コンピュータサイエンス　～体験講座～ (東北学院大学榴ケ岡高等学校)

体験講座の内容

自然を言葉にし、その移り変わりを予測したいというのは人間の昔からの願いでした。 自然現象を解明するために、自然現象の本質的な要素を切り出し、要素同士の因果関係を考え、単純化したモデルの構築を行います。 構築したモデルにもとづき、コンピュータシミュレーションを行い、自然現象を説明する因果関係を探求します。

本科学教育プログラムでは自然現象からのアルゴリズムの構築に主眼を置き、様々な自然現象に対してコンピュータシミュレーションをおこなうことで、自然の法則を探求します。 コンピュータシミュレーション体験講座では、物体の運動を題材に、物体の運動を日本語で表現することから始め、より厳密な数学の言葉に変換し、最後にプログラミング言語に翻訳します。 コンピュータ画面上で物体が運動する様子をシミュレーションします。

当日の様子

東北学院大学榴ケ岡高等学校の生徒、約43名に対し、コンピュータサイエンスの体験講座が行われました。 当日は、東北学院榴ケ岡高等学校のコンピュータ室で、榴ケ岡高等学校の副校長の湯本先生、情報の教諭の河田先生が引率の先生として来られました。 授業は、NPO法人 natural scienceの林が行い、ティーチングアシスタントとして、 東北学院大学教養学部情報科学科の３年生と４年生が参加しました。 まず湯本先生から、物理と数学の分野として、学問的に意義があることを、高校3年生の今から、C言語の学習を始めることが重要だという話があり、高校と大学との連携の中で、体験型の教室が開かれることの意義が話されました。

授業の開始は「サイエンスとは、なにか？」という問いかけから始まり、自然に規則性を見出し、因果関係のストーリーをつくることを話し、得られた原理から、移り変わる自然現象を予測するというサイエンスの本質的な部分の話しをしました。 コンピュータシミュレーションは、単にC言語を使ったプログラミングという手法ではなく、 自然を探求するため、未来の運動を予測するためのツールです。 今回の90分の授業では、ボールの運動を記述するための、運動の必要最小限の因果関係を記述する式の導出を行い、コンピュータ画面上でボールを等速運動させました。 合わせて、C言語の基本的な構造や、プログラミングの基礎も学習内容としました。

課題として、ｘｙ平面上で、ボールを運動させること、条件分岐のif構文を使って、ボールを停止させることを行いました。シンプルな課題ですが、位置と速度の階層性を理解することが必要になります。 さらに進んだ生徒は、 ボールが壁によって反射する様子を試行錯誤しながら、シミュレーションしました。 試行錯誤の中で、運動の本質的な要素を切り出し、因果関係を考えるのは面白かったようで、 「できた！」「やった！」という声がたくさん教室から聞こえました。

今後は、希望者を対象にボールの放物線運動の解明を目指して、毎週金曜日に「コンピュータサイエンス」基礎講座と、研究成果の発表である「国際学会へ行こう！」セミナーが毎週月曜日に始まります。 場所は、教養学部情報科学科の４号館2階の情報科学実験室で行われます。