2024年春号
授业に潜入！ おもしろ学问
喜多 一
国际高等教育院 教授
冈本雅子
国际高等教育院 特定講師
家电や自动车、ウェブサイトやアプリケーションなど、私たちの生活を便利にするものの多くはコンピュータによって机能している。そのコンピュータを思いどおりに动かすのに必要なのがプログラム。プログラムを记述するプログラミング言语も、颁言语や闯补惫补、叠础厂滨颁、厂肠谤补迟肠丑など多数のものが开発され利用されている。なかでも、础滨のほかさまざまな学术分野で活用され、近年注目されているのが笔测迟丑辞苍（パイソン）。初学者にも取り组みやすいうえに、応用范囲の広さも魅力。この授业では、笔测迟丑辞苍の演习をとおして、学生一人ひとりが创造的にプログラミングするための土台作りをサポートする。
この授业では、笔测迟丑辞苍を题材にプログラミングの基础概念を学び、简単なプログラムを设计、実装、テストできるようになることを目指します。プログラミングは初学者にとってハードルが高いので、自宅で予习して、授业で学习を深める反転授业の形式を採用。宿题は教科书を読んでサンプルのプログラムをそのとおり作成して动かしてくることを课し、教员や罢础がその场でサポートできる授业でその解説と発展的な课题に取り组みます。今回の授业では、タートルグラフィックスを使用した课题作品の讲评と、プログラムの设计に必要なプロセスを説明します。
喜多● 前回の授业では、タートルグラフィックスという机能を扱いました。この机能は、前进や回転を命令するコードによってカメを模したカーソルを动かし、その轨跡でグラフィックを作成するものです。课题としてタートルグラフィックスを使った作品制作に挑戦してもらいましたので、今日はみなさんの作品の讲评から始めましょう（❶)。
桥本さんの作品は夜景を描いた綺丽な絵です（a）。ソースコードを书くのにかなり苦労したのでは。
桥本さん● カメに前进や回転を一つひとつ指示するのに骨が折れました。とくに叁角形を描くのがうまくゆかず、苦労しました。
次は山口さんの作品です（b）。
山口さん● マウスを使って絵を描くと、それを放射状にコピーして万华镜のような模様になるようにしました。できれば镜像にしたかったのですが、难しくて断念しました。
左右対称の作品に挑戦した方は他にもいましたが、向かいあう図形をひっくり返して作図するプログラムは难しいですよね。
诸桥さんの作品はカメがデジタル表示の数字を描くものです（c）
诸桥さん● なにか机能をもたせたくて、デジタル时计にしました。1分ごとに数字が変化するように设计できたので満足しています。
パソコン内蔵の时计に同期して数字が変化するんですね。カメは频繁に动かないといけないから大忙しですね（笑）。
小林さんの作品は花火でしょうか（d）。どこが难しかったですか？
小林さん● 大きな花火の背景で小さな花火が同时に表示されるように并列処理するのがうまくゆかず、苦心しました。
タートルグラフィックスではカメは同时にひとつしか动かせません。别の机能を组み合わせる并列処理を勉强して挑戦したのですね。
みなさんありがとうございました。ソースコードはダウンロードできますので、「いいな」と思った作品があればぜひ动かしてみてください。
今回の授业ではプログラミングの全体像を学びましょう。先に授业中に取り组む课题を説明します。
叁目并べにおいて、先手が胜っていることを判定する方法を説明せよ
みなさん、「三目並べ」は知っていますか。3×3の格子に先手は○、後手は×を交互に書き、先に自身の手番の印を一列揃えたら勝ちという遊びです。この遊びをプログラミングで再現するうえで、「先手の勝ちを判定する方法を説明してください」というのが课题です。この遊びを知らない人に電話でルールを説明して審判を頼むようなものですね。
説明する際には、盤面上の位置を縦横それぞれ「0、1、2」として、「盤面（0、1）が○である」といった表現で記述してください。例えば0行めの横方向で先手が勝っていることは、「盤面（0、0）が○である」かつ「盤面（0、1）が○である」かつ「盤面（0、2）が○である」という条件で表現できますね。人間なら言葉で説明されなくても数分間遊べばなんとなくルールが分かります。ところが、コンピュータは言葉にしないとなにもできません。だから、まずは言葉にしてみましょうという课题です。
これまでの授业で笔测迟丑辞苍の主要な机能はすべて学びました。ですが、それだけではプログラムは设计できません。なぜなら、これまで学んだのは大工仕事でいうと、「金槌」と「のこぎり」の使い方だからです。みなさんは道具をひととおり使えるようになりました。ですが、家を建てるには、家とはどんなもので、どのような手顺で建てればよいかを知っている必要があります。そこで今回の授业からは、叁目并べを例に家の建て方、つまりプログラムを完成させるまでの工程を学びましょう。
全体像を简単に説明します（❷）。はじめに、目的である「叁目并べ」という游びはどのようなもので、どう进行するのかを言叶で表现します。次に、その言叶を分析します。プログラムの要素となる変数やその値、関数としてなにを表现すればよいかという视点から分析することで、プログラムに必要なものを理解できます。この段阶ではパソコンは必要ありません。
分析が终わったら、プログラムを组む顺番を考え、动作テストの方法も决めておきます。ここまで进めてはじめてパソコンでの作业に移り、プログラムを构成するデータや関数を作成します。作った関数はその都度テストし、最后にすべての関数を组み合わせてテストして完成です。
分析の手顺を具体的に説明します。まずは、叁目并べを言叶で説明しましょう（a）。小学生でも游べるような単纯な游びですが、「交互に手番を入れ替える」、「3×3マスの盘面を使用する」などとあらためて言叶にするのは骨が折れます。言叶にできたら、名词や形容动词、动词などの品词に着目して分析します（b）（c）。すると、特定の値や状态を范囲として含む言叶があることが分かります。
例えば名词だと、「手番」。手番は「先手」か「后手」かという2つの値をとります。ほかには「盘面」もあります。「盘面」には9マスがあって、それぞれ空いているか、○が书かれているか、×が书かれているかの3通りの状态がありえます。こうした特定の値や状态を含む名词が「変数」です。
次に动作に関する表现に着目すると、「どちらの手番か」、「マスの状态はどうなっているか」、「胜っているか、负けているか」と状态を调べる表现があるはずです。他には、「手番を変える」、「ここに○を书く」という状态を変える表现もありますね。调べたり、変えたりする动作を担うのが「関数」です。
ここまでの作业で、叁目并べにおける「変数」と「関数」はなにかが分かりました。この分析の段阶は、わりと文系の世界なんです。
ここまでくればコンピュータに指示を与えるソースコードを书けますが、动作テストの方法を先に考えておきます。今回は実际に游んだ场合の棋谱を、胜败パターンごとにいくつか用意しておきましょう。これで、棋谱どおりに动くかどうかをいつでも确认できます。
テストも用意できたら、いよいよソースコードを书く段阶です。さきほど确认した「変数」と「関数」を设计します（d）（e）。例えば、盤面の状態を表すには、3×3の要素をもつことができるリストというデータ形式の変数をboard とし、それぞれの要素をとる値は「0＝空き」、「1＝先手（○）」、「2＝後手（×）」とします。ただし、0、1、2という数字はプログラムでは別の意味でも使用するので、勝敗判定の際の「引き分け」を含めて、「OPEN＝0」、「FIRST＝1」、「SECOND＝2」、「DRAW＝3」と定義しておきましょう。関数も同様にソースコードで表現します。
それでは、本日の课题に取り組んでください。来週の授業では、プログラム全体のソースコードを確認しながら、完成までの流れを理解しましょう。
「授業で使用する教科書は、2019年に喜多教授が独自に執筆したもの。印刷?製本はせず、PDF形式で学生に配り学外にも無料公開している。2021年版、2023年版と合わせた累計ダウンロード数は100万回を超す。共著者の冈本雅子特定講師は、大学院生として喜多教授のもとでプログラミングの教授法を研究し、現在はともに授業を担当する。
授业でも取り上げるフラクタル図形の日よけの下で
喜多●
授业の目标は、学生がそれぞれの研究に进んだ际に、プログラミングを活用するための土台づくりです。学年も学部も问わないので、受讲生の7割は初学者。文系の学生も多くて関心はバラバラなので、高校までで学んだことを踏まえ幅広く活かせる知识が身につくよう工夫しています。
教科书では、ソースコードを数式や英语のように理解してしまうなどの、初学者にありがちな误解もフォロー。2021年度版からは、初学者向けのプログラミング教授法で博士号を取得した冈本先生にも参加いただいて、毎年改订を重ねています。教科书を独自に用意する例は他大学にもありますが、初学者に寄り添うものは珍しいはずです。
冈本● 授业中に学生から相谈を受ける际に意识しているのは、考え方でつまずいているのか、技术的な问题なのかを区别すること。技术的な问题は他の学生もつまずきやすいので共有し、考え方の场合はどのような表现や喩え方であればわかりやすく伝わるかを工夫しています。
喜多● 教科书を无料でダウンロードできるようにしたのは、友人とシェアしながらわいわい学んでほしかったから。プログラミングは「これができるなら、こういうこともできるはずだ」と、楽しんで取り组むと吸収が早い。プログラムをあれこれいじりまわして、试行错误しながら能动的に学ぶコツを身につけてもらえると嬉しいですね。
和文は
英文は
きた?はじめ
1959年、大阪に生まれる。京都大学大学院工学研究科博士后期课程を研究指导认定退学。工学博士。东京工业大学助教授などを経て、2013年から现职。
おかもと?まさこ
1977年、爱知に生まれる。京都大学大学院情报学研究科博士后期课程を修了。博士（情报学）。京都大学高等教育研究开発推进センター特定讲师などを経て、2023年から现职。
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