学術交流支援資金：電子教材作成支援(2010年度) 報告書

「環境情報学の創造」

申請代表者： 政策・メディア研究科　大前　学

教材作成，授業実施担当者： 環境情報学部　村井　純　

環境情報学部　脇田　怜

政策・メディア研究科 斉藤　賢爾

環境情報学部　藤本　徹

環境情報学部　南　政樹

政策・メディア研究科 大前　学

1. 本報告書の概要

本研究では，「環境情報学の創造」における教材開発を行った．「環境情報学の創造」は，環境情報学部１年生の必修授業として，今後ＳＦＣで学ぶ上での土台作りを趣旨とした科目である．この科目において，2009年度秋学期以降，「自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す」というプロセスを体験させることを試みおり，本教材開発も，この実現を目的とするものである．本報告書では，教材開発に至る背景と目的を述べ，科目内の課題の概要，狙い，教材の内容と構成，効果，今後の展望について報告を行なう．

2. 教材開発の背景

「環境情報学の創造」は，1年生の必修授業であり，必修授業が少ないＳＦＣにおいては，特別な科目に位置付けられる．従来，この授業においては，学生に対し今後の研究の指針を与えることに焦点を当て，様々な教員が，自分の研究や，研究会での取り組みをオムニバス的に紹介する内容で構成されていた．この授業の中で，学生は，ＳＦＣで実践されている多岐にわたる研究を知り，教員にとっても，多くの学生に自分の取り組みを効率的に紹介する機会となっていた．本年の授業においては，従来の授業内容を学生がオンラインで受講できる（ＳＦＣグローバルキャンパスの授業科目として開講されていたため）ことを鑑み，従来の授業形態を変更し，環境情報学部の入学生の全てが受講する必修科目であるという特徴を活かし，新たな試みに挑戦する．ここで，試みとは，以下の要素を授業に反映させることである．

・自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す

・卒業生との連携

・総合政策学部との連携

上記第一項目は，どの研究プロジェクトでも共通に求められる「何かを創り出す能力」，「そのための仕組みや構造を考える能力」の獲得を目指すものある．これからの社会で求められる能力は，書籍からの受け売りの知識や言葉遊びではなく，身体を通して思考し，問題を発見・解決していく能力である．受講生自身が手を動かして成し得た経験とそれに伴う知識を獲得することで，経験に基づかない概念のむなしさを知るとともに，何かを創り出すことの喜びを感じる機会を提供することを目指す．上記第二項目は，卒業生が何を考え，何をして，今に至っているのか，すなわち卒業生の生き様を知ることにより，受講生が自身のキャリアを考える機会を提供すること，そして，卒業生によるＳＦＣへの教育・運営へのコミットメントの最初の足がかりとすることを目指す．上記第三項目は，双子の学部といわれる総合政策学部について，総合政策学の創造の授業との連携を行うことで，受講生に幅広い視野を与えることを目指す．

本教材開発は，上記第１項目における「自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す」教育の実現のための教材開発に位置づけられるものである．

3. 教材開発の目的

本教材開発では，「自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す」教育として，ゲーム開発，電子工作を中心としたものづくりを実現するための教材を開発する．ここで，ゲーム開発と，ものづくりと，２種類の制作活動を用意している理由は，春学期と秋学期の受講者数を鑑みてのものである．受講生が400人以上の春学期においては，ハード制作の実施の難しさ等を鑑み，前述の教材開発の背景の第二項目の趣旨を強く反映させた授業を行う．すなわち，卒業生によるゲストレクチャーを設け，ゲームの題材を探しながら，自らのキャリアについても考える機会を与える．そして，グループプロジェクトでのゲーム制作を通じて，シリアスゲーム設計などの基本概念，デザイン感覚を養い，「創造」を自らの手で 実現するための基礎的なトレニーングを積む機会を与える．受講生が数十人であることが予想される秋学期においては，上記第一項目を強く反映し，環境情報系（環境デザイン，人間環境科学，先端生命科学，先端情報システム，先端領域デザイン）の各領域の内容を抽出し，演習形式でのものづくりの実践を行う．

　本教材開発の目的は，「自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す」教育として，ゲーム開発，電子工作，構造物の工作を中心としたものづくりを実現するために，それらの実施に必要となる教材を開発することである．具体的には，ゲーム開発において，ペーパープロトタイプを開発するために学生が用いる共通教材，ペーパープロトタイプからコンピュータ実装を行うために必要な共通教材，成果発表のためのフォーマットを作成する．また，ものづくりにおいては，電子工作や構造物の工作を実践する上の，素材，部品，工具，測定器，配線材，および学生に負担させるには高額な電子部品等を集約・整理し，教材として作成する．

4. 教材の具体的内容

4.1　開発した教材の概要

　本教材開発では，春学期のシリアスゲームの製作過程を示す題材として，ペーパープロトタイプの例と，それをコンピュータに実装したソフトウェアの例を開発した．春学期においては，本教材の関連する内容は，「シリアスゲームの製作」であり，ゲストレクチャーの講演，担当教員によるレクチャを通じ，題材や手法を考え，シリアスゲームを製作することである．秋学期には，ものづくり関連の課題を実施するための教材を開発した．秋学期については，「構造としくみの演習」，「問題発見と解決の演習」，「情報とメディアの演習」「造形，人間工学，デジタルファブリケーションの演習」，「実空間とのインタラクションの演習」の５つの演習のうち，「問題発見と解決の演習」を除く演習が，本教材と関連する．以下では，教材について，そのねらい，内容，効果，展望について述べる．

4.2　シリアスゲームのペーパープロトタイプおよびPC用ソフトウェアの構築例

4.2.1　教材のねらい

　シリアスゲームは，エンターティンメント性よりもむしろプレイヤーの学習・体験の効果を狙って作られる．この教材は，学生たちが，自らが伝えたいと考える社会的テーマをそうしたシリアスゲームの形式で表現する際の例として，参考にしてもらえるように開発したものである．

　学生たちは，この教材で実際に遊ぶことにより，伝えたいテーマがどのようにゲーム性をもって表現され得るか，人々を惹きつけるデザインとはどういったものか，それがどのようにメッセージの伝達のために効果的に用いられ得るか，ということを，体験を通して学ぶことができる．また，この教材自体が2010年度春学期に本授業を受講した学生たちにより開発されたものであるため，利用者は，自分たちに身近で同様の知識と経験を持つ者たちにより，どこまでのことが可能であるかを感覚的に知り，自信をもってものづくりに打ち込むことができる．

4.2.2　教材の内容

　この教材は「ちきゅＵＮＯ」と呼ばれる，カードゲームのＵＮＯを模したゲームで，世界の国々の関係を学べるゲームとして作られている．それぞれのカードはひとつの国を表しており，国旗，地域，国名，参加している連盟・連合の名称が記載されている (図１)．

図１　カード版ちきゅＵＮＯ

　遊び方は ＵＮＯ のルールを踏襲しており，現在出ている一番上のカードと，地域あるいは連盟・連合が一致しているカードを出していくことでゲームが進行する．地域や連盟・連合を任意のものに変えたり，次の人に2枚引かせたりできる特殊カードも用意されており，ゲーム性が増している．

　今回の開発では，授業中に作られたペーパープロトタイプ (図２) を元に，カード版 (上の写真) とコンピュータ版 (図３) の両方が作られた．

図２　ペーパープロトタイプ版ちきゅＵＮＯ

図３　コンピュータ版ちきゅＵＮＯ

4.2.3　期待される効果

　この教材が，今後の授業におけるシリアスゲームづくりに参考になることはもちろんだが，学生によるプロジェクトの例としても，他の学生たちによい刺激を与えるものと期待している．実際，この教材を用いたワークショップが，2011年2月26・27日に日吉キャンパスにて開催された「第７回ワークショップコレクション」に出展され，大学1年生を中心としたメンバによるワークショップとして脚光を浴びている

(参考URL: http://www.wsc.or.jp/7th/21_40/21.html)

4.2.4　今後の展望

　今後，今回開発された「ちきゅＵＮＯ」が，開発した学生たちの手によりどのように成長していくか，「環境情報学の創造」という授業の成果のひとつとして見守っていきたい．

同時に，教材としては2011年度春学期の授業が初の利用となるので，教育効果を測りながら，今後の有効な活用方法を探っていきたい．

　また，ソフトウェア開発の経験のない1年生が主体となって開発を進めることを教員として支援してきた経験を，今後の大規模必修授業におけるソフトウェア開発実習の設計に活かしていきたい．

4.3　構造としくみの演習の教材

4.3.1　教材のねらい

この演習では，タマゴを保護する構造を考案，製作し，その構造にタマゴを組み込み，２階から地面に落下させる．各グループ（６〜８人で４グループを構成）は，A2サイズケント紙を10枚用い，テープやノリを用いずに先鋒ユニット，中堅ユニット，大将ユニット，デスマッチ用ユニットの４つの保護構造を構成し，トーナメント方式で競う．第１戦では，前者３ユニットの対戦とし，第２戦（優勝決定戦，３位決定戦）では，デスマッチ用ユニットによる対戦とする．この演習では，衝撃時の緩衝，空気抵抗の利用，耐久性の確保，ユニット別の紙の配分等を工夫して，構造の理解を深めることをねらいとしている．また，比較的な平易な課題内容であるため，共同作業のイントロダクションとして，グループの一体感を醸成することもねらいとしている．

4.3.2　教材の内容

この教材では，A2サイズケント紙，テープ，カッター，生卵を用意した．各グループには，試作用と本番用に各グループ20枚程度のケント紙を配布した．図４に，各グループが構築した保護構造を示す．

図４　エッグドロップの保護構造

4.3.3　教材の効果

この演習では，当初の狙い通り，衝撃時の緩衝，空気抵抗の利用，耐久性の確保を工夫して，構造の理解を深める機会を提供できたと考える．一方，紙の配分については，ユニットに応じた紙の配分についてのストラテジーが考えられていたとは見え難く，各グループの作成物を見る限り，すべて同じユニットにしているか，担当学生別に思い思いのユニットを作成しているかのいずれかであった．

4.3.4　今後の展望

この演習は，本授業のアイスブレイクとして，非常に適した演習である．ただ，年を経るごとに情報を得て，前例を真似ることで，自ら考えることなく構造を作成するようになることが予想できる．よって，今後の実施においては，前例が通用せず，自ら考えざるを得ないような状況を作るべく，レギュレーションやルールを工夫していくことが必要である．

4.4　情報とメディアの演習

4.4.1　教材のねらい

この演習では，無線送信器を作成し，その送信器を利用して受信機に対して情報を送信する．無線送信機は，デジタル回路により生成した矩形波を搬送波とすることで，送信機のボタンによりAMラジオで音が聞こえるようにしている．また，可聴音の矩形波を生成する際に，水晶発信器からの高周波矩形波をリップルカウンタICに入れることで，カウンタの各ビット出力により，高音や低音を出すことができる．送信器からの音の伝達により，モールス信号のように情報を伝える．コンテストにおいては，各グループの送信側に数字，英語，日本語の伝送情報を与え，受信側に正しく情報を伝送できるまでの時間を競った．この演習では，電波の理解，電子工作と制作の工夫，情報伝送のプロトコル情報のエンコードとデコードの工夫と理解をねらいとしている．

4.4.2　教材の内容

この教材では，各グループあたり，水晶発信器（４個），メロディIC（２個），ブレッドボード（3枚），リップルカウンタIC（２個），４７０KΩ抵抗（２個），ジャンプワイヤ，ビニール線，ワニ口クリップ付きジャンプワイヤー（３本），１０ｍコード（１本），テスター（１個），AMラジオ（１個），単3電池（８本），電池ケース（２個），ハンダごて（１個），ハンダ，こて台（１個），絶縁チューブ（２本），ペンチ（１個），ドライバーセット（１個），部品入れ用袋，ダンボール箱を用意した．図５に送信器のサンプル構成を示す．このサンプルを参考に，各グループは，送信機の配線や，パッケージングを工夫する．図６は，学生が課題に取り組んでいる様子である．

図５　送信器のサンプル

図６　課題取り組みの様子

4.4.3　教材の効果

この演習では，当初の狙い通り，電子工作を通じて，電波や電子機器への理解を深め，同時に，情報伝送のプロトコル情報のエンコードとデコードの理解を深める機会を提供できたと考える．但し，機器のパッケージングにおいては，金工設備が充実したものづくり工房（工作室）を利用して，金属ケースを加工してボタンやスイッチを取り付け，送信器を組み込む作業を通じ，穴あけ等の金属加工の体験の機会を与えることを意図していた．しかし，実際の各グループのパッケージング作品は，ぬいぐるみ，蚊取り線香のようなもの，ボールのようなものなどであり，当初の意図とは異なった結果となった．

4.4.4　今後の展望

この演習は，比較的容易な回路で，無線と情報通信，電子工作の基礎を学ぶ上で良い機会を提供するものであるが，これらに加え，半田づけ，機器のパッケージング，スイッチの取り付け，配線等，より完成度の高い機器を作成する機会を提供できるように教材を工夫していきたい．

4.5　造形，人間工学，デジタルファブリケーションの演習

4.5.1　教材のねらい

　この演習では，５枚の板を切断し，快適かつ美しい椅子を作成することである．板の切断に際しては，PC上で切断レイアウトを作成し，そのデータによりレーザーカッターを制御することで自動切断する．この演習のねらいは，人間工学の理解，造形美に対する意識の養成，構造の工夫，デジタルファブリケーションの体験，ものづくり工房（工作室）の利用である．

4.5.2　教材の内容

この教材では，80cm×40cmのサイズの12mmの厚さを持つシナ材の合板を40枚用意した．各グループは，５枚以内で椅子を作成することになるが，失敗した場合に備えて多めに用意した．切断レイアウトのデータ作成用のソフトウェア，PCは学生が用意するものとした．レーザーカッターで利用できるソフトウェアが限られており（Corel Drawやイラストレータ等），ソフトウェアの体験版等を利用している学生が多かった．レーザーカッターは，ものづくり工房に設置しているVLS6.60を使用した．図７は，学生の作品である．図８は，学生が課題に取り組んでいる様子である．

図７　各グループの作品

　

図８　課題取り組みの様子

4.5.3　教材の効果

この演習では，当初の狙い通り，椅子の制作を通じて，デジタルファブリケーションを実践し，同時に造形美や人間工学を考える機会を提供できたと考える．また，学生がかなりの長い時間に渡ってものづくり工房（工作室）で作業を行い，ものづくり工房（工作室）を利用する機会を与えることができた．

4.5.4　今後の展望

この演習では，用意した合板の板厚が厚すぎてレーザーカッターで切断しきれず（レーザーが貫通せず，途中まで切れた状態になる），切りきれなかった部分を手作業で切る必要があったり，レーザーカッターのヘッドを極低速で移動させる必要があり，１枚の板の切断にかなりの時間と労力がかかった．結果として，学生には長時間の作業を強いることになったため，板厚を薄くして，効率的な作業を行えるように教材を工夫する必要があると考える．また，今回は，美術家である総合政策学部２年生の斉藤智彦君が，ものづくり工房（工作室）にほぼ常駐し，学生に適切な指導を行ってくれたことにより，安全に学生が期限内に作品を作り上げることができた．今後同様な課題を実施する場合は，課題期間中に適切な指導と安全確保を行う指導者が必要であることに留意する必要がある．

4.6　実空間とのインタラクションの演習

4.6.1　教材のねらい

この演習では，グループ毎に２足歩行ロボットを構築し，動きをプログラムすることで，格闘や障害物競走，パフォーマンス競技を競うことで，物理空間上で物を動かすことの難しさや，コンピュータと機械の関わりについて理解を深めることを狙いとしている．

4.6.2　教材の内容

この演習の教材は，ベストテクノロジー社で販売しているRobo Builderという２足歩行ロボットキットである．２足歩行ロボットキットは数多くの種類が販売されているが，価格が安価であること，２足歩行ロボット以外の形態のロボットも作成可能であること，歩行等のモーションがプリセットされていること，組み立てが容易であることを鑑み，上記を選定した．このキットは16個のサーボモーター，コントロールユニット（電池内蔵），リモコン受光ユニット，ジョイント等の構造材，リモコンにより構成される．各グループに２体分のキットを用意し，１体は事前に教員，TA・SAによって組み立てておくことで，課題初日に動きなどを評価できるようにした．学生は，もう１体のロボットを組み立て，ロボットのモーションをプログラムして，コントロールユニットにアップロードする．リモコンのボタンで，プログラムしてあるモーションを発動することで，様々な動きを行えるようにする．コンテストでは，格闘競技（ロボット同士で格闘を行い，相手を倒せば勝ちとなる），障害物競走（段差が設置してあるコースにて，段差を乗り越えてゴールに到達する），パフォーマンス競技（踊りや面白い動きなどを自由に考案して行う）を実施した．図９は，格闘競技と障害物競走の様子である．

　

図９　格闘競技，障害物競走の様子

4.6.3　教材の効果

この演習では，物理空間上で物を動かすことの難しさや，コンピュータと機械の関わりについて理解を深める機会を与えることができた．これらに加え，モーターが破損したチームが，そのモーターを使わずに動くことができる独自のロボットを構築するなど，想定外の事象により，学生の創意工夫を誘発することができた．また，この教材は，メンテナンスは必要であるが，消耗しない教材であり，継続性を持つ教材となった．

4.6.4　今後の展望

この演習におけるロボット作成からコンテストまでの間に，５個のモーターが破損し，多数のジョイントが折れたりと，機器の破損が予想以上に多いものであった．また，保守用のキットを購入する余裕がなかったため，破損した場合は，破損したままコンテストに臨まなければならなかった．故障箇所を見ると，モーターの内部ギアの破損が最も多かった．また，２足歩行ロボット以外の形を作ったロボットに破損が多かった．今後の実施においては，２足歩行ロボットの形態であらかじめ組み立てておき，内部ギアの交換部品などを用意しておくことで，破損する機会の低減と破損時の即時対応が実現できるようにすることが望ましいと考える．

5. まとめ

　本報告書では，学術交流支援資金：電子教材作成支援によって，支援を頂いた「環境情報学の創造」の授業教材について，本年度の成果を報告した．2009年度秋学期以降，「自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す」というプロセスを体験させることを試みてきたが，本資金により支援を賜ることで，充実した環境にて授業を実施することができた．今後は，今年度の成果をもとに，大人数授業（春学期）において，より濃密に「自ら考え，そして手を動かし，何かを創り出す」というプロセスを体験させるための方法の確立，教材の持続性（消耗品を減らし，ランニングコストを下げる）について，授業担当者一同で考え，実践していきたい．