改訂版プログラミングで科学を学ぼう！ Vol. 3 振動と波動・3Dグラフィックス・カメラ映像処理

学習指導案

■単元名
中級1Aコース Unit1-4 振動と波動

■単元の学習目標
三角関数を復習する。
シミュレーションをとおして、単振動を理解する。
シミュレーションをとおして、波を理解する。
シミュレーションをとおして、複雑な波も単純な波からできていることを理解する。

■テーマ選定の理由
振動や波は身近なところに多くあるが、その存在に気付いてないことが多い。しかしながら、それらの性質を調べることは有用である。プログラムを使えば、いろいろな振動や波を作り出すことができる。

■単元の学習計画
カリキュラム
●左右に振動する円 Unit1 60分
●止まっている波 Unit2 30分
●動いている波 Unit2 30分
●2つの波の合成 Unit3 60分
●たくさんの波の合成 Unit4 60分

■育成したい思考力
単純な法則が複雑な世界を創る。

■評価計画
プログラムで1次関数などの簡単なグラフが描ける。
三角関数、単振動、波を理解している。

■応用・発展
三角波をプログラムで描く。

学習指導案

■単元名
中級1Aコース Unit5-8 3Dグラフィックスの基礎

■単元の学習目標
立体知覚要因について学ぶ。
3Dグラフィックスの基礎を学び簡単な立体を表現する。
地球の周りを公転する人工衛星や太陽の周りを公転する惑星を描く。
上記のシミュレーションをとおして、スケール感を学ぶ。

■テーマ選定の理由
人間がどのようにして普段、立体を知覚しているのかを考えてみることは有用である。
また、ゲームなど多くの場面で使われている3Dグラフィックスであるが、その基礎を知る機会は少ない。
さらに、多くの生徒が地球と月や太陽系のスケール感を全く持っていないことは問題である。

■単元の学習計画
カリキュラム
●立体知覚要因 Unit5 30分
●プリミティブ図形の表示 Unit5 30分
●複数オブジェクトの表示と回転 Unit6 60分
応用１．
●地球の周りを公転するオブジェクト Unit7 60分
●太陽の周りを公転するオブジェクト Unit8 60分

■育成したい思考力
フェルミ推定。スケール感を持つ。

■評価計画
立体知覚要因について理解している。
簡単な立体がプログラムで表現できる。
太陽系などに関して、正しいスケール感を持っている。

■応用・発展
１．立方体を2重ループで縦横にたくさん並べて描く。

学習指導案

■単元名
中級1Aコース Unit9-12 カメラ映像処理

■単元の学習目標
カメラ映像をプログラムで表示する。
カメラ映像をフィルター処理して映像を加工する。
カメラ映像の背景差分を行う。
顔検出の原理を学ぶ。さらにOpenCVライブラリーを用いて顔検出を行う。顔検出の応用についても考える。

■テーマ選定の理由
今や映像は普段の生活の中で欠かせない身近なものとなっている。これらの映像がプログラムで加工できること知っておくことは有用である。
映像の中から顔をみつける顔検出についても、多方面で活用される時代になってきた。どのようにして顔を検出しているかを知っておくことが望ましい。さらに顔検出という技術がどのような場面で応用できるかを考えるといった訓練は将来、技術を世の中で役立てるときに役立つものと考えられる。

■単元の学習計画
カリキュラム
●カメラ映像の表示 Unit9 30分
●フィルター処理 Unit9 30分
●背景差分 Unit10 60分
●顔検出 Unit11 60分
●顔検出の応用 Unit12 60分
応用１．

■育成したい思考力
技術の応用先を自由な発想で考える。ラテラルシンキング。

■評価計画
プログラムでカメラ映像が表示できる。
各種のフィルター処理について理解している。
顔検出の原理についておおまかに理解している。

■応用・発展
１．顔検出において、目だけでなく、鼻、口も検出する。