期末考査結果

先日おこなわれた期末考査の採点が終了しました。平均点は昨年度とほとんど変わりませんでした。今年度の特徴は80点以上を取った生徒が多かったことです。得点分布は2つのピークがある形になりました。この原因は何でしょうか。今後の検討課題です。

期末考査実施

本校で1学年「情報B」の期末考査がおこなわれました。本年度の試験問題は例年と内容は変わっていません。新たに学習項目が増えたため、問題数も増加しました。試験の大問の内容は以下の通りです。

1. コンピュータの働き
2. 計算機から汎用機に変わった過程
3. 基数変換
4. 画像のディジタル化とデータ圧縮
5. 文字のディジタル化
6. 音のディジタル化
7. アナログとディジタル

試験中に各教室をまわったときは、よくできている印象でした。試験時間の50分目一杯かかると思っていたのに、終わってしまっている生徒がいたのには驚きました。

1学期第18回 : ディジタル情報の特徴

いよいよ1学期のまとめの授業です。この授業はいつもなら普通教室でおこなっていたため板書に時間がかかっていました。今年から毎時間パソコン室を使えるようになったため、パワーポイントでスライドを用意していたので、昨年に比べれば円滑に授業を進められた気がします。

1. 2符号の利点
   • デジタル進化論 第3回「0と1はこんなに便利!?」 2進数のメリット
2. アナログとディジタル
   1. アナログ : 連続的に変化するもの
   2. ディジタル : 離散的に変化するもの
   3. 具体例で考える
   4. いくつかの情報をアナログとディジタルに分類してみる
3. ディジタル情報の利点
   • ディジタル情報はノイズに強い
4. ディジタル情報の欠点
   • ディジタル化した際に失われる情報がある
   • コピーしやすい

昨年度もこのような流れでやって違和感がなかったのですが、今年授業をしてみて、順番を変えるべきだったと反省する点がありました。それは、上記のアナログとディジタルの授業をもっと学期の早い段階でやるべきだったということです。当初、ディジタル情報の利点、欠点を考えるうえで、アナログとディジタルの違いを理解してもらうためにこのような流れを考えました。しかし、この流れだと、前の授業とのつながりが切れてしまいます。今後検討したいと思います。

研究授業のハズが...

本校は東京都の「IT教育普及支援校」に指定されています。それにともない各学期に1回、本校の実践を知ってもらうため授業公開をおこなっています。本日は研究授業として6時間目の「情報B」の授業を公開しました。授業内容は第17回の「モールス符号」です。

しかし、どこの学校の先生方も仕事が忙しいため、なかなかお越しになれません。外部参加者は残念ながらいませんでした。色々な先生方に見ていただいて助言をいただくことがとてもありがたいので、公開授業用の指導案を書いたり、プリントを準備したりなど手間をかけているのですが。

何年か前までは各教員に研修日というのがあって、1日授業がない日があったらしいです。自分の授業があったら授業をつぶして他の学校に行くなんてことは絶対にできません。研修日のような制度があれば他校の授業実践を見学しに行きやすいのになぁと思います。

1学期第17回 : モールス符号

0と1で情報を表すディジタル化についてこれまで授業をしてきました。この2つの数で情報を表すことの利点を考えてもらうために、本時は「モールス符号」について学習しました。授業の流れは以下の通りです。

1. ビデオ映像を見る
   • 「天空の城 ラピュタ」(1986年, 二馬力・徳間書店) 冒頭部分(1分30秒)
2. モールス符号の歴史
3. モールス符号のしくみ
   • 短点と長点の組み合わせでアルファベット、数字、記号を表現する
4. モールス信号を発信してみる
   1. パソコンのスピーカ音量を調節する
   2. 信号として発信したい文章をテキストエディタで作成
   3. モールス信号に変換
      • フリーソフト「cw2wav」を利用
   4. 2人でお互いが作成したモールス信号を当ててみる
5. モールス符号の特徴を考察する
   1. なぜ短点、長点の二つの符号だけなのか
   2. 各アルファベットに符号がどのような規則で割り当てられているか
      • 英文のアルファベットの出現頻度を解析する様子を見る(自作Excelプログラム)
      • 日本語の文章でのひらがなの出現頻度も解析してみる

実際にやってみることで、2符号によるコード化の利点が分かると思います。アルファベットの出現頻度を解析する自作のExcelプログラムは思っていたよりも生徒のうけがよかったです。

1学期第16回 : データ圧縮

過去の授業で、画像や文字の情報量を計算しました。画像は400×300画素のフルカラーで2,880,000ビット、音はCD音質で3分間録音すると127,008,000ビットにもなります! このようなビット数を減らすのがデータ圧縮技術。現代の高度情報通信社会においては欠かせない技術です。という流れで授業に入りました。

1. データ圧縮とは
   1. データ圧縮と解凍
   2. データ圧縮の目的
   3. 圧縮形式の分類
      • 可逆圧縮
      • 非可逆圧縮
2. ランレングス符号化
   • ランレングス符号化はファクシミリで利用されているデータ圧縮手法の一つである
   1. 10×10の「L」の白黒画像を単純に数値化する。ビット数を求める。
   2. 1の作業で、白、あるいは黒の画素が連続していることに気づかせる。白、あるいは黒が連続している部分を連続した長さ(ラン長)で表す。ラン長と符号の対応表を元に、「L」の画像を数値化する。ビット数を求める。
   3. 1と2のビット数から圧縮率を計算させる。
3. 演習問題
   • ランレングス符号化された受信データから、元の画像を再現する。
4. 非可逆圧縮の種類
   • 圧縮前と圧縮後の画像の見た目とビット数を比較する

大学で講師をしているときには、「ペイント」で絵を描かせていろいろな圧縮形式で保存する方法をやりました。イラストだと、可逆圧縮形式であるGIFの方が有利ですよね。ですので、イラストを圧縮する演習はあまり意味がないと思いました。生徒の感想は以下の通りです。

• 0と1におきかえたり、ぬるのはおもしろかった。でもこれは機械がやるからできるコトであって、人がやったらとても大変だと思いました。
• 小さい頃、ファックスはあの細い電線の中を通っていると思っていた... データが圧縮されていたのか!!

1学期第15回 : 音のディジタル化

前回、音の電気信号を観察しました。音が連続的な波形の電圧の変化で表されることを実験から分かったので、この波形を記録しておけばいつでもスピーカから音を流せることを確認します。その後、音をディジタル化する方法を学習しました。授業の流れは以下の通りです。

1. デジタル進化論 第8回「音だってデジタル」前半部分
2. ビデオに出てきた標本化と量子化の方法を教科書で復習
3. 前回プリントに記録した「あ～」の波形をディジタル化してみる
   1. 横軸を12段階、縦軸を8段階に分割する
   2. 0～7までの10進数で波を表す
   3. 2進数に変換する
4. 3の1～3の手順を逆におこない、記録された音の波形を赤ペンで再現する
   • 録音した音と元の音の波形に多少のずれが生じることに気付かせる
5. 音の情報量を計算する

前回の実験で得られた波形が山と谷の間隔が狭かったり、山と谷の大きさが小さかったりする生徒がいました。このような場合には、前記のような粗い段階でディジタル化すると誤差が大きくなってしまいます。前回の実験で得られた波形の2波長分だけをディジタル化することや、段階を細かくするなどの改善が必要だと感じました。

5では、CDに3分間、音を記録したときの情報量を計算しました。なかなか理解してもらえず、どうすれば生徒たちに分かりやすく説明できるのか、今後の課題です。

時間があれば、サンプリング周波数や量子化数を変えてパソコンで音を記録し、聞き比べたり、ファイルサイズを比較したりしたいです。このような演習をした方が、より音質と情報量の関係を理解できるのではないかと考えます。

1学期第14回 : 音の性質

計算機であるコンピュータにさまざまな情報を処理するために、情報を0と1で表現するというのがディジタル化です。ここまで色、文字のディジタル化を勉強してきました。最後に音のディジタル化を2回に分けて学習します。1回目は音の性質を知ることが目的です。

音が連続的に変化する波形の電気信号で表されることは既知として、いきなり標本化、量子化の説明が教科書ではされています。しかし、中学までに音が電気信号に変換されるしくみを習ってきている生徒は少ないのが現状です。ここでは、スピーカを用いて、音を電気の信号に変換できることを実験を通して学びます。授業の流れは以下の通りです。

1. 音叉を見せて、音の発生と伝わり方を復習する
2. スピーカ同士を接続し、糸電話のように会話をする実験をおこなう
3. 電池一個で音を鳴らしてみる
4. 2の実験でスピーカから発生する電気信号をパソコンで観察する
   • 「振駆郎」

2のスピーカ同士を接続しただけで声を糸電話のように伝えることができるのは、興味を持つ生徒が多いです。簡単なしくみで自分の声が電気に変わって伝わっていくのを体験できます。

2の実験では声だったので流れる電流が弱く、スピーカからは小さな声しか聞こえません。そこで、電気を起こすものとして乾電池をスピーカにつなげて音を鳴らしてみます。どのようなときに音が鳴るか生徒に観察させます。この実験で電流の大きさが変化することでスピーカから音が鳴ることが分かります。

最後に2の実験でスピーカからスピーカへと伝わる変化する電流をパソコンで観察します。スピーカにピンプラグを接続してパソコンのマイクロフォン端子に接続します。パソコン用ソフトウェアを起動し、電気信号を観察します。多くの生徒が楽しんで取り組んでくれています。

理科の授業みたいと批判する人もいます。しかし、音が連続的な波形の電圧の変化であることを知らないで、音をディジタル化する方法を学んでも本当に音のディジタル化を理解できたことにはならないと考えて、このような実験をおこなっています。次回はいよいよディジタル化です。

1学期第13回 : 文字化け

この授業は他のクラスよりも授業時間数が多いクラスのみおこないました。第12回の授業の文字化けの部分に焦点を当てて、文字化けの原因を理解することが本時の目的です。授業の流れは以下の通りです。

1. キャリアの異なる携帯電話どうしで絵文字をやり取りしてみる
   • 代表の生徒2人に日本語と絵文字の入ったメールをお互いに送信してもらって結果を発表する
2. 文字化けの原因
   1. ディジタル化したときの文字コードと違う文字コードで読んでしまった
      • Internet Explorerでページを表示する文字コードを変更してみる
   2. 数値化したデータを送る途中で情報(0や1)が欠けてしまった
   3. 機種依存文字
      • 1の携帯電話での絵文字の例
      • あらかじめ携帯で作成した絵文字入りのメールをパソコンに送信しておき、バイナリエディタ「Bz」で文字コードを表示してみる
      • 参考サイト
        • EZweb絵文字
        • i絵文字
3. 異なるコンピュータ間でのデータの送受信において、日本語の文章ではまれに文字化けが起こる。その原因を考る。
4. 文字化けを回避する方法を考える

1の演習は昨年教育実習に来られた大学生が研究授業でおこなったものです。そのときとても生徒が楽しんでいたので、今年もやってみました。昨年は時間がなかったので、やっておしまいという感じだったのですが、今回は実際に文字コードを確認するところまでやりました。各キャリアの絵文字一覧を生徒に見せたときに、絵文字の話で盛り上がってしまう生徒がいて脱線しかかったのが反省点です。

文字化けの原因の1つの文字コードの違いについては、前回自分の名前をS-JISとUnicodeで保存したものがあったので、これをInternet Explorerで開いてみるなどの展開も考えられます。

3と4のまとめについては、十分時間をとったつもりだったのですが、よくまとめられている生徒はほとんどいませんでした。授業の最後にグループで議論をしてもらって授業内容を深めてもらう時間をとった方がよかったかもしれません。

1学期第12回 : 日本語文字コード

日本語文字コードの種類と問題点について学習しました。授業の流れは以下の通りです。

1. ASCIIと日本語文字コードの違いを考える
   • ビット数の違い
2. Unicodeで文字をディジタル化してみる
   1. 「メモ帳」(テキストエディタ)で名前を漢字で入力して保存
   2. バイナリエディタ「Bz」(フリーソフトウェア)で保存したファイルを開き、文字コードを表示
   3. 第11回目の授業でおこなったS-JISの文字コードと違っていることを確認
3. 日本語文字コードの種類
   • 2の演習をふまえて、日本語文字コードにはいくつかの種類が存在することを話す
4. 文字化け
   • 文字化けの原因の一つが、コード化のときと、復号化のときの日本語文字コードの違いによるものだということに気付かせる

まず文字化けまでを1回の授業でやろうとしたのは無理がありました。また、授業では16進数を勉強していないにも関わらず、文字コードで16進数が出てきてしまうのが、生徒にとって混乱の元になっているようでした。文字コードを16進数と2進数で合わせて表示できるようなソフトがあれば少しは16進数について理解ができるような気がします。また「メモ帳」でUnicode形式で保存したのですが、UnicodeはS-JISとは開発の発想が違うので、両者を比較するのは意味がなかったように思いました。比較するのであれば、EUCのような別の日本語文字コードを使えばよかったかもしれません。