Raspberry Pi Picoの授業計画：MicroPythonで進める6週間の授業

Raspberry Pi Picoの授業計画を探しているなら、結論は次のとおりです。期間は6週間、授業は週1回40分、生徒は2人1組で、毎週MicroPythonの新しい考え方を1つだけ学びます。1週目は、ThonnyのREPLに1行入力するだけで内蔵LEDを点灯させます。続いて変数とタイミング、関数、ボタンと条件、PWMを使った音と距離センサーへと進み、最終週にはリストとforループで5つのボタンのピアノを作ります。毎週のプロジェクトは回路図、部品リスト、コード付きでBlueGraysで無料で使えるので、生徒にプレミアムは必要ありません。この計画はRaspberry Pi PicoまたはPico WとThonnyを使い、コードを書いたことのない中学生と高校生を対象にしています。

まず、PicoとMicroPythonがなぜ教室に向いているのかを見てから、最初の授業の前の準備に移ります。MicroPythonのUF2ファイル、BOOTSELボタン、Thonnyでのインタープリターの選び方、学校のパソコンで気をつけたい点です。その後、すべての考え方にArduino C++での書き方を添えた週ごとの計画、24人のクラス向けの教材リスト、分単位の授業例、3つの短いコード例、評価表、授業でよく起きるトラブルの解決法を紹介します。Arduinoとブロックを使って同じ考え方で8週間かけて進める版はブロックプログラミングの授業計画で紹介しました。この計画はその内容を繰り返すものではなく、最初からテキストのコードで始めたいクラスや、ブロックの次にPythonに進みたいクラスに向けたものです。

なぜRaspberry Pi PicoとMicroPythonなのか

Picoは、Raspberry Piが自社のRP2040チップを中心に作った小さなマイコンボードです。パソコンではなく、Arduinoと同じように1つのプログラムを繰り返し実行します。教室で役立つ強みは3つあります。1つ目はMicroPythonです。これはマイコン向けに軽量化したPythonで、読みやすく、セミコロンも波かっこもありません。そのため、情報の授業でPythonに触れた生徒は、同じ言語でLEDやブザーを動かせます。2つ目はコンパイルがないことです。Thonnyで「実行」を押した瞬間にコードがボード上で動くので、小さな変更のたびにコンパイルと書き込みを待つ必要がありません。40分の授業なら、同じ時間でずっと多くの試行ができます。3つ目はREPLです。Thonnyのシェルに1行入力してEnterを押すと、ボードがすぐに実行します。生徒がled.on()と入力してLEDが点灯すれば、プログラミングとはボードに命令を与えることだと5分で理解できます。価格が安く、ボードをブレッドボードにそのまま挿せるので、2人1組も現実的です。では、Arduinoのほうが簡単なのはどんな場合でしょうか。字を読めるようになったばかりの年少の生徒が相手の場合や、手持ちの教材の大半が5 Vのモジュールの場合は、Arduinoとブロックで始めたほうが予想外のトラブルは少なくなります。ボードの仕様とピン配置はRaspberry Pi Picoとは？を参照してください。

最初の授業の前に：MicroPythonとThonny

1. ボードの種類を確認する：Pico、Pico W、Pico 2、Pico 2 Wでは、それぞれ別のMicroPythonファイルが必要です。ボードの印字を確認し、MicroPythonの公式ダウンロードページから、そのボード用の最新の.uf2ファイルをダウンロードしてください。ファイルを間違えると、ボードが起動しないか、Wi-Fiが動きません。
2. BOOTSELを押したまま接続する：USBポートの横にある白いBOOTSELボタンを押したままケーブルをパソコンに挿し、それからボタンを離します。パソコンにRPI-RP2というドライブが表示されます（Pico 2ではRP2350という名前です）。
3. UF2ファイルをコピーする：.uf2ファイルをそのドライブにドラッグします。数秒でボードが再起動し、ドライブは消えます。これはエラーではなく、MicroPythonがインストールされたという意味です。MicroPythonはボードに残るので、授業のたびにインストールし直す必要はありません。
4. Thonnyでインタープリターを選ぶ：「ツール」>「オプション」>「インタプリタ」で「MicroPython (Raspberry Pi Pico)」を選び、ポートは自動検出のままにします。Thonnyのウィンドウの右下をクリックしても同じ選択ができます。
5. 接続をテストする：下のシェルに>>>のプロンプトが表示されるはずです。print("hello")と入力してEnterを押し、返事が返ってくれば、ボードは授業の準備ができています。

学校のパソコンへのインストールは、授業当日まで残さないでください。1週間前にはICT担当者に相談しましょう。ThonnyはWindows、macOS、Linuxで動作し、専用のPythonが同梱されているので、Pythonを別にインストールする必要はありません。Windows向けにはインストール不要のポータブル版もあり、ソフトウェアのインストールがICT担当者に限られている管理の厳しいパソコン教室では、とても助かります。Windows 10と11は、追加のドライバーなしでPicoをシリアルポート（COM）として認識します。USBメモリを禁止している学校もあり、その場合は生徒のパソコンにRPI-RP2ドライブが表示されないことがあります。ただ、事前に自分のパソコンでボードにMicroPythonをインストールしておけば問題ありません。授業ではシリアル接続しか使わないからです。最後に、Thonnyの保存ダイアログにある2つの選択肢を生徒に見せてください。「このコンピュータ」はファイルをパソコンに、「Raspberry Pi Pico」はボードに保存します。どちらを選んだかわからないペアは、6週目に自分のコードを見つけられなくなります。

Raspberry Pi Picoの6週間の授業計画

各授業は40分、2人1組を想定しています。表のプロジェクトはすべてBlueGraysで無料で使え、最初の3週間のプロジェクトにはコードの横にブロック表示もあります。順番には意図があります。まず出力（LED）、次に変数とタイミング、関数、続いて入力と条件、PWMを使った音とセンサー、最後にリストとループです。毎週、前の週の内容に新しい考え方を1つだけ積み重ねます。最後の列は同じ考え方をArduino C++で書いたもので、後でArduinoに進む生徒への橋渡しになります。C++側を詳しく知りたい場合はArduinoプログラミングの基本を参照してください。

計画を進めるときは、毎週の最後に生徒が値を1つだけ変えることをルールにしてください。1週目の内蔵LEDのプロジェクトはLEDを「LED」という名前で呼び出すので、PicoでもPico Wでも同じように動きます。外付けLEDはGP14、つまり物理ピン番号19につなぎます。そのすぐ隣の18番ピンがGNDです。2週目は「パトカーの点滅灯」のWAIT_MSを300から80に下げると、1つの変数で2つのLEDのリズムが同時に変わることがわかります。3週目の「信号機」はループの中でall_off()を3回呼び出しています。生徒に関数を消して同じ処理を手で書いてもらうと、9行も積み重なるのを見て、関数がなぜあるのかを自分から説明してくれるはずです。4週目は中級のプロジェクトです。ボタンはPULL_UPで配線されているので、押すと0を読み取り、押すたびにモードが通常、赤のみ、黄色の点滅、消灯の順に切り替わります。コードが長いので、まず「コードを理解」タブのステップで読み進めてください。5週目のHC-SR04は5 Vで動くので、ECHOを分圧回路経由でつなぐのを忘れないでください。GREEN_CM 100、YELLOW_CM 50、RED_CM 25、STOP_CM 10の値をいじってみると、生徒はしきい値という考え方をつかめます。センサーの仕組みはHC-SR04距離センサーの記事で、PWMで音を出す方法はブザーとは？で紹介しています。プロジェクトでは周波数を変えるので、パッシブブザーを使ってください。6週目のピアノは、523〜784 Hzのドからソまでの5つの音を鳴らし、ドのキーを1秒長押しするとメロディーの録音が始まります。このレベルではコード全体は長すぎるので、すべてを入力させるのではなく、NOTE_HZリストの周波数を変えて自分だけの音階を作ってもらいましょう。

毎週のまとめの質問

• 1週目：led.on()とtime.sleep(0.5)の行を入れ替えると何が起きますか？while True:の下の行が右に下がって始まるのはなぜですか？
• 2週目：WAIT_MSを300から1000に上げると、点滅はどう変わりますか？toggle()は1つでどの2行の代わりになりますか？
• 3週目：all_off()関数がなければ、あと何行書く必要がありますか？関数を定義することと呼び出すことの違いは何ですか？
• 4週目：PULL_UPを使うボタンを押すと、button.value()が0を返すのはなぜですか？modeが3のときにボタンを押すと、modeはいくつになりますか？
• 5週目：HC-SR04のECHOピンをPicoに直接つながないのはなぜですか？duty_u16(0)の行はブザーをどうしますか？
• 6週目：ピアノに6つ目のキーを加えるには、コードのどのリストを変える必要がありますか？

24人のクラス向けの教材リスト

24人の生徒を2人1組に分けると12グループになります。予備を1つ加えて13セット用意してください。Picoは安いので、ほとんどの学校で3人組ではなく2人組にでき、生徒1人あたりのキーボードに触れる時間が増えます。3人組にする場合は、数を9セットに減らしてください。ThonnyはUSB経由でPicoと通信するので、各グループにパソコンが1台必要です。スマホやタブレットは、BlueGraysでその週のプロジェクト、回路図、「コードを理解」タブを開いておくのに使います。はんだ付けが必要なものはなく、すべてブレッドボードに挿すだけです。

授業例：1週目、最初のプログラム

以下は1週目の計画です。セットアップのトラブルが出るのはこの回なので、最初の授業がいちばんリスクの高い回です。事前にボードへMicroPythonをインストールし、パソコンにThonnyを入れてあることを前提にしています。ほかの週でも同じ骨組みを使えます。ウォームアップ、一緒に読む、予想する、回路を組む、コードを実行する、値を1つ変える、まとめの質問という流れです。80分の2コマ続きの授業なら、「値を1つ変える」段階を長めに取り、各ペアにまとめの質問の答えを発表してもらいましょう。

授業で使えるMicroPythonの短い例3つ

PicoとPico Wの間で最も混乱しやすいのが内蔵LEDです。初代PicoではLEDがGP25につながっているので、古い例ではPin(25)が使われています。Pico WではLEDがWi-Fiチップにつながっていて番号付きのGPピンがないため、Pin(25)では点灯しません。どちらでも動く方法は、LEDを名前で呼び出すPin("LED")です。現在のMicroPythonのリリースでは、Pico、Pico W、Pico 2のどれでもこの名前が定義されているので、BlueGraysの内蔵LEDのプロジェクトでもこれを使っています。クラスに複数の種類のボードが混ざっていても、全員に同じコードを配れます。古いファームウェアが「LED」という名前を知らない場合は、UF2ファイルを更新すれば解決します。

1from machine import Pin
2import time
3
4# "LED" adı Pico, Pico W ve Pico 2'de karttaki LED'i bulur / The name "LED" finds the onboard LED on Pico, Pico W and Pico 2
5led = Pin("LED", Pin.OUT)
6# Eski firmware'li klasik Pico'da: Pin(25, Pin.OUT) / Classic Pico with old firmware: Pin(25, Pin.OUT)
7# Pico W'de Pin(25) LED'i yakmaz / On the Pico W, Pin(25) does not light the LED
8
9while True:
10    led.toggle()       # Durumu tersine çevir / Flip the state
11    time.sleep(0.5)    # 0,5 saniye bekle / Wait 0.5 seconds
12

外付けLEDのコードも同じ骨組みで、変わるのはピン番号だけです。ここでは待ち時間をWAITという変数に移しました。これが、生徒が2週目に最初に変える行になります。count変数とprint()の行は、LEDが点灯するたびにThonnyのシェルに数字を表示するので、生徒はループが本当に動いていることを画面で確認できます。コードの14は物理ピン番号ではなくGP番号です。生徒が最もよく混同する点です。

1from machine import Pin
2import time
3
4LED_PIN = 14          # LED'in bağlı olduğu GP pini (fiziksel pin 19) / GP pin the LED is wired to (physical pin 19)
5WAIT = 0.5            # Bekleme süresi, saniye / Wait time in seconds
6
7led = Pin(LED_PIN, Pin.OUT)   # Pini çıkış yap / Make the pin an output
8count = 0                     # Kaç kez yandığını say / Count how many times it lit
9
10while True:
11    led.on()                  # LED'i yak / Turn the LED on
12    count = count + 1
13    print("LED", count)       # Thonny Shell'e yaz / Print to the Thonny Shell
14    time.sleep(WAIT)
15    led.off()                 # LED'i söndür / Turn the LED off
16    time.sleep(WAIT)
17

ボタンの配線方法は2つあり、どちらも見せる価値があります。PULL_UPでは、ボタンの片方の足をGP15に、反対側の足をGNDにつなぎます。Picoの内部の抵抗がピンを3.3 Vに引き上げ、ボタンを押すとピンがGNDにつながって0を読み取ります。BlueGraysのPicoのボタンプロジェクトは、追加の配線がいらないので、すべてこの方法を使っています。PULL_DOWNでは、反対側の足を3V3(OUT)ピン（36番ピン）につなぎ、ボタンを押すと1を読み取ります。こちらのほうが論理は自然に感じられますが、うっかり線をVBUS（40番ピン、5 V）に挿してしまいやすい方法です。ボタンの4本の足のどれがつながっているかはArduinoに押しボタンをつなぐ方法の記事で説明しました。4週目は下の短いコードから始め、その後でモード切り替えに進むとよいでしょう。

1from machine import Pin
2import time
3
4led = Pin(14, Pin.OUT)                  # GP14 -> 220 ohm -> LED -> GND / GP14 -> 220 ohm -> LED -> GND
5button = Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_UP)   # Buton GP15 ile GND arasında / Button between GP15 and GND
6# PULL_DOWN: Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN), buton GP15 ile 3V3(OUT) arasında / button between GP15 and 3V3(OUT)
7# PULL_DOWN ile koşul == 1 olur / With PULL_DOWN the condition becomes == 1
8
9while True:
10    if button.value() == 0:             # PULL_UP: basınca 0 okunur / PULL_UP: reads 0 when pressed
11        led.on()
12    else:
13        led.off()
14    time.sleep_ms(10)                   # Döngüyü biraz yavaşlat / Slow the loop down a little
15

Picoの授業でBlueGraysを使う方法

• コードガイドのMicroPythonコース：「学ぶ」にあるコードガイドには、Arduino C++のコースと並んで、18枚のカードからなるMicroPythonのコースがあります。import、print、ピン出力、ピン入力（PULL_UP、PULL_DOWN）、time.sleep、while True、インデント、変数、if / elif / else、forとrange、リスト、defとreturn、ADC、PWM、ticks_ms、Pin.irq、try / except、I2Cです。各カードには「何ができますか？」「構文」、「ブロック・Arduino・MicroPython」のタブ付きの例、「よくある間違い」、ミニテストがあります。その週の考え方に合ったカードを、授業の合間に読むよう生徒に勧めてください。生徒はそれぞれマイレベル画面で、自分のMicroPythonの進み具合（x/18）を確認できます。
• プロジェクトで確認：各カードの最後にあるこのリンクから、その命令をコードで使っているプロジェクトが、簡単なものから難しいものの順に表示されます。カードで命令について読んだ生徒は、ここから実際のプロジェクトのコードの中でその命令を見つけられます。
• 今日のクイズ：「問題のプログラミング言語」の設定では、「両方」「Arduino」「MicroPython」を選べます。Picoで教えるなら、生徒にMicroPythonを選んでもらいましょう。コードを使わない一般的な問題は、どれを選んでも出題されます。毎日約3分のセットがあり、15問のレベル判定テストと、A1からC2までの6つのレベルがあるので、授業の合間の毎日の復習習慣にぴったりです。
• ブロックで表示：無料のPicoプロジェクトのうち5つ（内蔵LED、外付けLED、2個のLEDを交互に点滅、信号機、パトカーの点滅灯）は、コードの横にブロック表示があります。初めてPythonを見る生徒に、同じプログラムをまずブロックで、次にコードで見せると、「同じ論理で、書き方が違うだけ」という考え方が身につきます。このステップはブロックでセンサーを読む、そしてMicroPythonへで詳しく紹介しました。ブロックは読むためのもので、アプリでは編集できません。ボードに書き込むのは、いつもMicroPythonのコードです。
• 「コードを理解」と「トラブルシューティング」：無料のPicoプロジェクトにはどちらもあります。コードを理解タブは「このコードの働き」の要約から始まり、ステップごとの解説に続いて、「困ったときは」と自分で試すの課題で終わります。4週目と6週目の長いコードでは、まだ速く読めないペアにとって最大の助けになります。
• 「一緒に作りましょう」と「リンクをコピー」：ガイドモードは4つのステップで進み、コードのステップでは、ThonnyでMicroPythonのインタープリターを選ぶよう生徒に促します。ソースコードの欄にあるリンクをコピーを使うと、パソコンでコードを開くためのリンクが手に入るので、生徒がスマホのコードをThonnyに打ち直す必要はありません。

評価と個別対応

• 早く終わったグループ（アナログ読み取り）：この計画にはADCの週がありません。早く終わったペアは、10 kΩのポテンショメーターの真ん中の足をGP26につなぎ、ADC(26).read_u16()で0〜65535の値を読み取って、2週目の点滅の速さを変えてみましょう。さらに挑戦したい場合は、無料のRaspberry Pi PicoのLEDキャンプファイヤー（8x8 NeoPixelマトリクス＋可変抵抗＋ブザー）のプロジェクトで、同じポテンショメーターを使って8x8のNeoPixelマトリクスを動かせます。
• 早く終わったグループ（組み合わせ）：5週目の駐車センサーに4週目のボタンを加え、音のオン・オフを切り替える「消音モード」を書くことは、自分でコードを書くための最初の本格的な一歩になります。
• ゆっくり進むグループ：回路を組み立てた状態で配るか、回路図を大きく印刷して机に置いてください。「コードを理解」タブで1ステップずつ進め、その日は値を1つ変えることだけを目標にしましょう。それだけでも十分価値のある成果です。

よくあるトラブルとすぐできる対処法

授業前のチェックリスト

• すべてのボードにMicroPythonがインストールされ、ボードとケーブルに1から13までの番号が付いている。
• すべてのパソコンで、インタープリターに「MicroPython (Raspberry Pi Pico)」が選ばれた状態でThonnyが開く。
• すべてのボードとケーブルの組み合わせをテストし、シェルに>>>が表示される。
• 抵抗が値ごとに別の箱に分けてある：220 Ω、1 kΩ、2 kΩ。
• プロジェクターにBlueGraysでその週のプロジェクトを開いてあり、最初の3週間は「ブロックで表示」の準備ができている。
• まとめの質問の用紙を印刷し、ペアに役割（組み立て係、確認係）を割り当ててある。
• 5週目の前に、HC-SR04の分圧回路用の抵抗を各グループ分取り分けてある。
• 授業の終わりにUSBケーブルを抜き、部品を数えて番号付きの箱に戻す。

この6週間で使うプロジェクトはすべて、回路図、部品リスト、MicroPythonのコード、「コードを理解」タブ付きでBlueGraysアプリで無料で開けます。そのため、先生がプロジェクターで授業を進め、生徒は自分のスマホで一緒に追うという進め方が簡単にできます。6週間の後で、PWMによるLEDの明るさ調整、サーボモーター、OLEDディスプレイ、キーパッドを使うプレミアムのPicoプロジェクトに進みたい場合は、個別のサブスクリプションの代わりに教育者向けコードを配ることができます。1回きりの購入で、自動更新はされません。