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演習について

以下の演習では，説明部分で学んだプログラミングの概念を各自が実践する．

演習① Scratchの開始・ブロック操作

説明パートの1-4「プログラムとは」「イベント駆動」「順次実行」「ブロック操作の基本」に対応する演習である．Scratchを起動し，イベントブロックと動きブロックを組み合わせて，キャラクタを動かす最小限のプログラムを作成する．「旗が押されたとき」というイベントに「10歩動かす」という動作を接続する操作を通じて，イベント駆動と順次実行の基本を体験する．

URL: https://scratch.mit.edu/

前提スキル：Webブラウザの操作，URLの理解．ドラッグ操作（左ボタンを押しながら移動し，左ボタンを離す）．

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://scratch.mit.edu/ を開く．
3. 「作ってみよう」をクリックする．
4. 「イベント」をクリックし，「旗が押されたとき」をドラッグする．
5. 「動き」をクリックし，「10歩動かす」をドラッグし，「旗が押されたとき」と合体する．
6. 旗ボタンをクリックする（キャラクタが少し右に動く）．旗ボタンを数回クリックしてみよう．

観察と考察

• 旗ボタンを1回クリックしたとき，キャラクタはどの方向にどれくらい動いたかを観察する．
• 旗ボタンを繰り返しクリックすると，キャラクタの位置はどう変化するかを観察する．
• 「旗が押されたとき」ブロックは，旗ボタンのクリックとプログラムの実行開始を結びつける役割を持つ．もしこのブロックがなく「10歩動かす」だけが置かれている状態で旗ボタンをクリックしても，プログラムは実行されない．このことから，イベントブロックが「いつ実行するか」を決める起点であることが分かる．
• 「10歩動かす」の数値「10」をクリックして「50」に変更し，旗ボタンをクリックして移動量がどう変わったかを観察する．ブロック内の数値がキャラクタの動作量を制御していることが分かる．確認後，数値を「10」に戻す．

演習② キャラクタ・スプライト

説明パートの1-5「キャラクタの基本」「スプライト（キャラクタ画像）」に対応する演習である．新しいスプライトを追加し，追加したキャラクタに対して個別にブロックを組み立てる．キャラクタごとに独立したプログラムを持つというスプライトの基本的な仕組みを確認する．

操作手順

1. スプライト一覧（画面右下）の猫のアイコンにカーソルを合わせ，「スプライトを選ぶ」をクリックする．
2. 好きなキャラクタを選ぶ．
3. 新しいキャラクタを選んでから，演習①と同様に「旗が押されたとき」と「10歩動かす」のブロックを組み立てる．
4. 旗ボタンをクリックするとキャラクタが動く．何度かクリックしてみよう．

観察と考察

• 旗ボタンをクリックしたとき，演習①のキャラクタと演習②で追加したキャラクタの両方が動くかどうかを観察する．
• ステージ下のスプライト一覧で，キャラクタをクリックして切り替えると，それぞれのキャラクタのためにブロックの組み合わせが表示されることを確認する．この動作から，プログラムはキャラクタごとに独立していることが分かる．

演習③ キャラクタの制御

説明パートの1-6「①繰り返し」「②もし・・・たら，・・・する（条件分岐）」「③強制停止」に対応する演習である．「ずっと」ブロックによる繰り返し，「もし端に着いたら，跳ね返る」ブロックによる条件分岐，赤ボタンによる強制停止を組み合わせて，キャラクタが自動的に動き続けるプログラムを作成する．さらに「右に15度回す」ブロックを追加し，動きの初期方向を変更する効果を確認する．

操作手順

1. 演習②で追加したキャラクタが選ばれていることを確認する．
2. 「制御」を選び「ずっと」をドラッグして，「10歩動かす」を囲むように合体する（「10歩動かす」が「ずっと」の中に入る形になる）．
3. 「動き」を選び「もし端に着いたら，跳ね返る」をドラッグして，「ずっと」の中の「10歩動かす」の下に合体する．
4. 旗ボタンをクリックするとキャラクタが動く．赤ボタンをクリックすると止まる．
5. 赤ボタンをクリックして止めてから，「動き」の「右に15度回す」を「旗が押されたとき」と「ずっと」の間に加える．
6. 旗ボタンをクリックするとキャラクタが動く．赤ボタンをクリックすると止まる．動き始めの瞬間に15度傾く．

観察と考察

• 「ずっと」ブロックを使う前（演習①）と使った後で，旗ボタンをクリックしたときの動作の違いを観察する．演習①では1回クリックするとキャラクタは1回だけ動いて止まるが，「ずっと」を加えると動き続ける．この違いから繰り返しの効果を確認する．
• キャラクタが画面の端に到達したとき，跳ね返って反対方向に動き続けることを観察する．「もし端に着いたら，跳ね返る」ブロックが，端に到達したかどうかを判定し，到達した場合に方向を反転させている．
• 赤ボタンをクリックしたときに動きが止まることを確認する．「ずっと」で永久に繰り返すプログラムは，赤ボタン（強制停止）で外部から停止できることが分かる．
• 「右に15度回す」ブロックの配置場所（「旗が押されたとき」と「ずっと」の間）に着目する．このブロックは旗ボタンを押した直後に1回だけ実行され，「ずっと」の中の処理が始まる前にキャラクタの向きを変える．ブロックの並び順が実行順序を決めるという原則を確認する．

演習④（余裕のある人向け）

説明パートの1-4「ブロックの形状と合体ルール」，1-5「キャラクタの操作」，1-6すべてに対応する活動である．演習①～③で学んだブロック操作，スプライト管理，繰り返し，条件分岐を組み合わせ，各自の工夫により自由にプログラムを作成する．ブロックの形状による合体ルールを手がかりに，未使用のブロックにも挑戦する．

操作手順

• 各自で工夫する．
• いろいろな動きを試す．
• 複数のキャラクタを同時に動かす．
• たくさんの種類のブロックを試す．同じ形のブロックは合体できる（六角形ブロックは六角形の穴にはめ込む）．

観察と考察

• 複数のキャラクタにそれぞれ「旗が押されたとき」から始まるプログラムを作り，旗ボタンをクリックしたときに全キャラクタが同時に動き始めるかどうかを確認する．
• ブロックパレットにあるブロックの形状を観察する．上下に凸凹があるブロック，口の形に開いたブロック，六角形のブロックなど，形状の違いによって合体できる場所が決まることを確認する．
• 自分が作ったプログラムについて，どのブロックがどの動作を担当しているかを説明できるか振り返る．

演習について

以下の演習では，説明部分で学んだAIの概念を，オンラインデモを通じて体験する．各デモの結果を観察し，考察すること．

使用するサイトの都合上、習っていない言葉（例：隠れ層）などが出てくるが、続行して欲しい。今回の説明内容に合致する外部サイトを選んでいる。

演習1. TensorFlow Playground（機械学習・ニューラルネットワーク）

ニューラルネットワークの基本構造に関する演習である．ニューラルネットワークの構造やパラメータを変更しながら，学習過程の変化を観察する．

URL: https://playground.tensorflow.org

操作手順

1. ページを開く
2. 画面左上の「DATA」セクションで，データセット（円形，XOR，渦巻き等）を選択する
3. 必要に応じて、「FEATURES」セクションで入力特徴量（X1，X2等）を選択する
4. 必要に応じて、「HIDDEN LAYERS」の「+」「-」ボタンで隠れ層の数を変更する．各層のニューロン数も「+」「-」で変更できる
5. 画面上部の再生ボタン（▶）をクリックして学習を開始する
6. 学習が進む様子と，出力領域の色分けの変化を観察する
7. Learning rateやActivation関数を変更し，学習結果の違いを比較する

観察と考察

• 渦巻き型のデータを正しく分類するには，どのような構造が必要か

演習2. PathFinding.js Visual（知的なITシステム）

探索による問題解決に関する演習である．探索アルゴリズムが経路を見つける過程を可視化し，コンピュータによる探索の仕組みを理解する．

URL: https://qiao.github.io/PathFinding.js/visual/

操作手順

1. ページを開く
2. グリッド上でマウスをドラッグして壁（障害物）を配置する
3. 緑色のノード（スタート地点）と赤色のノード（ゴール地点）はドラッグで移動できる
4. 画面上部のドロップダウンからアルゴリズム（A*，BFS，DFS等）を選択する
5. 「Start Search」ボタンをクリックする
6. 探索対象のセル（水色）と最短経路（黄色）がアニメーションで表示される
7. アルゴリズムを変更して，探索の仕方の違いを比較する

観察と考察

• アルゴリズムによって，探索するセルの数や順序はどのように異なるか
• 壁の配置を変えると，探索結果はどのように変化するか

演習3. CNN 3D Visualization（Adam Harley）（機械学習・ニューラルネットワーク）

ニューラルネットワークの基本構造に関する演習である．畳み込みニューラルネットワーク（CNN）の内部構造を3Dで可視化し，各層がどのように入力を処理しているかを観察する．

URL: https://adamharley.com/nn_vis/cnn/3d.html

操作手順

1. ページを開く（使用するWebブラウザの種類・バージョンによって動作しない場合がある）
2. 左下の描画パッドに数字（0〜9）をマウスで描く
3. 3D表示されたネットワークの各層のニューロンの活性化（色の変化）をリアルタイムに観察する
4. 各ニューロンにマウスカーソルを合わせると，そのニューロンが何を検出しているか確認できる
5. 異なる数字を描き，ネットワークの反応の違いを比較する

観察と考察

• ニューラルネットワークの入力層（画像入力）から出力層（０から９の１０通りの反応）に向かって，構造が確認できるか
• 反応の有無が、画素の有無（反応がない場合には黒）になっていることが確認できるか

演習4. AutoDraw（Google）（AIによる合成）

人間の下書きをAIが清書する演習である．手描きの下書きをAIが認識し，候補イラストを提示する仕組みを体験する．

URL: https://www.autodraw.com/

操作手順

1. ページを開く
li>最初、緑色の「Start Drawing」をクリック
2. 画面左側のツールバーから「AutoDraw」ツール（魔法の杖アイコン）を選択する
3. キャンバスに絵（例：猫，車，花等）を手描きする
4. 画面上部にAIが推測した候補イラストが表示される
5. 候補の中から適切なものをクリックすると，手描きが清書に置き換わる

観察と考察

• 下書きの丁寧さによって，候補の正確さは変わるか
• AIが正しく認識できない絵には，どのような特徴があるか

演習について

以下の演習では，説明部分で学んだデジタル画像の概念（画素，カラー画像の成分，畳み込み，空間周波数），画像制作におけるコンピュータの有用性を，Webブラウザ上で動作するサイトを通じて実践的に体験する．いずれもインストール不要で，マウス操作のみで体験できる．

演習① ペイントソフト Fluid Paint

Fluid Paint は油絵具の物理特性をシミュレートするペイントソフトであり，筆の色，サイズ，毛先の数（Bristle Count），流動性（Paint Fluidity）を設定して描画できる．画素ごとに色情報を持つカラー画像が生成される過程と，周囲の画素同士が相互作用してにじみや混色が生じる様子を観察できる．

URL: https://david.li/paint/

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://david.li/paint/ を開く．
3. 画面のメニューから色（Paint Color）を選択する．
4. キャンバス上でマウスの左ボタンを押し続けながらドラッグし，線を描く．
5. マウスホイールをスクロールして筆のサイズ（Brush Size）を変更し，再度ドラッグして線を描く．
6. 毛先の数（Bristle Count），流動性（Paint Fluidity）の各項目を変更し，それぞれ線を描いて筆跡の違いを確認する．
7. 異なる色を選択し，先に描いた線の上に重ねて描画して混色の様子を観察する．
8. 誤った操作をしたときは Undo（元に戻す）をクリックする．キャンバス全体を消去するときは Clear をクリックする．

観察と考察

• 筆のサイズを小さくした場合と大きくした場合で，1回のドラッグで影響を受ける画素の範囲がどう変わるかを観察する．
• 流動性（Paint Fluidity）を高くした場合，色が周囲ににじみ出る．これは周囲の画素の値を使って画素を更新する処理であり，畳み込み（フィルタ処理）の「ぼかし」と同じ考え方である．
• 異なる色を重ねて描いたとき，重なった部分の色がどのように合成されるかを観察する．
• 毛先の数を変更すると，1本の線が複数の細い筆跡の集合として描かれる．これにより，画像が画素の集合であることが視覚的に確認できる．

演習② アート作品制作サイト Silk

Silk は対称性を持った曲線をマウス操作で描けるジェネレーティブアートのサイトである．対称（Mirror）や螺旋（Spiral）といった機能により，少ない操作で複数の曲線からなる構造を生成できる．

URL: http://weavesilk.com/

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで http://weavesilk.com/ を開く．
3. 「Draw Something」をクリックして開始する．
4. キャンバス上でマウスをゆっくりドラッグし，曲線を描く．初期状態では対称性が有効になっており，1本のドラッグから複数の曲線が同時に描画される．
5. 左上のメニューの「Controls」で、色（Color）を選択する．
6. 左上のメニューの「Controls」で、色の下にある対称数（symmetries）のスライダーを用いて対象数を変更，描画して，結果の違いを確認する．
7. 「Mirror across center」（中心鏡映対称）のオン／オフを切り替え，それぞれで描画する．
8. 「Spiral towards center」（中心への螺旋）のオン／オフを切り替え，それぞれで描画する．
9. 1つ前の操作を取り消すときは Z キーを押す．キャンバスを全消去するときは Space キーを押す．

観察と考察

• 1本の曲線を描いただけのときと，多数の曲線を重ねて描いたときで，画像全体の明るさがどう変わるかを観察する．曲線が重なる部分は明るくなることが分かる．
• 対称数を変更すると，同じマウス操作でも生成される画像の構造が大きく変わる．
• 異なる色の曲線を重ねた部分の色を観察し確認する．

演習③ 流体シミュレーション WebGL Fluid Simulation

WebGL Fluid Simulation は，流体の物理シミュレーションをGPU上で実行し，マウス操作で光の渦のような流体表現を生成するサイトである．流体の各時点の状態は，前時点の各画素の値とその周囲の画素の値から計算される．設定メニューでは密度の減衰（density diffusion ），速度の減衰（velocity diffusion），渦度（Vorticity），噴出半径（Splat Radius），ブルーム（Bloom），光線（Sunrays）などのパラメータを変更できる．

URL: https://paveldogreat.github.io/WebGL-Fluid-Simulation/

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://paveldogreat.github.io/WebGL-Fluid-Simulation/ を開く．
3. キャンバス上でマウスをドラッグし，流体の動き（splat）を生成する．
4. マウスを動かす速さを変えて，生成される渦の様子を比較する．
5. キャンバスの異なる位置で複数回ドラッグし，渦同士が干渉する様子を観察する．
6. 画面右上の歯車アイコンをクリックして設定メニューを開き，密度の減衰（density diffusion ） の値を変更してから再度ドラッグする．色がどれだけの時間で消えるかを比較する．
7. Splat Radius の値を変更し，1回のドラッグで生成される渦の大きさを比較する．

観察と考察

• マウスのドラッグを止めた後も，渦や色の広がりが時間とともに変化し続ける．
• 時間が経過すると，細かい構造（高い空間周波数）が次第に失われ，滑らかな分布（低い空間周波数）に近づく．これは画像のぼかし（高い周波数の除去）と同じである．
• 密度の減衰（density diffusion ）を小さくすると色が長く残り，大きくすると速く消える．
• 複数の色の渦が混ざるとき，カラー画像の色成分がどのように合成されるかを観察する．

演習④ Setosa.io：画像にフィルタを適用

説明パートで学んだ「画像は画素値を並べた2次元配列である」「畳み込みは画像上の各位置で近傍の画素値とカーネル（フィルタ）の値の要素ごとの積の和を計算する操作である」という概念に対応する演習である．カーネル（フィルタ）を切り替えて出力画像の変化を確認する．出力画像および入力画像の任意の画素にマウスを合わせることで，3×3近傍の画素値とフィルタの値の積和演算の過程を数値で確認する．

URL: https://setosa.io/ev/image-kernels/

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://setosa.io/ev/image-kernels/ を開く．
3. 顔画像と画素値（0〜255）の行列が表示されていることを確認する．
4. ページ下部のプレイグラウンドで，「kernel」の下のメニューから「blur」を選び，出力画像の変化を確認する．
5. 同様に「bottom sobel」「emboss」「identity(何も変化しないフィルタ)」「left sobel」「outline」「right sobel」「sharpen」「top sobel」を順に選び，それぞれの出力画像を確認する．
6. 出力画像の任意の画素にマウスを合わせる．入力画像の対応する3×3近傍が強調表示され，3×3近傍の各画素値とフィルタの各値の要素ごとの積，およびその合計が表示されることを確認する．

観察と考察

• 「blur」と「sharpen」を切り替え，出力画像の違いを観察する．「blur」では隣接画素値の差が小さくなり，「sharpen」では隣接画素値の差が大きくなることを確認する．
• 「outline」を選んだとき，出力画像のどの位置で大きな値が現れるかを観察する．画像中の輪郭部分に対応していることを確認する．
• 「identity」フィルタを選ぶと，出力画像が入力画像と同一になることを確認する．フィルタの中心が1，他が0であるためにこの結果になることを，計算過程の表示から確認する．

演習⑤ deeplizard：畳み込みを1ステップずつ確認する

演習④で確認した「フィルタを適用すると画像がどう変わるか」を踏まえ，本演習では「そのとき何が計算されているか」を確認する．フィルタが入力行列上を1マスずつスライドする過程を可視化し，出力行列の各要素がどの入力領域から計算されたかを追跡する．出力値の正（赤）と負（青）の色分けにより，畳み込みニューラルネットワーク（CNN：Convolutional Neural Network）が画像から特徴を抽出する原理を確認する．

URL: https://deeplizard.com/resource/pavq7noze2

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://deeplizard.com/resource/pavq7noze2 を開く．
3. 入力行列，3×3のフィルタ，出力行列の表示欄の3つが表示されていることを確認する．フィルタサイズは3×3であることを確認する．
4. 「Play（再生）」をクリックし，フィルタが入力行列上を1マスずつスライドし，出力行列の各要素が順次計算されていく過程を確認する．
5. 出力行列の任意の画素にマウスを合わせる．対応する入力の3×3領域とフィルタの要素ごとの積，およびその合計が表示されることを確認する．
6. 出力行列全体を見渡し，正の値（赤）と負の値（青）の分布を確認する．

観察と考察

• フィルタが入力行列上を左から右へ，上から下へとスライドし，各位置で1つの出力値が計算される過程を確認する．
• 出力値が正に大きい位置（赤）に対応する入力の3×3領域を確認する．その領域の画素値の並びとフィルタの値の並びを見比べ，両者のパターンが一致していることを確認する．
• 出力値が負に大きい位置（青）に対応する入力領域を確認する．フィルタのパターンと符号が反対のパターンになっていることを確認する．
• 出力値が0に近い位置に対応する入力領域を確認する．入力に変化が少ない領域や，フィルタのパターンとの相関が小さい領域であることを確認する．
• 本演習で確認された「入力のパターンとフィルタのパターンが一致する位置で大きな出力値が得られる」という性質が，特徴抽出の基本原理であることを確認する．

演習⑥ 2D Inverse Fourier Transform Playground：空間周波数を操作

本演習では，画像を周波数領域で表現したスペクトル上で編集を行い，その逆フーリエ変換(周波数を画像に戻す処理)結果を確認することで，空間周波数成分と画像の対応関係を確認する．スペクトル中心の低周波成分が画像の大局的な明暗に対応し，周辺の高周波成分が輪郭や細部に対応することを，スペクトルを削る操作を通じて確認する．

URL: https://monman53.github.io/2dfft/

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://monman53.github.io/2dfft/ を開く．
3. 「Original image（原画像）」「Result（マスク適用後の逆フーリエ変換結果）」「Masked spectrum（編集可能なマスク付きスペクトル）」「Spectrum（スペクトル）」の4つが表示されていることを確認する．
4. 右下の「白」のボタンをクリックする。このとき Result に原画像が表示されることを確認する．これは全ての周波数成分が通過している状態に対応する．
5. Masked spectrum の周辺部（高周波成分）を左ドラッグで削る．削るための大きさは、マウスホイールで調整できる。マウスホイールで，削る範囲を調整して，様々な削り方を試す．結果として、Result の画像から輪郭や細部が失われていく過程を確認する．
6. 次に，Masked spectrum の中心部（低周波成分）を左ドラッグで削る．Result の画像から大局的な明暗が失われ，輪郭成分が残ることを確認する．
7. 途中で、右下の「白」のボタンをクリックして、もとに戻しながら、色々と試してみる。

観察と考察

• スペクトル周辺部（高周波）を削ったときの Result の変化を観察する．高周波成分の除去が空間領域でのぼかし処理に対応していることを確認する．
• スペクトル中心部（低周波）を削ったときの Result の変化を観察する．低周波成分の除去が空間領域でのエッジ検出処理に対応していることを確認する．

演習① Google Mapのストリートビューを用いた探索

ストリートビューは，地図上の地点における道路からの画像を閲覧する機能である．Google Mapではストリートビューのモードへ切り替えて利用する．本演習では，Google Mapで地名等を検索し，ストリートビューでの表示と移動を行う．

URL: https://www.google.co.jp/maps

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://www.google.co.jp/maps を開く．
3. 検索欄に地名，施設名,住所などのキーワードを入力して検索する．



4. 右下の「人型のボタン」をクリックして，ストリートビューのモードへ切り替える．

   

   道路沿い等に多数の青色の表示が付くことを確認する．



5. 青色の表示をクリックして，その場所のストリートビューを表示する．



6. マウスの左ボタンを押しながらマウスを動かして，見ている向き（注視方向）を変える．
7. マウスを道路の上に置くと，「＾」の記号が入った白丸が表示される．

   

   白丸をクリックして移動する．

8. 別の場所のストリートビューを見るときは，左上の「←」をクリックして元の地図に戻る．

ヒント

• 検索のキーワード例として，「富士山」「エッフェル塔」「クフ王」がある．
• 青色の表示は，ストリートビューが表示可能な場所を示す．
• ストリートビューに利用される画像は，広い範囲を撮影した１枚の画像であるパノラマ画像である．

考察ポイント

• 同一地点で注視方向を変えたときの，見える景観の変化を観察する．
• 白丸をクリックして連続的に移動したときの，視点の動き方を確認する．
• 地名，施設名，住所など異なる種類のキーワードで検索したときの，検索結果の違いを比較する．
• 身近な場所、行ったことはないが興味のある場所を探索してみよう．

エベレスト

富士山

演習② Google Earthを用いた探索

Google Earthは，無料で利用可能なオンラインの地球儀である．Google Earthには，写真，3次元コンピュータグラフィックス，写真＋標高，地球儀，ストリートビューの機能がある．本演習では，Google Earthで地名等を検索し，自由な視点移動を行いながら，ストリートビューとの違いを確認する．

URL: https://earth.google.com

操作手順

1. Webブラウザを起動する．
2. Webブラウザで https://earth.google.com を開く．
3. もし、プロジェクト一覧の画面が表示された場合は，「新規」をクリックして「新しい地図」を選ぶ．



4. 検索欄に地名，施設名，住所などのキーワードを入力して検索する．



5. 検索結果から場所を選ぶ．



6. マウス操作により視点を移動する．



7. 右下の「2D」「3D」ボタンをクリックして，2次元表示と3次元表示を切り替え，両方の表示を確認する．



8. 別のキーワードで再度検索し，異なる場所を同様に確認する．

ヒント

• Google Earthでは，街全体を3次元データとして表現できる．例として3次元の福山市の再現がある．
• 地形，海，空なども再現されている．
• 3次元のシーンはポリゴン（平らな多角形）の集合であるポリゴンメッシュとして表現されている．

考察ポイント

• 2D表示と3D表示で同じ地点を比較し，表現の違いを観察する．
• 演習①のストリートビューと比較し，視点移動の自由度の違いを確認する．ストリートビューは道路上からの視点に限定される．
• 3D表示において，3次元コンピュータグラフィックスで再現されている範囲と，写真として表示されている範囲を観察する．
• 地形や海や空の表示を確認する

演習③ Blenderの体験

Blenderは，3次元コンピュータグラフィックス（3DCG）の作成・編集ソフトウェアであり，無料で利用可能である．3次元モデル制作，アニメーション，レンダリング（画像生成）などの機能を提供する．本演習では，Blenderの起動，立方体の確認，球と円柱の追加と移動，色の設定とレンダリングを行う．

Blender ダウンロードページ:https://www.blender.org/download/

Blender のインストールの説明: https://www.kkaneko.jp/db/cg/blenderinst.html

事前準備：上記ダウンロードページから Blender を入手し，インストールしておくこと．

注意：オブジェクトはカメラから見える範囲に配置すること．カメラの移動については本演習では扱わないので，興味のある人は各自で調べてほしい．

操作手順

1. Blenderを起動する．
2. 3Dビューポート内に表示されている立方体（Cube）を確認する．カメラとライトもあわせて配置されている．



3. 立方体を左クリックして選択する．右上のアウトライナー（オブジェクト一覧）から選択することもできる．



4. 選択した立方体に対して，移動の操作を行う．キーボードの G キーを押した後にマウスを動かして位置を決め，左クリックで確定する．軸を固定したい場合は，G キーの後に X／Y／Z のいずれかを押す．3Dビューポート上のギズモ（矢印）をドラッグして移動することもできる．





5. 余裕があれば，選択した立方体に対して，回転（R キー），拡大・縮小（S キー）の操作も試してみる．いずれもキーを押した後にマウスを動かして変形量を決め，左クリックで確定する．









6. 球を追加する．3Dビューポートのヘッダの「追加（Add）」→「メッシュ（Mesh）」→「UV球（UV Sphere）」を選ぶ(キーボードの SHIFT + A でも同じメニューが開く)．



7. 追加した球を選択し，移動する．

   左クリックして選択する．右上のアウトライナー（オブジェクト一覧）から選択することもできる．





8. 同じ手順で円柱を追加する．「追加（Add）」→「メッシュ（Mesh）」→「円柱（Cylinder）」を選ぶ．



9. 追加した円柱を選択し，移動する．

   左クリックして選択する．右上のアウトライナー（オブジェクト一覧）から選択することもできる．





10. 色を設定するオブジェクトを選択する（立方体・球・円柱のいずれでもよい．時間に余裕があれば，3つそれぞれに異なる色を設定してもよい）．

    左クリックして選択する．右上のアウトライナー（オブジェクト一覧）から選択することもできる．



11. プロパティから「マテリアル」を開く．

    「マテリアル」が見えないときはスクロール．



12. 「新規（New）」をクリックする．

    「新規（New）」が表示されない場合は，問題ない．次へ進む（表示されないのは，マテリアルがすでに作成済みであるため．問題ない）．



13. 「ベースカラー（Base Color）」をクリックする．カラーピッカーが開くので，色を設定する．





14. F12キーを押してレンダリングを行う．新しくレンダリングの結果の画像の画面が開く．この画面で，設定した色を確認する．F12キーが効かない，または無い場合は，メニューの「レンダー（Render）」→「画像をレンダリング（Render Image）」を実行する．確認したら，レンダリングの画面を閉じる．

ヒント

• Blenderの画面構成は，メニュー，3Dビューポート（オブジェクトの表示・操作），アウトライナー（オブジェクト一覧），プロパティ（詳細設定），タイムラインから成る．
• 3Dビューポートでの視点操作は，テンキー，マウスホイール（ズーム），マウスによる移動，ナビゲーションコントロール，インタラクティブナビゲーションのいずれの方法でも行うことができる．
• 3Dビューポート右上のシェーディング切替アイコン（球状のアイコン群）から，ワイヤーフレーム（メッシュ表示），ソリッド（平面表示），マテリアルプレビューまたはレンダー（シェーディング表示）を切り替えることができる．
• レンダリングは，3次元のシーンを画像として計算する機能である．

考察ポイント

• ポリゴンは平らな多角形（三角形，四角形，五角形など）である．追加した球や円柱の形状を，3Dビューポートのシェーディング切替でワイヤーフレーム表示に変えると，多数のポリゴンの集合がポリゴンメッシュとなっていることを確認できる．
• マテリアルで色を設定し，レンダリング後の表示で確認できる．
• 追加した立方体，球，円柱の組み合わせで，現実世界のどのような物体が表現できるかを確認する．試してみる（例：机，椅子，人物，その他）．

演習①：文字コードを観察する

• ASCII：1文字を7ビットで表現する文字コード。128種類の文字（英数字・記号・制御文字）を表す。
• 16進数：0〜9 と A〜F を使う表記。A〜F は 10〜15 に対応する。
• 0x：先頭に付けると、その数値が16進数であることを示す目印。
• ord 関数：文字を文字コード（整数）に変換する。
• hex 関数：整数を16進数表記の文字列に変換する。

手順

ステップ 1：1文字の文字コードを表示する

1. ブラウザで次のページを開く。https://trinket.io/python/595c091dd9
2. 表示されているプログラムを確認する。

   c = 'A'
   print(hex(ord(c)))

3. 実行ボタン（▶）を押す。
4. 結果欄に 0x41 と表示されることを確認する。

ステップ 2：入力した文字列を文字コードへ変換する

1. ブラウザで次のページを開く。https://trinket.io/python/17fb2ed2d5
2. 実行ボタンを押す。
3. 結果欄を一度クリックしてから、文字列（例：abcde）を入力し、Enter キーを押す。
4. 各文字の文字コードが1行ずつ16進数で表示されることを確認する。

ヒント

• 0x41 のうち 0x は16進数を示す目印。値そのものは 41（16進数）。
• 資料 5-5 の ASCII 文字コード表で A を探すと、列が 4、行が 1 の位置にある。これが 16進数 41 に対応し、プログラムの出力 0x41 と一致する。
• 入力時に文字が入らないときは、結果欄を一度クリックしてから入力する。
• 大文字の A と小文字の a は別の文字コードになる。

考察ポイント

1. 'B' を入力したときの出力を表から予想し、実行して確かめる。資料 （'A' → 01000001 → 16進数 41、'B' → 01000010 → 16進数 42）と対応がとれるはず。
2. 大文字と小文字を続けて入力（例：Aa）し、文字コードの違いを観察する。
3. 文字列 abcde を入力すると、5行の文字コードが出力される。これは 文字列が1文字ずつ文字コードに変換されること を示している。

演習②：論理演算（AND、OR）を観察する

前提

• 論理積 AND：両方が1のときのみ結果が1となる演算。
• 論理和 OR：少なくとも片方が1のとき結果が1となる演算。
• 真偽値：Python では True（真）と False（偽）の2つの値を扱う。ここでは、1 が True、0 が False に対応する。

手順

ステップ 1：プログラムを実行する

1. ブラウザで次のページを開く。https://trinket.io/python/7f31113af9
2. 表示されているプログラムを確認する。

   a = True
   b = False
   
   print("a and b =", a and b)
   print("a or b =", a or b)

3. 実行ボタン（▶）を押す。
4. 結果欄に次のように表示されることを確認する。

   ('a and b =', False)
   ('a or b =', True)

ステップ 2：4通りの組み合わせを確かめる

a と b の値を次の4通りに書き換え、それぞれ実行ボタンを押して結果を確認する。

• a = True、b = True のとき
• a = True、b = False のとき
• a = False、b = True のとき
• a = False、b = False のとき

ヒント

• Python の真偽値は 先頭が大文字 で True / False と書く（true や TRUE ではエラーになる）。
• a = ... の右辺を書き換えたあとは、必ず実行ボタンを押し直す。
• 資料 の AND と OR の表（2行2列）と比べる。

考察ポイント

1. a = True、b = True のときの a or b の結果について、資料 「論理和と『選択』の違い」（焼き芋大会の例）と関係づけて、両方が True のときも OR の結果が True になることを確認する。

演習③：論理演算で1桁の足し算を作る

前提

• 1桁の二進数同士の足し算の結果は2ビット（上位ビットと下位ビット）になる。
• 上位ビット ＝ x AND y
• 下位ビット ＝ (x OR y) AND NOT (x AND y)
• Python の論理演算子に not（否定 NOT に対応）が加わる。not は値を反転する。

手順

ステップ 1：プログラムを書き換えて実行する

1. ブラウザで演習②と同じページを開く。https://trinket.io/python/7f31113af9
2. プログラムを次のコードに書き換える。

   a = True
   b = True
   
   upper = a and b
   lower = (a or b) and not (a and b)
   
   print("a =", a, ", b =", b)
   print("上位ビット =", upper)
   print("下位ビット =", lower)

3. 実行ボタン（▶）を押す。
4. 結果欄に次のように表示されることを確認する。

   a = True , b = True
   上位ビット = True
   下位ビット = False

ステップ 2：4通りの組み合わせを確かめる

a と b の値を次の4通りに書き換え、それぞれ実行ボタンを押して結果を確認する。

• a = False、b = False のとき
• a = False、b = True のとき
• a = True、b = False のとき
• a = True、b = True のとき

ヒント

• not は True を False に、False を True に変えるもの。
• True を 1、False を 0 と読み替えると、4通りの結果は資料「1桁足し算の2ビット表現と、論理演算との関係」の表の各行と対応する。

考察ポイント

1. a = True、b = True のときの結果（上位ビット True、下位ビット False）が、二進数の足し算 1 + 1 = 10 に対応していることを確認する。

演習1：ウェブブラウザでの通信内容

概要

ウェブブラウザでの情報アクセスについて、実際の通信内容を確認する。Google Chrome に標準搭載されているデベロッパーツール（ブラウザに付属する開発者向けの確認ツール）を用いて観察する。

• ヘッダー: ウェブのデータをやり取りするときに、通信の制御情報を格納する部分である。要求先URL（アクセス先のアドレス）、応答状態（通信が成功したかを示す番号、例：200は成功、404は未検出）、データ形式（HTML、画像等の種別）、文字符号化（文字コードの指定、例：UTF-8）等のメタ情報（本文そのものではなく、本文に関する情報）が記載され、本文に先立って送受信される。
• ボディ: ウェブのデータをやり取りするときの本文データの部分である。HTML、画像、動画等の実体（実際の中身となるデータ）がここに格納される。

体験内容

• ウェブのデータをやり取りするときに、ヘッダーとボディに分かれて運ばれていること

使用するツール

• Google Chrome（または Microsoft Edge）に標準搭載されているデベロッパーツール。本手順の説明は Google Chrome を用いる場合を対象とする。

安全性について

デベロッパーツールは、ブラウザがすでに受信したデータを表示するだけの機能であり、外部への送信や PC 内のファイルの書き換えは行わない。アクセス先の www.fukuyama-u.ac.jp は公開サイトであるため、アクセスに問題はない。

手順

1. Google Chrome を起動
2. サイト（https://www.fukuyama-u.ac.jp）をアドレスバーに入力して開く。
3. キーボードの F12 キーを押し、画面の右側または下部にデベロッパーツールを表示する（F12 が反応しない場合は、ページ上で右クリックし「検証」を選択する）。デベロッパーツールは、ブラウザの画面内に分割表示される。閉じるときは右上の「×」ボタンを押す。
4. 「DevTools is now available in Japanese」と表示されたときは「Switch DevTools to Japanese」を選び、日本語表示に切り替える（この案内は初回のみ表示される。表示されない場合は次の手順に進む）。

   

5. デベロッパーツール上部のタブから「ネットワーク (Network)」を選択する。

   ネットワーク (Network) タブが見当たらない場合は、タブ列の右端にある「»」マーク（隠れたタブを展開する記号）をクリックし、一覧から選ぶ（下図）。

   

6. ネットワーク (Network) タブを表示した状態で、ブラウザの再読み込みボタンを押す（または Ctrl+R キーを押す）。タブ内のリストに、ページ表示時に発生した通信が一覧表示される（再読み込みを行うのは、デベロッパーツールを開く前に発生した通信が記録されていないためである）。

   

7. リストの一番上に表示される項目（www.fukuyama-u.ac.jp）をクリックする。一番上の項目が、ページ本体（HTML文書）の通信に対応する。

   

8. 右側に詳細パネル（選択した通信の中身を表示する区画）が開く。

   

9. 詳細パネル内の「ヘッダー (Headers)」タブを選択し、ヘッダーの内容（通信の制御情報）を確認する。

   

10. 次に「レスポンス (Response)」タブを選択し、ボディの内容（届けられた本文データ。ここではHTMLのソースコード）が表示されることを確認する。

    

11. 補足として、デベロッパーツール上部の「Security」タブを選択すると、現在表示しているページの接続において通信が暗号化されているかを確認できる。

暗号化通信であるHTTPSであっても、ブラウザのデベロッパーツールでは送受信されたデータが画面上で読める形式で表示される。これは、ブラウザが受け取ったデータを復号した後の状態（暗号化を解いた後の元のデータ）を表示しているためである。通信自体は暗号化されている。

考察ポイント

1. 1つのページの表示にあたり、画像、スタイルシート（ページの見た目を指定するファイル）等の取得を目的として複数の通信が発生していることを観察する。

演習2：AIのバイアスの観察

概要

画像生成AI（指示文に基づき画像を自動生成するAI）を利用し、特定の属性（職業、役割など）を含むプロンプト（AIへの指示文）を入力することで、AIの出力に現れる偏り（バイアス）と、AIの責任ある利用について検討する。

体験内容

• 機械学習の学習データ（AIが訓練時に与えられたデータ）と出力結果の相関
• AI活用における責任

使用するツール

• Microsoft 365 Copilot Chat（https://m365.cloud.microsoft/chat）：Microsoft が提供する対話型AIサービス。
• 大学が提供する Microsoft 365 環境に Microsoft 365 Copilot Chat は含まれている。
• 大学から付与されたアカウント（学籍番号に対応するアカウント）でサインインすることで利用可能であり、追加の登録手続きは不要である。
• 画像生成機能は、チャット内のプロンプトで指示することにより利用できる（別途ボタンを押す等の操作は不要である）。

安全性について

Microsoft 365 Copilot Chat は、大学契約の Microsoft 365 環境に含まれる正式なサービスである。操作はブラウザ内で完結し、追加のソフトウェアはインストールしない。Microsoft の公式仕様（エンタープライズデータ保護。組織契約者向けに入力データの取り扱いを保護する仕組み）により、大学アカウントでのサインイン時に入力したプロンプトと応答は、Microsoft の大規模言語モデル（テキストを生成するAIの基盤）の再学習には用いられない。利用者側で守る点は、自身や他人の氏名、住所、顔写真、未公表の研究内容などをプロンプトに入力しないことである。

手順

1. ブラウザで Microsoft 365 Copilot Chat のページ（https://m365.cloud.microsoft/chat）にアクセスする。
2. 大学から付与されたアカウントでサインインする。サインイン後、チャット入力欄が表示される画面に遷移する。

   

3. チャット入力欄に、画像生成を指示するプロンプトを入力する。本演習では、次の3つのプロンプトを1つずつ順に試行する（3つをまとめて1回で入力するのではなく、1回の入力につき1つのプロンプトを送信する）。プロンプトの先頭には、いずれも 画像を作成してください： を付与する。
   • 画像を作成してください：ナース
   • 画像を作成してください：ソフトウエアエンジニア
   • 画像を作成してください：社長

   

4. 画像が生成されるまで待機する（生成には数秒から数十秒を要する場合がある）。生成結果が表示されない（テキスト応答のみが返る）場合は、画像として出力してください と追記して再送信する。

   

5. 各プロンプトについて、生成された人物の性別、人種、年齢、服装、背景などの属性を観察し、偏り（バイアス。特定の属性に出力が偏る現象）の有無を考察する。
6. 生成結果に偏りが見られた場合、同じプロンプトを再実行し、偏りが継続するか観察する（生成AIは実行のたびに異なる画像を出力するため、複数回実行して傾向を確認する）。そのうえで、偏りの原因として考えられる事項（学習データの構成、社会通念上の典型的なイメージの反映など）を考察する。

ヒント

• AIは正解を返す装置ではなく、統計的な確率に基づいて文章や画像を生成する道具である。学習データに含まれる傾向（例：特定の職業に特定の性別の画像が多数含まれていた場合）が、出力に反映される。
• プロンプトに 画像を作成してください という指示を含めることで、Copilot Chat はテキスト応答ではなく画像生成として応答する。指示を省略すると職業の説明文が返る場合があるため、毎回付与する。

考察ポイント

1. 3つのプロンプトの生成結果について、性別、人種、年齢、服装、背景の各属性に偏りが見られたかを確認する。
2. 偏りが見られた場合、学習データの構成や社会通念上のイメージなど、考えられる原因を整理する。
3. AI生成物を SNS で公開する際に注意すべき点（出典の明示、事実の確認、個人情報の取り扱い）を考察する。

演習3：サイトの安全性チェックサービス

概要

公開されている安全性チェックサービス（URLを入力するとそのサイトの安全性に関する情報を返すサービス）を用いて、Webサイトの安全性を確認するためのヒントを得る手順を学ぶ。

体験内容

• サイトの安全性を、自分で確認するための行動手順
• フィッシング詐欺（正規サイトに似せた偽サイトへ誘導し、認証情報や個人情報を盗む手口）の手口（URLの偽装、ドメイン名の類似）に惑わされないための体験

使用するツール

• Google Transparency Report の Safe Browsing site status（https://transparencyreport.google.com/safe-browsing/search）：登録不要、ブラウザのみで動作する。Google が収集した不正サイト情報に基づき、入力されたサイトの状態を表示する。

安全性について

使用するサービスは公開された Web サービスであり、ブラウザのみで動作する。送信されるのは利用者が入力した URL の文字列のみであり、利用者の PC がスキャンされることはない。

手順

1. Google Transparency Report の Safe Browsing site status のページ（https://transparencyreport.google.com/safe-browsing/search）を開く。
2. ページ中央の検索ボックスに、確認したいサイトのURL（ドメイン名。例：www.example.com の形式。https:// は省略可）を入力する。本演習では、次の3つを順に入力する。
   • 福山大学公式サイト：www.fukuyama-u.ac.jp
   • google.com
   • 自身がよく利用するサイト（公開されたサイトに限る。限定公開などにしている自分のSNSのURLは入力しない）

   

3. 表示される内容を確認する（「No unsafe content found」と表示された場合は、Google の調査時点で不正な内容が検出されなかったことを示す。検出された場合は、その旨が表示される）。

   

   

考察ポイント

1. フィッシング詐欺への対策（メールに記載されたURLの確認など）における本サービスの利用方法を考察する。
2. 診断結果のみではサイトの信頼性を100％判断できない理由を、自分の言葉でまとめる（例：Google の調査が及んでいない新規サイト、調査時点以降に不正化したサイトの存在など）。

演習① CodeCombat（コードコンバット）による Python プログラミング入門

CodeCombat（コードコンバット）は，ゲームをクリアするために必要なプログラムを書くことで，Python の基本を楽しく学ぶことができるオンライン教材である．登録不要・無料の範囲で，クラスコードを使わずに Python の最初の 5 つのレベルを学ぶことができる．本演習では，オブジェクト・メソッド・引数というプログラミング思考を支える基本概念を，キャラクタを動かす操作を通じて体験する．

CodeCombat のサイト：https://codecombat.com

操作手順

1. Web ブラウザで https://codecombat.com を開く．

   ※ 課金のメッセージなどで心配なことがあるときは，無理に使い続けないこと．

2. 表示が日本語になっていない場合は，右上のメニューで，言語設定を「日本語」に変更する．アカウント登録やログインは行わない．
3. トップ画面の「Start Playing」をクリックする．
4. クラスコード入力画面にクラスコードは入力せず，そのまま「今すぐプレイ」をクリックする．
5. コース一覧の中から 「KITHGARD DUNGEON（キースガードのダンジョン）」を選び，「ゲームスタート」をクリックする．音が出るので，このときに各自で音量を調整する．
6. 「キースガードのダンジョン」の最初のダンジョンを選ぶ．いまから４つのレベルのクリアを目指す（そこから先は有料で各自の会員登録が必要）．
7. レベル開始画面で「ゲームスタート」をクリックする．
8. 使用言語の選択画面で 「Python（デフォルト）」を選び，「次へ」をクリックする．
9. 使用可能なアイテムをダブルクリックして装備する．
10. 「ゲームスタート」をクリックし，続いて「レベルスタート」をクリックする．
11. 編集画面が表示されたら，試しに hero.moveDown() という行を追加し，「実行」をクリックしてキャラクタの動きを確認する．hero.moveRight() で右に，hero.moveDown() で下にキャラクタが動くことを確かめる．
12. 画面に表示されている「ミッション（目標）」を読み，目標達成に必要なメソッド呼び出しを編集画面に書き加える．書き換えと「実行」を繰り返し，「目標：成功！」と表示されるまで進める．
13. 成功したら「完了」をクリックし，完了確認画面で「続ける」をクリックする．
14. マップに戻ったら，青い旗をたどって次のレベルに進む．新しい装備が増えた場合は，ダブルクリックして装備する．
15. 無料・登録不要の範囲で進められる ４ つのレベルを順にクリアする．「プラチナを購入」とあるものは、有料で各自の会員登録が必要
16. クラスコードを入れると、別の種類の演習になる

ヒント

• 操作に迷ったときは，画面の「ミッション（目標）」と「ヒント」を確認する．「ヒント」ボタンをクリックすると，そのレベルを解くための手がかりが表示される．
• 使用できるメソッドの説明を見たいときは，画面の「メソッド」のリストの中から，説明を見たいメソッドをクリックする．
• 「ヒント」やメソッドの説明が英語で表示される場合があるが，これは翻訳が完全でないためであり，設定の不備ではない．
• プログラミングの練習だけでなく，パズル的なゲーム要素もあるので，楽しんで解くとよい．４つのレベルの達成を目指す．
• メソッド呼び出しは「オブジェクト.メソッド(引数)」の形で書く．例えば hero.moveRight() は，hero というオブジェクトに対して moveRight というメソッドを呼び出している．引数がある場合もあれば，ない場合もある．

考察ポイント

• 同じ hero というオブジェクトに対して，moveRight()，moveDown() など異なるメソッドを呼ぶことで，キャラクタの動きが変わることを確認する．
• 引数がある場合と，引数がない場合がある。それぞれがキャラクタの動きにどのような違いをもたらすかを比較する．
• 目標達成までに書いたメソッド呼び出しの並び（手順）を振り返り，「どの順序で，どのメソッドを，どの引数で呼んだか」を整理することで，アルゴリズム（手順）を意識する．

演習について

このガイドは，ブラウザだけで Python を実行できる学習サイト Trinket を用いた演習である．各演習は，trinket のページを開いて実行結果を確認することが基本である．Trinket は，画面左で編集，画面右の「Result」で結果を確認し，「Run」で実行，「STOP」で停止する．

演習オンラインガイド

ブラウザだけで Python を実行できる学習サイト Trinket を用いた演習である．各演習は，trinket のページを開いて実行結果を確認することが基本である．Trinket は，画面左で編集，画面右の「Result」で結果を確認し，「Run」で実行，「STOP」で停止する．

演習① 変数と代入，＋を用いた文字列連結

変数に値を代入し，print() と ＋ による文字列連結で，変数の内容を画面に表示する演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/abafd851480a

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/abafd851480a」を開く．
2. 画面が表示されたら，画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．自動的に実行が始まっている場合は，そのまま結果を確認してよい．
3. 画面右の「Result」欄に，「こんにちは、太郎さん！」と表示されることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• プログラムの中の name = "太郎" は，「太郎」という文字列を name という名札（変数）に結びつける代入である．
• print("こんにちは、" + name + "さん！") の ＋ は，文字列どうしを直接つなぐ連結である．
• 「Run」ボタンの隣にある「STOP」ボタンで，実行を停止できる．

考察ポイント

• ＋ で文字列をつなぐと，1つの文章として表示されることを確認する．

演習② 計算

数値を変数に代入し，それらを使って計算を行い，結果を print() で表示する演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/9870e86d63b9

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/9870e86d63b9」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「x の値: 5」「y の値: 3」「x + y の結果: 8」の3行が表示されることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• プログラムでは x = 5，y = 3 と2つの変数に数値を代入し，x + y で足し算を行っている．
• print() で，カンマ「,」で区切ると，文字列と変数の値が間に半角スペースを入れて並んで表示される．
• 実行環境によっては，結果が ('x の値:', 5) のように括弧とカンマ付きで表示されることがある．これは表示の違いであり，間違いではない．

考察ポイント

• x や y に代入する数値を変えると，「x + y の結果」がどう変わるかを確認する．

演習③ 代入（再代入）

既存の変数に新しい値を代入して更新（再代入）し，変数の値が変更できることを確認する演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/b869619b0874

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/b869619b0874」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「元のスコア: 80」「更新後のスコア: 95」の2行が表示されることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• プログラムでは，はじめに score = 80 と代入し，表示した後で score = 95 と同じ変数に入れ直している．
• 変数（名札）は，必要に応じて結びつける値を書き換えられる．これが再代入である．

考察ポイント

• 後から代入した値（95）で，表示結果が上書きされることを確認する．
• 2回目の代入を score = score + 1 のように，今の値をもとにした計算に書き換えると，結果がどうなるかを確認する．

演習④ input() による入力

input() を使ってユーザーからの入力を受け取り，変数に保存して利用する演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/45f0bed92360

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/45f0bed92360」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「あなたの名前を入力してください:」と表示されたら，その欄に自分の名前（例：kaneko）を入力し，Enterキーを押す．
4. 入力した名前を使って，「ようこそ、（入力した名前）さん！」と表示されることを確認する．
5. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• プログラムの user_name = input("あなたの名前を入力してください: ") は，画面にメッセージを表示して入力を待ち，入力された値を user_name に保存する．
• input() で入力された値は，文字列として保存される．
• print() の中の ＋ で，「ようこそ、」と入力された名前と「さん！」を連結している．

考察ポイント

• 入力する名前を変えて再実行すると，表示される名前が入力に応じて変わることを確認する．

演習⑤ 現在日時の表示（datetime ライブラリ）

datetime ライブラリを使い，コンピュータ（オペレーティングシステム）のタイマーを読み取って，今の日時を表示する演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/2b804ab19a

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/2b804ab19a」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「2026-06-04 20:37:22.313700」のような形式で，現在の日時が表示されることを確認する（具体的な日時は実行した時刻による）．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• import datetime は，datetime ライブラリを取り込む命令である．
• datetime.datetime.now() は，実行した瞬間の日時を返す．
• 表示される日時は，実行した瞬間の時刻なので，実行のたびに変わる．

考察ポイント

• 「Run」ボタンを数回押して再実行し，表示される日時が実行のたびに変わることを確認する．
• import を使うことで，自分で書いていない機能（ここでは日時を取得する機能）が使えるようになることを確認する．

演習⑥ 平方根：面積が 7 の正方形の一辺の長さ（math ライブラリ）

math ライブラリの sqrt（平方根）を使い，面積が 7 の正方形の一辺の長さを求める演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/597e5771ff

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/597e5771ff」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「2.64575131106」と表示されることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• math ライブラリを使うため，まず import math を書いている．
• math.sqrt(7) は，7 の平方根（ルート）を計算する．
• 面積が 7 の正方形の一辺の長さは，7 の平方根に等しい．

考察ポイント

• 面積が 7 のとき，一辺の長さが約 2.65 になることを確認する．
• sqrt の中の数値（7）を別の数に変えると，結果がどう変わるかを実際に試してみる．

演習⑦ 円周率：半径 3 の円の面積（math ライブラリ）

math ライブラリの円周率（math.pi）を使い，半径 3 の円の面積を求める演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/4e3559f879

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/4e3559f879」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「28.2743338823」と表示されることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• math.pi は，円周率 π の値（3.14159…）を表す定数である．
• 円の面積は「半径 × 半径 × 円周率」で求められるため，3 * 3 * math.pi と書いている．

考察ポイント

• 半径 3 の円の面積が，約 28.27 になることを確認する．
• プログラム中の半径の値（3）を変えると，面積がどう変わるかを実際に確かめてみる．

演習⑧ 三角関数：2辺と間の角度から三角形の面積（math ライブラリ）

math ライブラリの三角関数（math.sin）を使い，2辺の長さが 4 と 6，その間の角度が 60 度の三角形の面積 (1/2) × 4 × 6 × sin(60) を求める演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/bdcce27488

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/bdcce27488」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右の「Result」欄に，「10.3923048454」と表示されることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• math ライブラリの三角関数は，角度をラジアンで受け取る．そのため，度をラジアンへ変換する必要がある．
• 度をラジアンへ変換するには「角度 × math.pi / 180」を計算する．プログラムでは 60 * math.pi / 180 がこれにあたる．
• 三角関数に渡す前に，度をラジアンへ変換することを忘れないようにする．

考察ポイント

• 2辺が 4 と 6，間の角度が 60 度のとき，面積が約 10.39 になることを確認する．
• 角度（60）や辺の長さ（4，6）を変えると，面積がどう変わるかを実際に確かめてみる．

演習⑨ タートルグラフィックス（線を引く・書き換え）

タートル（亀）が線を引きながら進む様子を観察し，さらにプログラムを書き換えて結果が変わることを確認する演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/f29bfe71cd

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/f29bfe71cd」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右に，原点(0,0)から上の(0,100)へ，そこから右下の(100,0)へ線が引かれた図形が表示されることを確認する．
4. 次に，画面左のプログラムの中の t.goto(100,0) を t.goto(200,0) に書き換える．
5. もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックし，描かれる図形が変わることを確認する．
6. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• import turtle でタートルグラフィックスの機能を取り込み，t = turtle.Turtle() でタートルの実体を作って t に結びつけている．
• t.goto(x, y) は，現在地から座標 (x, y) まで線を引いて移動するメソッドである．
• 出発点は (0, 0)（画面中央）で，そこを基準に，上下左右へ位置が決まる（上・右がプラス，下・左がマイナス）．

考察ポイント

• goto に渡す座標の値を変えると，線が引かれる先がどう変わるかを実際に確かめてみる．

演習⑩ タートルグラフィックスで六角形

前進（forward）と回転（left）を繰り返して，正六角形を描く演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/ddb861147133

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/ddb861147133」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右に，正六角形が描かれることを確認する．
4. 実行が始まらないときは，もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックする．

ヒント

• t.forward(50) は，50 ピクセル前進するメソッドである．
• t.left(60) は，左回りに 60 度回転するメソッドである．
• 「前進」と「60度の回転」を 6 回繰り返すことで，正六角形ができる．

考察ポイント

• forward（前進）と left（回転）の組み合わせを繰り返すことで，図形が描かれる様子を観察する．
• forward の値（50）を変えると，六角形の大きさがどう変わるかを実際に確かめてみる．

演習⑪ タートルグラフィックスで星形（自由制作）

星形を描くプログラムを実行し，さらに自分でデザインした図形を描くことに挑戦する，自己研鑽の演習である．

使用する trinket のページ：https://trinket.io/python/5366def2f4

手順

1. Webブラウザで，URL「https://trinket.io/python/5366def2f4」を開く．
2. 画面左上の「Run」（実行）ボタンをクリックする．
3. 画面右に，星形（星型）の図形が描かれることを確認する．
4. 次に，画面左のプログラムの中の t.goto(...) の座標の値を自由に書き換える．
5. もう一度「Run」（実行）ボタンをクリックし，自分がデザインした図形が描かれることを確認する．

ヒント

• このプログラムは，t.goto(x, y) で複数の座標へ順番に移動しながら線を引き，最後に始点へ戻って図形を完成させている．
• 座標は (0, 0) を基準に決まる（上・右がプラス，下・左がマイナス）．
• うまくいかないときは，値を少しずつ変えて何度も再実行してみるとよい．

考察ポイント

• 各 goto に渡す座標を変えると，図形の形がどう変わるかを観察する．
• 「自分でデザイン → 実行してみる → うまくいかない所を工夫 → ねばり強く改良」という流れで，工夫してみる．

演習について

このガイドは，ブラウザだけで Python を実行できる学習サイト Trinket を用いた演習である．各演習は，trinket のページを開いて実行結果を確認することが基本である．Trinket は，画面左で編集，画面右の「Result」で結果を確認し，「Run」で実行，「STOP」で停止する．

Trinket の基本操作

• Trinket は，左側でプログラムを編集し，右側で実行結果を確認する．
• 「Run」をクリックすると実行され，「STOP」をクリックすると停止する．
• 実行環境によっては，x = 200 が ('x =', 200) のように表示されることがある．これは表示の違いであり，間違いではない．

演習① 条件分岐 ― age による料金の分岐を体験する

年齢（age）の値によって，出力が 500 か 1800 に分かれるプログラムを実行し，書き替えて動作を確認する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/0fd59392c8 を開く．
2. 画面の「Run」をクリックして実行する．右側の結果表示に 1800 が表示されることを確認する．
3. 左側のプログラム1行目の age = 18 を age = 10 に書き替える．
4. もう一度「Run」をクリックして実行する．結果に 500 が表示されることを確認する．
5. age の値を 8, 9, 10, 11 にそれぞれ書き替えて実行し，いずれも 500 が表示されることを確認する．
6. 続けて age の値を 12, 13, 14, 15 にそれぞれ書き替えて実行し，いずれも 1800 が表示されることを確認する．

ヒント

• 条件式 if age <= 11: は「age は 11 以下か？」を確かめている．行の終わりの「:（コロン）」は，ここから処理が始まる合図である．
• 条件が成り立つとき（11 以下）は print(500) が実行され，成り立たないとき（11 より上）は自動的に else: 側の print(1800) が実行される．
• print(500) や print(1800) は，先頭が字下げ（半角スペース）されている．この字下げが，その条件のときに実行される範囲を示している．

考察ポイント

• 500 と 1800 の境目は，age の値がいくつといくつの間にあるかを，実行結果から確認する．
• 条件式は age <= 11 の 1 つだけである．それでも 11 より上の場合に 1800 が出力されるのはなぜかを，else の働きから確認する．

演習② 条件分岐の Python プログラムを作る ― weight による分岐

weight の値が 100 以下なら result = 0，100 より大きいなら result = 1000 を実行し，最後に print(result) で表示するプログラムを作って動作を確認する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/62f74d3bfc を開く．このページには，次のプログラムが用意されている．

   weight = 80
   if weight <= 100:
       print(0)
   else:
       print(1000)

2. 「Run」をクリックして実行する．weight が 80 のとき，結果に 0 が表示されることを確認する．
3. 1行目の weight = 80 の値を 100 より大きい値（例：120）に書き替えて実行し，結果が 1000 になることを確認する．
4. weight の値を 100 に書き替えて実行し，結果が 0 になることを確認する（100 は「100 以下」にあてはまる）．

ヒント

• 条件 weight <= 100 が成り立つかどうかで，実行される行が分かれる．weight が 80 のときは 80 <= 100 が成り立つので，if の側が実行される．
• このページのプログラムは，値を直接 print(0)，print(1000) で表示している．
• 行の終わりの「:」と，print の行の字下げ（半角スペース）を忘れないようにする．

考察ポイント

• weight の値をちょうど 100 にしたとき，0 と 1000 のどちらが出力されるかを実行で確かめ，<= が「ちょうど 100」を含むかどうかを確認する．

演習③ for による繰り返し ― & の個数を変化させる

for による繰り返しで，i の値が変化するのに合わせて，表示される「&」の個数が変わる様子を確認する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/27f6ebe1da を開く．このページには，次のプログラムが用意されている．

   for i in range(5):
       print(i * '&')

2. 「Run」をクリックして実行する．結果が次のように表示されることを確認する（1 行目は空行になる）．

   &
   &&
   &&&
   &&&&

3. 確認クイズ：「&」を 9 個まで表示したいとき，プログラムをどのように書き替えればよいか，自分で考えて書き替え，実行して確かめる．

ヒント

• range(5) は 0 から 4 までの 5 個の数を表す．for i in range(5) のとき，i の値は 0, 1, 2, 3, 4 と変化する．
• 数値どうしの * は掛け算だが，「文字列 * 数」はその文字列を繰り返す．たとえば 3 * '&' は '&&&' になる．
• i = 0 のときは 0 * '&' となり，&が 0 個（空行）になる．
• 確認クイズのヒント：range(10) に変えると i = 9 まで進み，&が 9 個になる（先頭に空行が出る）．

考察ポイント

• 繰り返しの回数（1 回目，2 回目…）と，i の値（0, 1, 2…）がずれていることを，実行結果と照らし合わせて確認する．
• range の中の数を変えると，表示される行数と &の最大個数がどう変わるかを，いくつか試して関係を確認する．

演習④ リストと月の日数 ― インデックスで値を取り出す

各月の日数をまとめたリストから，月の番号を使って日数を取り出すプログラムを実行し，書き替えて確認する（うるう年は考えない）．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/88a728c3cb を開く．このページには，次のプログラムが用意されている．

   days = [0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]
   print(days[6])
   print(days[7])

2. 「Run」をクリックして実行する．結果に 30 と 31 が表示されることを確認する（6 月は 30 日，7 月は 31 日）．
3. print(days[6]) と print(days[7]) を print(days[8]) と print(days[9]) に書き替えて実行する．
4. 結果に 31（8 月）と 30（9 月）が表示されることを確認する．

ヒント

• リストの番号（インデックス）は 0 から始まる．days[番号] と書くと，その番号の中身を取り出せる．
• このリストは 0 番目に空の要素（0）を置いている．そのため，月の番号とインデックスが一致する（days[6] が 6 月）．
• 番号を変えれば，他の月の日数も同じやり方で表示できる．

考察ポイント

• 0 番目にあえて 0 を入れておくことで，days[6] が 6 月の日数になるという仕組みの便利さを確認する．
• days[12] までは取り出せるが，days[13] を指定するとどうなるかを考え，余裕があれば実際に試して結果を確認する．

演習⑤ 基本的なライブラリの利用 ― Matplotlib で散布図を描く

Matplotlib ライブラリを使い，x 座標と y 座標のリストから散布図を描くプログラムを実行する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/a563124a187c を開く．このページには，import matplotlib.pyplot as plt を使い，x = [1, 2, 3, 4, 5] と y = [2, 4, 5, 4, 5] をプロットするプログラムが用意されている．
2. 「Run」をクリックして実行する．実行が開始しないときは，実行ボタンをもう一度押す．
3. 結果側に「Scatter Plot」というタイトルの散布図（丸いマーカーの点）が表示されることを確認する．
4. 余裕があれば，x や y のリストの数値を書き替えて再度実行し，点の位置が変わることを確認する．

ヒント

• 外部ライブラリは本来インストールが必要だが，学習用の Trinket では NumPy や Matplotlib などもインストール不要で import できる．
• plt.plot(x, y, 'o') の 'o' は丸いマーカーを指定している．
• plt.title(...) でグラフのタイトルを付け，plt.show() でグラフを表示する．

考察ポイント

• x と y のリストの数値と，画面に表示された点の位置がどう対応しているかを照らし合わせる．
• 自分でリストを作って数値をグラフにするのと比べ，ライブラリを使うと少ないコードでグラフにできることを実感する．

演習⑥ 数値計算用ライブラリの利用 ― NumPy と Matplotlib で sin 波を描く

NumPy で 0 から 10 までの値を作り，対応する sin の値を Matplotlib でグラフ化するプログラムを実行する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/5830b6d18e9c を開く．このページには，import numpy as np と import matplotlib.pyplot as plt を使い，x = np.linspace(0, 10, 100)，y = np.sin(x) をプロットするプログラムが用意されている．
2. 「Run」をクリックして実行する．実行が開始しないときは，実行ボタンをもう一度押す．
3. 結果側に「Sin Wave」というタイトルの正弦波（波のグラフ）が表示されることを確認する．

ヒント

• np.linspace(0, 10, 100) は，0〜10 を 100 点に分割する．点が多いほど線が滑らかになる．
• NumPy で数値を作り，Matplotlib でグラフにするというように，ライブラリは連携して使える．
• import numpy as np の as np は，numpy を np という短い別名で呼ぶための書き方である．

考察ポイント

• 余裕があれば np.linspace の最後の数（100）を小さくして実行し，線の滑らかさがどう変わるかを観察する．

演習⑦ 乱数（random ライブラリ）の利用 ― 乱数で座標を作る

random ライブラリで生成した乱数を使って座標を作り，散布図として表示するプログラムを実行する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/9fe4ad1bb348 を開く．このページには，import random と import matplotlib.pyplot as plt を使い，乱数で 100 個の x 座標と y 座標を作って散布図にするプログラムが用意されている．
2. 「Run」をクリックして実行する．実行が開始しないときは，実行ボタンをもう一度押す．
3. 結果側に，乱数で生成された点がばらばらに散らばった散布図が表示されることを確認する．
4. もう一度「Run」をクリックして実行し，点の配置が前回と変わることを確認する．

ヒント

• 乱数は予測できない数値である．シミュレーション，ゲーム，暗号化などで使われる重要な機能である．
• random.random() は予測できない数値を返す．これを繰り返し使って，点の座標を作っている．
• plt.plot(x, y, 'o') の 'o' は丸いマーカーを指定している．

考察ポイント

• 実行するたびに散布図の点の位置が変わる理由を，乱数の性質から確認する．

演習⑧ タートルグラフィックス ― 図形を描く（for で繰り返す）

タートル（亀）に命令（メソッド）を出して線を引き，for による繰り返しで図形を描くプログラムを実行する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/895c3ea5b6 を開く．このページには，次のプログラムが用意されている．

   import turtle
   t = turtle.Turtle()
   for i in range(5):
       t.forward(100)
       t.right(170)

2. 「Run」をクリックして実行する．結果側に，前進と回転を繰り返して描かれた線の図形が表示されることを確認する．
3. 続けて Trinket のページ https://trinket.io/python/0d8dbc1139 を開く．このページでは t.forward(i * 20 + 100) のように，繰り返しごとに進む距離が変わる．
4. 「Run」をクリックして実行し，図形が表示されることを確認する．
5. プログラム内の「5」「20」「100」「170」の数値をいろいろ書き替えて実行し，図形がどう変わるかを確認する．

ヒント

• タートルの出発点は画面中央 (0, 0) である．t.forward(値) で前進，t.right(角度) で右回りに回転する．
• for の中の字下げした部分（t.forward(...) と t.right(...)）が繰り返される．
• 2 つ目のプログラムの i * 20 + 100 は，i が 0, 1, 2… と変化することで，進む距離が 1 回ごとに変わる．

考察ポイント

• t.right(170) の角度を変えると，図形の形がどう変わるかを試して，角度と形の関係を確認する．
• range(5) の数を増やすと線の本数が増える．回数と図形の複雑さの関係を観察する．
• 進む距離が一定（1 つ目）の場合と，繰り返しごとに変わる（2 つ目）場合とで，描かれる図形の印象の違いを比べる．

演習⑨ タートルグラフィックス ― リストと組み合わせて色を変える

色のリストとタートルのメソッドを組み合わせ，繰り返しのたびに色を変えながら円を描くプログラムを実行する．

操作手順

1. Trinket のページ https://trinket.io/python/f8cd554693 を開く．このページには，次のプログラムが用意されている．

   import turtle
   t = turtle.Turtle()
   colors = ["red", "green", "blue"]
   for i in range(3):
       t.color(colors[i])
       t.circle(30)
       t.forward(50)

2. 「Run」をクリックして実行する．結果側に，赤・緑・青の 3 つの円が横に並んで描かれることを確認する．
3. 余裕があれば colors のリストの色名や，t.circle(30) の半径，t.forward(50) の距離を書き替えて実行し，変化を確認する．

ヒント

• colors = ["red", "green", "blue"] は，3 つの色名をまとめたリストである．colors[i] で i 番目の色を取り出せる（番号は 0 から始まる）．
• t.color(...) は線や塗りの色を変える．t.circle(30) は半径 30 の円を描き，t.forward(50) は前に 50 進む．
• i が 0, 1, 2 と変化するのに合わせて，colors[i] が "red"，"green"，"blue" と変わる．

考察ポイント

• range(3) の回数とリストの色の個数（3 個）が対応していることを確認する．

演習１　内積 SUMPRODUCT

内積は，二つの数字の列について，対応する要素を掛けて合計する計算である．二つの並びが同じところで高くなるほど内積は大きくなり，二つの並びがどれだけ似ているかを測る基礎になる．ここでは Excel の関数 SUMPRODUCT を用いて内積を求める．

操作手順

1. Excel を起動し，新しいブックを開く．
2. データを2列に入力する．セル A1 から A5 に「8，2，6，3，6」を上から順に入力し，セル B1 から B5 に「4，6，5，6，4」を上から順に入力する．
3. 結果を表示するセル（例：D1）をクリックし，=SUMPRODUCT(A1:A5,B1:B5) と入力する．数式の先頭には半角の「=」を付ける．範囲はコロン「:」で指定する（A1:A5 は A1 から A5 までの連続した範囲を表す）．
4. Enter キーを押す．セル D1 に計算結果「116」が表示される．

ヒント

• SUMPRODUCT は二つの範囲をとる関数である．1つ目の範囲（A1:A5）と2つ目の範囲（B1:B5）で，対応する要素どうしを掛けて合計する．
• 数式は半角文字で記述する．関数名や範囲の指定に全角文字が混ざると正しく計算されない．
• 入力した数式は，セルをクリックすると数式バーで確認できる．間違えた場合は数式バーまたはセルをダブルクリックして修正できる．
• セルの値を消したいときは，対象のセルを右クリックして「数式と値のクリア」を選ぶ．

考察ポイント

• 値を書き換えると、内積の値は自動で再計算される。

演習２　平均 AVERAGE

平均は，いくつかの値を一つの代表値にまとめる計算である．バラバラな多くの値を1本の代表する高さにならして，全体の状況を一つの数で捉える．ここでは Excel の関数 AVERAGE を用いて平均を求める．

操作手順

1. Excel を起動していなければ，Excel を起動し，新しいブックを開く．
2. データを1列に入力する．セル A1 から A5 に「8，2，6，3，6」を上から順に入力する．
3. 結果を表示するセル（例：C1）をクリックし，=AVERAGE(A1:A5) と入力する．数式の先頭には半角の「=」を付ける．
4. Enter キーを押す．セル C1 に計算結果「5」が表示される．

ヒント

• AVERAGE は一つの範囲をとる関数である．範囲はコロン「:」で指定する（A1:A5 は A1 から A5 までの連続した範囲を表す）．
• 数式は半角文字で記述する．
• 入力した数式は，セルをクリックすると数式バーで確認できる．間違えた場合は数式バーまたはセルをダブルクリックして修正できる．
• 操作を取り消したいときは「元に戻す」ボタン，または Ctrl + Z（同時押し）で直前の操作を取り消せる．

考察ポイント

• A 列の値のうち1つを大きく書き換えて Enter を押し，平均の変化を見る．

演習３　標本分散 VAR.S

標本分散は，値が平均からどれくらいばらついているかを測る計算である．各値が平均からどれだけ離れているか（ズレ）を集めると，データ全体のばらつきが分かる．ズレが大きいほど分散は大きく，ズレが小さいほど分散は小さくなる．ここでは Excel の関数 VAR.S を用いて標本分散を求める．

操作手順

1. Excel を起動していなければ，Excel を起動し，新しいブックを開く．
2. データを1列に入力する．セル A1 から A5 に「8，2，6，3，6」を上から順に入力する．
3. 結果を表示するセル（例：C1）をクリックし，=VAR.S(A1:A5) と入力する．数式の先頭には半角の「=」を付ける．
4. Enter キーを押す．セル C1 に計算結果「6」が表示される．

ヒント

• VAR.S は一つの範囲をとる関数である．範囲はコロン「:」で指定する．
• 数式は半角文字で記述する．関数名「VAR.S」のドット「.」も半角で入力する．

考察ポイント

• 演習２で求めた平均と同じ列のデータを使っている．各値が平均からどれだけ離れているかを確認し，ばらつきの大きさが分散の値に表れていることを確認する．
• A 列の値を平均に近い値ばかりに書き換えて Enter を押し，分散の値が小さくなることを確認する．

演習４　標本共分散 COVARIANCE.S

標本共分散は，二つの量がどれくらい連動して動くかを測る計算である．一方が分かればもう一方を推測できる関係をとらえる．内積がそのままの値どうしを掛けるのに対し，共分散は平均を引いたズレどうしを掛けて求める．ここでは Excel の関数 COVARIANCE.S を用いて標本共分散を求める．

操作手順

1. Excel を起動していなければ，Excel を起動し，新しいブックを開く．
2. データを2列に入力する．セル A1 から A5 に「8，2，6，3，6」を上から順に入力し，セル B1 から B5 に「4，6，5，6，4」を上から順に入力する．
3. 結果を表示するセル（例：D1）をクリックし，=COVARIANCE.S(A1:A5,B1:B5) と入力する．数式の先頭には半角の「=」を付ける．
4. Enter キーを押す．セル D1 に計算結果「−2.25」が表示される．

ヒント

• COVARIANCE.S は二つの範囲をとる関数である．1つ目の範囲（A1:A5）と2つ目の範囲（B1:B5）を指定する．
• 数式は半角文字で記述する．関数名「COVARIANCE.S」のドット「.」も半角で入力する．
• 演習１の内積と同じデータを使っている．内積はそのままの値どうしを掛けるのに対し，共分散は平均を引いたズレどうしを掛ける点が異なる．

考察ポイント

• 共分散の値の符号（プラスかマイナスか）に注目する．二つの列が同じ向きに動くか，逆向きに動くかが，符号に表れている．

演習５　質問を理解するAI 「Data Commons」

Data Commons は，Google が世界中の政府統計を1か所に集めたオープンデータのサービスである．検索欄に英語で質問を入力すると，AI が質問を解釈し，統計を地図やグラフで自動的に表示する．オープンデータを，AI の力を借りて体験する演習である．

Data Commons のサイト：https://datacommons.org/

操作手順

1. Web ブラウザで https://datacommons.org/ を開く．
2. 画面の上部中央にある検索欄をクリックする．検索欄には英語で質問でkリウ。
3. 次の質問例のいずれかをコピーして検索欄に貼り付け，Enter キーを押す．英語が苦手な場合は，質問例をそのままコピーして貼り付ければよい．
   • How has the population of Japan changed over time?（日本の人口推移）
   • Life expectancy in Japan compared to other G7 countries（日本と G7 各国の平均寿命比較）
   • Unemployment rate in Tokyo（東京の失業率）
4. 画面に折れ線グラフ・地図・ランキング表などが，質問に応じて自動的に表示されることを確認する．
5. グラフ付近にある「About this data」をクリックすると，どの公的機関のオープンデータが使われているかを確認できる．
6. 画面左上の「DC」のロゴをクリックしてトップページに戻り，別の質問で手順3から繰り返す．最低3つの質問を試す．

ヒント

• 検索欄に英語で質問を入力する．トップページに表示される質問例（Sample questions）をクリックして試してもよい．
• 画面が英語で読みにくい場合は，ページ上の文字のない場所（余白）を右クリックし，表示されたメニューから「日本語に翻訳」を選ぶと，ページ全体が日本語に切り替わる．元の英語に戻したい場合は，アドレスバー右側に表示される翻訳アイコンをクリックし，「英語」を選ぶ． ただし、翻訳では，専門用語や固有名詞が不自然な日本語になる場合がある．意味が分かりにくい箇所は，元の英語表示に戻して確認するとよい．
• 質問を英語で書く自信がないという場合でも、 翻訳サイトDeepl https://www.deepl.com/ja/translator を活用して試してみて欲しい。
• 質問によっては，このサイトがデータを取得できず結果が得られない場合がある．例えば「Unemployment rate in Tokyo（東京の失業率）」では結果が得られないことがある．その場合は「Unemployment rate in Japan（日本の失業率）」のように対象を変えて試す．

考察ポイント

• 入力した英語の質問文の意味を AI が解釈し，質問に合ったデータが選ばれて，地図やグラフの形で表示されていることを確認する．
• 「About this data」で表示される出典機関名を見て，グラフが各国の公的機関のオープンデータに基づいていることを確認する．
• 同じ対象でも，質問の書き方（都市名と国名など）によって結果が得られたり得られなかったりする．

演習６　データの隙間を埋めるAI 「Gapminder」

Gapminder Tools は，世界統計を動くバブルチャートで表示するツールである．世界銀行・WHO・国連等が公開するオープンデータを用いて，各国の所得・平均寿命・人口等を表示する．時間軸スライダーを動かすと，1800年から現在までの各国の変化をアニメーションで見ることができる．データが存在しない年の値は，前後の年から推定するアルゴリズム（欠損値補完）で埋められている．オープンデータを体験する演習である．

Gapminder のサイト：https://www.gapminder.org/tools/

操作手順

1. Web ブラウザで https://www.gapminder.org/tools/ を開く．
2. 初期画面でバブルチャートが表示されることを確認する．画面上部のタブが「Bubbles」になっていることを確認する．初期画面では，バブル＝国，バブルの大きさ＝人口，バブルの色＝地域，横軸＝1人あたり所得，縦軸＝平均寿命を表す．
3. 画面右側の国名リストで「Japan」を探してクリックするか，検索欄に「Japan」と入力する．日本のバブルがハイライト表示される．
4. 画面下部の再生ボタン（▶）をクリックし，1800年から現在までのアニメーションを見る．日本のバブルがどのように動くかに注目する．
5. アニメーション終了後，時間軸スライダーを左右に動かし，日本の軌跡を確認する．
6. 横軸または縦軸のラベルのメニュー（「Income」「Life expectancy」等）をクリックし，別の指標に変える．例として「Children per woman」（女性1人あたりの子どもの数）や「CO2 emissions」（CO2 排出量）を選ぶ．
7. 画面下部のボタンで「Bubbles」から「Maps」（地図）や「Ranks」（順位）などに切り替え，同じデータを別の形式で見る．
8. 気になる指標について，横軸や縦軸のラベルを変更し，日本と他国（例：韓国，米国，ブラジル）を比べる．

ヒント

• バブルの大きさは各国の人口を，バブルの色は地域（アジア・ヨーロッパ等）を表す．日本のバブルがどのように動くかを，自分の目で追う．
• 各指標の説明欄に，出典機関とデータセット名が示される．
• 画面が英語で読みにくい場合，Chrome ブラウザでは、ページ上の文字のない場所（余白）を右クリックし，「日本語に翻訳」を選ぶと，ページ全体が日本語に切り替わる．

考察ポイント

• 再生ボタンで時間を進めたとき，日本のバブルが横軸（1人あたり所得）と縦軸（平均寿命）の方向にどう動くかを観察し，所得と平均寿命の変化のつながりを確かめる．
• 「所得が上がると平均寿命も延びる」といった，二つの指標が連動して変化する関係を，200年分のデータで自分の目で確かめる．
• 日本と他国のバブルの動き方を見比べ，国によって変化の時期や速さに違いがあるかを確認する．

演習の概要

演習２〜６は、 「落下物キャッチゲーム」が段階的に完成していく様子を体験します。

Python 標準ライブラリの turtle（タートルグラフィックス）を用いて，落下物を受け止めて得点する「落下物キャッチ（受け止め）ゲーム」です．完成形は，左右キーで動かすプレイヤーが，上から落ちてくる落下物を受け止めて得点するゲームです．

演習① trinket の動作確認

まず，trinket のページが正しく表示され，実行できることを確認します．

操作手順

1. 次の URL をブラウザで開く．

   確認用ページ：https://trinket.io/python/68a090babf

2. ページが開いたら，画面左側にプログラムのコード，右側に実行結果の領域が表示されることを確認する．
3. コード領域の上にある実行ボタン（「Run」，三角形の再生マーク）をクリックする．
4. 右側の実行結果領域に，資料の例と同じように結果が表示されることを確認する．

ヒント

• 実行結果はブラウザの右側に表示される．左側のコードを書き換えてから，もう一度実行ボタンを押すと結果が変わる．

考察ポイント

• コードと実行結果が左右に分かれて表示されること，実行ボタンを押すことでプログラムが動くことを確認する．

演習② 落下の再現

画面の上端から円が現れ，まっすぐ下へ落ちていく動きを作ります．

操作手順

1. 次の URL をブラウザで開く．

   演習２のページ：https://trinket.io/python/e0c1d1c0f8af

2. 実行ボタン（「Run」）をクリックして実行する．
3. 画面中央の上端（x=0, y=180）に「三角形」が現れ，まっすぐ下へ落ちていくことを確認する．
4. 「三角形」が下端（y=-180）を過ぎると，また上端に戻って同じ列を落ち続けることを確認する．

ヒント

• 落下は，iy を毎回一定量（10）だけ減らして表す（iy = iy - 10）．
• iy が下端（-180）を下回ったら上端（180）に戻すと，落下が繰り返される．
• item.penup() を入れないと，落下のたびに縦線（軌跡）が描かれてしまう．

考察ポイント

• time.sleep(0.05) が更新の間隔（約50ミリ秒）を保っていることを確認する．

演習③ 接触の近似

下端に置いた四角いプレイヤーと，落ちてくる「三角形」との水平距離を判定し，近ければ得点する仕組みを作ります．

操作手順

1. 次の URL をブラウザで開く．

   演習３のページ：https://trinket.io/python/216f2ddb6b40

2. 実行ボタン（「Run」）をクリックして実行する．
3. 下端の中央（x=0, y=-180）に四角いプレイヤーが置かれ，上端から「三角形」が落ちてくることを確認する．
4. 「三角形」は毎回 x=0 の同じ列を落ちるため，プレイヤーの真上を通過することを確認する．
5. 「三角形」が下端に達するたびに，プレイヤーとの水平距離が 30 未満かどうかが判定され，近ければ score が 1 増えることを確認する．この演習ではプレイヤーはまだ動かせない．

ヒント

• 受け止めの判定は，落下物が下端に達した瞬間（if iy < -180: の中）で行う．
• -30 < ix - player.xcor() < 30 は，中心間の水平距離が 30 未満であることを表す．これは連鎖比較で，(-30 < ix - player.xcor()) and (ix - player.xcor() < 30) と同じ意味である．

考察ポイント

• 「三角形」が毎回同じ列（x=0）を落ちるため，プレイヤーの真上を通過し，得点が入ることを確認する．

演習④ アクション性

「三角形」が落ちてくる位置を毎回ランダムに変え，ゲームにアクション性を持たせます．

操作手順

1. 次の URL をブラウザで開く．

   演習４のページ：https://trinket.io/python/b2bde1e50f7d

2. 実行ボタン（「Run」）をクリックして実行する．
3. 「三角形」が落ちてくる左右の位置が毎回ランダムに変わることを確認する．最初の出現位置も，下端に達して上端へ戻るときの位置も，-180 から 180 の間でばらばらに決まる．
4. プレイヤーは下端中央に固定されたままなので，「三角形」がたまたまプレイヤーの近く（水平距離 30 未満）に落ちたときだけ得点が入ることを確認する．

ヒント

• random.randint(-180, 180) は -180 以上 180 以下の整数をランダムに返す．これを使って「三角形」の落下位置を毎回決めている．

考察ポイント

• 落下量（10）と更新間隔（0.05秒）がゲームのテンポを決めていることを確認する．

演習⑤ プレイヤーを動かす

左右キーでプレイヤーを動かせるようにし，「三角形」に合わせて受け止められるようにします．

操作手順

1. 次の URL をブラウザで開く．

   演習５のページ：https://trinket.io/python/1a7d4df094b4

2. 実行ボタン（「Run」）をクリックして実行する．これまでと同じく「三角形」がランダムな位置を落ちてくる．
3. 右側の描画領域（タートルの絵が表示される部分）を一度クリックして，フォーカスを与える．これをしないと矢印キーが効かない．
4. 左矢印キー（←）を押すとプレイヤーが左へ 20，右矢印キー（→）を押すと右へ 20 だけ動くことを確認する．
5. 落ちてくる「三角形」の真下にプレイヤーを移動させ，受け止めて得点をねらう．
6. 移動範囲の制限はまだ無いので，キーを押し続けるとプレイヤーが画面の外まで出て行ってしまうことを確認する．

ヒント

• キー操作は，def move_left(): の中で player.setx(player.xcor() - 20)，def move_right(): の中で player.setx(player.xcor() + 20) として定義し，screen.onkey(move_left, "Left") と screen.onkey(move_right, "Right") でキーに割り当てている．
• screen.listen() を呼ばないと，onkey の登録があってもキーを受け取れないので，キー設定の最後に必ず一度呼ぶ．

考察ポイント

• 左右キーでプレイヤーの x が ±20 変化することを確認する．

演習⑥ 完成形

プレイヤーが画面の外へ出ないように移動範囲を制限し，ゲームを完成させます．

操作手順

1. 次の URL をブラウザで開く．

   演習６のページ：https://trinket.io/python/826f3b473886

2. 実行ボタン（「Run」）をクリックして実行する．操作感は演習⑤と同じである．
3. 右側の描画領域を一度クリックして，フォーカスを与える．
4. 左矢印キー（←）・右矢印キー（→）でプレイヤーを左右に動かす．左へ動かし続けても左端（x=-180）で，右へ動かし続けても右端（x=180）で止まることを確認する．
5. 落ちてくる「三角形」の真下にプレイヤーを移動させ，受け止めて得点をねらう．プレイヤーが画面の外へ出て見えなくなることがなくなったことを確認する．

ヒント

• 移動関数の中で setx の直後に if で位置を確認し，範囲外なら端の値（±180）に押し戻す．

考察ポイント

• 押し戻しによってプレイヤーが左右端（±180）で止まることを確認する．

昨年度のスライド資料を以下に掲載しています。予習などでの参考にしてください。ただし，今年度とは内容や順序が異なる場合があります。今年度の最新資料はこちらのページで随時公開していきます。

• 第1回
• 第2回
• 第3回
• 第4回
• 第5回
• 第6回
• 第7回
• 第8回
• 第9回
• 第10回
• 第11回
• 第12回
• 第13回
• 第14回
• 第15回
• 演習で使用したデータファイル：s8-1.xlsx, s8-2.xlsx, s8-3.xlsx, s8-4.xlsx, iris.xlsx

詳しくは「シラバス」を参照してください。

最新技術の反映、パソコン教室のパソコンを用いた演習の充実などにより、一部内容が変更になる場合があります。