Arduinoの初回授業の計画：自己紹介、ルール、そして初めてのLED

Arduinoの初回授業の計画を一言でいうと、初回は講義をせず、クラスを知り、全員に成功体験をしてもらうことです。授業の目標は3つあります。好奇心（動く回路で始め、生徒がすでに知っている機器とつなげる）、秩序（3つの基本ルールと、初日に話し合うクラスの約束）、そして初めての成功（チャイムが鳴る前に、すべてのグループが、キットがなければ生徒一人ひとりが、LEDを点滅させ、自分たちの判断で点滅のしかたを変える）です。40分は次のように分けます。デモ5分、自己紹介と「身の回りのマイコン」の話7分、ルール5分、アプリとアカウント5分、初めてのLED13分、まとめの質問カードと片付け5分です。以下に、流れの表、授業前のチェックリスト、生徒アンケート、クラスの約束、1週目の課題、保護者に送れるお知らせを用意しました。

この記事は「0週目」の授業についてです。まだキットを配っていない、または少しのキットで始める授業で、生徒が先生とも生徒同士とも初めて顔を合わせる回です。ESP32を使った技術寄りの導入を探している場合は「ESP32の初回授業の計画」を読んでください。授業の始めのゲームは「ウォームアップのアクティビティ」、詳しいレベル確認は「レベルが混ざったクラス」、安全ルールの全体は「ラボの安全ルール」、教育者向けコードの購入と配り方は「クラス向けプレミアムコード」で紹介しました。ここではそれらを繰り返さず、初回授業に組み込みます。

初回授業の3つの目標：好奇心、秩序、初めての成功

初回授業の成否は、生徒がどれだけ学んだかではなく、どんな気持ちで2回目の授業に来るかで決まります。「自分に向いている、何かを動かせた」と思って教室を出た生徒は、学期を通して続ける可能性が高くなります。何にも触れずに25分間、抵抗・電流・電圧の定義を聞いただけなら、2回目にはやる気が下がった状態で戻ってきます。そこで3つの目標を目に見える形にし、最後にまとめの質問カードで確認します。1つの考え方を深く教えるのは2回目の役目で、初回は扉を開けるだけです。先生自身の目標もあります。授業が終わるまでに、24人全員の名前、以前に何かを作ったことがある生徒、機器を使えない生徒を把握しておきます。

40分の導入授業の流れ

たとえば24人のクラスを3人ずつ8グループに分け、完成済みのデモ回路が少なくとも1つ、プロジェクター、Arduino IDEをインストールしたパソコンがあるとします。キットが十分あれば初めてのLEDはグループで、少なければクラスの半分で、まったくなければシミュレーターか先生のデモで行います。これについては後で別に説明します。時間がいちばんずれやすいのは「初めてのLED」の段階なので、各段階の終わりに残り時間を黒板に書きます。遅れたときに削るのはアプリの段階で、初めてのLEDではありません。アカウント作成は家や2回目の授業に回せますが、初めての成功は後回しにできません。

始め方：動くデモから始める（0〜5分）

最初の5分で、生徒は何かがひとりでに動くのを見るべきです。前日に組んでテストした回路が1つあれば十分です。いちばん効果的なのはLDRで作る常夜灯のプロジェクトです。暗くなるとLEDが点灯し、生徒がセンサーを手で覆うと回路が「夜になった」と判断します。音を使いたいならブザーの使い方、計測を見せたいならパソコンの画面に距離を表示するHC-SR04で距離を測定（シリアルモニタ表示）も使えます。3つともBlueGraysでは無料で、部品リスト、回路図、コードが公開されています。デモが動いたらすぐに説明を始めず、まず「この回路は何を感知している？何を判断している？何をしている？」と聞きます。2〜3人が答えたら、講座の終わりまでに何を作るかを1文で伝えます。たとえば「学期の終わりには、自分だけのアラームやゲームや計測器を設計しています」のように言います。デモの机は授業の最後まで出したままにし、早く終わった生徒が来て試せるようにします。

身の回りのマイコン：自己紹介を兼ねた7分

自己紹介をテーマにつなげます。生徒は1人ずつ、名前と、家にある「自分で判断する」機器を1つ言います。1人15秒なら24人で6分で終わります。その間に、答えを黒板の3つの列に書きます。入力（何を感知する？）、判断（何をもとに？）、出力（何をする？）です。洗濯機はふたが閉まったことと水位を感知し、プログラムに従ってモーターを回します。エアコンは室温を測って設定温度と比べ、コンプレッサーをオン・オフします。電子レンジはボタンを読み取り、時間を数え、終わるとピッと鳴ります。自動ドアは人が近づいたことを感知してモーターを回します。同じ答えが出たら「同じ機器で、別のセンサーを挙げてみて」と返して、テンポを保ちます。最後に先生が1文で定義します。「こうした機器の中には小さなコンピューターが入っています。これをマイコンと呼び、Arduinoもその1つです。」3列の表は消さずに残しておきます。初めてのLEDの段階でこの表に戻り、自分たちの回路には入力がなく出力だけだと気づいてもらいます。

ルールとクラスの約束のテンプレート（12〜17分）

初回に10個のルールを読み上げるのではなく、3つだけを伝え、それぞれの理由を1文で添えます。配線を変える前にUSBを抜く（電源が入ったまま誤った接続をするとショートする）、LEDには必ず抵抗をつける（抵抗が電流を制限し、LEDとピンを守る）、キットの箱は数えて開け、数えて閉める（部品が足りないと次のグループの授業が台無しになる）です。全体のリストと理由、電池のルールは「安全ルール」の記事にあります。そのリストは、生徒が最初の回路を組んだ後の2回目か3回目の授業で扱うほうが定着します。残りの2分で、下のクラスの約束の下書きを読みます。約束は双方向にします。生徒が約束することと、先生が約束することです。一方的なルールのリストはすぐに壁に貼られた1枚の紙になってしまいますが、双方向の約束なら「失敗はかまわない、でも電源を入れたまま配線を変えるのはだめ」というバランスがとれます。各グループに1つずつ提案を求め、2回目の授業で提案を加え、全員が署名して、学期中ずっと教室に貼っておきます。評価のしかたを初日から明確にするのも期待をそろえることの一部です。学期末に何をどう評価するかを、「評価のルーブリック」の記事のような表で示しましょう。

• 私たちは：配線を変えるときはUSBを抜きます。回路に電源を入れる前に、グループの誰かが確認します。
• 私たちは：困ったら、まず3分間自分で試し、次にグループに聞き、最後に先生に聞きます。
• 私たちは：エラーメッセージを隠さずに読みます。失敗は授業の一部で、失敗したことで誰かが笑われることはありません。
• 私たちは：毎回の授業で役割を交代します。キーボードと回路を1人が独占しません。
• 私たちは：キットの箱は数えて開け、数えて閉めます。足りない部品や壊れた部品は隠さずに報告します。
• 私たちは：授業中のスマホは、プロジェクトページ、コード、今日のクイズのために使います。
• 先生は：毎回の授業で少なくとも1つは動くようにし、動く例を持って授業に来ます。
• 先生は：評価の基準を最初に説明し、質問には遅くとも次の授業までに答えます。

アプリのインストールとアカウント作成：この授業か、次の授業か

初回は、プロジェクターでBlueGraysのLEDの点滅のプロジェクトを開きます。必要な部品、回路図、ソースコード、ブロックで表示のスイッチは、これから数週間、生徒がいちばんよく見る場所です。このプロジェクトは無料なので、初めてのLEDに誰もプレミアムやコードは必要ありません。生徒が自分のスマホにアプリをインストールしてアカウントを作るかどうかは、学校のWi-Fi、スマホの使用ルール、年齢によって変わります。24人が同時にアプリをダウンロードすると、5分のはずが簡単に15分になります。教育者向けコードを使う場合は、配るタイミングもこの判断に合わせます。コードの購入と1つずつのシェアの手順は「クラス向けプレミアムコード」で説明しているので、ここではタイミングだけを決めます。

初めてのLED：キットが十分ある・少ない・ないとき（22〜35分）

初めての成功にはLEDの点滅のプロジェクトを使います。部品リストは短く、Arduino Uno 1台、ブレッドボード1枚、LED 1個、220 Ωの抵抗1本、ジャンパーワイヤー2本です。コードはピン9のLEDを100ミリ秒点灯し、100ミリ秒消灯するので、LEDは1秒に5回点滅します。課題の本当の中身はコードを書き込むことではなく、値を1つ変えたときの結果を試す前に予想することです。こうすると、生徒は初回の授業で回路を組むだけでなく、「自分がコードを変えたら、ボードが言ったとおりに動いた」という体験ができます。グループの役割は最初に決めます。1人が回路を組み、1人がキーボードを使い、1人が回路図を読んで確認します。ステップごとに役割を交代します。

1. USBを抜いた状態で回路を組みます。プロジェクターの回路図に従って、ピン9、220 Ωの抵抗、LEDを直列につなぎます。LEDの長い足をピン側に、短い足をGNDにつなぎます。
2. グループの読み上げ係が回路と回路図を1行ずつ見比べてから手を挙げます。先生か隣のグループが1回確認します。
3. ソースコードのコードをパソコンに移します。スマホで作業しているグループは、コードをコピーするか、リンクでパソコンに開けます。Arduino IDEの「ツール」メニューでArduino Unoのボードとポートを選び、書き込みます。
4. LEDが速く点滅していれば、初めての成功は達成です。黒板の入力・判断・出力の表に戻って「この回路の入力は何？」と聞きます。答えは「なし、出力だけ」です。入力は2週目にボタンとセンサーで加えます。
5. 予想の課題：2か所のdelay(100)をdelay(1000)に変える前に、各グループが予想を紙に書きます。それから書き込むと、LEDは1秒点灯し、1秒消灯します。予想は当たりましたか？
6. 早く終わったグループは、ブロックで表示をオンにしてどのブロックがどのコードの行に対応するかを探すか、同じ回路に2個目のLEDを追加して2個のLEDを点灯のプロジェクトに進みます。

キットが少ない場合は、クラスを2つに分けます。12人が4グループでキットを使い、残りの12人はパソコンのシミュレーターで同じ回路を組みます。2回目の授業で入れ替わります。ブラウザで動く回路シミュレーターの使い方は「TinkercadでArduinoをシミュレーション」で説明しました。キットも十分なパソコンもない場合は、初めてのLEDを先生の机で、カメラを使うか生徒を周りに集めて行います。ただし判断は生徒に任せます。予想を書いた紙を集め、「delayはいくつにする？」をクラスの投票で決め、書き込んで、結果を予想と比べます。100、1000、50ミリ秒のように3回行うだけでも、生徒全員が1回予想して結果を見ることができます。この場合、生徒アンケートの機器についての質問がさらに重要になります。1週目の課題を家でできる生徒が誰かがわかるからです。

まとめの質問カード：3問、4分

1. 入力と出力：「今日話した機器を1つ選んでください。何を感知して、何をしますか？」（好奇心の目標を測ります。）
2. 初めての成功：「delay(100)の代わりにdelay(1000)と書くと、何が変わりましたか？なぜですか？」（1つの値が動作をどう変えるかを理解したか。）
3. 期待：「この講座で作りたいプロジェクトを1つ書き、今日の授業の後の自分を1〜5で評価してください。1は『混乱している』、5は『今すぐ続けたい』です。」
4. 任意：「聞きたかったけれど聞けなかった質問。」この欄の質問には、2回目の授業の最初の5分で名前を出さずに答えます。

授業前の準備チェックリスト

• [ ] デモ回路を前日に組み、同じパソコンで少なくとも1回テストする。予備のUSBケーブルをそばに置く。
• [ ] すべてのパソコンでArduino IDEが起動し、Unoをつなぐとポートが表示されることを確認する。インストールは「Arduino IDEのインストール方法」、ポートのエラーは「Arduinoに書き込めないとき」を参照する。
• [ ] LEDの点滅のプロジェクトを事前に一度自分で組む。ブレッドボード上のLEDと抵抗の位置を、生徒から見える向きで写真に撮る。
• [ ] キットの箱に番号をつけ、内容物カードを入れ、すべての箱を一度数える。
• [ ] プロジェクターにBlueGraysのLEDの点滅のプロジェクトページとブロック表示を開いておく。Wi-Fiが切れたときのためにスクリーンショットを撮っておく。
• [ ] 生徒アンケート、まとめの質問カード、名札を、生徒数に予備4枚を足した数だけ印刷する。
• [ ] クラスの約束の下書きをA3の紙に書き、下に生徒の提案用の空欄を残す。
• [ ] 保護者または参加者へのお知らせを、授業の少なくとも2日前に送る。
• [ ] 教育者向けコードを使う場合は、事前にプロフィール > 教育者向けパッケージからパッケージを購入し、マイコードでコードを確認して、名簿と照らし合わせる表を用意する。
• [ ] プランBを書いておく。パソコンやキットが動かなければ、初めてのLEDは先生の机で予想の投票をしながら行う。

生徒アンケートのテンプレート

アンケートは初回授業の始めではなく、終わりか宿題として配ります。最初の数分はデモと自己紹介のための時間です。紙で、記名式にし、短くします。8問、長くても5分です。目的は評価ではなく、1週目のグループ分け、デモの選び方、機器の問題を前もって把握することです。必要以上の個人情報は求めません。電話番号、住所、家族の情報はこのアンケートの対象外です。もっと詳しいレベル確認をしたい場合は、「レベルが混ざったクラス」の記事にある10分間のテストを2回目の授業に入れましょう。

1. 名前とクラス（または年齢層）：____________
2. これまでに何をしたことがありますか？何もない／ブロックプログラミング／キットを使った手順どおりのプロジェクト／自分でコードを書いた・変えた
3. この講座に参加した理由は？興味があった／学校やコンテストのプロジェクト／将来この分野で働きたい／家族にすすめられた／その他：____
4. いちばん興味があるのは？（2つまで）光の演出／音と音楽／ゲーム／動きとロボット／計測と検知／スマホで操作／スマートホーム／ディスプレイと時計
5. 家でパソコンを使えますか？自分専用／家族と共用／使えない。使える場合のOS：Windows／macOS／Linux／わからない
6. スマホやタブレットを使えますか？自分専用（iPhone／Android）／家族のもの／使えない
7. 家に開発ボードや電子工作キットはありますか？Arduino UnoまたはNano／ESP32／Raspberry Pi Pico／ほかのキット／ない
8. 学期の終わりに何ができるようになりたいですか？1文で：____________（任意：先生に知っておいてほしいことはありますか？）

1週目の授業外の短い課題

1週目の課題は授業外で15〜20分かかり、すべて無料で使えます。目的は2回目の授業のグループを作ることです。「プロジェクトさがし」で選んだ興味はデモやプロジェクトの選び方の、レベル判定テストは誰がどのくらいのペースで進むかのヒントになります。アプリにはクラス管理画面がないため、結果を離れた場所から一覧で見ることはできません。生徒が紙か自分の画面で見せることになります。そのため、課題は紙に書き込む形で出します。ボードや機器を持っていない生徒については、2回目の授業の始めにプロジェクターで「プロジェクトさがし」の3つの質問に一緒に答えられます。課題をもっと長い授業外の学習にしたい場合は、「授業外のArduino学習」の記事のプランに沿って進めてください。

1. BlueGraysでプロジェクトさがしを開き、3つの質問に答えます。何を作りたいですか？、どのボードを持っていますか？、経験はどのくらいですか？ボードを持っていない場合はまだ持っていませんを選びます。
2. 結果画面で、最もおすすめとして表示されたプロジェクトの名前と、まずは無料で練習のラベルがついた練習用プロジェクトを紙に書きます。
3. 今日のクイズで15問のレベル判定テストを解き、判定されたレベルを書きます（例：A1はじめの光、A2回路の作り手）。
4. 今週のうち少なくとも3日、今日のクイズに答えます。1日のセットは5問で、約3分かかります。
5. 2回目の授業に紙を持ってくるか、スマホで結果を見せます。

保護者または参加者への初日のお知らせ

下のお知らせを、初回授業の少なくとも2日前に保護者へ、大人を対象に教える場合は参加者本人に送り、角かっこの部分を自分の情報で埋めてください。お知らせは短くします。保護者が一目で、授業の内容、持ち物、安全への配慮、そして教育者向けコードを使う場合はそれが何で、どの情報が共有されるかがわかるようにします。コードについての長い説明をお知らせに入れる代わりに、生徒側の手順を説明した記事を案内しましょう。

• 学ぶこと：Arduinoを使った電子工作とプログラミングの基本です。初回の授業では自己紹介をし、クラスのルールを話し合い、初めての回路でLEDを点灯させます。
• 授業の曜日と時間：［曜日、時間、場所］。期間：［週数］。
• 持ち物：筆記用具とノート。あれば、BlueGraysアプリを入れたスマホまたはタブレット（iOSまたはAndroid）。アプリでは、LEDの点滅など60件のプロジェクト（各プラットフォーム20件）が無料で使えます。家のパソコンは必須ではありません。電子工作キットは授業で配り、授業で回収します。
• 安全：回路はパソコンのUSBから供給される5 Vで動きます。授業で商用電源を使うことはありません。
• 教育者向けコード（使う場合）：生徒にBlueGraysプレミアムを30日間または365日間提供する、BG-XXXX-XXXX-XXXX形式の1回限りのコードです。支払いは教育者が1回だけ行います。生徒がAppleやGoogleのアカウントにカードを登録する必要はなく、期間が終わっても自動で料金がかかることはありません。
• プライバシー：コードを利用した生徒のBlueGraysでの名前、ユーザー名、メールアドレス、プロフィール写真が教育者に共有されます。プロジェクトの進み具合や問題の点数は教育者に表示されません。アカウントにApp StoreまたはGoogle Playの継続中のサブスクリプションがある場合はコードを利用できないので、お知らせください。
• 連絡先：［名前、メールアドレス］。コードの利用手順は「教育者向けコードの使い方」の記事で確認できます。

初回授業によくある失敗と対策

2回目の授業には、まとめの質問カードとアンケートを当日中に読んでから臨みましょう。カードを3つの山（準備OK、少し支援が必要、しっかり見守る）に分け、1週目の課題でわかったレベルと興味をもとにグループを組み直し、最初の5分で「聞きたかったけれど聞けなかった」質問に答えます。この授業のすべての部分は、デモ用のLDRで作る常夜灯から初めての成功用のLEDの点滅まで、BlueGraysで回路図、コード、ブロックとともに無料で公開されています。初回の授業を準備する前にアプリをダウンロードし、LEDの点滅を一度自分で最初から最後まで作ってみると、生徒がどのステップでつまずきそうかが前もってわかります。