小学校家庭科授業　「快適さとは」Microbitで明るさ測定

プログラミング教育の必修化ということで、Microbitを小学校の先生に教えたところ、その先生がプログラミング教育にMIcrobitを取り入れた研究授業を行い、その手伝いをしました。

研究授業は家庭科の単元（5年生対象）で、「快適さ」というテーマで、身の回りの環境（明るさや温度）を測ることで「快適さ」について考える授業でした。
そこで、Microbitを使って、明るさや温度を測って、数値化、可視化することを行いました。
Microbitには、前面のLED25個のところに光センサーが入っています。（「明るさ」センサーはLEDとの兼用。LEDが光っていないのとき「センサー」になる。センサーの数値は「0」〜「255」。）また、裏面に温度計が入っています。
照度計の説明
 照度計の原理説明

実際に授業で使ったプログラム

コードの解説

Aボタンを押すと明るさの測定を行います。明るさを変数に入れてもよいのですが、子どもたちが変数に慣れていないこともあるので、変数は使っていません。
LEDブロック中に棒グラフ表示のブロックが入っています。グラフ表示の後、一時停止を入れないとグラフがすぐに消えてしまいます。
このプログラムでは、グラフで表示した後、数値を読み取るために数値を表示しています。
Aボタンのプログラムを作った後、プログラムの複製でBボタンのプログラムを作ります。値、最大値、を変更することで温度センサーを作ることができます。
このプログラムを入れたMicrobitを使って、教室や廊下の明るさや温度を測って表にまとめるました。そして、「快適さ」について考えました。
小学校では、Microbitを20台用意して授業を行いました。これを子どもたちに貸し出し、家庭でも測ってくることが課題として出されました。

少し改良したプログラム

コードの解説

このプログラムが動いているかどうかわからないので、初めにのブロックに何らかの文字列を入れます。
ここでは「OK」と入れています。また、7秒ごとに動いていることを確認するために矢印を表示します。
さらに条件分岐を入れて明るさの値ごとに何か表示する、音を出すなどがあってもよいかもしれません。

手伝って感じたこと

Microbitの明るさセンサーのばらつき

20台もあると中には、感度の極端に低いものや、高いものなどMicrobitにばらつきがあります。あらかじめチェックをして揃った感度のものだけを子どもたちに使わせるか、ばらつきも含めて「計測とは」、「品質とは」を考えさせるのもよいかとも思いました。
また、感度の低いものはすごく明るいところ用の測定に使う、感度の高いものは暗いところの測定に使うなどの用途分けに使ってもよいかもしれません。

データの統計処理

測定結果を表にまとめたので、平均やばらつきなどの計算やグラフを書いてみると、より発展的に可視化できるのではと思いました。統計の基礎である数値に扱い方にもなるのではと思いました。（もはや家庭科の授業ではなくなってしまいますが。）

感度補正

Microbitの明るさセンサーの表示は教室では大体100ぐらいを表示していましたが、照度計などでMicrobitの感度補正が必要だと思います。感度補正ということもいい課題になると思いました。（窓側では、255を振り切っていました。）

その他取り扱い

子どもたちが家で使うときは、電池につないでMicrobitを動かしますが、電池ボックスにはON/OFFスイッチのついたものが良いかと思いました。（学校で用意したものはスイッチのついていないもの。使うときだけ電池ボックスに電池を入れて使う。ショートの防止と電池の寿命のため）

Microbitは電圧端子（Microbit下側にある、0,1,2,3V,GND）がむき出しになっています。例えば金属の上にMicrobitを置いて動作させたとき、グランドと3V端子が短絡してしまうことがあります。そのあたりは注意が必要かとも思いました。

参考　明るさの単位　ルクスとルーメンス

明るさの基準について

部屋の明るさなどその場の明るさはルクス(lx)。
照明器具自体の明るさはルーメン(lm)。
・教室及びそれに準ずる場所の照度の下限値は、300 lx（ルクス）
・教室及び黒板の照度は、500 lx 以上であることが望ましい。
・コンピュータ教室等の机上の照度は、500～1000 lx 程度が望ましい。
・テレビやコンピュータ等の画面の垂直面照度は、100～500 lx程度が望ましい。

明るさの目安 (lx)

屋外・快晴 100,000
屋外・曇天 25,000
日中の木陰（影の輪郭線から1ｍ内側）10,000
晴れた日中、室内の南窓から1ｍ内側　3,000～5,000
曇り空　5,000前後
野球場　内外野 2,000
町の街灯下 100
居間の全体 200
寝室の全体 30
満月の夜 0.2
星明かりのみの夜 0.02
闇夜 0.007