本時の目的
コンピュータの仕組み（１）
指導過程
礼、挨拶。一拍おいてから。
｢では今日はこのパソコン、コンピュータについて勉強するんやけど、この中には日ごろからパソコンを使っている人も多いと思う。図書館の検索やチャットでの会話や調査とかどれか一つくらいは皆やったことあるやろう？まあ中にはゲームしかしたことないって言う人もいるかもしれないけどな。｣
｢それじゃ、家にパソコンがあるって言う人手を挙げてみて。｣
多分過半数が手を挙げる。
｢さすがに多いな、じゃあ、家なんかでほぼ毎日パソコンをかなり使っている人どれくらいいるかな？｣
｢ちょっと手を挙げてみてくれる？｣
・多分1/4以上が手を挙げるはず
｢やっぱり多いなぁ、俺が高校生のときなんかも1クラス3〜4人はいたけどここまで多くなかった。だから中にはパソコンの使い方についてとても詳しい人もいるだろう。｣
さっき最後に手を挙げた人から数人に専門的なことを聞いてみる。
※ コンピュータの名前の意味を聞く(必須)
知っていた場合｢そう良く知ってるね。その通り計算機なんよ。昔の人が物凄い量の計算をもっと楽にしたいと思って作り始めて、歴代の研究者の集大成がこのコンピュータなんよね、だからパソコンは大変高レベルのサボり道具とも言えるわけだ｣
その他
・ プログラムを打ったことがあるか。
・ パソコンのパーツを取り替えたことがあるか
・ トロイの木馬とは何か・・・・など
｢やっぱり詳しい子はかなり知っているみたいやね。でも便利だから使っていてもその使っているものがいったいどんな仕組みなのか知らないで使っている人のほうがほとんどだと思う。コンピュータはものすごい量の計算をすることができて、実際してるんだけどそのことを知らなくてもあつかえるからね。
でも知っていて使うのと知らないで使うのとではやっぱり事情が変わってくる。そういうことで皆が日常使っているこのパソコン、コンピュータがどうやって命令を表しているか、その仕組みについて今回は勉強していきたいと思います。」
発問：
「まず、俺達人間が何かしようと思うとき、例えばこう右手を挙げるとすると頭から腕に右手を挙げろって言う電気信号が送られて、それでもって筋肉がそれに反応して手を挙げるわけだ。そしてコンピュータにも命令をコンピュータに伝えるものとしての信号がある。じゃ、コンピュータにとっての信号は何だ？」
一拍おいて
「じゃ、○○さん答えてくれる？」
(何人かに聞いてみる。多分何人かは答えられない)
考えられる返答：分かりません、電気信号、デジタル信号
(教科書に明記してあるものなので、たぶん答えはすぐに出るはず。出ずとも教科書を見るように促すなどして次に進む)
｢そうやな、デジタル信号やな、デジタル信号は0と1で表現されているんやけどそれはまた今度な。デジタル信号に対してもう一つの信号にアナログ信号があるんだけど、皆も耳にしたことぐらいはあるんじゃないかな」アナログとデジタルを黒板に書く
「さて、今日はこの二つの違いに主についてやるんやけど、実はこの二つの信号の名前を使って種類分けしている日常品があるんや・・・誰か答えれるかな？」
(答えれそうな子がいたらその子を当てる)
答え：時計（他にでたらそちらを使用する）
｢そう時計が一般的なものではとくに知られているね、アナログ時計とデジタル時計。それじゃあ自分の時計を見てみようか、中には両方の機能がある時計もあるかもしれないね。｣
(一拍おいて)
｢デジタル時計の人、手を挙げてみてくれる？｣
｢それじゃ、アナログ時計の人は？｣
一応両方挙げてない人に理由を聞いてみて、人数に関して感想をもらしてから
(たぶんデジタルのほうが多い)
｢（多かった方）の方が多いみたいやね。ではその二つの違いは何だろうか。隣の人と相談してもいいよ｣
(列単位で何人かの生徒を当てて聞いてみる。他ごとやってそうな生徒がいるところを主に狙う。)
・ 何でも良いが
・ アナログは直観的に見てあとどれくらいかだいたい把握できる。(流動的)
・ デジタルは見るだけで具体的な時刻を知ることができる
・・・のようなことが出ればよい。
（｢こんな特徴があるんやね。今答えてもらったように数値が直接表示されたものがデジタルの、変化していっている数値を見た目で表しているものがアナログの特徴のみたいやね。体温計なんかもこの二種類があるね｣）
｢極端に言えば熱を測って何度だった？って聞かれて、何度何分ってしっかり答えれるのがデジタル。まあだいたい何度何分くらいかなーって曖昧になってしまうのがアナログなんね。じゃ、どっちが便利なんだろうか？どっちのほうが便利なのか。便利やと思うほうに手を挙げてみてくれる？必ずどれかあげてな｣
・アナログ、デジタル、どっちもどっちの３つのうち一つ挙げてもらう
各選択肢で一人二人ずつ理由を参考程度に聞いてみる。
結果がどうであれ次に進む。
｢実はどっちともいえないんよね。まあ人それぞれ意見はあるかも知れんけど今はちょっとおいといて。じつはデジタルはある意味正確な時間を示しているとはいえないんよ。
なぜか？」
一拍おいて
｢分かる人いる？｣
(いたら当てて、いなくても分かってそうな子を当てる)
(まあ三人目かそれくらいに答えてくれるかも)
｢そうだね、そんな感じ。体温が常にきっかりした数字になるわけないから36.8℃でも36.79℃かもしれないし36.82℃かもしれない。時間だってそう、時間は常に進んでいるから何時何分とは表示されていても秒単位以下も常に進んでいるからね、だからデジタルはそこんとこはぶいてるから正確とは言い難い。｣
｢じゃあなぜそんなの使っているんだろうね？聞いてみようか｣
｢じゃあ○○君。｣
(暇そうな子を狙って聞いてみる)
(質問そのものは単純なので少しすれば答えが出ると思うが、出なくとも良い)
｢日常ではそんな細かい数値までは気にしない、というよりも必要ない。例えば約束とかするときに11時28分37秒に待ち合わせ、とかはしないよね。11時頃待ち合わせー、とかが普通。だからデジタルを使っているんよ。まあつまりアナログはあまりに忠実過ぎて逆に分かりにくくなっちまってるってことになるね、しかもそこまで正確に表示していてもみんなそんな細かところまで使わないしね、損な役割やな。ちなみにこんな風にアナログの数値をデジタルの数値にすることを両方の頭文字をとってAD変換というから覚えとき。｣
一拍おいて
｢で、そのAD変換っていうのは具体的に何なのかって言うと、例をだすとするとダビングとかが挙げられるね。カセットテープやLPレコードをMD、CDを使ってダビングするのも、まぁ厳密に言うとちょっと違うんだけどAD変換のうちに入るんよ。もちろんここでのアナログにあたるのはテープやレコード。デジタルにあたるのはMDやCDになるね。｣
「実際テープはアナログ信号、MD,CDはデジタル信号を使って音楽なんかを録音していている。それでそれぞれこんな感じの波に表せれるんだけど」
(黒板にアナログとデジタルの波を書く。)
「それぞれこんな波なんね。ではどっちがデジタルなんだろうか、聞いてみようか」
一拍
｢こっちの複雑な信号がデジタルだと思う人？」
｢そうじゃない、こっちの単調な信号のほうがデジタルだっていう人。｣
(どんな結果になってもそれの感想を述べて)
「そう、こっちの単調な方がデジタルやね、ちなみにこのデジタル信号は０か１か、この波が規定より高いか低いか(信号の真ん中に横線を引いて)で判断しているんよ。０が低いで１が高い。そしてこっちの信号のアナログは、この波の全部(アナログの波をさしながら)で判断してる。ここも覚えといてな」
｢それでは、ここまでデジタルとアナログの特徴についてやってきたんだけどパソコンに使われているのはどっちだったかな？｣
｢じゃ、○○君覚えてる？最初のほうに言ったよね。｣
(発問の内容自体は簡単なので答えはすぐに出るはず、出なくとも別に良い)
｢そうだね、デジタル信号だ。では何でパソコンにはアナログではなくデジタル信号が使われているんだろう？｣
｢誰か見当がつく人いるかな？｣
(パソコン経験者を中心に数人当ててみる)
・アナログは数値がはっきりしない。信号が複雑だ。
・デジタルは数値はっきりしている。アナログに比べて単純である
みたいな事が出ればしめたものだが、多分あまり出ない。
｢(その通り､)そもそもコンピュータは最初の時に言ったように計算して解いているんだけど、その性質上頻繁にコピーが行われるんだ、でそのコピーするときにはどうしても雑音が混ざってしまう。じゃ試しにアナログをコピーしてみよう｣
「なんだか最初と違うものになっちゃったね。こういう風にアナログだと何度も何度もコピーしたりすると伝言ゲームのように最終的に意味が当初と違うものになってしまう。｣
｢じゃデジタル信号だったらどうだろう。｣
「デジタルも結構変わっちゃったけど、そもそも(真ん中の横線をさしながら)この線より上か下かだけを判断しているからほとんど影響がないわけだ。」
｢さてやっとこれで、どうしてパソコンとかのコンピュータにデジタル信号を使われているか理由ができたね。｣
｢じゃ、最後の質問だ。何で最近のパソコンにはアナログ信号を使わないんだろう？｣
「○○君答えてくれる？」
(正解しなくてもヒントを与えてしてもらう)
ヒント(上から順に)
・ コンピュータは計算するときとかに頻繁にコピーをする
・ それなのにアナログはコピーを繰り返すとどうなる？
・ 最初と違うデータを使って計算すると答えはどんな答えが出る？
｢そうだね、コンピュータが計算するのに不具合が生じてしまう。だから何度コピーしても大丈夫なデジタル信号が使われているんだ。これでデジタル信号が使われている主な理由はわかったね。｣
｢では、さっきも言ったように、デジタル信号のこの波は０と１の二つで表示している。ではどうやってたった二つの数字でいろんな情報を判断して処理しているんだろうか。この0と1での表示の方法を2進数というんだけど、時間がないのでそれまた次回やります。次はパソコンも使用するのでお楽しみに。｣
｢それじゃ今回はここまで、今日はデジタルとアナログの違い、そしてデジタルがパソコン等で使われている理由についてやりました。次回は2進数を使って授業をやります。質問は授業後来てください。お疲れ様でした。｣
授業終わり
杉浦コメント：情報の授業はまだみんな手探りのようです。この授業は、あえて知的にコンピュータの仕組みを考えてみようという必然性を与えられていると思います。本当は2進法まで進めるともっと学ぶ意味がわかったかと思います。