木村尚研究室<北海道科学大>のブログ

北海道科学大学(2014年4月に北海道工業大学から改名)の工学部・電気電子工学科および北方地域社会研究所(RINC)の木村(尚)研究室のブログです。

ひらめき☆ときめき サイエンス 『デジタルモノづくり入門 ~LEDミニランプ作り&コントロールプログラミング~』を開催しました。

科研費による研究成果の若者への社会還元・普及のため,日本学術振興会が行っている事業「ひらめき☆ときめきサイエンス~ようこそ大学の研究室へ~KAKENHI」に応募し,採択されたテーマ,

デジタルモノづくり入門
 ~ LEDミニランプ作り&コントロールプログラミング ~

を2017年9月17日(日),北海道科学大学にて開催しました。
 
この講座では中学生の皆さんを対象として,STEM教育,あるいはSTEAM教育(Science 科学,Technology 技術,Engineering 工学,Art アート,Mathematics 数学)として,「電気がどのように光に変わるのか」などを考ながら,光や LED の原理,プログラミングについて学び,自分の好きな形のオリジナルミニランプを作製。さらにフィジカルコンピューティングマイコンを使ってプログラミングを行って,LED が様々な色に自動的に変わりながら光っていく仕掛けを作りました。

今回のスタッフとして,教員は私を含め工学部・電気電子工学科から3名,未来デザイン学部・人間社会学科から1名,高等教育支援センターから1名。事務職員は教育研究推進課・研究推進係から2名,学生は電気電子工学科の2年生3名と機械工学科の2年生が1名,そしてウチの木村(尚)ゼミの4年生が8名,計19名で企画,準備,実施を担当しました。

当日,スタッフは8:30に集合。全員で会場設営,準備作業を行い,9:15から受付開始です。

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10:00,会場である本学・電気電子工学科のデジタル第1実験室に受講生の皆さんが揃ったところで,まずは高等教育支援センターの塚越先生の名司会による開講式でスタート。受講の中学生6名,見学のためお兄さんに同行して来て折角だから一緒に参加してもらうことになった小学生1名,また保護者の方々2名に対して,私から挨拶と概要説明,スタッフ紹介を行いました。
続いて小島先生の独特な小島ワールドによるアイスブレイクと科研費解説。実にお見事! 一気に皆の硬さが取れ,会場が和みました。動画に撮っておけば良かった。(^_^;)

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私からクリッカーも使いながらイントロダクションのミニ講義の後,渡部先生によるLEDや三原色など光についての講義を行いました。分かりやすく丁寧な解説や,分光器,三原色のランプを使ったデモ実験に,生徒さん達も興味津々です。

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休憩をはさんで,いよいよLEDミニランプの作製開始。この実験室の「新・まねびシステム」を活用し,作製手順の説明にしたがって,ミニブレッドボードにマジックで目印を付けながら,部品をはめ込んでいきます。

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仕上げは,お湯で柔らかくなる白い粘土「イロプラ」を使ってのランプの形作り。
この場面だけ見ると,到底電子工作をやっているようには見えないけど。(笑)
さすが中学生は発想が柔軟! ウチの学生たちのサンプル作りも見事でしたが,それ以上に,それぞれ思い思いに独自の形を作っていきます。

これをミニブレッドボードの所定の位置に差し込み,まずは見事完成!
3つのスイッチの組み合わせで,様々な色に光ります。

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ここで一旦昼休憩。HITプラザで皆で一緒に雑談を楽しみながら昼食を取りました。
ただ話が盛り上がりすぎて,つい時間オーバー。(^_^;)
皆で慌てて実験室に戻り,講座再開です。

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午後はプログラミングに取り組んでいきます。まずは今回使う,フィジカルコンピューティングマイコン,mbed の基本的な使い方を学びます。今回使用するのは,mbed LPC 824
ちなみにフィジカルコンピューティングマイコンと言えば,Arduino が代表格。いまは Raspberry Pi も有名です。でもこのように一時的に多数の受講生と作業を行う場合には,アカウントさえ作っておけば,ブラウザでインターネットに繋げられるパソコンだけで用が足りる mbedが圧倒的に使いやすいのです。言語もほぼオリジナルのC言語に近いので,指導する側もやりやすいし。
でも,これで Scratch が使えればなぁ……。

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まずは,いわゆる「Lチカ」プログラムを作って,実際にLEDを点滅させてみます。
と,ここで私の側の解説用パソコンのネット接続でトラブルが。(~_~;) さっきまでちゃんとサーバに繋がって,使えていたはずなのに……。
ということもありましたが,何とか復旧して講座を継続。一方,生徒の皆さんは順調にLチカを完成。次にPWM制御の説明を行い,デモプログラムの作成・入力,動作を確認します。

そしていよいよ3色LEDの点滅制御プログラムの作成に取り掛かります。ただ,さすがにこれをゼロから全部を作るのは難しい。そこであらかじめ用意しておいた,ところどころ空白にしてある練習用サンプルプログラムを使います。私から説明をしながら,生徒さん各自で穴の空いている部分に,キーボードで必要な文字や数字を入力してもらいます。ただ,それでも難しい部分もあるので,そこはウチの学生たちがちょうど良い距離感でサポートしていきます。
最後に,前半で作ったLEDミニランプと mbed を接続します。全員が,見事完全に完成しました!

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そして締めくくり,再び塚越先生の司会で閉講式を執り行います。
生徒さん全員が熱心に,また楽しみながら取り組んでくれて,見事に完成してくれましたので,そのことを講評として述べさせてもらいました。
そして恒例の,苫米地学長名による受講生全員への「未来博士号」の授与を行いました。
ちなみに,最後に参加の皆さんと記念の集合写真を撮ろうと思っていたのに,ホッとしすぎてうっかり忘れていました。残念。○| ̄|_

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真摯な姿勢で参加頂いた生徒さん,保護者の皆さんのお陰で無事終了することができました。また実施に協力してくれた教職員の皆さん,そしてもちろん熱心にサポートにあたってくれたウチの学生諸君にも,心より感謝致します。

参加者アンケートの現時点での第1段の集計によると,参加生徒さん皆さんが,面白さを感じてくれて,科学や研究への関心を感じてくれたようです。
なお生徒さんたちが自由記述欄に書いてくれた内容は次の通りです。私がめざしている,「ちょっと難しいことをやるからこそ,高い満足度が得られる」の意を汲んでくれているようで,大変嬉しく感じます。

  • 難しいところもありましたが、楽しく学べてよかったです。
  • たくさんのことを知れて楽しかった。自分はロボット作りなどより、このようなプログラミングについて学べる企画の方が好き。 
  • とても楽しかったです。内容もつめつめで、プログラミングとLEDミニランプ製作はとても楽しかったです。とても充実していてよかったです。 また来たいです。今日は1日ありがとうございました。 
  • 大学の最新のものにさわることができてうれしかった。話がわかりやすく、大学生が助けてくれてとても為になった。 
  • ディスプレイを使って説明していたので、わかりやすかった。少し難しい話もあったけれど楽しかった。

なお集計結果の詳細は,近日中に公開致します。お楽しみに!