BASIC 言語とドローンを用いた初学者向けプログラミング教育の実践

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BASIC 言語とドローンを用いた初学者向けプログラミング教育の実践

岩佐英彦

、本田康子

、小野朗子

Development of programming materials for beginners using BASIC language and drone

Hidehiko IWASA

, Yasuko HONDA

and Akiko ONO

Following the start of programming education in elementary and junior high schools, programming teaching materials for children are being actively developed. The main ones are those that use visual programming languages such as Scratch and those that use full-fledged languages such as JavaScript and Python. This paper introduces programming materials for operating drones using the BASIC language, which is an early programming language. The BASIC language has the advantage that even elementary and junior high school students can easily create programs as long as they understand the control structure of the program using IF statements and GOTO statements, and is suitable for programming learning for beginners.

Keyword BASIC, Programming education, Drone programming

１．背景

小中学校においてプログラミングが必修となったことを受けて、様々なプログラミング学習のための教材が開発されている。多くの教材においては、ScratchやMicrosoft

社のMake codeなどのように、コマンドや制御構造をブロ

ックに見立てて、それらをつなぎ合わせることによってプログラムを作成していくビジュアルプログラミング言語が用いられている。ビジュアルプログラミング言語は、プログラミングに不慣れな初学者であっても簡単にプログラムが作成できるというメリットがある反面、プログラムの表記の方法が一般的なプログラミング言語と大きく異なるため、次のステップに進むことが難しくなってしまうという課題がある。

一方で、JavaScriptやPythonなどの一般的なプログラミング言語を用いる場合、実行環境の準備が困難であること、

プログラミングを実行させる以前の文法習得のコストが高いことなどが課題となる。また、中学校ではプログラミングの際に、ハードウェアの制御なども同時に学習する

ことが求められており、一般的なプログラミング言語を用いるハードルが高くなっている。

そこで本稿では、1970年代から1980年代に盛んに用いられていたBASIC言語を用いたプログラミング教材を開発し、その内容を紹介する。BASIC 言語は、インタプリタ型の言語であり、学習者が対話的にプログラムを実行することが可能となっている。また、データ型や制御構造の構文を理解していなくても、比較的容易にプログラムを作成できるという特徴がある。

BASIC 言語を用いてプログラムを行うことにより、学

習者は逐次処理、分岐、反復といったプログラムの制御構造を学ぶことができるため、JavaScriptやPyhtonなどの現在一般的に用いられているプログラムへの橋渡しとして適しているものと考える。また、本稿において紹介する IchigoDyhook、IchigoDakeといったハードウェアを用いることによって、簡単なBASIC言語のコマンドを理解するだけで、ドローンを制御するプログラムを作成できることを示す。また、これらの構成を用いて実際に中学校において実施したドローンプログラミング体験授業についても報告する。

近畿大学工業高等専門学校

総合システム工学科制御情報コース

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２．%6,& 言語実行環境,FKLJR-DP と %$6,& 言語

IchigoJamは、2014年4月に発売を開始されたシングルボードコンピュータであり、BASIC 言語が動作するファームウェアが提供されている。はんだ付けを自分で行って組み立てるキットが1500円（税抜）という低価格であり、

キーボードさえ接続すれば、画面はテレビで良いという手軽さから、多くの子供プログラミング教室などで使用されている⁽¹⁾。全国にIchigoJamを用いて子どもプログラミングの普及を行っているPCN（プログラミング・クラブ・

ネットワーク）という組織があり、全国各地50か所以上で活発にプログラミング教育が実践されている⁽²⁾。図1にシングルボードコンピュータ IchigoJamの外観を示す。

図1．シングルボードコンピュータIchigoJamの外観

IchigoJamにはBASIC言語の実行環境がファームウェアとしてプリインストールされている。インタープリタ環境において対話的にコマンドを実行したり、IchigoJam に備えられているRAMに保存しておいたプログラムをロードして実行することが可能である。

３．ドローン制御のためのシステム構成

図.1に示したIchigoJamを使用するためには、キーボード、

電源、外部ディスプレイが必要となるが、小中学校の教室などにおいてこれらを用意することは困難なために、

IchigoJam とキーボードと小型ディスプレイを一体化した

IchigoDyhookが販売されている。IchigoDyhookは乾電池で動作するために児童・生徒数のコンセントを用意することもなく、場所を選ばずにプログラミングを行うことができる。IchigoDyhookにはIchigoJamのCPUとRAMの部分が搭載されておらず、CPU とRAM を搭載したIchigoDake をUSBスロットに挿入して使用する。図2にIchigoDake の外観を、図3にIchigoDakeを装着したIchigoDyhookの外観を示す。

IchigoDyhook を用いて作成したプログラムは

IchigoDakeに保存される。ドローンと通信する機能を有す

るFruitPunchと、IchigoDakeに格納されたプログラムを実

図２. IchigoDakeの外観

図３. IchigoDyhookの外観

図４. FutuitPunch（上）とDakeJacket（下）の外観

図5. ドローンの外観

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－63－行して、ドローンへ送信するコマンドをFruitPunchに転送する機能を有するDakeJacketを用いることによって、ドローンを飛行させることができる。図４にIchigoDakeを装着したDakeJaket（下側）とFruitPunchの外観を、図５に制御対象となるドローンの外観を示す。

４．ドローン制御のプログラム例上記のシステム構成を用いて実際にドローンを制御するプログラムの例を示す。本プログラムは、ドローンが右回転、左回転、宙返り、後方宙返りをランダムに繰り返しながら飛行し、後方宙返りが2回行われた時点で着陸するものとなっている。

プログラムを見ればわかるように、ドローンというハードウェアを制御しているにもかかわらず、非常にシンプルなコードになっており、BASIC 言語の基本さえ理解すれば、小中学生であっても比較的容易に実践的なプログラミングを行えることがわかる。プログラム中の20行目と50 行目から80行目の各行の「？」は、その直後のダブルクォート「”」で囲われたコマンドをドローンに送信するためのものであり、「”」で囲われた内部の簡単なドローン制御のためのコマンドを理解するだけでこのプログラムを作成することができる。

10 ?"":CLV

20 ?"FP INIT":?"FP TO":WAIT500 30 C=0

40 D=RND(3)

50 IF C>=2 ?"FP N":?"FP LD":END 60 IF D=0 ?"FP TR":WAIT120 70 IF D=1 ?"FP TL":WAIT120

80 IF D=2 ?"FP S flip b":WAIT180:?"FP N"

90 IF D=2 C=C+1 100 GOTO 40

図６．ドローン制御プログラムの例

５．中学校でのプログラミング授業実践事例図６に示したようなプログラムを作成してドローンを飛行させることを目的とした授業を、伊賀市立柘植中学校の３年生15名を対象として行った。時間は約90分であり、

30分程度のBASIC言語の説明を行ってから、ドローンを

操作するためのコマンド一覧表を参照させながらプログラミングを行わせた。

生徒の中にはプログラミングの知識を有する者が 1 名いただけで、他の14名は一切のプログラミング経験がなかったにもかかわらず、60 分の体験授業の時間中に、自らが設定した経路に沿ってドローンを飛ばすことを達成

できた。図7、図8に柘植中学校でのドローンプログラミング体験授業の様子を示す。

図７．体育館でのプログラミング講座の様子

図８．体育館でプログラミングをしてドローンを飛ばしている様子

６．まとめ

本稿では、BASIC言語の実行環境であるIchigoJamとドローンを用いた小中学校でのプログラミング授業に適したシステムの構成と、それを用いたドローンプログラミングの実践について報告し、非常に安価な構成とシンプルなプログラムによって効果的なプログラミング授業が実施できることを示した。今後は近隣の小中学校を対象としてプログラミング授業を実施し、学年やレベルに応じた様々なプログラミング教材を開発していく予定である。

参考文献

1) IchigoJam について、https://ichigojam.net/

2) PCNについて、https://pcn.club/about/

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