コンピュータシステムの原理を理解させるアクティブ・ラーニング

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コンピュータシステムの原理を理解させるアクティブ・ラーニング北九州市立大学山崎進

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文献／スライドについて• 私たちの取り組みに関する公開文献情報は予稿に記載しています

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既に予稿を熟読された方へ• 大変申し訳ありません！

本講演は予稿を事前に読んでいない方に合わせてデザインしましたので，予稿の内容の一部だけを紹介する構成としています。

• 続きは今後ブログで展開します

ZACKY’s Software Education Laboratory　http://zacky-sel.blogspot.jp• みなさんの関心事をお寄せください！

• 　• 参考: 反・反転授業

授業や講演で関心を引きつけた後，復習で本題を教授する方式

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コンピュータシステムの原理を理解させるアクティブ・ラーニング• 背景 • カリキュラム改訂で「コンピュータシステム」を新規開講 • カリキュラム上の要請 • 情報学科の学部2年生向け授業 • プログラミング言語処理系／オペレーティングシステムの知識教授 • 後続するVLSI／組込みシステム／ソフトウェア工学科目の基礎

• 論点: コンピュータシステムの原理を理解させるとは？ • 実現アプローチ: 反転授業とアクティブ・ラーニングを採用 • 反転授業／アクティブ・ラーニングって何？ • なぜ反転授業／アクティブ・ラーニングを採用したの？

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原理を理解するとはどういうことか？• 私たちの結論 •基礎知識: 専門用語を暗記していること •直観的な理解: 直観的にイメージできること

• この2つを重視した授業設計を考案・採用した • 後ほど少しだけ詳細をお見せします

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反転授業／アクティブ・ラーニングとは•反転授業: 課外学習と授業の役割を反転させる授業スタイル • 通常授業: 基礎学習を授業で／応用問題を宿題で • 反転授業: 基礎学習を予習で／応用問題を授業で

•アクティブ・ラーニング • 生徒や学生による主体的・能動的な学習を中心とする教授モデル

• 反転授業とアクティブ・ラーニングは個別適用も併用もできる • ただし併用はより高度で難しい

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反転授業やアクティブ・ラーニングありきで授業を行ったわけではない• 数年間にわたって授業コンセプトを練り上げていった結果，反転授業やアクティブ・ラーニングを採用することが最善だと判断した • なぜならば次の条件が整っていたから •自ら学ぶ力を習得させたいという思いが強い • 大学と自宅両方で十分なICT環境が整っている • 学習管理システム(LMS)を前提にできる • 自習用の教材資産もある程度保有している • 既に別授業でアクティブ・ラーニングや反転授業の導入経験がある

✓詳しくは...授業づくりはまずコンセプトづくりから～事例に学ぶコンセプトづくりhttp://zacky-sel.blogspot.jp/2015/02/concept-making-in-practice.html

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なぜ自ら学ぶ力を習得させたいか• 技術や社会環境は急速に進化するので，陳腐化も早くなってしまいます。そのような状況では，一旦学んだら終わりではなく，常に学び続ける姿勢を身につけることが求められます。また，整備された教材が常に用意されているとは限りません．適切な指導者もいないかもしれません。いつかは独り立ちしなければならない，それが宿命です。私たちは，教材がなく指導者がいない状態でも，自力で学び続けることができるように学生を育て上げます。

～ZACKY's Software Education Laboratory

http://zacky-sel.blogspot.jp/2013/10/philosophy.html

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Scaffolding & Fading• Scaffolding 足場を作る: 最初は積極的に学習を支援する

• 授業の最初の方では動画やテキストなどの教材を充実させる

• Fading 足場を外す: 上達に伴って支援を減らし独り立ちさせる

• 授業が進むにしたがって調べ学習のウェイトを増やしていく

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原理を理解させるアクティブ・ラーニング•基礎知識: 専門用語を暗記していること • 専門用語とその意味を対応付けて説明できること

•直観的な理解: 直観的にイメージできること • 原理に基づいて動作を説明できること • 専門用語同士を関連づけて説明できること

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原理を理解させるアクティブ・ラーニング• 基礎知識: 専門用語を暗記していること •専門用語とその意味を対応付けて説明できること

• 直観的な理解: 直観的にイメージできること • 原理に基づいて動作を説明できること • 専門用語同士を関連づけて説明できること

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基礎知識の指導方略• 基本は用語をひたすら暗記させる

• 2系統の情報

• 知識

• 暗記すべき項目

• それぞれを scaffolding から fading へと進めていく

• 知識

• 要点をまとめたテキスト→他の情報も多く含むテキスト→ウェブ上の文献

• 暗記すべき項目

• 小テスト例→キーワードリスト

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原理を理解させるアクティブ・ラーニング• 基礎知識: 専門用語を暗記していること • 専門用語とその意味を対応付けて説明できること

• 直観的な理解: 直観的にイメージできること •原理に基づいて動作を説明できること • 専門用語同士を関連づけて説明できること

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コンピュータの動作原理の学習アプローチ～参考文献 (1)(2) より

• There are four typical instructional strategies: 1. Advance Organizer approach:

Kawamura; 2. Role Playing Workshop approach:

Maeda; 3. Simulated Virtual Machine approach:

Tamagawa University, Kimuro et al., Dolittle, Li and Li; 4. Real Machine approach:

KITE, GAINER, KERNEL, Yatsushiro National College of Tech., Tokuyama Colledge of Technology.

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Role Playing Workshop is …

• To learn “How a computer works” by getting into a role of a computer.

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Original Copyright © J.Maeda (MIT) available at https://www.youtube.com/watch?v=KaIxBIclGUQ Modified Susumu Yamazaki

Masquerade!

https://www.youtube.com/watch?v=KaIxBIclGUQ


Our Role Playing Workshop Approach

• Team work according to the routine composed of the following steps: • Read Z80 CPU machine code with assembly language; • Interpret the code according to Z80 instruction set manual for beginner; • Change the resister set; and • Write the result.

• No Masquerade…!

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A B C D E H LZ C

S P

IX IYSP PC

1000 21, 00, 20, 7E1004 C6, 08, 77, C9

2000 10

1000 LD HL, 2000 21, 00, 201003 LD A, (HL) 7E1004 ADD A, 08 C6, 081006 LD (HL), A 771007 RET C9

2000 10


余談: Qiitaでのテキスト公開とその反響• C言語をZ80アセンブリ言語にコンパイルする原理を解説 • 公開した週の週間ランキングで2位獲得: 21世紀になぜZ80がウケた？

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• 直観的な理解: 直観的にイメージできること • 原理に基づいて動作を説明できること •専門用語同士を関連づけて説明できること

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メタファーを用いて概念を関連づける• 専門用語の関連を身近な例にたとえさせる • 例: マルチタスクの指導方略 1.マルチタスクに関連するキーワードを調べさせる • 例: プリエンプション，ラウンドロビン／優先度スケジューリング

2.マルチタスクに近い身近な例をあげさせる • 例: 料理，事務作業

3.調べたキーワードを各自があげた身近な例を用いて説明させる • 例: 事務作業におけるプリエンプション　事務員が現在行っている作業を上司が強制的に中断させる

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手応え• 学生の学習意欲を強く喚起し高く維持し続けることができた

• 講義時の学生の集中度合いは，今まで筆者が経験したことがないほど

• アンケートやレポート課題からも良好な結果がうかがえる

• 学習効果については改善の余地は多々ある

• とくに後半の調べ学習中心の授業

• 全員が完全に習得できたとは言えない

• ここで重要なのは改善をサイクル的に継続すること

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• 直観的な理解: 直観的にイメージできること • 原理に基づいて動作を説明できること • 専門用語同士を関連づけて説明できること

• 関連ブログ記事を展開しています。理系知識習得科目をどう教えるか～概念と原理のディープラーニング http://zacky-sel.blogspot.jp/2015/03/deep-learning-of-principles.html

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まとめにかえて～予稿に書かれていること1.学生のプログラミング苦手意識の克服 2.原理を理解させるには(本講演で説明) 3.情報工学部生に身につけさせたい3つのこと 4.アクティブ・ラーニングを導入した理由(本講演で説明) 5.アクティブ・ラーニングの問題点への対応 6.教師としての成長の過程 7.いざない(後述) • ぜひ予稿／参考文献／ブログ記事を読んでいただけたら幸いです。 •ブログ ZACKY’s Software Education Laboratory 　http://zacky-sel.blogspot.jp

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いざない• みなさんそれぞれの授業スタイルの個性を生かすアプローチを探求し，かつ大きな教育効果をもたらすことは十分可能です！

• 私たちの教育の問題意識に共感した方，

• 一歩踏み出したいと思った方，

➡そんな教師のための団体を組織すべく準備を進めています

ぜひコンタクトを取ってください！

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質問をどうぞ• 私たちの取り組みに関する公開文献情報は予稿に記載しています

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