高大連携サマーチャレンジ 2019 開催報告

地図上の最急降下法

「サイキューコーカホー？」初めてお目にかかる概念です。それが今話題の機械学習につながると聞いて、生徒たちはぐいぐい引き込まれます。

とても高度な内容が3ステップで体感できるよう構成されています。

ホップ。まずは直感で原理を把握。「等高線と直交するように山を降りるルートを地図にトレースしてみてください。」

ステップ。「つぎにそのルートを数式で表現してみましょう。」これで直感に頼らず、計算でルートが表現できるようになります。

さいごに大ジャンプ。「この最急降下法を人工知能に応用してみましょう。」複雑な計算はコンピュータにまかせてシミュレーション実験してみると、「学習誤差」と「テスト誤差」の推移に違いが出ます。「ほんとうに最小化したいのはテスト誤差のほうですが、どんな工夫をしたら実現できるでしょうか。班ごとにディスカッションしてみてください。」

初めての概念に出会って、ときめいて、そこから最先端の機械学習まで射程を伸ばす—とてもチャレンジングな90分間でした。

各種ミニカー勢揃い

分解チャレンジの様子

惑星誕生の瞬間を観測せよ

エクスカーションで軽く運動したあとの第5チャレンジは、はるかな宇宙空間へ、惑星がどんなふうにしてできるかがテーマです。

惑星といっても成分はさまざまで、太陽系だけ見ても、地球のような岩石惑星、木星のような巨大ガス惑星、はじっこの海王星まで行くと巨大氷惑星とまちまち、他の恒星の惑星系にはさらに多様なパターンが見られます。

そんな個性ゆたかな惑星たちも、生まれるときは共通のプロセスをたどっているようで、その主役は何と塵なんです。塵といっても宇宙空間の塵は1ミクロン以下の微小サイズで、その塵がぐるぐる渦を巻いて円盤状になります。この塵が合体してより大きな塊をつくり、さらにその塊は惑星をつくります。残った塵の円盤の中をできたての惑星が通過すると、塵がはねのけられて円盤に溝ができます。この溝が観測できれば、その軌道上では惑星が誕生している可能性があるのです。

では問題です。ここに3つの溝をもつ塵の円盤があります。真上からでなく45度の角度から観測しても溝が見えるためには、円盤の厚み、もしくは薄さは、どの程度である必要があるのか、方眼紙に図を描いて理論値を計算してみてください。

観測と理論計算を組み合わせて、惑星誕生のメカニズムに迫る、スケール無限大のチャレンジでした。

防災を重視したアイディア図

鉄道から自動車へ、人間のたゆまぬ努力によって交通システムは進化してきました。今、交通システムを動かすためのエネルギーの確保、化石燃料を使ったときに発生する二酸化炭素による地球温暖化という難問にぶつかっています。また高齢化社会を迎え、安全性の確保も重要です。グラフを多用したカラフルな30分間レクチャーで現状の問題点を把握したあと、「さあ夢の交通システムを設計してみよう」、と各班に課題が投げかけられます。

夢だから何でもありだけれど、でも議論を拡散させないために、はじめに新システムの目標を定めてください。安全性？効率？省エネルギー？どれに重きを置きますか。

自由度を重視して、個人単位の乗り物を構想する班もあれば、ユニットをうまく組み合わせて効率性の高いシステムを設計する班もあります。いざ模造紙に絵柄を描こうとなると、女子生徒がリーダーシップをとる班が多かったのも印象的でした。夢の実現に必要な技術を丹念に書き入れて設計図の完成です。

二通りの生殖ができるエダアシクラゲ

「生きてるって、どういうこと？」とても大きな問題を考える手がかりにクラゲくんの登場です。無性生殖と有性生殖の2パターンが可能で、無性生殖なら不死が得られ、有性生殖は死が運命づけられます。そんな変わり種を紹介し、固定観念を揺るがせたあと、課題が提示されます。バクテリアとか冬眠マウスとか古代ハスの種とか、広い世界にはじーっとしてるだけの生物がいますが、彼らが生きてるか死んでるか、どう判別したら良いのか、その基準や方法をディスカッションしてみてください。

30分間の議論の末、顕微鏡で詳細に観察する、電気や薬品で刺激してみる、放置したら腐敗するか待ってみるなど、さまざまなアイディアが出ました。時間はかかっても非侵襲性に重きを置くか、ちょっと危険でも直接刺激を与えて確かめるかが悩みどころだったようです。とても奥深い問いに、クラゲくんと一緒に挑んだラスト・チャレンジでした。