗画像=“ファイル名”} 来店画面または店舗画面での表示画像をプ_{ログラムできる} カラー命令 !テーマカラー=色会員確認画面と会計画面での色合いをプロ_{グラムできる} オススメプログラムオススメプログラム命令 <***オススメプログラム***> <**/オススメプログラム***> この2 行に挟まれている命令が，リコメンドのアルゴリズムのプログラムとして実行されるオススメ命令 !もし会員=年代かつ性別なら 1=商品コード, 2=商品コード, 3=商品コード, 4=商品コード, 5=商品コード,“オススメコメント” 指定した会員属性の会員が来店した場合， 1～5 番目に提示する商品と 1 番目に提示する商品と共に表示されるオススメコメントをプログラムできる

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ラムへと編集する機能として，まとめる機能を設けた。選択されたプログラムは，プログラムボックス内に表示されているプログラムの下に追加することができる。これも同様にプログラムとして保存できるため，協同での制作活動が可能となる。加えて，班ごとに暗号化・復号キー(以下，キー)を与えた。キーとプログラムをそれぞれASCII コードに変換し，変換後の両者で排他的論理和を計算することで，プログラムを暗号化または復号できるようにした。暗号化後も同様にプログラムとして保存でき，さらに，キーは変更可能なため，班員のみが解読可能なプログラムを作成することができる。 2.2.4 履歴閲覧機能顧客ごとの購入履歴と班ごとの売上履歴を確認することができる両履歴閲覧機能は，基本システムを前教材から引き継ぎ，題材設定に準じてフォントサイズ等を変更した。 2.2.5 データ分析機能データ分析機能も基本的なシステムは前教材から引き継ぎ，班ごとおよびクラス全体でのデータ分析ができるようにした。リコメンドのプログラムへの対応として，会員属性ごとにどの商品がどの程度買われているのかがデータ分析できる仕様に変更した。データ分析をする会員の年代とその年代が購入した商品または商品のジャンルで分析するかを選択し，グラフ化する (図 6)。データは選択された年代が購入した商品または商品のジャンルを男女別でグラフ化し，男性データを青色，女性データを赤色で表示される(図 7)。これにより，会員属性ごとにデータ分析することができる。画面に表示するデータは，見やすさの観点から 1 画面あたり 10 項目を上限とし，画面下部のボタンから表示データを切り替えられる仕様とした。また，全体を俯瞰することもできるように，会員の全データを対象としてデータ分析できる前教材からの機能は，班ごとおよびクラス全体でのデータ分析の両者に残した。これにより，社会でチェーン系列の店舗がどのようにデータを解析し，経営戦略を立てているのか等，ビックデータ活用の学習に発展できると考えた。

3．授業計画

3.1 授業概要本教材を用いた授業は，技術科の50 分の授業を 3 校時分，_{1 クラス 40 人程度，1 班 4 人程度での活動を想} 定した。POS システムおよびリコメンドシステムを例として扱いながら情報システムの学習を行うにあたり，学習内容を知識・理解の観点および思考力・判断力・表現力の観点から次のように据えた。知識・理解の観点においては，情報システムの構成や仕組み等を踏まえた概念的知識，またデータ分析やプログラミング等，情報システムの活用に関する技能等の情報技術に関する知識・技能を対象とした。思考力・判断力・表現力の観点においては，情報システムが与える社会生活や家庭生活への影響の理解やこうした情報システムの適切な評価と活用に関する思考力・判断力・表現力を対象とした 2)_{。これらを踏まえ，主眼は，「情報システ} ムについて学習する生徒が，情報システムが社会や生活の中でどのような役割があるのかを考える場面で，身近なPOS システムとリコメンドシステムに着目し，顧客側になって買い物したり，店舗側になってデータ分析に基づいたプログラミングよってオリジナル店舗を経営したりする模擬体験を通して，情報システムの仕組みや特徴をまとめることができる」とした。図_{6 データ分析する年代の選択画面例} 図_{7 データ分析画面例}

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3.2 授業設計第 1 校時目の授業では，導入で，身近な情報システムとしてネットショッピングやポイントカードを挙げ，様々な情報システムの中からPOS システムについて具体的に取り上げ，本教材につなげる。POS システム体験モードの練習モードまたは実践モードを用いて本教教材の使い方に慣れたり，POS システムの処理の流れや仕組みを把握したりする。生徒はまず会員情報を登録し，練習モードで買い物体験をする。設定した会員属性の人がどのような商品をどの程度購入するかを考え，その会員になりきって買い物をする。終了後，生徒は店舗側の立場となって，購入履歴のデータを確認したり，そのデータを分析したりする活動を通して，情報通信ネットワークを介して人間の行動様式がデータ化されて収集され，データベースで管理されていることやそのデータを活用することでリコメンドシステム等のサービスが提供されていることを体験的に知る。加えて，情報の処理や流れに注目しながら，情報通信ネットワークやデータベース等の情報技術は単独ではなく，相互に組み合わされることにより，情報システムとして成り立っていることにも気づかせる。そして，店舗側および顧客側の双方の視点からPOS システムのメリット・デメリットをまとめる。第2，3 校時目の授業では，前時の収集されたデータが活用されてリコメンドシステムが提供されていることを踏まえ，班ごとに商品提示のアルゴリズムおよびコンビニ画面をプログラムし，リコメンドを導入したオリジナル店舗を経営する。まず，前時にPOS システム体験モードで収集された売上履歴のデータ分析を行う。そのデータ分析を基に，オリジナル店舗において会員属性ごとにリコメンドする商品および順序を決める。加えて，オリジナル店舗でのコンビニ画面で表示する際の店舗名や背景画像等を決める。次に，プログラムエディタを用いて，決定事項を班内で分業してプログラムを作成する。分業して作成したプログラムを 1 つにまとめ，システム本体のプログラミングモードでプログラムを読み込み，オリジナル店舗を開店する。そして，前時と同様に会員になりきり，他班のオリジナル店舗で買い物体験を行い，店舗側として売上履歴を閲覧したり，データ分析を行ったりする。分析結果から課題や改良点を班ごと議論し，プログラムを改良することを通して，より良いオリジナル店舗へと修正をする。修正後は，再度分析を行う。最後に，本教材での体験を踏まえ，POS システムとリコメンドシステムの具体例を紹介しながら，店舗側(作る側)および顧客側(使う側)の双方の視点から情報システムのメリット・デメリットをまとめる。それらを踏まえ，生活や社会の中でどのような情報システムをどう活用していけば良いのかを考えさせ，授業をまとめる。

4．授業実践と教員評価

4.1 授業実践 4.1.1 授業実践の概要 2018 年 6 月に N 県の N 中学校および S 中学校で本教材を用いた授業を行った。対象は，中学 2 年生 106 名(男子 53 名，女子 53 名)である。情報の技術の授業として，50 分の授業を 3 回行った。各クラス 3，4 名ごと合計7 班に分かれて活動を行い，PC を生徒 1 人に 1 台，バーコードリーダー(株式会社テクニカル：USB BARScan)を各班 1 台ずつ計 7 台使用した。対象生徒は，情報システムについての学習は行っていない。本教材は，PC室のサーバ内の共有フォルダに配置し，生徒用の全PC からアクセスできるようにした。全生徒が顧客として買い物体験を実施できると共に，全班がプログラミングを通してオリジナル店舗を設定したり，データ分析やオリジナル店舗の改良をしたりする等の店舗側の活動を設定した時間内に実施できたことが確認された。生徒はバーコードリーダーの読み取りや買い物に熱中すると共に，データ分析結果を踏まえての議論やプログラミングを通した改良に班員と協力しながら意欲的に取り組む姿が全ての班で見られた。生徒がグループで協同制作したプログラムの一例を図 8 に示す。プログラムエディタのまとめる機能を用い，グループごと協同してプログラムを制作することができたことを制作プログラムからも確認することができた。加えて，制作プログラムにおける「オススメ命令」によるリコメンド決定のプログラムに関しては，各グループの制作したプログラムとデータ分析機能で表示される履歴データとを対応させながら参照することを通して，グループによって以下のような差異が推察される。データ分析機能を活用し，1)自分のグループの店舗での売上のデータ分析を基に，比較的売上量が多い商品やジャンルの商品を抽出してリコメンドを決定したと推察されるグループ，2)自分のグループの店舗での売上のデータ分析を基に，比較的売上量が多い商品と合わせて，その商品と同じジャンルの商品を抽出してリコメンドを決定したと推察されるグループ， 3)クラス内の全店舗を対象としたクラス全体のデータ

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分析を基に，自分のグループの店舗での売上量に関わらず，クラス全体で比較的売上量が多い商品やジャンルの商品を抽出してリコメンドを決定したと推察されるグループ，4)1)～3)を組み合わせて商品を抽出し，リコメンドを決定したと推察されるグループ等が考えられる。 4.1.2 調査方法本教材の評価は，授業設計を踏まえた質問紙による事後調査の分析で行った。事後調査の調査項目として，本教材への興味・関心に関する評価，そして，情報システムにおける情報の蓄積とデータ分析による情報の活用およびプログラミングの知識・技能に関する学習を踏まえた本教材での体験に関する評価として 7 項目 (以下，本教材の構成や設計に関する評価)，情報システムの仕組みと役割および情報の流れの知識に関する学習を踏まえた本教材の教育的効果に関する評価，そして，情報をシステムとして情報を扱うことによる利点や注意点の学習および情報システムの活用を考える思考力・判断力に関する学習を踏まえた情報システムへの理解・活用に関する評価として4 項目(以下，本教材の教育効果に関する評価)の計 11 項目を設定し，5 件法で行った。 4.1.3 結果と考察事後調査は，3 校時目の最後に実施した。回答結果について，5(かなり思う)，4(まあまあ思う)の回答を肯定，3(どちらとも言えない)以下の回答を否定として，肯定と否定の母比率を2：3 とし，直接確率計算を行った。分析結果を表 3 に示す。また，Q11 における制作 ○班_{[氏名：A 制作，日付：2018 年◯◯月◯◯日]【メモ：△△】} <====================店舗プログラム====================> !店舗名="いらっしゃい mart",青 !来店画像="raiten4.jpg" !店舗画像="shopping3.jpg" !テーマカラー=白 <====================/店舗プログラム====================> 2 班[氏名：B 制作，日付：2018 年 5 月 24 日]【メモ：10 代】 <********************オススメプログラム********************> !もし会員=10 代かつ女なら 1=01, 2=16, 3=03, 4=12, 5=07,"カフェの様なひとときを！" !もし会員=10 代かつ男なら 1=01, 2=20, 3=11, 4=16, 5=18,"コーヒーで爽やかな朝を！" <********************オススメプログラム********************> ○班[氏名：C 制作，日付：2018 年 5 月 24 日日]【メモ：60 代】 <********************オススメプログラム********************> !もし会員=60 代かつ男なら 1=16, 2=10, 3=02, 4=18, 5=06,"孫と一緒にどうぞ)" !もし会員=60 代かつ女なら 1=19, 2=02, 3=17, 4=01, 5=05,"暖かいお茶と一緒にどうぞ" <********************/オススメプログラム********************> 2 班[氏名：D 制作，日付：2018 年 5 月 24 日]【メモ：20 代・30 代 40 代・50 代】 <********************オススメプログラム********************> !もし会員=20・30 代かつ男なら 1=14, 2=07, 3=01, 4=05, 5=18,"夕食はこれで！！" !もし会員=20・30 代かつ女なら 1=05, 2=06, 3=01, 4=20, 5=02,"お酒と一緒にどうですか？" !もし会員=40・50 代かつ男なら 1=05, 2=09, 3=01, 4=14, 5=10,"これを飲んで寝よう！！！" !もし会員=40・50 代かつ女なら 1=06, 2=19, 3=07, 4=08, 5=14,"今日のご飯の一品に！" <********************/オススメプログラム********************> 図_{8 グループで協同制作したプログラム例} 表_{3 授業実践の事後調査の分析結果} Mean SD 肯定(%) 否定(%) P値 Q01 POSシステムを使った学習は面白かったと思う。 4.08 0.88 86(81) 20(19) 0.000 *** Q02 設定した年代や性別になりきってコンビニ利用ができたと思う。 4.08 0.93 79(75) 27(25) 0.000 *** Q03 POSシステムの操作はわかりやすかったと思う。 3.95 0.89 72(68) 34(32) 0.000 *** Q04 データ分析からオススメ商品のプログラムを考えることができたと思う。 4.22 0.86 89(84) 17(16) 0.000 *** Q05 年代別や性別など異なる視点からのデータ分析で新たな発見があったと思う。 3.94 0.89 72(68) 34(32) 0.000 *** Q06 POSシステムのプログラム作成は面白かったと思う。 4.12 0.92 82(77) 24(23) 0.000 *** Q07 POSシステムのプログラム作成はわかりやすかったと思う。 3.85 0.94 68(64) 38(36) 0.000 *** Q08 オススメ商品の仕組みについて理解することができたと思う。 4.08 0.81 81(76) 25(24) 0.000 *** Q09 POSシステム以外の情報システムについても考えることができたと思う。 3.72 0.90 60(57) 46(43) 0.001 *** Q10 これから生活や社会の中で情報システムをうまく活用していきたいと思う。 3.93 0.86 75(71) 31(29) 0.000 *** Q11 自分でも情報システムを作ってみたいと思う。 3.35 1.21 44(42) 62(58) 0.823 ns N=106 *：P<.05，**：P<.01，***：P<.001 [本教材の教育効果に関する評価] 調査項目 [本教材の構成や設計に関する評価]

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に対する態度については，本教材を活用してではなく，情報システム一般を制作するということを指している。本教材の構成や設計に関する評価(表 3：Q01～Q07) においては，全項目において肯定的な回答が有意に多く得られた。この分析結果から，本教材でのPOS システムを使った学習およびPOS システムのプログラミングは面白いと共に，会員設定に準じてコンビニ利用できたと考えられる。さらに，本教材でのPOS システムの操作およびプログラム作成はわかりやすいものであったと共に，本教材はデータ分析機能を活用してリコメンドのプログラムを考えることができ，異なる視点からデータ分析で新たな発見ができる教材であると言える。本教材の教育効果に関する評価(表 3：Q08～Q11)においては，Q11 以外の項目において肯定的な回答が有意に多く得られた。この分析結果から，本教材は，利用者の履歴データが集積され，そのデータが分析されることを通して，利用者に応じた提示物および提示順が決定されて提示されていること，そしてそれがプログラムで実行させているというリコメンドシステムの考え方を理解することができる教材であると推察される。加えて，POS システム以外の情報システムについても考えることができ，生活や社会の中で情報システムを活用していきたいと考えることができる教材であると言える。一方，Q11 の分析結果，自分でも情報システムをつくってみたいと思えるまでには至っていなかったと考えられる。主体的に技術に関わり，技術を工夫し創造しようとする実践的な態度 2)_{を養えるよう} にするために，授業設計を含めた本教材の改良が必要だと考えられる。具体的には，POS システム以外の題材設定を検討することや，限定的であったプログラム作成機能に関しては，反復処理のプログラムを記述し，それを処理して反映できる等の機能拡張を行うことを通して，よりプログラミングの自由度を高め，プログラミング等によって工夫・創造がしやすい題材へと発展させる等の改良が考えられる。以上のことから，改良すべき課題は一部あるものの，全体として肯定的な評価が得られ，本教材は，目的とした教材になっていると言える。 4.2 技術科教員による評価 4.2.1 技術科教員による評価の概要 2018 年 8 月に I 県および N 県での技術科の教員研修において，本教材を4.1.1 に示す授業実践と同様の環境下で試用後に評価してもらった。対象は技術科教員 19 名である。試用では，前半で，本教材を技術科教員に操作してもらいながら，共同研究者がワークショップ形式で本教材の概要や開発背景，使用方法の説明を行った。後半では，技術科教員を 3 名程度ごとのグループに割り振り，生徒の活動と同様にグループごとオリジナル店舗を作成する活動を行った。 4.2.2 調査方法本教材に対する評価は，質問紙による事後調査の分析で行った。評価項目として，学習指導要領に対する本教材の妥当性の評価 9 項目，本教材の実践水準に関する評価2 項目の計 11 項目を設定し，5 件法で行った。 4.2.3 結果と考察回答結果について，授業実践と同様に分析処理をした。分析結果を表4 に示す。学習指導要領に対する本教材の妥当性の評価(表 4： Q01～Q09)においては，全項目において肯定的な回答が有意に多く得られた。この分析結果から，本教材を表_{4 技術科教員による評価の分析結果} Mean SD 肯定(%) 否定(%) P値 Q01 本教材はネットワークを利用した双方向性のコンテンツによるプログラミングを用いた問題_{解決の教材として有効だと思う。} 4.63 0.48 19(100) 0 (0) 0.000 *** Q02 本教材は情報通信ネットワークの構成と情報を利用するための基本的な仕組みについて_{学習するのに有効な教材有効な教材だと思う。} 4.74 0.44 19(100) 0 (0) 0.000 *** Q03 本教材は情報の技術の見方・考え方を学習するのに有効な教材だと思う。 4.58 0.67 16 (84) 3(16) 0.000 *** Q04 本教材は個人情報の保護の必要性について学習するのに有効な教材だと思う。 4.16 0.87 13 (68) 6(32) 0.023 * Q05 本教材は情報セキュリティについて学習するのに有効な教材だと思う。 4.00 0.79 13 (68) 6(32) 0.023 * Q06 本教材は簡単なプログラムの制作とデバックを体験するのに有効な教材だと思う。 4.53 0.68 17 (89) 2(11) 0.000 *** Q07 本教材はプログラムの基礎的知識や技能を学習するのに有効な教材だと思う。 4.16 0.74 15 (79) 4(21) 0.001 ** Q08 本教材はメディアの特徴や活用を学習するのに有効な教材だと思う。 4.11 1.02 14 (74) 5(26) 0.006 ** Q09 本教材は情報システムの仕組みを学習するのに有効な教材だと思う。 4.74 0.44 19(100) 0 (0) 0.000 *** Q10 本教材は技術の授業で実践可能な教材だと思う。 4.53 0.60 18 (95) 1 (5) 0.000 *** Q11 本教材を使った実践をしてみたいと思う。 4.79 0.41 19(100) 0 (0) 0.000 *** N=19 *：P<.05，**：P<.01，***：P<.001 [本教材の実践水準に関する評価] 調査項目 [学習指導要領に対する本教材の妥当性の評価]

(10)

用いた学習が対応すると想定している D(2)の内容に対して，本教材は妥当であると考えられる。ただし， Q04，Q05 の個人情報の保護やセキュリティについては否定が 6 名であった。パスワードや暗号化等の機能はあるものの，授業での活用イメージが十分でなかったのではと想定される。授業での扱いを補足する必要があると考えられる。本教材の実践水準に関する評価(表 4：Q10～Q11)においては，同様に全項目において肯定的な回答が有意に多く得られた。Q10 の否定 1 名は，バーコードリーダー購入予算への心配が想定される。商品コード等の入力をキーボード中心とし，バーコードリーダーを補足的に扱う形で紹介する等，試用時の説明の改良も必要ではないかと考える。以上の分析結果から，課題は一部あるが，本教材は，技術科での授業で使用することができる水準に達していると考えられる。

5．おわりに

本研究は，情報システムの仕組みや特徴について体験的に学習できると共に，リコメンドシステムのプログラミングができる模擬POS システム教材の開発を目的とした。中学生対象の調査結果から，本教材でのPOS システムを使った学習およびPOS システムのプログラミングは面白くかつわかりやすく，データ分析からプログラムを考えることができると共に，リコメンドシステムの考え方が理解でき，情報システムの活用を考えることができる教材であることが確認された。また，技術科教員による評価からも，本教材は授業で実践可能な水準にある教材であることが確認された。以上のことから，本教材は，目的としていた教材として開発できたことが確認された。今後は，より自由度の高いプログラミング教材への発展や授業展開の改良等の課題への対応を検討し，授業設計を含め，本教材の改良を行っていく予定である。

謝辞

本研究は，JSPS 科研費 17H01978 の助成を受けた。

参考文献

1) 木下優奈・鈴木隆将・小島一生・村松浩幸：情報システムを体験的に学ぶ模擬 POS システム教材の開発，日本産業技術教育学会第 29 回北陸支部大会講演要旨集，p.11 (2017) 2) 文部科学省：中学校学習指導要領(平成 29 年告示) 解説技術・家庭編，開隆堂出版，pp.18-21, 48-58 (2018) 3) 古川稔：中学校教育課程実践講座技術・家庭，ぎょうせい，pp.9-10, 65-71 (2017) 4) Scratch：https://scratch.mit.edu/ (最終アクセス日：2019 年 6 月 17 日) 5) プログラミング言語「ドリトル」：https://dolittl e.eplang.jp/ (最終アクセス日：2019 年 6 月 17 日) 6) 田口浩継・村松浩幸・森山潤：(技術分野)すぐに使える移行期からの指導計画・指導資料，東京書籍，pp.13-22, 38-41，https://ten.tokyo-shoseki.c o.jp/ten_download/2018/2018058134/201805813 4-01.pdf (最終アクセス日：2019 年 6 月 17 日) 7) 浅水智也・安藤明伸・大村基将・木村浩之・紅林秀治・藤原英治・宮内智：やってみようプログラミング，開隆堂出版，pp.1-13, 18-27，http://ww w.kairyudo.co.jp/contents/02_chu/gijutsu/h33iko /yattemiyo.pdf (最終アクセス日：2019 年 6 月 17 日) 8) Amazon：https://www.amazon.co.jp/ (最終アクセス日：2019 年 2 月 25 日) 9) Toby Segaran：集合知プログラミング，オライリー・ジャパン，pp.1-58 (2013) 10) Amazon Personalize：https://aws.amazon.com/j p/personalize/ (最終アクセス日：2019 年 6 月 17 日) 11) 鈴木隆将・木下優奈・村松浩幸・小島一生・才田亘：情報システムを体験的に学ぶプログラミング機能を付加した模擬 POS システム教材の開発，日本産業技術教育学会技術教育分科会研究会 (2017)講演要旨集，pp.47-48 (2017) 12) HSP3：http://hsp.tv/index2.html (最終アクセス日：2019 年 2 月 25 日) 13) SQLite：https://www.sqlite.org/index.html (最終アクセス日：2019 年 2 月 25 日) 14) 谷田親彦・向田識弘・田鎖浩太・田中誠也：技術科授業でトレード・オフの思考・判断を導く学習の枠組みと実践的指導法，日本産業技術教育学会誌，第58 巻，第 2 号，pp.81-89 (2016)

15) Microsoft：Speech API 5.3，https://docs.micros oft.com/en-us/previous-versions/windows/deskto p/ms723627(v%3dvs.85) (最終アクセス日：2019

(11)

年2 月 25 日)

Abstract

As a teaching aid that can be used in learning about the mechanism and features of information systems in a practical and experiential way, a simulated POS (Point of sales) system has been developed, and its effectiveness has been confirmed in previous study. Furthermore, “the activities to solve issues in daily life and society through programing interactively contents using the network" were established in technology education in the Japanese middle school course of study in 2017. Therefore, our goal was to develop a simulated POS system teaching aid that could be used in teaching about the mechanism and features of information systems and program the recommended system. We organized classes for middle school second graders and evaluated the developed teaching aid. The questionnaire results confirmed that the developed teaching aid was interesting and easy to understand and that it was possible to think about the program from data analysis, understand the concept of the recommended system, and consider the utilization of the information systems. In addition, we asked the technology education teachers to test the developed teaching aid in teacher training, where it was also confirmed that the developed teaching aid corresponded to the course of study and was applicable in class. Key words: Information System, Programming Teaching Materials, Recommended System, POS System