大学カタログ

図 4 学ぶために必要な科目・学問学ぶために必要な科目 3

情報・論理

問題を小さな手順に分け、条件をあいまいさなく言葉にする。高校の情報 I・II と国語で身に付ける力は、大学の論理学やアルゴリズムの授業の土台になります。

スイッチとランプをつないだ回路や、手順を表すカードを机に並べ、筋道を確かめ合う学生たち

ひとことで言うと

部活の練習メニューを、後輩にも伝わるように書く

「いい感じに走る」では、人によって受け取り方が違います。「400 m を 90 秒以内で 3 本、間に 2 分休む」と書けば、だれが読んでも同じ練習になります。コンピュータに仕事を頼むときも、条件と順番をあいまいさなく書くことが必要です。

01

情報 I・II: プログラミング・データ・ネットワーク

情報 I は、2022 年度に高校に入学した人から、全員が学ぶ必履修の科目になりました。内容は 4 つあります。まず「情報社会の問題解決」と「コミュニケーションと情報デザイン」です。さらに「コンピュータとプログラミング」と「情報通信ネットワークとデータの活用」を学びます。

選択科目の情報 II では、データサイエンスや、情報システムをチームで開発する方法まで学びます。多くの大学では、これらが 1 年のプログラミング入門や、2 年のアルゴリズムとデータ構造につながります。3 年のデータベースやネットワークの授業の土台にもなります。

大学入学共通テストでは、2025 年 1 月の試験から「情報 I」が出題されています(試験時間 60 分・100 点)。国立大学協会は、この試験から「情報」を加えた 6 教科 8 科目を課すことを原則にしています。2022 年 11 月に公表された試作問題には、論理回路の真理値表を考える問題がありました。金額を最も少ない枚数の硬貨で表す、プログラムの問題も出されています。

情報 I の 4 つの内容は、どれも大学の授業の入口になっています。

図解高校の情報と大学の授業

情報 I(必履修)

  • プログラミングの基本
  • データの集め方と分析
  • ネットワークのしくみ

情報 II(選択)

  • データサイエンス
  • 情報システムの開発
  • 問題の発見・解決の探究

大学の授業の例

  • プログラミング入門
  • アルゴリズムとデータ構造
  • データベース・ネットワーク

02

AND・OR・NOT: コンピュータの中の論理

コンピュータの中の計算は、すべて「かつ(AND)」「または(OR)」「でない(NOT)」の組み合わせでできています。数学 I の「集合と命題」で学ぶ「かつ」「または」と同じ考え方で、真(1)か偽(0)かを計算します。これを論理演算と呼びます。

イギリスの数学者ジョージ・ブールは、1854 年の著書『思考の法則』で、論理を式で計算する方法を示しました(ブール代数)。それから約 80 年後、日本電気(NEC)の技術者だった中島章が、同じ法則を見つけ出します。交換機などのリレー回路を設計する中で見つけたものでした。当時、中島はブール代数の存在を知らなかったと伝えられています。

その 2 年後、アメリカのクロード・シャノンも同じ内容の論文を発表し、こちらが世界で広く知られるようになりました。今のコンピュータの回路も、この考え方で設計されています。たとえば 1 けたの 2 進数どうしの足し算では、1 の位を XOR(片方だけ 1)で求めます。繰り上がりは AND(両方 1)で求められます。

AND・OR・NOT の組み合わせだけで、足し算も、画面の表示も動いています。

動かしてみるAND・OR・NOT を試す

A と B のスイッチを押して、出力のランプが光る組み合わせを確かめてください。XOR を選ぶと、2 進数の足し算の 1 の位になります。

AND出力 0

両方が 1 のときだけ 1

AB出力
000
010
100
111
博物館に展示された、リレーがぎっしり並ぶ大きな棚と操作台からなる計算機の復元機
ドイツ博物館(ミュンヘン)にある Z3 の復元機。1941 年にコンラート・ツーゼが完成させた Z3 は、リレーを使って 2 進数で計算しました。写真: Venusianer at German Wikipedia(CC BY-SA 3.0・Wikimedia Commons)

03

順次・分岐・反復: 手順を組み立てる

プログラムの手順は、上から順に進む「順次」、条件で分かれる「分岐」、同じ処理をくり返す「反復」の組み合わせで書けます。情報 I のプログラミングでも、この 3 つを使って手順を組み立てます。

試作問題にもあった、金額をできるだけ少ない枚数の硬貨で表す問題を考えます。760 円なら、使える一番大きな硬貨から順に選びます。500 円 1 枚、100 円 2 枚、50 円 1 枚、10 円 1 枚で、合計 5 枚です。「大きい硬貨が使えるか確かめる」をくり返す、分岐と反復の組み合わせです。

ところが、硬貨が 1 円・3 円・4 円の 3 種類しかない仮の国を考えます。6 円を大きい順に選ぶと「4 + 1 + 1」の 3 枚ですが、「3 + 3」なら 2 枚で済みます。大きい順に選ぶ方法(貪欲法)は、いつも正しいとは限らないのです。どんな場合に正しいかを証明し、正しくないときの別の方法を考えるのが、大学のアルゴリズムの授業です。

手順を機械に指示するという考え方は古くからあります。1804 年ごろにフランスのジャカールが作った織機は、穴の開いたカードの並びで、布に織る模様を指示しました。

手順を書いたら、うまくいかない例がないかを疑ってみることが大切です。

図解硬貨の枚数を少なくする手順

入力760 円を、できるだけ少ない枚数の硬貨で表す
  1. 1500 円 → 1 枚(残り 260 円)
  2. 2100 円 → 2 枚(残り 60 円)
  3. 350 円 → 1 枚、10 円 → 1 枚(残り 0 円)
結果合計 5 枚
織機の横に、穴の開いたカードが帯のようにつながって下がっている
スコットランド国立博物館のジャカード織機。つながったカードの穴の並びが、布に織る模様を決めます。写真: Stephencdickson(CC BY-SA 4.0・Wikimedia Commons)

04

国語の力: 誤解されない条件を書く

システムを作る仕事では、プログラムを書く前に「何を作るか」を文章にまとめます。この文書を仕様書と呼びます。仕様書があいまいだと、作る人によって違うものができてしまいます。

たとえば日常の「ケーキまたはアイスが付きます」は、どちらか一方の意味です。一方、論理学の OR は「両方でもよい」の意味です。仕様書では「少なくとも一方」「どちらか一方だけ」のように書き分けます。

否定の文にも注意が必要です。「会員で、かつ 1,000 円以上」ではない人は、「会員でない、または 1,000 円未満」の人です。これは数学 I で学ぶド・モルガンの法則そのもので、条件の書きまちがいを見つけるのに役立ちます。

高校の国語の「現代の国語」や選択科目の「論理国語」では、主張と根拠の関係を確かめながら読みます。報告書のような実用的な文章を書く練習もします。こうした力は、大学で仕様書やレポート、論文を書くときの土台になります。

誤解されない文章を書く力は、そのまま正しい条件を書く力になります。

図解あいまいな条件と、はっきりした条件

あいまい

  • ケーキまたはアイス
  • 会員か 1,000 円以上
  • 10 日までに申し込み

はっきり

  • どちらか一方だけ選べる
  • 少なくとも一方を満たせば対象
  • 10 日 23 時 59 分までの受付分

05

苦手でも大丈夫: どこから始めるか

プログラミングや論理が苦手だと感じても、特別なひらめきが必要なわけではありません。手順を小さく分けて 1 つずつ確かめる力は、練習を重ねれば身に付きます。

最初は、パソコンの操作より「考えること」に集中できる問題がおすすめです。小中高生向けの国際コンテスト「ビーバーチャレンジ」では、コンピュータ科学に関係する親しみやすい問題が出されます。過去の問題は Web で試せます。教科書の内容を確かめたいときは、文部科学省が公開している「情報 I」の教員研修用教材も読めます。

国語が苦手な人は、身近な手順を文章にする練習から始められます。カップ麺の作り方や、駅から学校までの道順を、初めての人が迷わないように書いてみてください。あいまいな所が、自分で見つかるようになります。

大きな問題も、小さな手順に分ければ 1 つずつ解けます。

図解始める順番の例

  1. 1パズルで考えるビーバーチャレンジの過去問
  2. 2教科書を確かめる情報 I の順次・分岐・反復
  3. 3小さく作る10 行ほどのプログラムを書く
  4. 4説明する手順を文章にして人に見せる

高校生のうちに試せること

  • ビーバーチャレンジの過去問を解く

    コンピュータ科学に関係するパズルのような問題に挑戦できます。本番は学校単位の申し込み(参加費は無料)ですが、過去の問題は Web で公開されています。高校 1 年はジュニア、2・3 年はシニアの問題を選びましょう。

    ビーバーチャレンジ情報ページ
  • 共通テスト「情報」の試作問題を解く

    大学入試センターの Web サイトで、試作問題と正解表が公開されています。論理回路やプログラムの問題を、時間を測って解いてみましょう。

    大学入試センター 試作問題等
  • 券売機の動きを仕様書にする

    学食の券売機や自動販売機の動きを、「お金が足りないとき」「売り切れのとき」まで含めて文章にまとめましょう。友だちに読んでもらい、迷う所がないか確かめると、仕様書を書く練習になります。

「情報・論理」に関連するコミュニティ

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よくある質問

高校で情報 II を選べなくても大丈夫ですか?

大丈夫です。情報 II は選択科目で、開設していない高校もあります。多くの大学では 1 年のプログラミング入門から始めるため、情報 I の内容を理解していれば学び始められます。

高校の授業で使うプログラミング言語は決まっていますか?

決まっていません。学校によって Python や JavaScript、ブロックを組み立てる Scratch などが使われます。共通テストは、どの言語を学んだ人でも解けるように、日本語を交えた独自の表記で出題されます。

文系でも論理の力は身に付きますか?

身に付きます。論理学は、哲学の授業として文系の学部でも教えられてきた学問です。国語で主張と根拠を整理する力は、条件を正確に書く力と同じ土台の上にあります。