JP2019078858A - プログラミング学習用電子機器及びプログラミング学習用キット - Google Patents

Abstract

【課題】プログラミングの学習において児童や生徒に適切な実体験をさせることのできるプログラミング学習用電子機器及びプログラミング学習用キットを提供する。【解決手段】スイッチ部１３は、基台２０と、基台２０において学習用電気回路１０の一部を構成する部分電気回路と、基台２０における部分電気回路の回路端にそれぞれ設けられている複数の接続端子２１Ａ，２１Ｂと、部分電気回路の開閉を切り替えるスイッチ２２と、プログラミングされたプログラムの実行処理に基づく指示に対応してスイッチ２２の開閉を切り替えるスイッチ制御部３０と、スイッチ制御部３０がスイッチ２２の開閉を切り替えるための制御用電気回路とを備える。基台２０の上面２０Ａには、複数の接続端子２１Ａ，２１Ｂを相互に結ぶように部分電気回路に対応する配線図が描かれているとともに、配線図にはスイッチ２２に対応する記号１３１を含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、児童や生徒の学習に用いられるプログラミング学習用電子機器、及び、プログラミング学習用キットに関する。

従来、電気回路を学習するための学習用電気機器として、特許文献１に記載のような電気機器が知られている。
特許文献１に記載の学習用電気機器は、外部接続電極を有する複数の実装回路部品と、複数の実装回路部品相互の間を実装回路部品の外部接続電極を介して配線接続する配線パターンの形成された配線板と、配線板を挟んで実装回路部品の永久磁石を吸着する部品吸着板とを備える。そして、学習用電気機器は、実装回路部品の永久磁石が部品吸着板に吸着することで、実装回路部品に実装した回路素子を外部接続電極を介して配線板に形成された配線パターンに回路結合する。

特開２０１６−１６６９２０号公報

近年、学校教育において、児童や生徒に上述したような電気回路の学習のみならず、プログラミングの学習を行わせることが検討されている。この点、特許文献１に記載の学習用電気機器によれば、電気回路の学習をすることが可能ではあるが、プログラミングの学習については考慮されていない。ところで通常、プログラミングの学習では、コンピュータ等の演算装置を利用する。しかしながら、プログラムへの指示の入力、及び、処理結果の出力がコンピュータ内で完結するようなプログラムの場合、多少なりともコンピュータに関心を持たない児童が含まれている学校教育において、児童や生徒に教育的に効果のある適切な実体験をさせることが困難であるおそれもある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プログラミングの学習において児童や生徒に適切な実体験をさせることのできるプログラミング学習用電子機器及びプログラミング学習用キットを提供することにある。

上記課題を解決するプログラミング学習用電子機器は、プログラミング学習用電子機器であって、絶縁性を有する基台と、前記基台に設けられて、学習用電気回路の一部を構成する部分電気回路と、前記基台における前記部分電気回路の回路端にそれぞれ設けられていて前記学習用電気回路の他部との接続に利用される複数の接続部と、前記部分電気回路の開閉を切り替えるスイッチと、プログラミングされたプログラムの実行処理に基づく指示に対応して前記スイッチの開閉を切り替えるスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチの開閉を切り替えるための制御用電気回路とを備え、前記基台の表面には、前記複数の接続部を相互に結ぶように前記部分電気回路に対応する配線図が描かれているとともに、前記配線図には前記スイッチに対応する記号を含んでいる。

このような構成によれば、プログラミングされたプログラムの実行結果として学習用電気回路のスイッチが作動する。よって、プログラミングの学習において児童や生徒にプログラムと当該プログラムの実行処理に基づくスイッチの動作との関連性を適切に実体験させることができる。

具体的には、基台の表面に部分電気回路の配線図のみを描画することで、部分電気回路の学習用電気回路の他部との連続性を維持し、接続部やスイッチが学習用電気回路に組み込まれているとの理解が容易になる。また、一般に操作の必要性が理解されているスイッチは、これを駆動操作する回路図が描かれていないことにより、その操作がプログラムから行われるということを説明することで、実体験できるようになっている。つまり、プログラムの実行処理に基づく指示でスイッチが開閉されて実験用電気回路に電気が流れたり、止まったりすることを実体験させることができる。

好ましい構成として、前記複数の接続部はそれぞれ前記基台に突設された接続端子であり、前記配線図において、前記スイッチに対応する記号は前記スイッチの近傍に描かれている。

このような構成によれば、スイッチの記号がスイッチの近傍に描かれているのでスイッチとスイッチの記号との関連性が理解されやすい。なお、スイッチを基台の内側に設けるような場合、スイッチのある位置に対応する表面にスイッチの記号を描くことでスイッチの存在を想像しやすくなる。例えば、スイッチが認識できるように透明の基台を使った場合などには記号とスイッチとの関連性が容易に理解される。

好ましい構成として、前記スイッチは前記基台の表面に露出する面を有し、前記スイッチに対応する記号は前記露出する面に描かれている。
このような構成によれば、スイッチの記号がスイッチの露出する面に描かれているのでスイッチとスイッチの記号との関連性が理解されやすい。また、このようにスイッチの面にスイッチに対応する記号を描くことで、スイッチの機能を直接視認できないようなスイッチであっても、実験用電気回路として理解が求められる部分電気回路に着目させることができるようになり学習効果が高められる。

好ましい構成として、前記露出する面に描かれている前記スイッチに対応する記号には、前記基台の表面に描かれている配線が接続するように描かれている。
このような構成によれば、基台の表面にスイッチがその面を露出させていたとしても、そこで配線図が途切れることなく配線の記号が描かれるので、部分電気回路の構成を理解することが容易である。

好ましい構成として、前記部分電気回路はさらに、前記スイッチと直列又は並列に電気の有無に応じて状態が変化する電気部品が接続され、前記配線図には、前記電気部品が接続されていることを示す配線が描かれている。

このような構成によれば、スイッチが通電状態であるか否か（通断）を電気部品の状態から判別することができる。
好ましい構成として、前記スイッチはリレーであり、前記スイッチ制御部は、前記リレーを駆動させるための電源を有している。

このような構成によれば、駆動用の電源が必要なリレーを学習用電気回路のスイッチとして利用することができる。
好ましい構成として、前記スイッチ制御部は、有線通信又は無線通信を介して前記プログラムの実行処理に基づく指示が入力される。

このような構成によれば、プログラムの実行処理をする装置、例えばコンピュータやタブレットなどからスイッチ制御部の動作が制御されるようになる。また、コンピュータやタブレットで学習に適したプログラミング環境（ユーザインターフェイス）を提供すれば学習効果が高められるようにもなる。

好ましい構成として、前記スイッチ制御部はさらに、前記プログラムの実行処理を行う処理装置を備え、前記プログラミングされたプログラムの実行処理を行う。
このような構成によれば、スイッチ制御部でプログラムの実行処理が行われるようになることから、実験用の電気回路の構成が単純化され、学習に適した環境を提供することができる。

上記課題を解決するプログラミング学習用キットは、プログラミング学習用電子機器と、前記プログラミング学習用電子機器と有線通信又は無線通信を介して通信可能なプログラミング装置と、を備え、前記プログラミング学習用電子機器は、絶縁性を有する基台と、前記基台に設けられて、学習用電気回路の一部を構成する部分電気回路と、前記基台における前記部分電気回路の回路端にそれぞれ設けられていて前記学習用電気回路の他部との接続に利用される複数の接続部と、前記部分電気回路の開閉を切り替えるスイッチと、前記プログラミング装置でプログラミングされたプログラムの実行処理に基づく指示に対応して前記スイッチの開閉を切り替えるスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチの開閉を切り替えるための制御用電気回路とを備え、前記基台の表面には、前記複数の接続部を相互に結ぶように前記部分電気回路に対応する配線図が描かれているとともに、前記配線図には前記スイッチに対応する記号を含んでいる。

このような構成によれば、コンピュータを含むプログラミング装置で学習に適したプログラミング環境（ユーザインターフェイス）を提供することで学習効果が高められるようになる。

好ましい構成として、前記学習用電気回路は、前記学習用電気回路用の電源と、電気の有無で状態が変化する電気機器と、前記プログラミング学習用電子機器の部分電気回路とが直列接続されてなる。

このような構成によれば、電気回路の学習に用いられる電気部品を利用してプログラミング学習用機器によるプログラミング学習が可能になる。

本発明によれば、プログラミングの学習において児童や生徒に適切な実体験をさせることができる。

プログラミング学習用電子機器及びプログラミング学習用キットを含んで具体化された電気回路の第１の実施形態を示す模式図。 同実施形態のプログラミング学習用電子機器の斜視図であって、（ａ）は上面方向から見た図、（ｂ）は下面方向から見た図。 同実施形態のプログラミング学習用電子機器と、プログラミング装置と、それらが通信接続されていることとを示す模式図。 同実施形態のスイッチの回路構成を詳細に示す回路図。 プログラミング学習用電子機器の第２の実施形態を示す斜視図。 プログラミング学習用電子機器の第３の実施形態を示す斜視図。 プログラミング学習用電子機器の第４の実施形態を示す斜視図。 プログラミング学習用電子機器の第５の実施形態を示す斜視図。 プログラミング学習用電子機器の他の実施形態を示す斜視図。 プログラミング学習用電子機器のその他の実施形態を示す斜視図。

（第１の実施形態）
図１〜図４を参照して、プログラミング学習用電子機器及びプログラミング学習用キットの具体化された第１の実施形態について説明する。

図１に示すように、学習用電気回路としての電気回路１０は、電池ケース１１と、発光部品１２と、プログラミング学習用電子機器としてのスイッチ部１３とがそれぞれの間を接続配線Jで電気的に接続されることで構成される。接続配線Jは、絶縁被膜に覆われた導電線の各端末に導電性を有するミノムシクリップＣＬを有する。ミノムシクリップＣＬは、挟み込んだ導電体に接続配線Jを電気的に接続させる。電池ケース１１は、導電性を有する２つの接続端子１１Ａ，１１Ｂとそれらの間に直列に接続される実験用電気回路の電源である電池１１１とを備える。発光部品１２は、導電性を有する２つの接続端子１２Ａ，１２Ｂと、それらの間に直列に接続され、電気が流れることで発光する発光素子１２１とを備える。発光素子１２１は、例えば豆電球である。スイッチ部１３は、導電性を有する２つの接続部としての接続端子２１Ａ，２１Ｂと、それらの間に直列に接続されるスイッチ２２とを備えている。スイッチ部１３において、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂとそれらの間に直列に接続されるスイッチ２２とから構成される回路が部分電気回路を構成する。よって、電気回路１０は、スイッチ２２が閉じることで電池１１１から供給される電気で発光素子１２１が発光する。逆に、この電気回路１０は、スイッチ２２が開くことで電池１１１から電気の供給が止められて発光素子１２１が消灯する。

スイッチ２２は、いわゆるリレーであって、開閉が切り替えられる接点回路を有し、その接点回路が２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂの間に設けられることで実験用の電気回路１０の開閉を行う。また、スイッチ２２の開閉はスイッチ制御部３０により切り替えられる。

スイッチ制御部３０は、通信部３３による無線通信１５を介してプログラミング装置としてのコンピュータ１４との情報通信等が可能になっているとともに、コンピュータ１４からの指示に応じてスイッチ２２の開閉を切り替えることができる。本実施形態では、スイッチ部１３とコンピュータ１４とを含んでプログラミング学習用キットが構成される。

図２を参照して、スイッチ部１３について説明する。スイッチ部１３は、大まかに基台２０と、基台２０に設けられた部分電気回路と、基台２０に取り付けられたスイッチ制御部３０とを含む。

図２（ａ）に示すように、スイッチ部１３は基台２０を備え、基台２０の表面を構成する上面２０Ａには、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂが突設されているとともに、スイッチ２２が露出配置されている。また、基台２０の上面２０Ａには、スイッチ部１３の配線図として、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂを結ぶ配線の記号１３０が、途中に配置されているスイッチ２２の上面２２Ａを経由するように描かれている。また、スイッチ２２の上面２２Ａには、スイッチの記号１３１が配線の記号１３０の途中に直列接続されるかたちで描かれている。なお、スイッチ２２は直方体であって、スイッチの記号１３１が上面２２Ａの一辺から対向する他辺に至るまで描かれており、配線の記号１３０は、上方から見ると、基台２０の上面２０Ａのスイッチの記号１３１に接続しているように見えるように描かれている。

図２（ｂ）に示すように、基台２０の下面２０Ｂには、スイッチ２２の開閉を制御するスイッチ制御部３０と、基台２０の下面２０Ｂの凹部２５であって、スイッチ制御部３０をはめ込む凹部２５と、スイッチ制御部３０の接続端子部３１に対応する接続端子２６（図４参照）の配置された接続部２５Ａとが設けられている。本実施形態では、スイッチ制御部３０は、凹部２５にはめ込まれることで基台２０の外表面から突出しないように基台２０に取り付けられる。凹部２５は、スイッチ制御部３０の外形に対応する形状を有する基端部２５Ｂと、スイッチ制御部３０の外形との間に操作用の空間を有している取り外し操作部２５Ｃを備えている。

本実施形態のスイッチ制御部３０は、基台２０からスイッチ制御部３０が突出しないようにすることでスイッチ部１３とスイッチ制御部３０との一体感が高められ、スイッチ制御部３０がことさらに目立ち、児童や生徒の学習において電気回路１０に対する意識がおろそかになるようなことを抑制させる効果が期待される。学習用の電子部品はその外形が学習効果に影響を及ぼすこともあるため、学習効果を低減させない外形であることがより望ましい。

スイッチ制御部３０は、その筐体３２内にスイッチ２２を駆動可能な内部電源と、内部電源からの電源の供給・停止を切り替える内部スイッチと、無線通信可能な通信部３３とを備える。スイッチ制御部３０は、通信部３３による無線通信１５を介して外部のコンピュータ１４等との情報通信が可能になっている。そして、外部のコンピュータ１４からの指示に応じて内部電源からの電源の供給・停止を切り替え、この電源で駆動される接点を有するスイッチ２２の接続・切断を切り替える。通信部３３は、例えば「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）」（登録商標）や「Ｗｉ−Ｆｉ」等の汎用の無線通信規格や、ＵＳＢを利用した有線通信を利用することができる。スイッチ制御部３０は、充電及び通信用の接続部３５を備えており、接続部３５を介して内部電源を充電したり、情報通信をしたりすることも可能である。なお、接続部３５は、例えばＵＳＢの規格に準拠している。例えば、こうしたスイッチ制御部３０として、ＨＥＭＳ（登録商標）のＧＰＩＯタグ（ＳＯＮＹ社製）を用いることができる。

図３に示すように、外部のコンピュータ１４は、プログラミング用のユーザインターフェイス４０を備えている。例えば、コンピュータ１４は、スイッチ制御部３０と同様の通信機能を有するボタン部３００のボタンＰＢの操作状態を示すオン信号又はオフ信号が入力される。また、コンピュータ１４は、スイッチ制御部３０に電源の供給・停止の指示信号を出力する。コンピュータ１４は、プログラミング用のユーザインターフェイス４０を用いて、ボタン部３００からの入力信号に応じた指示信号をスイッチ制御部３０に出力する実験用プログラムを作成させることができるとともに、作成された実験用プログラムを実行する処理であるプログラム処理を行うことができる。例えば、実験用プログラムは、ボタン部３００からオフ信号が入力されることに応じてスイッチ制御部３０に電源の停止を指示する一方、ボタン部３００からオン信号が入力されることに応じてスイッチ制御部３０に電源の供給を指示するプログラムである。スイッチ部１３は、コンピュータ１４からの指示信号に対応してスイッチ制御部３０が動作し、スイッチ制御部３０の電源停止でスイッチ２２が開（切断）し、スイッチ制御部３０の電源供給でスイッチ２２が閉（接続）する。

図４を参照して、スイッチ２２及びその周辺回路について詳述する。
スイッチ２２は、例えば、Ｙ１４Ｈ−１Ｃ−３ＤＳ（直流３Ｖ小型リレー、接点容量：１Ａ、ＨＳＩＮ ＤＡ（シンダ）プレシジョン製）等である。

スイッチ２２は、接点回路の一の端子Ｖｉｎに一方の接続端子２１Ａが配線２１１を介して接続され、グランド端子Ｇに他方の接続端子２１Ｂが配線２１２を介して接続されている。スイッチ２２は、一の端子Ｖｉｎとグランド端子Ｇとの接離を切り替える内部接点２２４を備えている。内部接点２２４は基端が一の端子Ｖｉｎに接続されており、先端がグランド端子Ｇに接離可能に移動する。スイッチ２２は、内部接点２２４を駆動する駆動部２２１を有し、駆動部２２１に電源を供給する一方の電源線２２２と他方の電源線２２３とが接続されている。例えば、スイッチ２２は、一方の電源線２２２に正電圧、他方の電源線２２３に負電圧（コモン電圧）が印加されると、内部接点２２４を駆動させて一の端子Ｖｉｎとグランド端子Ｇとを接続させる。一方、スイッチ２２は、一方の電源線２２２と、他方の電源線２２３との間に電圧が印加されない場合、内部接点２２４が駆動せず一の端子Ｖｉｎとグランド端子Ｇとが切り離される。本実施形態では、駆動部２２１と、それに接続される一方の電源線２２２及び他方の電源線２２３を含んで制御用電気回路が構成される。

接続端子２６は、スイッチ制御部３０と電気的に接続する端子である。接続端子２６は、１番端子が一方の電源線２２２に接続され、５番端子が他方の電源線２２３に接続されている。

スイッチ制御部３０は、例えば、ＧＰＩＯタグ（型番：ＭＥＳＨ−１００ＧＰ、一般入出力インターフェイス、ＳＯＮＹ製）であって、接続端子２６に対応する端子を有している。接続端子２６を参照して説明すると、１番端子は内部電源からの電源出力端子Ｖ、２〜４番端子はデジタル入力端子Ｄｉｎ、５番端子はグランド端子Ｇ、６〜８番端子はデジタル出力端子Ｄｏｕｔ、９番端子はアナログ入力端子Ａｉｎ、１０番端子はＰＷＭ端子ＰＷＭである。本実施形態では、スイッチ制御部３０は、電源出力端子Ｖからの内部電源供給の開始、停止が切り替えられることで駆動部２２１の稼働、非稼働が切り替わって内部接点２２４の通断、すなわち、スイッチ２２としての接続・切断が切り替わる。

図１及び図２を参照して本実施形態の作用について説明する。
電気回路１０は、児童や生徒の学習用の回路である。ここで、児童は小学生に対応する年齢の子供のことであり、生徒は中学生及び高校生に対応する年齢の子供のことである。従来、電気回路１０の学習には、電池ケース１１と発光部品１２とを使った回路や、電池ケース１１と発光部品１２と手動スイッチとを使った回路等が利用されている。しかし近年、身近な電気製品についてもプログラム処理に基づいて動作しているものが少なくない。そこで、プログラミングを体験することを通じて、プログラムの仕組みを体験的に学習させることが考えられている。

しかしながら、自主的に学習している児童や生徒は別にして、プログラミングを体験したことのない児童等にとってプログラムはその理解が困難であるおそれがあり、プログラムを体験的に学習させることは容易ではないと考えられている。

そこで、本発明の発明者らは、従来の電気回路１０を利用しつつ、プログラミングについても体験的に学習することができるプログラミング学習用電子機器、及び、プログラミング学習用キットを発明した。

このプログラミング学習用電子機器、及び、プログラミング学習用キットは、例えば、以下のような手順で学習を進めることでプログラミングを体験的に学習させることができる。

まず、電気回路１０を、電池ケース１１と発光部品１２とをそれぞれの間を接続配線Jで電気的に接続することで回路を構成する。このとき、電池ケース１１の電池１１１の電気が発光部品１２に流れて発光素子１２１が発光することは回路構成を見て、及び、実体験として理解することができる。

続いて、上述した回路に、直列にスイッチ部１３を追加する。すなわち、図１に示すように、電気回路１０を、電池ケース１１と、発光部品１２と、スイッチ部１３とをそれぞれの間を接続配線Jで電気的に接続することで回路を構成する。このとき、発光部品１２は発光しないことから、スイッチ部１３が電気回路を切断していることが理解される。また、こうした理解が容易になるように、スイッチ部１３には、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂを電気的に接続している配線の記号１３０、及び、その配線の記号１３０の途中に回路の通断を切り替えるスイッチの記号１３１が大きく描かれている。接続端子２１Ａ，２１Ｂは、電気が通ることを実体験していることから、スイッチ部１３に描かれた配線の記号１３０及びスイッチの記号１３１から、スイッチ部１３には電気の通り道のあることが配線の記号１３０から理解されるとともに、この電気の通り道の途中には回路を開閉する接点があることがスイッチの記号１３１から理解される。

ここで、スイッチの記号１３１から電気回路１０は、スイッチ部１３に接点を有していることが理解できたが、この接点を操作するボタン等が見当たらないという疑問点を生じさせるが、この疑問点が学習の次のステップにつなげられる。次のステップで、本実施形態のプログラミング学習用電子機器、及び、プログラミング学習用キットを利用することで、プログラミングを体験的に学習することが可能になる。概略的には、スイッチ部１３のスイッチ２２は、コンピュータ１４によるプログラム処理の指示を受けたスイッチ制御部３０によって作動させられる構成を有していることを前提に、次に説明する体験的な学習を可能にする。

まず、コンピュータ１４のプログラム処理によって電源を供給する指示が伝達されたスイッチ制御部３０は、１番端子に電源を供給してスイッチ２２の駆動部２２１を稼働させて２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂの間の回路を閉じる、すなわち、スイッチ２２を「オン」させた状態にする。スイッチ２２が「オン」すると、電気回路１０の発光素子１２１が発光する。これにより、スイッチ部１３に描かれたスイッチの記号１３１によってスイッチ２２の存在を理解している学習者は、コンピュータ１４のプログラム処理とスイッチ部１３のスイッチ２２の動作との関係性を認識し、プログラム処理を介してスイッチ２２が動作することを体験的に学習する。

このとき、いたずらに正確を期し、スイッチ部１３にスイッチ２２の駆動部２２１やスイッチ制御部３０と接続する配線等を描いてしまうと、スイッチ部１３に描かれている回路が複雑になって電気回路を学習する児童等の理解に混乱を与え、学習効果が低下するおそれが高い。そこで、スイッチ部１３には、実験用の電気回路１０に接続されて、同電気回路１０を構成する部分の電気回路のみを選択的に描画することで電気回路１０の構成を児童等が理解できるようにしている。また、スイッチ２２は、「手」等で操作しなければいけないという一般的な理解を利用して、その操作がプログラム処理によって行われているということを説明することで、児童等にプログラムがスイッチ２２を操作する「手」に相当する役目をになっていることを理解させる。

さらに次のステップとして、プログラムの「手」は、プログラミングした条件に応じて作動する「手」であることを理解させるようにできる。
図３を参照して、プログラミングの一例について説明する。ここで、電気回路１０に接続していないボタン部３００のオン信号又はオフ信号がコンピュータ１４に入力されることをユーザインターフェイス４０で確認することができる。また、コンピュータ１４のユーザインターフェイス４０でスイッチ制御部３０に対応するアイコンを操作すると、スイッチ２２が開閉することを電気回路１０の発光部品１２で確認することができる。なお、こうした操作の背後では多数のプログラム処理が行われているが、児童等は、それらを意識することなくユーザインターフェイス４０とボタン部３００及びスイッチ２２（スイッチ制御部３０）との関係性を実体験し、理解することが可能である。

その上で、児童等は、ユーザインターフェイス４０を利用して、ボタン部３００のオン／オフに対応してスイッチ２２がオン／オフするようになるプログラムを考える（プログラミングする）ことができるようになる。

例えば、ユーザインターフェイス４０では、ボタン部３００に対応するアイコンＩＣ１の出力をスイッチ２２（スイッチ制御部３０）に対応するアイコンＩＣ２の入力に接続することで、ボタン部３００の操作に応じてスイッチ２２（スイッチ制御部３０）が動作するプログラムを作成することができる。また、ボタン部３００に対応するアイコンＩＣ１の出力と、スイッチ２２（スイッチ制御部３０）に対応するアイコンＩＣ２の入力との接続を削除すると、ボタン部３００を操作してもスイッチ２２（スイッチ制御部３０）が動作しないプログラムを作成することができる。これらのことにより、ユーザインターフェイス４０を用いたプログラミングによって作成されたプログラムで電気回路１０を操作することができることを理解させることができるようになる。

なお、プログラミングの理解のしやすさは、ユーザインターフェイス４０の機能によるところが大きいものの、プログラミングを身近な電気部品を通じて実体験するためには、本実施形態のプログラミング学習用電子機器、及び、プログラミング学習用キットを利用することが望ましい。つまり、スイッチ部１３は、実体験に必要な電気回路１０を構成する配線の記号１３０及びスイッチの記号１３１のみを明確に描くようにした。一方、スイッチ２２の駆動部２２１、スイッチ制御部３０の制御回路、無線通信１５、コンピュータ１４での処理等は、スイッチ部１３への明示を省略した。これにより、実際には複雑な構成を有するスイッチ部１３を、児童等に着目させたい部分だけに単純化させて見せつつ、プログラムとの関連性を理解させることができ、この理解を基に、プログラミングによって作成されたプログラムで電気回路１０が操作可能であることを実体験させることができた。

以上説明したように、プログラミング学習用電子機器、及び、プログラミング学習用キットによれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）プログラミングされたプログラムの実行結果として学習用電気回路のスイッチ２２が作動する。よって、プログラミングの学習において児童や生徒にプログラムと当該プログラムの実行処理に基づくスイッチ２２の動作との関連性を適切に実体験させることができる。このとき、電気回路１０の学習に用いられる電気部品を利用してプログラミング学習用機器によるプログラミング学習が可能になる。

具体的には、基台２０の上面２０Ａに部分電気回路（配線の記号１３０及びスイッチの記号１３１）の配線図のみを描画することで、部分電気回路の学習用電気回路の他部との連続性を維持し、接続端子２１Ａ，２１Ｂやスイッチ部１３が学習用電気回路に組み込まれているとの理解が容易になる。また、一般に操作の必要性が理解されているスイッチ２２は、これを駆動操作する回路図が描かれていないことにより、その操作がプログラムから行われるということを説明することで、実体験できるようになっている。つまり、プログラムの実行処理に基づく指示でスイッチ２２が開閉されて実験用電気回路に電気が流れたり、止まったりすることを実体験させることができる。

（２）スイッチの記号１３１がスイッチ２２の露出する上面２２Ａに描かれているのでスイッチ２２とスイッチの記号１３１との関連性が理解されやすい。また、このようにスイッチ２２の上面２２Ａにスイッチの記号１３１を描くことで、スイッチの機能を直接視認できないようなスイッチ２２であっても、実験用電気回路として理解が求められる部分電気回路に着目させることができるようになり学習効果が高められる。

（３）基台２０の上面２０Ａにスイッチ２２がその上面２２Ａや側面を露出させていたとしても、そこで配線図が途切れることなく配線の記号１３０が描かれるので、部分電気回路の構成を理解することが容易である。

（４）スイッチ２２が通電状態であるか否か（通断）を発光部品１２の状態から判別することができる。
（５）駆動用の電源が必要なリレーを学習用電気回路のスイッチ２２として利用することができる。

（６）プログラムの実行処理をする装置、例えばコンピュータ１４等からスイッチ制御部３０の動作が制御されるようになる。また、コンピュータ１４やタブレットで学習に適したプログラミング環境（ユーザインターフェイス４０）を提供すれば学習効果が高められるようにもなる。

（第２の実施形態）
図５を参照して、プログラミング学習用電子機器の第２の実施形態について説明する。本実施形態のスイッチ部１３は、発光素子２３を備える点で第１の実施形態のスイッチ部１３と相違する。そこで、以下では相違点を中心に説明し、同様である部分は、同一の符号を付しその説明を割愛する。

スイッチ部１３は、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂの間に配線の記号１３２を有しているとともに、その配線の記号１３２の間にスイッチの記号１３１と、発光素子２３とを配置させている。よって児童等は、このスイッチ部１３は、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂの間に回路を開閉する接点と発光素子２３とが直列接続されていることを理解できる。そして、２つの接続端子２１Ａ，２１Ｂに電源を接続し、スイッチ２２を閉じる操作を行えば発光素子２３が発光することを推測し、これを実体験することが可能になる。

この構成によれば、上述した（１）〜（６）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（７）電気回路１０から発光部品１２を省略することが可能になることから、電気回路１０の構成を簡単にすることができる。

（第３の実施形態）
図６を参照して、プログラミング学習用電子機器の第３の実施形態について説明する。本実施形態のスイッチ部１３は、ボタン２４Ａやセンサ２４Ｂを備える点で第２の実施形態のスイッチ部１３と相違する。そこで、以下では相違点を中心に説明し、同様である部分は、同一の符号を付しその説明を割愛する。

ボタン２４Ａやセンサ２４Ｂはその出力信号がスイッチ制御部３０を介してコンピュータ１４に入力される。よって、コンピュータ１４は、ボタン２４Ａやセンサ２４Ｂからの入力信号に対応して電源の供給・停止を指示する信号をスイッチ制御部３０に出力するプログラムの実行処理に基づいてスイッチ部１３によるスイッチ２２の開閉操作を行うことができる。なお、センサ２４Ｂとしては、温度センサ、湿度センサ、明るさセンサ、人感センサ等が挙げられる。

この構成によれば、上述した（１）〜（７）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（８）ボタン２４Ａやセンサ２４Ｂを、ボタン部３００に代替することができるのでプログラミングの学習に必要な部品を減らすことができるようになる。

（第４の実施形態）
図７を参照して、プログラミング学習用電子機器の第４の実施形態について説明する。本実施形態のスイッチ部１３は、基台５０の構造とスイッチ制御部３０の配置が第１の実施形態の基台２０と相違する。そこで、以下では相違点を中心に説明し、同様である部分は、同一の符号を付しその説明を割愛する。

基台５０は、アクリル板などの絶縁板からなる上面５０Ａの左右に脚部５０Ｂが設けられ、両脚部５０Ｂで上面５０Ａが支持される構成を有している。上面５０Ａには、２つの接続端子５１Ａ，５１Ｂと、本実施形態では図示しないスイッチ制御部３０が接続される接続端子２６が設けられている。なお、図示しないスイッチ２２は上面５０Ａに露出しない部分に配置されている。基台５０の上面５０Ａは、２つの接続端子５１Ａ，５１Ｂの間に配線の記号１３３が描かれているとともに、配線の記号１３３の間にスイッチ２２の仮想領域１３４とスイッチの記号１３１とが描かれている。これにより、基台５０の上面５０Ａにスイッチ２２が露出していない場合であれ、電気回路１０が２つの接続端子５１Ａ，５１Ｂの間に配線と開閉接点とを有することが、描かれた配線の記号１３３とスイッチの記号１３１とから理解できる。

仮に、基台５０の上面５０Ａが透光性を有するのであれば、スイッチ２２が設けられている部分とスイッチ２２の仮想領域１３４とを近傍の対応する位置に配置すれば、スイッチ２２とスイッチの記号１３１とが結び付き、理解を容易にする。なお万一、露出しているスイッチ制御部３０が開閉接点であると認識されても学習効果に及ぼす影響は小さい。

この構成によれば、上述した（１），（４）〜（７）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（９）スイッチの記号１３１がスイッチ２２の近傍に描かれているのでスイッチ２２とスイッチの記号１３１との関連性が理解されやすい。なお、スイッチ２２を基台５０の内側に設けるような場合、スイッチ２２のある位置に対応する上面５０Ａにスイッチの記号１３１を描くことでスイッチ２２の存在を想像しやすくなる。例えば、スイッチ２２が認識できるように透明の基台５０を使った場合などにはスイッチの記号１３１とスイッチ２２との関連性をより容易に理解させることができる。

（１０）プログラミング学習用電子機器の作成が容易になる。
（第５の実施形態）
図８を参照して、プログラミング学習用電子機器の第５の実施形態について説明する。本実施形態のスイッチ部１３は、基板からなる基台６０の上面６０Ａにスイッチ制御部３０やスイッチ２２が露出配置されている点が第４の実施形態の基台５０と相違する。そこで、以下では相違点を中心に説明し、同様である部分は、同一の符号を付しその説明を割愛する。

基台６０は、スペーサ６０Ｂによる脚が四隅に設けられている。基台６０は、上面６０Ａに２つの接続端子６１Ａ，６１Ｂを突設させているとともに、スイッチ制御部３０とスイッチ２２とを露出配置させている。基台６０の上面６０Ａは、２つの接続端子６１Ａ，６１Ｂの間に配線の記号１３５が描かれているとともに、配線の記号１３５の間にスイッチ２２の仮想領域１３４とスイッチの記号１３１とが描かれている。このとき、仮想領域１３４は、スイッチ２２の近傍に並べて描くようにしている。これにより、基台６０の上面６０Ａにスイッチ制御部３０とスイッチ２２とが露出している場合であれ、電気回路１０が２つの接続端子６１Ａ，６１Ｂの間に配線と開閉接点とを有することが描かれた配線の記号１３５とスイッチの記号１３１とから理解できるようになる。また、仮想領域１３４をスイッチ２２の近傍に配置することで、スイッチ２２を開閉接点であると認識させることのできる蓋然性が高まる。なお、スイッチ２２を開閉接点と認識しなかったり、スイッチ制御部３０を接点スイッチと認識したりしても、学習効果に及ぼす影響は小さい。

この構成によれば、上述した（１），（４）〜（７），（９）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（１１）これによってもプログラミング学習用電子機器の作成が容易になる。

（その他の実施形態）
なお上記各実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記第５の実施形態においてさらに、スイッチ２２にスイッチの記号１３１が描かれたり、発光素子２４が設けられたりしてもよい。

例えば、図９に示すように、スイッチ部１３は、基台７０の上面７０Ａに配置されたスイッチ２２の上面にスイッチの記号１３１が描かれているとともに、同上面７０Ａに発光素子２４が設けられている。基台７０は、スペーサ７０Ｂによる脚が四隅に設けられ、上面７０Ａに２つの接続端子７１Ａ，７１Ｂを突設させているとともに、接続端子２６（スイッチ制御部３０）とスイッチ２２とを露出配置させている。基台７０の上面７０Ａは、２つの接続端子７１Ａ，７１Ｂの間に配線の記号１３６が描かれているとともに、配線の記号１３６の間に配置されたスイッチ２２の上面にはスイッチの記号１３１が描かれている。また、配線の記号１３６は、その間に発光素子２４が接続されているようなかたちで上面７０Ａに描かれている。これにより、電気回路１０が２つの接続端子７１Ａ，７１Ｂの間に配線と、開閉接点と、発光素子２４とを有すること、及び、スイッチ２２が開閉接点であることが、配線の記号１３６と、スイッチの記号１３１と、上面７０Ａに露出する発光素子２４とから理解できる。

・上記各実施形態では、電気回路１０が電池ケース１１と発光部品１２とを含んでいる場合について例示した。しかしこれに限らず、電源となるのであれば、電池ケース１１が電源装置、手回し発電機、又は光電池であってもよい。また、電気の有無で動作態様が変化するのであれば、発光部品１２がモータ、ＬＥＤ、電子メロディー（音響部品）、電熱線、蓄電器、電流計、又は電圧計（メータ部品）であってもよい。また、電気回路１０として成立するのであれば、電源が複数でも、発光部品等が複数であってもよい。

・上記各実施形態では、電気回路１０の接続配線ＪがミノムシクリップＣＬを有する電線である場合について例示した。しかしこれに限らず、電気回路１０が構成されるのであれば、接続配線が、接続端部にねじ止めされる端子を有するものであったり、プリント基板の配線パターンであったり、導電性の金属板や金属箔であったり、導電性のペーストで描かれたものであったりしてもよい。

・上記各実施形態では、スイッチ２２の駆動部２２１、スイッチ制御部３０の制御回路、無線通信１５、コンピュータ１４での処理等は、スイッチ部１３に明示しない場合について例示した。しかしこれに限らず、児童等の理解を妨げない大きさで示したり、妨げない位置に示したりするのであればスイッチの駆動部、スイッチ制御部の制御回路、無線通信、及びコンピュータでの処理等について記載してもよい。これにより、教育者の理解や、より深く理解したい学習者に対応することができる。

・上記各実施形態では、電池ケース１１や発光部品１２等の支持部が無色透明であってもよいし、透光性を有する有色であったり、半透明又は不透明であったりしてもよい。なお、透明であったり、透光性を有したりする場合、配線等の視認が容易になるので電気回路の理解が容易になる。

・上記各実施形態では、プログラムの実行処理がコンピュータ１４で行われる場合について例示した。しかしこれに限らず、スイッチ制御部にプログラムの実行処理をさせてもよい。例えば、コンピュータでプログラミングしたプログラムをスイッチ制御部にダウンロードし、そのプログラミングされたプログラムの実行処理をスイッチ制御部で行うようにしてもよい。つまり、スイッチ制御部でプログラムの実行処理が行われるようになることから、実験用の電気回路の構成が単純化され、学習に適した環境を提供することができる。これによっても、プログラミングしたプログラムが意図通りに実行されることでプログラミングの学習を行うことができる。

・上記各実施形態では、プログラムの実行処理がコンピュータ１４で行われる場合について例示した。このとき、コンピュータ１４は、パーソナルコンピュータでも、タブレットや、スマートフォン、組込型のコンピュータでもよいし、逆に、大型のコンピュータであってもよい。

・上記各実施形態では、スイッチ２２がリレーである場合について例示した。しかしこれに限らず、スイッチは、学習用電気回路の開閉を切り替えることが可能であれば、機械的な接点（有接点スイッチ）でも、半導体リレー等の無接点スイッチでもよい。また機械的な接点は、電磁石で駆動されてもよいし、モータで駆動されてもよい。

・上記各実施形態では、スイッチ制御部３０がスイッチ２２を駆動する電源を有している場合について例示したが、これに限らず、スイッチを駆動する電源は別に設けられていて、スイッチ制御部がリレー駆動用の回路の接続・切断を切り替え可能なスイッチのみを有していてもよい。

・上記各実施形態では、発光部品１２や発光素子２３がスイッチ２２に直列接続されている場合について例示したが、これに限らず、発光部品や発光素子がスイッチに並列接続されていてもよい。例えば、スイッチに並列接続された発光素子は、例えば、直列接続された場合と異なり、スイッチが開くと点灯し、閉じると消灯するようになる。

・上記第１〜３の実施形態では、スイッチ２２の側面にも配線の記号１３０,１３２が描かれる場合について例示したが、これに限らず、スイッチの突出が低いことなどによって配線の連続性の認識が妨げられない場合、スイッチの側面の配線の記号等を一部又は全部省略してもよい。

・上記各実施形態では、スイッチ部１３にスイッチ制御部３０が電気的に接続されるとともに、機械的に接続されている場合について例示した。しかしこれに限らず、スイッチ部はスイッチ制御部が電気的に接続されているのであれば、機械的に接続されていなくてもよい。

図１０に示すように、スイッチ制御部３０の接続可能な接続端子８２を基台２０に多芯線８１で電気的に接続することで、接続端子８２の位置を基台２０に対して自由に配置できるようにしてもよい。これにより、スイッチ部１３に接続されるスイッチ制御部３０の形状に関する制約の低減が図られるようになる。

・上記各実施形態では、スイッチ部１３の配線図として配線の記号１３０とスイッチの記号１３１とが描かれる場合について例示したが、このとき、学習用の電気回路に接続されていたとしても、学習に不必要な電気部品や電気回路の描画を省略してもよい。例えば、スイッチ部の電気回路を構成するスイッチにサージ対策用のコンデンサなど、回路的に必要であったとしても学習には不必要な電気部品が接続されていることもあるが、こうした学習に不必要な電気部品はスイッチ部の配線図に描かれなくてもよい。つまり、スイッチ部に描かれている配線図は、正確に描かれている場合があってもよいし、学習に必要な回路だけに単純化されていてもよい。なお、正確に描くか、単純に描くかは、学習者の学習効果の高さを考慮して判断することができる。

１０…電気回路、１１…電池ケース、１１Ａ，１１Ｂ…接続端子、１２…発光部品、１２Ａ，１２Ｂ…接続端子、１３…スイッチ部、１４…コンピュータ、１５…無線通信、２０…基台、２０Ａ…上面、２０Ｂ…下面、２１Ａ，２１Ｂ…接続端子、２２…スイッチ、２２Ａ…上面、２３…発光素子、２４…発光素子、２４Ａ…ボタン、２４Ｂ…センサ、２５…凹部、２５Ａ…接続部、２５Ｂ…基端部、２５Ｃ…操作部、２６…接続端子、３０…スイッチ制御部、３１…接続端子部、３２…筐体、３３…通信部、３５…接続部、４０…ユーザインターフェイス、５０…基台、５０Ａ…上面、５０Ｂ…脚部、５１Ａ，５１Ｂ…接続端子、６０…基台、６０Ａ…上面、６０Ｂ…スペーサ、６１Ａ，６１Ｂ…接続端子、７０…基台、７０Ａ…上面、７０Ｂ…スペーサ、７１Ａ，７１Ｂ…接続端子、１１１…電池、１２１…発光素子、１３０，１３２，１３３，１３５，１３６…配線の記号、１３１…スイッチの記号、１３４…仮想領域、２１１，２１２…配線、２２１…駆動部、２２２，２２３…電源線、２２４…内部接点、３００…ボタン部、Ｇ…グランド端子、Ｊ…接続配線、ＣＬ…ミノムシクリップ、ＰＢ…ボタン、ＩＣ１，ＩＣ２…アイコン。

Claims (10)

1. プログラミング学習用電子機器であって、
   絶縁性を有する基台と、
   前記基台に設けられて、学習用電気回路の一部を構成する部分電気回路と、
   前記基台における前記部分電気回路の回路端にそれぞれ設けられていて前記学習用電気回路の他部との接続に利用される複数の接続部と、
   前記部分電気回路の開閉を切り替えるスイッチと、
   プログラミングされたプログラムの実行処理に基づく指示に対応して前記スイッチの開閉を切り替えるスイッチ制御部と、
   前記スイッチ制御部が前記スイッチの開閉を切り替えるための制御用電気回路とを備え、
   前記基台の表面には、前記複数の接続部を相互に結ぶように前記部分電気回路に対応する配線図が描かれているとともに、前記配線図には前記スイッチに対応する記号を含んでいる
   ことを特徴とするプログラミング学習用電子機器。
2. 前記複数の接続部はそれぞれ前記基台に突設された接続端子であり、
   前記配線図において、前記スイッチに対応する記号は前記スイッチの近傍に描かれている
   請求項１に記載のプログラミング学習用電子機器。
3. 前記スイッチは前記基台の表面に露出する面を有し、
   前記スイッチに対応する記号は前記露出する面に描かれている
   請求項２に記載のプログラミング学習用電子機器。
4. 前記露出する面に描かれている前記スイッチに対応する記号には、前記基台の表面に描かれている配線が接続するように描かれている
   請求項３に記載のプログラミング学習用電子機器。
5. 前記部分電気回路はさらに、前記スイッチと直列又は並列に電気の有無に応じて状態が変化する電気部品が接続され、
   前記配線図には、前記電気部品が接続されていることを示す配線が描かれている
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のプログラミング学習用電子機器。
6. 前記スイッチはリレーであり、
   前記スイッチ制御部は、前記リレーを駆動させるための電源を有している
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のプログラミング学習用電子機器。
7. 前記スイッチ制御部は、有線通信又は無線通信を介して前記プログラムの実行処理に基づく指示が入力される
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のプログラミング学習用電子機器。
8. 前記スイッチ制御部はさらに、前記プログラムの実行処理を行う処理装置を備え、前記プログラミングされたプログラムの実行処理を行う
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のプログラミング学習用電子機器。
9. プログラミング学習用キットであって、
   プログラミング学習用電子機器と、
   前記プログラミング学習用電子機器と有線通信又は無線通信を介して通信可能なプログラミング装置と、を備え、
   前記プログラミング学習用電子機器は、
   絶縁性を有する基台と、
   前記基台に設けられて、学習用電気回路の一部を構成する部分電気回路と、
   前記基台における前記部分電気回路の回路端にそれぞれ設けられていて前記学習用電気回路の他部との接続に利用される複数の接続部と、
   前記部分電気回路の開閉を切り替えるスイッチと、
   前記プログラミング装置でプログラミングされたプログラムの実行処理に基づく指示に対応して前記スイッチの開閉を切り替えるスイッチ制御部と、
   前記スイッチ制御部が前記スイッチの開閉を切り替えるための制御用電気回路とを備え、
   前記基台の表面には、前記複数の接続部を相互に結ぶように前記部分電気回路に対応する配線図が描かれているとともに、前記配線図には前記スイッチに対応する記号を含んでいる
   ことを特徴とするプログラミング学習用キット。
10. 前記学習用電気回路は、前記学習用電気回路用の電源と、電気の有無で状態が変化する電気機器と、前記プログラミング学習用電子機器の部分電気回路とが直列接続されてなる
    請求項９に記載のプログラミング学習用キット。

Images