「京」開発責任者が構築した中高生のためのAI授業…清風

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 清風中学校・高等学校(大阪市)は、今年度から高校1年生を対象に、AI(人工知能)の基本を学ぶ「情報」の授業を新たにスタートした。授業のカリキュラムは、スーパーコンピューター「(けい)」の開発責任者として知られる井上愛一郎氏が構築し、オリジナルの教科書やプログラミングの開発環境を用いる。同校の常勤顧問である井上愛一郎氏と平岡弘章副校長にこの授業の狙いなどを聞いた。

スーパーコンピューター「京」の開発経験を中高生に

 ――新たにAI教育の授業を始めた目的は何ですか。

清風の常勤顧問を務める、スパコン「京」の開発責任者・井上愛一郎氏
清風の常勤顧問を務める、スパコン「京」の開発責任者・井上愛一郎氏

 井上愛一郎顧問(以下、顧問) それは「本質を知るIT教育」です。コンピューターの中身を知らず、操作するだけの経験から、新しいものや改革は生まれるでしょうか。これからの時代、文系理系を問わずAIを活用していく機会があるでしょう。関わり方はさまざまですから、むしろ原理原則を知ることが重要です。そして、コンピューターの本質を知るのは、大学で専門を学ぶ前の中高時代が最適だと考えます。

 ――「京」の生みの親として知られる井上さんが、中高校の顧問という教育の道を選んだのはどうしてでしょう。

 平岡弘章副校長(以下、副校長) ある講演会で井上先生が「近視眼でなく高いところ、広いところに立って、自分の決断が人類のためにプラスになるかを判断し、選択することを基準にしている」と話されるのを聞いて感動し、本校の生徒に特別講義をお願いしたのがきっかけです。

 顧問 「京」の開発責任者として理化学研究所をはじめ最先端で研究開発をする優秀な人たちと一緒に仕事をしてきて痛感したのは、専門の勉強をする前に基礎を学ぶことの重要性です。私が考案した「人間コンピューター授業」は専門領域に触れる前の中高時代にこそ体験する価値のあるものです。専門分野に入ってしまうと抽象的な理解で終わってしまいます。そうすると、ピンとくるという、センサーのようなものが育ちにくいように思います。

 同時に、これだけIT教育やAI人材の育成が叫ばれているのだから、子供たちには将来のためにせめてこれくらいの知識は持たせてあげたい、というエンジニアとしての希望もあります。「京」の開発責任者という荷を下ろしたら、次代の子供たちのために役立ちたい。その思いで2017年春から清風の常勤顧問として中等教育に携わっています。

プログラムを数式で描く

 ――AIの仕組みを高校1年生はどのように学ぶのでしょうか。

CPU内で何が行われているか計算で確かめる生徒たち
CPU内で何が行われているか計算で確かめる生徒たち

 顧問 コンピューターの仕組みをブラックボックスのままにせず、中身がどうなっているか知ることから始めます。「パソコン組み立て授業」では、実際にパソコンを組み立て、OSをインストールし、動かしてみる。「人間コンピューター授業」は、パソコンの心臓部と呼ばれるCPUの働きを知るために教室の床いっぱいに回路図を引き、生徒自身が情報を持って歩いて渡していく。すでに一昨年から単発の講座で実施してきたものです。

 コンピューターはソフトウェアによって計算や制御などさまざまなことを行わせることができる汎用(はんよう)的な機械です。今も、昔も、大きくても、小さくても、スパコンも、パソコンも、スマホも、みな基本原理は同じです。その根本のところから学んでいくことが特徴です。今まで2年続けて春休みに希望者を募って集中講義を行い、パソコンの基本からプログラミングまで学んできました。その結果を踏まえて完成したのが、この春にスタートした通年のカリキュラムです。

 ――プログラミングの授業は他校でもよく耳にします。

 顧問 本校ではプログラミングは数学から始めます。中学になると数学で方程式を学びますね。変数も式も複数ある場合は、行列とベクトルで計算します。行列は2012年度入学の高校生以後、教科書から消えましたが、それまでは高校で学んでいた分野です。プログラミングの授業では、連立方程式、行列、ベクトルという数学の基礎知識を使いながら、どのようにして情報を扱っているのか原理を学びます。

 ――パソコンの前で指示の通りにクリックしたり、コードをタイプしたりするのではなく、数式を書いて理解するということですか。

 顧問 そうです、プログラミングに必要な数学をかいつまんで、基礎の基礎を丁寧に生徒と一緒に見ていきます。基礎の基礎といってもやはり骨は折れるのですが、「面白い」「はまる」という生徒が一定数出てきたので、手応えを感じました。

 数学の授業では、抽象的な概念を理解し、演習で確認するのに対し、私の授業ではプログラミングの仕組みを理解するのに、道具として数学の知識を使うので、用途が明確な点も生徒の興味関心を引く理由になっているように感じます。

 仕組みが理解できたら、実際にプログラムを書いていきます。AIでは、「Python(パイソン)」というプログラム言語がよく使われます。生徒が使いやすいようにAIの開発環境を「Python」で作り「ufiesia(ウフィーシア)」と名付けました。

 ――井上さんが開発したのですか。

 顧問 はい、そうです。逆さに読むと「清風」の名が入っています。授業でプログラムに必要な文法を、それも最低限、基礎の基礎を学び、生徒たちは画像の判別プログラムを作ります。この春からスタートした高校1年生は、2学期からプログラムの文法を学ぶ段階に入ります。

大学入試につながる情報の授業

 ――基礎や基本を教えるということですが、簡単ではなさそうです。あえて高1生の通年カリキュラムとしたのはどうしてですか。

数学を使い、プログラムの本質を学ぶ井上氏の情報の授業
数学を使い、プログラムの本質を学ぶ井上氏の情報の授業

 顧問 特別講座だったものを通年の講座でカリキュラムにしたきっかけは二つあります。一つは、ある生徒がAO入試の対策で質問に来たことです。工学部でプログラムに関する試験があり、不明点を聞いてきました。その生徒に指導する中で、もっと体系的にさらに基礎から生徒が理解することが重要だと気付きました。

 もう一つは、集中講座を実施して気付いたのですが、「情報」の授業は教科横断的な内容であり、生徒の知的好奇心を刺激するということです。人間コンピューターの授業では論理仕様書を解読することもするのですが、これが国語の読解力を必要とします。連立方程式、行列、ベクトルまでさまざまな数学の知識を用います。そしてオームの法則など物理の知識を活用することもあります。

 ――「情報」の授業は生徒の学ぶ意欲を刺激し、大学入試にも役立つということですか。

 副校長 そうです。井上先生から大きな刺激をもらったのは生徒だけではありません。一つは、原理原則を理解することは、最初は時間がかかっても結局は大きな力になるということです。井上先生をはじめ優れたエンジニアの何人かから、中高生時代には数学の公式は暗記するのでなく自分で導き出したという話を聞き、理学部で学んだ父から「清風は公式を導き出せるような授業をしなければならない」と言われたことを思い出しました。

「清風の情報の授業は生徒の学ぶ意欲を刺激する」と話す平岡副校長
「清風の情報の授業は生徒の学ぶ意欲を刺激する」と話す平岡副校長

 「そうか、丸暗記でなく公式を自分で導き出せばいいのか」と気付くのが中学であれば、大学受験までに時間があります。じっくり取り組める中高一貫校だから可能なことです。

 もう一つは、秀でた能力のある生徒への対応です。本校は進学校です。大学受験科目で満遍なく点数が取れないと合格から遠ざかるので、足りない部分を補うことに目が行きがちでした。しかし、集中講座をきっかけに、数学に特別秀でた生徒は、高等数学の線形代数にまで自ら取り組み、将来は理化学研究所で働きたいという目標を持つまでになったのです。数学以外の教科にも積極的に取り組むようになりました。見守る側としてもうれしい限りです。個性を持つ生徒を上手に伸ばしてあげたいですね。

 井上先生の力を借りることで、「情報」という科目においても本校にふさわしい「根本の学び」ができていますし、さらに学校全体に良い効果が広がっています。

 内閣官房の教育再生実行会議が今年5月に行った提言では「データサイエンスやAIを理解する上で必要となる確率・統計、線形代数等の基盤となる『行列』等の概念や考え方を高等学校段階で確実に学ぶことができるよう、効果的な指導方法等について検討を進める」としています。本校の取り組みはこれを先取りするものであることを確信しています。

 (文・写真:水崎真智子 一部写真提供:清風中学校・高等学校)

 清風中学校・高等学校について、さらに詳しく知りたい方はこちら

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847373 0 清風中学校・高等学校 2019/10/16 12:02:00 2019/10/16 12:02:00 https://www.yomiuri.co.jp/media/2019/10/20191016-OYT8I50014-T.jpg?type=thumbnail

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