埼玉大学紀要 教育学部,57(2):23卜237(2008)
ロボッ トコンテス トの課題 とこれか らの在 り方
吉 田 康人*･山本 利一**
キーワー ド :ロボ ッ トコ ンテス ト､技術 ･家庭科 ､競技 ルール､指導方法､学習 内香
1 緒言
近年､ロボ ッ トコンテス トを開催する中学校 が増加 している1)｡ロボッ トコンテス トは､中 学校技術 ･家庭科の技術分野 (以後､技術科 と 記す)の授業でロボッ トを製作 し､ これを操作 して競技 を行 う一連の学習を指す ものである｡
高等専門学校や大学の工学部では､以前か ら取 り組 まれてお り2)､その実践 において様々な教 育効果が期待で きることか ら､技術科 において も取 り入れ られるようになって きた｡中学校で 実施 されているロボ ッ トコンテス トは､学校単 位や県単位で開催 されている｡2000年度 より中 学生を対象 とした全国規模のロボ ットコンテス ト (全 日本中学校技術 ･家庭科研究会が主催す る創造アイデアロボ ットコンテス ト全国中学生 大会3)､以後､全国大会 と記す)が始 まったこ とにより､ さらに広が りをみせている4)｡ しか し､技術科での題材 として取 り扱 う場合､様々 な課題 も指摘 されてお り､それ らを解決する手 立てが求め られている5)｡
そこで本研究は､ロボ ッ トコンテス トを実践 している学校の教員 と生徒 に対 して実態調査 を 行い､競技ルールに関する課題 を明 らかにし､
ロボ ッ トコ ンテス トが適切 に実施で きる競技
'福井県教育研究所
'事埼玉大学教育学部技術教育講座
ルールを検討することを目的 とした｡
2 ロボ ッ ト製作 に関 す る履修状況調査
2.1調査時期及び対象
調査は､2006年10月か ら2007年1月において､
F県内の国公立中学校81校の技術科担当教員を 対象に電話による聞 き取 り調査 を実施 した｡
2.2調査項 目
調査項 目として､ロボ ッ ト製作の有無､学習 内容､履修学年､必修 ･選択教科の区別､指導 時間などについて尋ねた｡
2.3 調査結果
調査中学校81校中で30校がロボ ッ ト製作 に取 り組んでいる (81校中､技術科専任教諭 を置い ている学校 は5割強である)｡ この数 はわずか ずつではあるが増加 してお り (1999年の調査で は11校6)､2002年の調査では16校 7))､各学校か ら選抜 された代表者が集 まる大会 として位置づ けられたロボ ットコンテス ト県大会への参加校 も増 えている｡
ロボッ ト製作 に取 り組む学年に関 しては､表 1に示す ように第3学年で履修 している学校が 多い｡
表1 ロボ ッ トコンテス トの履修学年 履修学年 1年生 2年生 3年生 実践枚数 0校 10校 24枚
履修形態 は､表2に示す ように､ 2年生では 必修教科の授業 として実施 している学校が40% であるが､ 3年生 においては､全てが選択教科 で実施 している｡第2学年の必修教科技術科で 履修 した後､第3学年の選択教科技術科で さら に学習内容 を深化する学校があることも確認･さ れた｡
平成10年告示の学習指導要領8)に基づいて授 業時間数が激減 したことに伴い､ ロボ ッ ト製作 の多 くは選択教科 の時間を活用 していることが 明 らか となった｡ また､近年では､ロボッ トコン テス ト県大会 な どの参加 を目的 として､部活動 として取 り組んでいる学校 も増加の傾向にある｡
ロボ ッ ト製作 に要,した時間は､表3に示す よ うに10時 間以 内 の学 校 が20%､10‑20時 間が 21%､20‑30時間が16%､30時間以上が43%で あった｡必修教科技術科で履修す る場合 は､10 時間以下での履修 となっている｡
この ようにロボ ッ ト製作 に多 くの時間が必要 であることが､選択教科で実践 される理由の1 つであると考 え られる｡
ロボ ッ ト製作で指導の中心 となるものは､下 記の 4つの項 目に集約す ることがで きた｡
(丑木材や金属､新素材 を活用 した設計 ･加工
②電気 回路の知識､配線加工技術 (参機械要素､動力伝達などの知識
④ ロボ ッ トの動 きや アル ゴ リズ ムの思 考 (計 測 ･制御的な視点)
これ らのことか ら､先行研究9)の指摘 と同様 に､ロボ ッ ト製作 は技術科 の融合的 ･総合的な
｢ものづ くり｣の学習題材 になっていることが ,1 表2 選択 ･必修教科の割合
学 年 2年生 3年生 選択教科技術科 60% 100% 必修教科技術科 40% 0%
表3 ロボットの製作時間
時間 10h以下 10‑20H z0‑30h 30h以上 割合 20% 21% 16% 43%
再認で きた｡そのため､様 々な知識や技能 を習 得 した3年生での履修が望 ましいことが確認 さ れた｡
3 ロボ ッ ト製作 に関 す る意 識調 査
3.1調査時期及び対象
調査 は､2007年10‑12月に実施 した｡事前調 査 は､選択教科技術科でロボ ッ トコンテス トを 履修 した生徒70名 を対象 とした｡事後調査 は､
ロボ ッ トコンテス ト県大会 に参加 した31校の代 表生徒80名 を対象 に行 った｡ また､ ロボ ッ トコ ンテス ト県大会 に参加 した中学校の教員に対 し て､ フィール ドワークを行い､ ロボ ッ ト製作 に 関 して討議を行 った｡
3.2調査項 目
事前調査 は､ ロボ ッ ト製作 を選択教科で選ん だ理由について 自由記述で調査 した｡事後調査 は､ ロボ ッ ト製作やロボ ッ トコンテス トに参加 した気持ちを尋ねた｡事後調査の項 目を表4に 示す｡回答 は､ 4件法で尋ね､意識や評価の高 い ものか ら4‑ 1点の得点 を与 え､平均 を求め た｡
表4事後調査の項目
間 ロボッ トコンテス トに参加 して､次の質問 内容の中で､自分の気持ちと一番近いもの に○を付けてください｡
【項目(彰④⑤の回答は､4:大変良かった､3:良かっ た､ 2:あまり良くなかった､ 1:良くなかった､
:項目②③の回答は､ 4:ぜひやりたい､ 3:やりた い､ 2:あまりやりたくない､ 1:やりたくない､か
ら求めた】
(丑ロボットコンテス トに参加 して良かったです か｡
(参ロボットをもう一度作ってみたいですか.
③ ロボットコンテス トにもう一度参加 したいで すか｡
④ロボットの製作は､楽しかったですか｡
(9チームのメンバーと協力できましたか.
⑥ ロボットコンテス トに参加 した感想を書いて ください｡(自由記述)
‑ 232‑
3.3 事前調査の結果
表5に調 査 の集 計 結 果 を示 す｡回収 率 は 100%であった｡ ロボ ッ ト製作 を選択教科で選 んだ理由として､先輩の作品を見 ることにより､
ロボッ トコンテス ト‑の興味 ･関心が高 まって いることが最大の要因であった｡ロボッ トコン テス ト県大会がスター トしてか ら9年間が経過 してお り､ロボ ットコンテス トという文化が受 け継がれていることが示 された｡ また､｢チーム でで きるのが楽 しそう｣ といった､学習形態の 特徴 を指摘 したもの も確認することがで きた｡
3.4 事後調査の結果
事 後 調 査 の結 果 を表 6に示 す｡回収 率 は 100%であった｡全ての項 目で3.5以上の高い値 を示 してお り､技術科の題材 としてロボッ トコ ンテス トを生徒が評価 してることが示唆 された｡
間 1の ｢ロボ ッ トコンテス トに参加 して良 かったですか｣については､82%の生徒が ｢大 変良かった｣､18%の生徒が ｢良かった｣と答え ていることか らも､ロボッ トコンテス トへの参 加は有意義であったことが分かる｡ コンテス ト
という大 きな目標の設定が､ロボッ トの製作の 意欲 を向上 させたものと考える｡
表5 事前調査の結果
回 答 例 数
先輩のロボットを見て興味があったから ロボットコンテス トに参加したい 技術の授業が好きだから
ロボットコンテス トがおもしろそう 自分のアイデアをロボットにしてみたい 機械の仕組みに興味があるから チームでできるので楽しそう 自分の技術力を試したい 進路のため
720416430666554421
表6 事後調査の結果
4 3 2 1 平均 (丑ロボコンの参加
@再参加する意志
③再製作する意志
④製作の楽しさ
87653333
0000
001010
78871212
22238776
間 2の ｢機会があればロボッ トコンテス トに もう一度参加 したいですか｣については､｢ぜひ や りたい｣72%､｢や りたい｣28% と高い関心
と意欲 を示 された｡
間 3の ｢機会が あれば ロボ ッ トを もう一度 作 ってみたいですか｣については､ロボ ッ トコ ンテス トへの参加 と同様 に高い関心 を示 し ｢ぜ ひや りたい｣72%､｢や りたい｣18%と高い値 を 示 した｡ しか し､｢あまりや りた くない｣が10%
と､ロボ ットコンテス トへの参加の喜びや達成 感を感 じている反面､ロボ ット製作 に苦労や困 難を感 じている生徒がいることも確認すること がで きた｡
間 4の ｢ロボ ッ トの製作 は､楽 しかったです か｣については､｢大変良かった｣63%､｢良かっ た｣27%と製作の工程で苦労 しなが らも､完成 したときの満足感について述べ る生徒が多 く見 られた｡ しか し､｢あま り楽 しくない｣が10%と､
最後 まで学習意欲が持続 しない生徒 に対 しての 対応 も必要であることが示唆 された｡
間 5のロボッ トコンテス トに参加 した感想 を 尋ねる自由記述では､｢チームで協力で きた｣
などの "協力"､｢競技 に参加で きて良かった｣
や ｢思 うように製作で きなかった ときは､やめ たい気持ちになったが､最後 までや り遂げ られ て良かった｣などの "達成感"､｢仲間､先生､
親の励 まし､協力 をた くさんもらいうれ しかっ た｣など ̀̀支援 に関する感謝"､｢他校のロボッ トを見たときは､びっ くりした｣や ｢自分 らで は想像で きないようなロボッ トを作 っていた｣
などの "交流"､などの項 目に集約することがで きた｡
このように､技術科の目標や様 々な教育効果 を もた らす ロボ ッ トコ ンテス トで あ るが､
フィール ドワークで調査 した結果､｢競技 ルー ル :1000/o｣､｢製作時間:94%｣､｢競技 コー トの 準備 :89%｣､｢評価方法 :78%｣､｢費用 :72%｣
について課題意識があることが確認 された (% は､課題の指摘の割合 を示す)｡ これ らの課題意 識は､前報の調査10)とほぼ一致 してお り､教員
の指導の工夫だけでは解決で きない課題である ことが示唆 された｡その中で も､競技ルールの 設定や競技 コー トに関 して､｢毎年変化す る課 題が難 しくな り過 ぎ､競技 コー トの準備など学 校での対応 に苦慮 している｣ という意見が多 く 出された｡そこで､次節 にてロボ ッ トコンテス トの競技ルールと競技 コー トについて検討する｡
4 ロボ ッ トコンテス トの競技ル ールの検討
ロボ ッ トコンテス トの競技 ルールをどのよう に設定するかによって､製作時間や学習内容が 大 きく異 なって くる11)｡ また､教員にとって競 技 ルールに則 した製作指導や競技 コー ト製作 な
ど授業展開にも大 きく関わる重要なものである｡
そこで今回は､選択教科技術科で4‑ 6名のグ ループ学習で､17時間程度で製作 で きる競技 ルールの検討を行 うこととした｡そこで､全国 大会のB部門のこれまでの競技ルールを技術科 の指導経験15年以上 (ロボ ット製作指導経験8 年以上)の教員4名 と分析､整理 し､製作上の 課題を明 らかにした｡
4.1 競技ルールの課題
過去8回実施 されたB部門の競技ルールと､
指導経験､製作 したロボッ トの写真 を基に､下 記に課題 を整理する｡
①製作時間が膨大 に必要で､正規の学校の教育 課程では扱 えない｡
(参年々競技 ルールが複雑になる中､競技 コー ト を製作するのに多額の材料費がかかる｡2006年 度の コー ト製作費用 として45000円程度の材料 費が必要であった｡ また､競技 コー トが､複雑 にな りす ぎ製作が難 しい｡競技 コー トを製作す るにあた り､入手 しに くい材料があった｡ また､
毎年違 った材料 を使用す るため､過去 の競技 コー ト製作で使用 した材料が無駄 になって しま
う｡
(勤ロボッ トの製作 に必要な材料 を学校では準備 で きない｡部品や材料が高価である｡
④競技性 を重視するあま り相手側の得点を奪い
取 った り､妨害 した りの行為 が許 される競技 ルール規定になっている｡
i)競技 )レールに暖味な部分があ り､競技ルール の解釈や判定基準 を明確 にする必要がある｡
4.2 競技ルールの課題への対応
競技 ルールの課題検討 を踏 まえ､下記の事項 に留意 しなが ら競技ルール作成 を行った｡
(∋技術科の基本的な学習内容が含 まれているも の｡
(参選択教科技術科で4‑ 6名のグループ学習で､
17時間程度で製作で きる競技ルールとする｡
(彰競技 コー トに必要以上に予算 をかけないよう に､過去に競技 コー トに使用 した材料 を使用す る｡ また､競技 アイテムは､身近な技術分野の 授業で使 っている道具などを使用する｡
(彰競技 コー トを簡素化する｡ また､製作が難 し い部分に関 しては､多 くの学校で利用で きるよ う組立マニュアルを作 る｡
(9全国 どこで も材料が入手で きるように､配慮 する｡
(むものづ くりの発表の場 となるように､意図的 に相手側の得点を奪い取 った り､妨害 した りの 行為 を競技ルールに盛 り込 まない｡
⑦競技ルール規定や判定基準が明確 になるよう､
単純で分か りやすい競技 ルールを設定する｡
5 競技ル ールの概 要
5.1 競技概要
競技 は､教室内に置かれた木づち (以後､ア イテムと記す)を片付 ける｢THE お片付 け｣
と名付けた｡競技 は1対1のロボッ トによる対 戦で､150秒以内に図1に示す競技 コー ト中央 のアイテム設置場所 (以後､ネッ トBOXと記す :
630mmx485mmX400mm)のアイテムと､競 技 コー トの床に置かれているアイテムを､ 自陣 の図2に示すアイテム片付 け場所 (以後､ネッ
トタワー と記す :350mmX1300mmX89mm) に片付ける競技である｡
ア イ テ ム は､ネ ッ トBOXに共 有 ア イ テ ム
‑ 234‑
図1 ネ ッ トBOX
図 2
ネッ トタワー (ネッ トBOX上面 にアイテ
ム5本) と自陣アイ テム (ネッ トBOX側面 にア
イテム各6本)が設 置 されている｡ また､床 に
自陣アイテム各5本 が設置 され､ ロボ ッ ト保持 とし
て､ 1アイテム､
合計17本のアイテムを片付 ける競
技 ルールであ る｡得 点 は､ア イ テ ム を片
付 け る位 置 (高 さ) よって異 な り､ 1点エ リア
と2点エ リアに分か れる｡競技終了前で も､ネッ
トBOX上のアイテ ム と床 上 の ア イテム を全
て移動 し､ネ ッ トタ ワー上の2点エ リアに全て片付 けた時点で
競技 終了 とす る｡
5.2競技 コー トの広 さは､競技 コ‑ ト
化粧 コ ンパ ネ6枚 分 (2700mmX3600mm)とす る｡図 3に 競 技
｢
丁 丁1I: 巨!蓋
｣三厩 援 玄室
?≡‑a//ー約 1 抑
霧
謬 警 琴 ｣ ー1 r‑+
v Bi6 ネ‑}トBOX
ズ
;碧+'.
W 1
図3 競技 コー トの概略
図4生徒作品の一例 と競技
コー トの概 略 を示 す｡板 の つ な ぎ 目の様子 50mmの透明フィルムテープを貼 る｡ アイテムに は幅 を設置す る
円×14枚､SPF材300円×10本) とこれ までの コー トと比較 して安価 に製作す ることがで きる｡
生徒作 品の一例 と競技 の様子 を図4に示す｡
6 結言
今 回提案 した競技ルールは､2007年度の全 国 大会のB部門の競技 ルールとして採用 された｡
そのため､学校現場でスムーズかつ正確 に製作 で きるように､競技 コー ト製作マニュアルを作 成12)し､web上で配信 した｡ また､競技 中の禁 止事項 ･罰則 な ども明確 に し､ よ り競技 ルール 上の暖味 な部分の排除に努めた｡そのため､県 内で も取 り組む学校数が増加 し､県大会､ブロッ ク大会､全 国大会で もスムーズな運営がなされ､
所期の 目的 を達成す ることがで きた｡
しか し､文部科 学省 が新 学 習指導要領案 を 2008年1月17日に公表 し､中学校 では2012年度 か ら完全実施 される｡その中の選択教科の取 り 扱いは､教育課程外 に設置す ることとな り､実 質的には選択教科の時間を確保す ることがで き な くなる｡ この ような社会的背景 を踏 まえて､
ロボ ッ トコンテス トのためのロボ ッ ト製作 は､
よ り簡潔 な課題 を設定 し､学習内容 を精選 し､
必修教科 で短時間で履修で きるものへ修正す る 必要が生 まれて きた｡
これ までのF県のロボ ッ トコンテス トの取 り 組みは､全 国的に見て も短時間で履修で きる課 題の設定 と､個別学習 に特徴が見 られて きた｡
今後 は､それ らをよ り一層進め､ よ り多 くの学 校が限 られた時間内に､教科の 目標 を達成で き
る課題 を検討 してい きたい｡
参考文献
1)田口浩継 :生きる力を育むロボットコンテス ト.
産業教育,No.578,pp.51‑54 (1998)
2)吉田喜一 ･佐藤宣明 ･花岡大生 ･木村孝造 ･篠
崎 照 :高専学生による地域中 ･高生へのロボ コン指導,日本機械学会関東支部第8期総会講 演論文集,No̲020‑1,pp.439J140 (2002) 3)安藤義仁 :第4回平成15年度創造アイデアロ
ボットコンテス ト全国中学生大会の実施報告 : 日本産業技術教育学会誌,Vol.46,No.3,pp.179‑ 183 (2004)
4)田口浩継 ･山本利一 :第4回 創造ものづ くり フェア ｢ロボットコンテス ト｣の実施報告書, 日本産業技術教育学会誌,Vol.46,No.2,pp.107‑ 112 (2004)
5)森山 潤 ･伊揮俊公 ･宮川洋一 ･山本利一 ･枚 浦正史 :技術科教育における題材 としてのロ ボットコンテス トに対する担当教員の意識,日 本教科教育学会,Vol.30,No.1 (2007) 6)山本利一 :ロボットコンテス トの運営と教育効
果,福井県教育研究所研究紀要,No.105,pp.151‑ 158(2000)
7)山本利一 ･梶岡敬治 ･牧野亮哉 :問題解決力を 育成する校内ロボットコンテス トの取 り組み, 埼玉大学教育学部教育実践稔合センター紀要, No.1,pp.69‑76 (2002)
8)文部省 :中学校学習指導要領 ･解説｢技術 ･家 庭編‑,東京書籍 (1998)
9)山本利一 ･家永知明 ･田口浩継 :中学校技術科 におけるロボットコンテス トの指導法改善に 関する考察,埼玉大学紀要教育学部 (数学 ･自 然科学),Vo155,No2,pp.23‑33 (2006) 10)西村 稔 ･山本利一 :創造力を育成するロボッ
トチャンピオンシップの取 り組み,教育実践総 合センター紀要,No.4,pp.153‑164 (2005) ll)山本利一 ･家永知明 ･田口浩継 ･牧野亮哉 :中
学校におけるロボットコンテス トの実施調査, 日本機械学会論文集 (C編),Vol.73,No.725, pp.1‑9 (2007)
12)全 日本中学校技術 ･家庭科研究会 :創造アイデ アロボットコンテス トマニアル,2007年度全 日 中ロボコン委員会 (2007)
(2008年3月11日提出) (2008年4月25日受理)
‑ 236‑
The Problem and Ideal Method in the Future of the Robot Contest
Yasuto YOSHIDA and Toshikazu YAMAMOTO
Key words : Robot Contest, Technology Education Course, Competitive Rule, Teaching Method, Learning Content
On the basis of the field study of the robot contest, the purpose of this study is to design the appropriate competitive rule. As a problem in the robot contest, teaching time, teaching method, learning content, learning time, competitive rule and so on are pointed out. Receiving these things, the competitive rule of a robot contest which can be learned in short time was designed.
As the result, it was possible to make the robot in the regulation time, and the work of teachers such as the court production decreased.
