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自動化の進展とそれに伴う自分たちの生活の変化を考えよう

自動化技術について知るとともに、自動化の進展を整理することで、現在や将来の生活でどのように活かすことができるかを考える。

学習活動の概要

単元や題材などの目標

人々の生活を便利にする機械による自動化の仕組みを調べたり、簡単なプログラミングを行ったりする活動を通して、自動化システムを開発・運用することによって社会に貢献できる職業があることや自動化システムを開発する方々の思いに気づき、自分たちの生活における自動化技術を見直し、現在や将来の生活でどのように生かすことができるか考えようとする。

単元や題材などの学習内容

探求課題:自動化の進展とそれに伴う自分たちの生活の変化

本単元においては、身の回りの工業製品の中から自動化されている機械に目を向け、その仕組みを体験的に知ることや開発者の思いを知ることで、自分たちの生活にもたらされる影響やこれからの技術が応用される可能性について考えていく。その上で、自分たちの身の回りの生活に目を向け、どのように自動化の技術を生かしていくことができるのかを考えることを通して、これからの高度に情報化された社会の中での自分の生き方や技術との付き合い方について考えを深めていく。

総合的な学習の時間の学習とプログラミング体験との関連

本単元は、学習指導要領第5章総合的な学習の時間第3の2(9)後段部分「第1章総則の第3の1の(3)のイに掲げるプログラミングを体験しながら論理的思考力を身に付けるための学習活動を行う場合には、プログラミングを体験することが、探究的な学習の過程に適切に位置付くようにすること。」に基づき指導するものである。

「日々の作業を自動化してくれる機械が実際に身近な生活や暮らしを豊かにしてくれているものなのかどうか 」を明らかにするために、実際にプログラミングの体験を行うこととする。

「例示によるプログラミング」と「ルールによるプログラミング」を経験することで、認識して動作を行うという自動化された機械の仕組みに気付くことができるようにする。このようにプログラミング体験を通して得た情報をもとに、自分たちの生活の中で自動化によってもたらされる生活の変化を実感したり、予想したりすることができるようにする。

企業の協力内容
ビデオ等の教材提供
提供内容
  • 身の回りのどのような機械に自動化された技術が用いられているのか
  • ビデオ(お片付けロボットのデモ映像)
  • ビデオ(お片付けロボット仕組み解説)
  • ビデオ(自動化技術の応用可能性)

ビデオ(お片付けロボットのデモ映像)のサンプルはこちらになります。

学習指導計画例(総時数:27時間)

1次:自動化される仕事と、私たちの生活(11時間)
【課題の設定】(2時間)
  • 5年生の社会科の学習をもとに身の回りの生活が便利にしてくれる工業製品にはどのようなものがあったのかを振り返る。工業製品の中でも、「自動」という言葉のつく機械を意図的にグループ分けして取り上げ、その共通点を考えてみる。
    • スーパーマーケット等のチラシをもとに、工業製品とその他のものに分ける
    • 工業製品には、車、電子レンジ、テレビ、スマートフォン、スマートスピーカー、お掃除ロボットなど多様なものがあること
    • 見つけた工業製品の中でも、自動車、自動ドア、自動販売機、自動改札機、全自動洗濯機、自動食器洗い機、などを意図的にグループ分けして取り上げ、その共通点を考える。
    • それらの共通点は何か? 「人が関わらなくても動く」「状況に応じて異なる動作を行う」など
  • 上記の共通点から、「人が関わらなくても動く」「状況に応じて異なる動作を行う」他の機械(「自動」という言葉を含まないものも含む)を考えてみる。
    • センサーライト、冷蔵庫、エレベーター、ゆりかもめ
    • 電卓、電話、インターネット
  • 自動化された機械の中で、自動ドアを例として取り上げ、自動化のための機械には、「状況を認識する部分」と「動作を行う部分」の2つの要素があることに気づく(「動作」は必ずしも物理的な動作とは限らない)
    • 自動ドアは、「人が来たら」自動的に開くけれど、「人が来た」はどうやって分かるんだろう?→認識する機能が必要。そして、「開く」ためには、動く部分が必要。
    • 自動改札は、「人が通り終わったら」自動的に閉まるけれど、「人が通り終わった」ことはどうやって分かるんだろう?→認識する機能が必要。そして、「閉まる」ためには、動く部分が必要。
    • その他には、
      身の回りのどのようなものに自動化の技術が使われているのだろう?
【情報の収集】(5時間)
  • 身の回りのどのような機械に自動化された技術が用いられているのか、株式会社Preferred Networksから提供される動画を用いながら情報収集する。
    • 動画から分かった自動化された機械を整理する。
    • それぞれを自動化の複雑さのレベル(賢さ)で予想して、直線上に並べてみる。
    • どこからをAIを呼ぶのか予想することで、その分類がとても困難であることに気付く。賢さにはひとつの定義はないので、考えてみたい。
  • 直線上に並べたこれらの機械に対して、どれが「AI」であるかを考える。
    • 人によって「どこからAI」と呼ぶかが変わってくるということを実感する。
    • この経験を通して、「AI」が必ずしも特定の技術を指すのではなく、多様な意味で使われることを知る。
    • 私たちは一体、何をAIと呼んでいるのだろうか?
    • その手がかりになるビデオを見てみたい。
  • ビデオ(お片付けロボットのデモ映像)を見る。(サンプルはこちら
    • お片付けロボットのデモ動画を見る。
    • お片付けロボットはプログラムされており、物を認識し(それがおもちゃかどうか、どの向きに置いてあるか、など)、それに基づいて動作を行うことに気付く。
    • どういう状況だと、お片付けロボットがうまく動かないか、意地悪な状況を想定してみる。
      • 片付けるべきものがシーツの下に隠れている、水の入ったコップがある、縫い針のような小さなものがある、など
    • お片付けロボットが自動化レベルの直線上のどこに位置づけられるかを考える
    • お片付けロボットをAIと呼んでも良いか考える
      • これを「AI」だと思う児童がいてもよいし、そうではないと思う児童がいてもよい。
    • 自分たちでは、正直判断がつかない。仕組みを知りたい。
  • ビデオ(お片付けロボット仕組み解説)を見る。
    • ロボットがカメラ画像を通して状況を認識する仕組みについて理解する。(物を見るための装置、物を認識するための機械学習の存在を知る。)
    • 認識結果に基づいて動作を行う仕組みについて理解する。(認識結果に基づいてものを掴む、目的地に運ぶ、そこで離す、という一連の動作が必要であることを理解する)
  • ビデオ(自動化技術の応用可能性)を見る。
    • PFN開発者のインタビュービデオを視聴する。ピッキングロボット、外観検査などを通して、認識と制御という自動化のやり方が自動運転やその他の領域で広く適用可能であること、また機械学習の進化によって、画像認識や音声認識の分野では、人間の認識能力に匹敵するようになってきたことを知る。
【整理・分析】(3時間)
  • これまでに見たビデオから、AIの技術について整理する。
    • 機械には、様々な自動化のレベルがあること
    • 特に画像認識については、人間の認識能力に近づいてきていること
    • 「AI」とは、人によって捉え方が違っても良いこと
    • 自動化には、認識と動作の2つの部分からなることが分かった。
    • AIの技術によって人ができなかったことについてできる可能性があることが分かってきた。どんな仕事をAIが変わりにやってくれるのだろうか?
  • 機械による仕事の代替についての資料を見る(今後、9 月までにスライドなどを準備して提供予定です)
    • 過去に、人がやっていた仕事を機械が代わりに行なっている例を知る。電話交換手、計算手、改札係員、エレベーターガール/ボーイ、…
    • 今後、機械によって置き換えられる仕事について考える
      • オズボーン・レポート
      • 有人レジ→無人レジ
      • タクシー運転手
      • 荷物の配達員も機械に変わっていくだろう
    • 今後、新たに生まれる仕事について考える。
    • 機械がやったほうがうまくできるけど、人間がまだやっていることはなんだろう
      • スポーツ、特にマラソンや短距離走は車のほうが優れているがなくならない
      • 将棋やチェスはもうコンピュータの方が強いが、プロの棋士はいなくならない。
    • チェスのプログラムは人より強くなったが、そのプログラムと戦うことで人も強くなった。(カスパロフの話?)
【まとめ・表現】(1時間)
  • これまでの学習から、自分たちの生活と機械の自動化というテーマで感じたことや考えたことについて振り返りを書き、交流する。
    • 自動化が急速に進んでいることや、これからの可能性は少し理解できた。
      • 今後何が自動化されていくのか、見通しをもつことは難しい。
    • 自動化は本当に、私たちの幸せを向上させるだろうか。
      • 自動化に頼りすぎることで、人は退化しないだろうか
      AIは、本当に私たちの生活を豊かにしてくれるものなのだろうか
2次:自動じゃんけん器プログラミング体験と、自動化の可能性(16時間)
【課題の設定】(1時間)
  • 日々の作業を自動化してくれる機械が実際に身近な生活や暮らしを豊かにしてくれているものなのかどうか、考えを交流する。
    • 改札機、炊飯器、冷蔵庫など、自分たちの生活には欠かせない物に使われている。
    • スマートフォン、スマートスピーカー等、暮らしに無くてはならないものに使われている。
    • 機械には、その複雑さに応じて様々な自動化レベルがあることを振り返る
    • 自動化するには、状況を把握する認識部分と、その認識に応じて動作を行う部分があることを振り返る
    • 「何気無く使っているけど、その仕組みはわからない。」
    • そもそもどういう仕組みなんだろう?生活を豊かにするものなのかを判断する前に、まずは、自分たちで実際に体験して調べてみたい。
【情報収集】(5時間)
  • 自動じゃんけん器プログラミング体験 (今後、プログラミング教材及び、指導ガイドを提供します)
    • プログラミングとはなにか?基本的な考え方や仕組みについて知る。
    • お片付けロボットに代表される、何かを認識して、それに応じて動作をするものはプログラミングで動いている。
  • 機械にじゃんけんをさせるためには、何が必要かを考える。
    • 相手(人間)の手が何かを認識する
    • その認識結果に基づいて動作を決定する
  • 認識部分は、例示によるプログラミングを行う
    • 例示によるプログラミングでは、多くの例を必要とし、時々は間違うこともあることを知る
  • 動作部分は、ルールによるプログラミングを行う
    • ルールによるプログラミングでは、ルールが正しいと、必ず結果は正しく、ルールが間違うと、常に同じ間違いを繰り返すことを知る。プログラミングには、例示によるもの(帰納的プログラミング)と、ルールによるもの(演繹的プログラミング)の2種類があることを学ぶ
プログラミング体験
目的

自動じゃんけん器をプログラミングで作ることで、プログラミングとはなにかの基本的な考えや仕組みについて知る。

実施内容
Preferred Networks提供の自動じゃんけん器プログラミング環境を使う
【整理・分析】(5時間)
  • 自動じゃんけん器プログラミング体験をもとに、自動化するということはどのような作業か、社会にとってどのような意味があるかを話し合う
    • プログラミングは、なかなか最初に思った通りには動かない。試行錯誤が必要
    • しかし、実際に動いてみると楽しい
    • プログラミングには例示によるものと、ルールによるものがあることがわかった
    • この自動じゃんけん器と同じ仕組みで、どういったものが作れるだろう
      • じゃんけんではなくて、花の判別(チューリップとタンポポを見分ける)に使えるだろうか。
      • じゃんけんではなくて、手話の翻訳ができるだろうか。そのためにはどのようなデータが必要だろうか(動きのデータ、など)
    • AIは思ったより難しいものではない。データで音や画像を認識させていくものだ
    • 大切なのは正確なデータを集めることだということがわかってきた
    • 正直、プログラミングの仕方についてはわかったけれど、この技術が自分たちの暮らしの中でこれからどのように発展していくのかは想像がつかない。
  • ビデオ(ソフトウェア開発者の思い)を見る。
    • 世の中の価値の多くが情報技術、特にソフトウェアによってもたらされていること("Software is eating the world” by Mark Andreessen)
    • 世界中で使われるソフトウェアを開発することで、世界に大きなインパクトをもたらすことができること。プログラム開発者はそのような大きな夢を持てること
    • 「例示に基づくプログラミング」は新しい考え方で、今後のプログラミングの多くは例示に基づくものになるだろうということ ("Software 2.0” by Andrej Karpathy)
    • 機械は、ロボットのように物理世界を相手にするようになることで、より私達の生活を変えていくであろうこと、そのような世界を実現するためにPFNが努力していること
    • 作ったものを広く広める価値について
      • プログラムは多くの人に配布することが比較的容易であるため、優れたプログラムでありかつそれを多くの人が利用するようになれば、広く社会にポジティブな影響を与えることができる可能性がある
【まとめ・表現】(5時間)
  • • AIは自分たちの生活を豊かにしてくれるものなのかどうか話し合う。
    • 人間の使い方や分野によって可能性は異なるけれど、きっと私たちの生活を豊かにしれくれるものには違いない
    • 実際にどんな分野で活用することができそうか考える。
    • 自分たちの身の回りで役立てることができそうな場面や場所についてアイディアを出し合う。自分たちが自動化してみたい作業は何か。
    • 「生活を豊かにしてくれるもの」「生活を助けてくれるもの」「社会に悪い影響を及ぼすもの」など複数の視点で意見が交流できるようにする。
    • 学級での話し合いをもとに、自分の考えをレポートにまとめる。
    • 学級での意見を交換した内容をもとに、企業の方に自分たちの考えを提案してみる。

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