足元に注意

• このレッスンでは一定の速さで歩いている人の運動エネルギーについて調べます。まず生徒に歩数をカウントさせます。次に、この歩数を用いて、歩いた距離と平均の速さ、平均運動エネルギーを計算します。ハブには加速度計が内蔵されており、3つの軸 (上下、左右、前後) における動作を検出することができます。ハブを腰の位置に取りつければ、歩く際にハブも一緒に動き、加速度を記録します。生成されたグラフからは、記録された加速度の最小値と最高値を確認することができます。 最小値と最高値の精度は、歩く際にハブを固定する縦の位置によって決まります。「歩数」の精度は最小値と最高値の質の高さと、プログラムに使用された校正値によって決まります。

• 様々な資料を使って運動エネルギーのトピックに生徒の関心を引きつけてください。

ディスカッションを活性化させる

レッスンに関連する質問を問いかけ、ディスカッションを促しましょう。質問の例:

• どうすれば人が歩く速さを測定できますか？
• 動いているもののエネルギーを測定または計算するにはどのような方法があるでしょうか？
• それはどのようなエネルギーですか？

考えた答えを仮説としてノートに書かせます。

• 歩数をカウントできる万歩計を組み立てさせます。オリジナルモデルを制作しても、アプリの「万歩計」の組み立て説明書を見ながら制作しても構いません。
• サンプルプログラムを使ってモデルの動作を試してもらいましょう。
• 時間にともなう加速度の変化を示すグラフを見て、どこが「一歩」になるかを説明させます。

• プログラムを調整してモデルの性能を向上させる時間をとってください。
• 実験ではできるだけ多くのデータを記録するよう促します。
• ほかのソフトウェアで使えるよう、集めたデータをCSVファイルとしてエクスポートしてもらいます。

• 授業の後にも生徒がSPIKEプライムセットを使用できる場合は、SPIKEアプリのタスクを行い、ハンズオン学習をさらに実践しましょう。例えば:
  • 歩く際の運動エネルギーを手作業で図にするか、グラフを描くプログラムを作成させます。ドッキングステーションをデバイスとして使用して、このタスクを実行するようプログラムします。
• 授業後にセットを使用することができない場合は、生徒用発明ノートを完成させるか、下の発展課題のうち1つに取り組ませます。大半の発展課題は、ハンズオン体験で収集したデータを使って解くことができます。
• 生徒が実験結果について発表し、情報を共有する時間を設けてください。手段は問いません。最も効率的だと思うものを選んでください (対面、オンラインなど)。

• それぞれの生徒に取り組みを評価して伝えます。
• 評価の際は、以下に提示するルーブリックを参考にすると効率的に作業できます。

この学習におけるルーブリックの例
次のルーブリックを参考に、評価規準や判定基準を作成しましょう。

• 課題を部分的にこなした。
• 課題を十分にこなした。
• 期待を上回る達成度であった。

以下の成功基準を使用して、生徒の進度を評価します。

• データを折れ線グラフに記録するプログラムを作ることができる。
• 折れ線グラフの値の意味を解釈することができる。
• 運動エネルギーと速度の関係を説明することができる。

自己評価
それぞれの生徒に、自分の成果に最もよくあてはまるブロックを選ばせます。

• 青:アプリのサンプルプログラムを使ってデータをグラフにすることができた。
• 黄:オリジナルの折れ線グラフを作成し、結果を説明することができた。
• バイオレット:自分の力で新しい実験を考えることができた。

仲間のフィードバック

次の方法で、生徒同士でフィードバックをやりとりするよう促します。

• 上記の色付きブロックの評価方法を使用し、ほかの生徒のパフォーマンスを評価する
• 次のレッスンでより良い取り組みができるよう、お互いに建設的なフィードバックをする「仲間の評価」は、ハイブリッド型学習でビデオ会議やブログの投稿を使って行うのに最適です。

学習に困る生徒が多い場合は、次のように学習方法を工夫してみましょう。

• ハブだけを使って同じ実験をする- ハブが床面に対して垂直になっていない場合は測定データを歩数として使用できないため注意する。

この学習で物足りない場合は、次のように学習方法を工夫してみましょう。

• オリジナルの万歩計を制作する
• スマートフォンやタブレットを万歩計として使用して同じ実験を行い、両方の実験の結果を比較する
• これにはデバイスのセンサー値を視覚化するアプリが必要です

組み立てのヒント

プログラミングのヒント

このレッスンは、ハブがUSBまたはBluetoothで接続されている間に再生できるように設計されています。このモードでは、ハブが収集したデータはデバイスに直接ストリーミングされ、折れ線グラフがリアルタイムで作成されます。

メインプログラム

プログラム例

サイエンスデータのヒント

この実験で収集されるデータの一例です。

数学の発展課題

数学スキルの発展的課題として以下の課題を行います。

• この実験で概算が必要となった部分はどこか質問する。人が歩く際の歩幅は毎回同じになることはなく、万歩計の成功率には限界があることを生徒に説明する (一定の量の誤差があります)。
• 人が正確に同じ動作を繰り返すことができたと仮定して、グラフの「一歩」がどのような曲線になるかを説明させる。

注：時間が別途必要です。

国語の発展課題

国語スキルの発展的課題として以下の課題を行います。

• スマートウォッチやスマートフォンが歩数をカウントする仕組みを調べさせる。それぞれのテクノロジーの仕組みについて、誤差 (%) を含めて短い説明文を書くよう指示する。
• AIの視点から、パターン認識がスマートデバイスによる歩数の検出にどのように役立っているかを調べさせる。

注：時間が別途必要です。

職業適性

この授業を楽しむことができた生徒は、以下の進路について興味がある可能性があります。

• 療法士
• エンジニアリング、テクノロジー