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任意の解を持つ連立方程式を作る方法 [がんばれ受験生]

ちょうど今、授業時間で出席を確認している3分ほどの時間でできる計算プリントを作っていました。目的はいくつかあるのですが、最も大きいのは「計算力を固める」ことにあります。

今日の話題は「連立方程式の問題を作る」ことです。連立一次方程式なので係数を適当に決めて、これを解いて解き方や解の適否(解が分数になる方程式は、本来の目指す効果が得られないことも多い)を判断します。

要するに「整数解」が得られれば問題がないのですが、これが意外に大変です。しかし、計算問題もテキトーな係数で作ると解が分数になってしまって解くほうも点検するほうも大変です。面倒になると既存の問題集から、答えを先に見て問題をコピーしてシャンシャンとしている先生も多いはずです。(ここに神経を使うことは、学校で授業をする上ではほとんど価値がありません)そこで、任意の解をもつような三元連立一次方程式を作ることを考えてみました。

以下 Latex で書いた文章を画像として貼り付けましたので、ちょっと変な感じがします。ご容赦ください。


0514Text.jpg


Calc.jpg


Equation.jpgその結果できる三元連立一次方程式は次のようになります。実際に解いて、答えがExcel画像の左3つになっていることを確かめてください。


今、学校は新型コロナの感染対策で学校再開の道を探っています。そんな中、貴重な時間を有効に使って、現勤務校の生徒の実情を改善するべく教材を作っていました。このレベルのプリントをジャンルごとに整理して相当数作成しました。この後は同僚の先生に使ってもらって感想を聞くところです。

数学学習の基本は「自力で計算をすること」。このあたりをもう少しせめて、しっかりとした学力をつけたいと頑張っています。


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自己紹介4-将棋の効用 [一般]

N高の高校生時代は「将棋」に夢中になっていました。高校生最後の試合で「トン死」(勝勢の将棋をミスして逆に詰まされた)をくらって負けたのでいい思い出はあまりないのですが、当時の友人とは一度大学進学時にバラバラになって、60を超えた今になって集まって将棋を指しています。

将棋は藤井聡太七段が「天才」と言われ、プロの将棋界に大きな衝撃を与えています。これは(とっても)若いうちから将棋に親しんだから到達できた領域です。高校時代の仲間とも「子供に将棋を教えてみたいよね」なんて話しているくらいなので、いずれアクションを起こしたいと思っています。

さて、僕たちのような「普通の人」にとっても将棋は多くのヒントを与えてくれます。

まず、将棋で「待った」(一度指した手を「間違えた」と主張してやり直しを要求すること)は「恥ずかしいこと」とされます。したがって、一手一手よく考えてから指さなければなりません。相手の手をよく読んで自分の指す手を決めます。この「読み」のトレーニングが数学をはじめとした「教科の勉強」に通じます。

また、最後は自分で「負けました」と言わなければなりません。自分の負けは自分で認めるのが基本的なマナーです。将棋をすることで「負けを受け入れる」ことができるようになります。

話が難しくなるので詳しくは書きませんが、詰め将棋の頭の使い方は数学の証明に似ています。

将棋は「お願いします」と言って始めなければなりません。対局中は基本的に「正座」です。勝敗が決まったら負けたほうが「負けました」と言って、互いに「ありがとうございました」といって対局を終えます。礼に始まって礼に終わる、この姿勢が身につきます。

将棋は年齢の異なる相手と対等に指すことができます。僕も高校時代に行った将棋道場で幼稚園児と指して負けたことがあります。僕に勝った子は、その後奨励会(プロ棋士の養成機関)に入ったものの、プロになれずに退会しました。(応援はしていたのですが)

プロになることは極めて厳しい道なので勧めはしませんが、頭をよく使う落ち着いた子供になりそうな気がするので、将棋は子供たちのためになると感じています。

興味のある方はご相談ください。

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(5/1 Zoomでの対応を研究中です)

宮城県内限定で相談に対応させていただきます。なお、僕自身も再任用とはいえ現職の身ですので、お話できない内容もあることをご了承願います。

相談内容は、数学の学習に関すること、受験勉強に関することに限定させていただきます。
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テープで遊んでみよう(4) [家庭学習]

先日、ふと「先生の役割ってなんだろう」と考えてみました。小中学校は「社会性の育成」つまり、クラスという集団の中で関係性を調整しつつ自分の力を発揮する場を作ってゆくことなのでしょう。でもそれだけではないですね。

そこで、「学んだ先の世界を見せる」という言葉を考えてみました。特に私達のような進学指導の専門家は「大学受験があるから勉強しろ」とは最後の最後しか言いません。僕の場合は専門の数学、得意分野の工学・物理学などのトピックを中学生や高校生がザクッとわかるように噛み砕いて解説することを大切にしてきました。「今、勉強をがんばればこんなことが理解できる」と思うと面白がって勉強してくれた生徒が多かったということでした。

どうしても、受験の結果(進学先)はわかりやすいですが、本来は進学してからどう進んでゆくかの方が大切なはずです。自分が頑張ることで社会の難問が解決できる、人の命を救うことができる、多くの人を笑顔にできると感じられれば子供たちは頑張ってくれます。そんな」「ひとつ先」を見せてあげることも牽制の大切な役割です。



mobiusloop3c.jpegさて、メビウスの輪の続きです。大きなメビウスの輪の中に小さなメビウスの輪が通っていますね。この理由をかんがえるために、次のような画像を準備してみました。



MobiusTape.gif作成の手順として、メビウスの輪を縦に3つにカットするためにテープを3色に分け、A・B・Cの名前をつけました。また表記上裏面には ' をつけて表記します。A'といえばテープAの裏面という意味です。

このテープをくるっと回して端と端をくっつけてメビウスの輪を作ります。そうするとテープのつながりは次のようになります。

A ⇒ C’ ⇒ A , C ⇒ A' ⇒ C :大きなメビウスの輪の表裏
B ⇒ B' ⇒ B  :大きなメビウスの輪をくぐっている小さなメビウスの輪

大きなメビウスの輪は A⇒C'⇒A と B でできる小さなメビウスの輪をまたぐ形でつながります。これが「くぐっている」理由です。


この問題で興味深いところは「結果が面白い」というだけでなく、分解して考えると「当然のこと」とみえるところにあります。「なんで?」とかんがえるとき、「分解する」ということは理解するための第一歩です。そんな「考え方」も子どもたちにとっては面白いと思います。


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テープで遊んでみよう(3) [家庭学習]

mobiusloop2c.jpeg同名の記事では「メビウスの輪」を作って、縦にカットしてみたときの変化をしらべていました。縦に2本にカットした場合は、大きなメビウスの輪ができました。メビウスの輪をカットしたら大きなメビウスの輪ですので、あまりおもしろみのない結果とも言えます。



mobiusloop3a.jpeg次にメビウスの輪を縦に3本にカットする場合を考えます。前回に準備したペーパーを太線でカットすると1本〜5本のまとまったテープが切り出されます。今回はその中でも3本まとまったテープを使います。

これも、1本のメビウスの輪にしてから縦線にそって3つにカットするので、メビウスの輪を作る前に両端を1cmずつくらい残して真ん中をカットしておきます。写真が見にくいかもしれませんが、この写真も切れ目が入っています。


mobiusloop3b.jpegこのテープをくるっとひねって糊付けして1本のメビウスの輪を作ります。糊が乾いたら「糊代」の部分だけ残っていますので、そこをカットします。

さて、何ができたでしょうか?

答は、明日にさせてください。


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自己紹介3 [一般]

僕自身のこともわかっていただきたいので、昔話を続けて書きます。

前任校は、なかなか優秀な学校でした。4人集めて整数論のセミナーをやったときは、4人の偏差値の合計が 300 で大きな間違いはないでしょう。中心になった一人は現役で東京医科歯科大学の医学部に入っていきました。今は6年生です。また、一人は一浪したものの東京大学に入っていきました。

4年前に卒業させた学年は、4年生(高1)から数学を指導した学年ですが、僕にとっての「ラストゲーム」でもあり、仲間から「あの学年は伸びなかったよね」と言われたくなくって頑張りました。学力別にクラスを展開した上で、文系・理系の最上位クラスをしました。国語・英語・理科の先生にも恵まれた結果、現役で東北大学は何名入ったのか数えられず、一橋大学、東京工業大学、北海道大学(医医)など超難関の国公立大学に、さらに1浪して東大、京大、東京医科歯科大(歯)などに合格していってくれました。受験数学の指導者としては一定の成果を上げてきたと自負しています。

難関大を目指す高校生の指導で大切にしていたことは「データをもとに励ます」ことです。子どもたちはいつも自信ありません。仙台から全国の超難関大学を目指して自信がある方がどうかしているとは思いますが、模試のスコア(偏差値)が早めに出てくるように注意しながら、志望校の2次試験問題の傾向を測ってゆきました。

特に東京大学・京都大学を志望する場合、目標を下方修正することは易しく、下方といっても研究実績では遜色のない大学がほとんどです。そんなかで10名を超える生徒が超難関大学にこだわって1年間の受験勉強に取り組んでくれました。現役で早慶合格で満足して入学していった生徒もいました(これも人生としてかんがえると間違いのない選択ではあります)が、1年浪人しても残った生徒は合格していってくれました。(今後はないことでしょう)

多くの仲間に助けられました。某予備校の先生を「あいつはなんで落ちたの?」と問い詰めて、膝を突き合わせて2時間位話をしたこともあります。このときの知見は同僚の先生と十分に共有させてもらいました。(その先生方が今年卒業の生徒たちを指導しました)

こんな経験を社会に還元させることが楽しいかなと考えているところでもあります。こんな僕の経験を必要としている生徒さんがいれば連絡をください。


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プログラミング - 小学生はこんな学び方をしよう [ロボット]

小学生からプログラミングを学ばせる、そんな時代に入ります。僕自身はこれを「仕掛けた側」にも知り合いが多いのでどのような未来を見ているのかも理解しています。また、プログラミング教育にかかわって30年を超えますので、早期教育(頭の柔軟なうちに論理的思考を仕込む)の大切さも十分に感じているところです。さて、そんな僕の目から見たプログラミング入門時の学び方を紹介します。

プログラミングは、「繰り返し」「条件分岐」で問題を解決することです。その過程で「変数」を上手に使うことが要求されます。すごく野蛮な書き方をすれば、この3つを上手に使えれば少なくとも小学校段階でのプログラミングは合格です。

ま、中学校では「技術家庭」の中に含まれることで、高校では「情報科」の中に含まれることで専門性が上がってきますが、土台はこの3つです。


algo0.jpgそこで、学習の初期段階に僕が生徒によく使わせていたサイトを紹介します。

それがアルゴロジックです。アルゴロジックとアルゴロジック2がありますが「条件分岐」が使えるアルゴロジック2の方が好みです。内容は、ほぼゲームで、与えられた課題を与えられたパーツ(ブロック)を用いて解決します。完全にブラウザのみで動作しますので、動作環境悩むことはありません。プログラミングを学ばせてみたいと考える保護者の方々は、ご自身で遊んでみるとよいと思います。なお、アルゴロジックの詳細についてはアルゴロジックのサイトをご覧ください。


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不思議な計算(3) [家庭学習]

以前の記事「不思議な計算」「不思議な計算(2)」の計算をやってみていただけたでしょうか。もし、最初にこの記事を見たのであれば、ぜひ遡っていくつかの数字で良いので計算をしてみてください。

この計算は「コラッツ問題」とか「コラッツ予想」と呼ばれる計算で、ドイツの数学者 Lothar Collatz により1937年に提示された問題です。しかし、これは数学的には有名な「未解決問題」の一つです。これが解決できれば数学史に名前が残りますので、未解決問題に自分が立ち向かえるはずがないなんて消極的にならずに挑戦してみると新しい世界がひろがる気持ちが味わえます。

この問題に関しては、一つ一つの計算だけなら小学生でもできます。特定の数について確かめることならコンピュータでもできます。繰り返し計算(ループ)を回せば、「多倍長計算の問題」「オーバーフロー」の問題はでてきますが、相当の範囲についても確かめることができます。

残念ながら「数学の証明」というのは「すべての場合について正しい」ことを示すことです。特定の数(「ある場合」)について確かめられたから他の場合も成立すると考えることは証明とは言いません。

中学生が悩む「証明」も突き詰めると「正しいとは何か」という問いかけにつながります。ここに注目できればあの面倒な手続き(「仮定」「結論」「証明」の流れ)の価値が理解できます。ここの考え方はあらゆる勉強の土台となります。現代文を読んでいても「仮定はなにか」「何を言おうとしているか」「推論をどう進めているか」をチェックするとよく読めてきます。数学の学習は「論理的思考」という点で日常生活に重要な役割を果たしています。

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1+2+2+4+・・・・(2) [家庭学習]

「1+2+3+4+・・・・」最後が10なら暗算で足しても大したことはありません。最後が100なら、電卓を使えばいいでしょう。逆に、合計した数字から引いてみると確かに0になるか?はちょっとした頭のトレーニングになります。

cube0.jpgでも、その前に「目で見て」理解できないかを考えてみよましょう。材料は100円ショップの園芸コーナーで売っている小さなキューブです。4つ購入して400円です。子供さんといろいろと遊んでみるには高くない出費です。

このキューブを使って 1+2+3+4+5 をどう表現できるでしょうか。どう準備したら視覚的にうまい整理ができるでしょうか。工夫してみてください。解答は次回です。


この計算は、18世紀のドイツが生んだ最も著名な数学者のガウスが7歳の時に解いて見せた方法です。もし、小学校1年生でこの方法が思いついたら「ガウス並みの頭脳」かもしれません。

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ロボットを通して学んでほしいこと [ロボット]

僕はSTEM をうたう以上、技術(Technology)を通して学ぶところは大きいと信じています。いくつかの特徴的な経験があります。

15年ほど前になるでしょうか、情報科の授業で「梵天丸」というロボットを教材にして授業をしていたことがあります。それが終わった後に生徒の感想を聞いた中で「自分の書いたプログラムのとおりにロボットが動いてくれると楽しい」と書いてくれた女子生徒がいました。「なるほど!」と思った瞬間でした。彼女はその後理系科目に特段の興味を示すことなくF大学へ進学してゆきました。いまでも理系とは縁のない生活をしていると思います。

その後、新設校だった前任校では授業に LEGO Mindstorm NXT を導入し、情報科の授業で NXC のプログラミングに挑戦しました。今度はCに似た文法の言語でプログラムを書きます。もちろん教材は十分に研究して作りましたが、「残業」と称した放課後の課題に楽しんで取り組んでいた生徒たちの表情が忘れられません。彼らの一部は、今、研究者の卵として孵化の時期を待っています。

また、LEGO Mindstorm EV3 を用いた世界規模のロボット競技大会 WRO(World Robbot Olympiad)にも取り組みました。ここではロボット本体を作るセンスがプログラミングの難度を左右することを学びました。

ロボットの面白いところは「動くと楽しい」これに尽きます。教えられて動くよりも自分で工夫して動かすほうが楽しいです。したがって指導のポイントは「教えすぎない」ところです。

わかるまで調べる、考える。できるまでチャレンジし続けることは大人になってからも役に立つ大切な力です。ロボットを通して、そんな経験を子供たちに広めたいと思っています。

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micro:bit もおもしろい [micro:bit]

いろいろ迷いながら、いろいろなツールを使いながら書いています。この記事は Android タブレットで撮った画像を、Android上のフリーソフトで加工した画像をアップロードした上でPCで加工しています。

PSX_20200505_185505.jpg今日は micro:bit を紹介します。micro:bit は 55mm×43mm くらいのワンボードコンピュータで 3V を供給すれば動作します。プログラムを書いたり転送するためにはPCが必要になりますので、micro:bit 単独で動くとは言い切れません。しかし、元々が教育用のため 2,500円程度でスイッチサイエンス様のような専門の販売店様だけでなくAmazonなどからも入手できます。入手が容易で、情報も豊富(「micro:bit」で検索してみてください。)なので本気で紹介してみたいと考えています。

なおチュートリアル(入門講座)は多くのサイトがオフィシャルサイトにリンクしているようなので、基本的にはここのコンテンツを参照する形にします。また、教育用として世界中で広く採用されていますので、PSX_20200505_195851.jpgこのようなロボットキットも販売しており、Amazonで購入が可能です。

子どもさんが小学生で、お父さん、お母さんが一緒に遊んでくだされば、micro:bit + ロボットキットは楽しめると思います。


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