教育用プログラミング言語一覧

当初、コンピュータのプログラミングは機械語のみで行われていました。アセンブリ言語（ASM）は、低レベルの命令をニーモニックに置き換えることで、今日でも使用されている最も古いプログラミング言語の一つとなりました。アセンブリ言語には数多くの派生言語と実装が存在し、それぞれ特定のコンピュータプロセッサアーキテクチャに合わせて調整されています。アセンブリ言語は低レベルであり、型付けがなく柔軟性に欠けるため、使いこなすのは容易ではありません。教育目的のために、初心者でもコーディングに取り組みやすいように、簡略化されたアセンブリ言語の派生言語が開発されています。

アセンブリ言語は特定のプロセッサアーキテクチャ向けに設計されており、対応するハードウェアを念頭に置いて記述する必要があります。高水準言語とは異なり、教育用アセンブリ言語では、仮想または物理的なプロセッサの表現が必要です。これらの言語は、コンピュータプロセッサの基本的な動作を実演するために、教育現場でよく使用されます。

• リトルマンコンピュータ（LMC）（1965年）は、シンプルなフォン・ノイマン型アーキテクチャのコンピュータを模した教育用モデルです。現代のコンピュータの基本機能を備え、機械語（通常は10進数）またはアセンブリ言語でプログラミングできます。このモデルは、100個のメールボックス（メモリ）、計算機（アキュムレータ） 、プログラムカウンタを備えた部屋にいる人物（「リトルマン」）という視覚的なメタファーを用いて、コンピュータ環境をシミュレートします。LMCは、学生が基本的なプロセッサ機能とメモリ管理を理解するのに役立ちます。
• CARDIAC（1968年）はLMCと非常によく似ていますが、負の数、4桁のアキュムレータ、サブルーチンの戻りアドレスを99番地に格納する機能、アキュムレータシフト命令など、いくつかの改良が加えられています。ベル研究所から高校生向けに厚紙製のキットとして配布されました。入出力は仮想パンチカードデッキ（紙片で表現）を介して行われ、LMCとは異なり、プログラムの初期ロードもこの方法で行われます。
• MIX（1968年）とMMIX（1999年）は、ドナルド・クヌースの著書『コンピュータプログラミングの技法』で紹介されているコンピュータモデルです。MIXコンピュータは、基本的な機械語の動作原理を教育目的で示すために設計されました。そのシンプルさにもかかわらず、高性能コンピュータに典型的な複雑なタスクを処理できます。MIXはバイナリと10進数の両方でのプログラミングが可能で、両モデルに対応したソフトウェアエミュレータが提供されています。MIXの後継機であるMMIXは、64ビットRISC命令セットアーキテクチャを採用しており、現代のコンピュータアーキテクチャの教育用に改良されています。
• Instructoペーパーコンピュータ（1979年）は、 McGraw Hill Education社から出版され、中学生にコンピュータの概念を教えることを目的としていました。LMCやCARDIACと比較すると、このペーパーコンピュータは、スタート/ストップ/リセットの「ボタン」やジャンプスイッチを備え、やや遊び心のある作りになっています。しかし、命令セットは非常に高度で、文字列の印刷、乗算と除算、分数の印刷、さらには平方根とべき乗の計算の命令も含​​まれています。^{[ 1 ]} CARDIACと同様に、ページ上のさまざまな場所に複数の紙片を挿入する複雑なレイアウトを使用しています。生徒がペーパーコンピュータをゼロから自分で組み立てる必要がある場合は、通常、開いたマニラフォルダが使用されました。 ^{[ 2 ]}
• WDRペーパーコンピュータ（1983年）は、ドイツのコンピュータ教育番組で紹介された、わずか5つのCPU命令しか持たない非常にミニマルなペーパーコンピュータです。操作に必要なのは、ペン（プログラムカウンタ用）とマッチ棒またはコイン（レジスタの内容用）だけです。命令セットが非常に限られているため、プログラムはLMCやCARDIACなどと比べてかなり長くなります。
• DLX （1994年）は、 MIPSおよびBerkeley RISC設計の主要開発者によって作成された、 RISC（Reduced Instruction Set Computer）プロセッサアーキテクチャです。DLXはMIPSの簡略版であり、大学レベルのコンピュータアーキテクチャの授業でよく使用される32ビットのロード/ストアアーキテクチャを提供します。
• Next Byte Codes (NBC) (2007) は、 LEGO Mindstorms NXTプログラマブルブロックのプログラミングに使用されるシンプルなアセンブリ言語です。NBC コンパイラは NXT 互換のマシンコードを生成し、Windows、macOS、Linux でサポートされています。
• Little Computer 3 (LC-3) (2019) は、簡略化された命令セットを持つアセンブリ言語で、中程度の複雑さのアセンブリプログラムを作成できます。より高度な言語に見られる多くの機能を備えているため、基本的なプログラミングやコンピュータアーキテクチャの教育に役立ちます。主にコンピュータ科学や工学の入門コースで使用されています。
• Chombit (2020) は、Hybrix 仮想マシンによって実装された 32 ビット CPU アーキテクチャです。プロジェクトのドキュメントでは、このアーキテクチャは教育目的向けであり、フレーム付きレジスタ^{[ 3 ]}やガベージ コレクションのルートを追跡するために使用されるセカンダリ スタックなどの機能を組み込んでいると説明されています。これらの簡略化にもかかわらず、明示的な命令タイミングやメモリ マップド I/O など、従来型のプロセッサ モデルのままです。

BASIC（Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code）は、理系以外の学生にもコンピュータへのアクセスを提供するために1964年に開発されました。 1960年代にはミニコンピュータで普及し、1970年代後半から1980年代初頭にかけてマイクロコンピュータの標準プログラミング言語となりました。BASICの目標は、プログラミングを容易に習得する必要性に焦点を当てており、その目標は以下のとおりです。

• 初心者でも簡単に使えるようにしてください。
• 双方向性を持たせましょう。
• 分かりやすく親切なエラーメッセージを表示する。
• 迅速に対応してください。
• コンピュータのハードウェアやオペレーティングシステムに関する知識は必要ありません。

BASICが教育分野で魅力的だったのは、わずか十数行で概念を説明できるほどプログラムのサイズが小さかった点にある。BASICは現在でも、チュートリアルや実装例を通して独学で習得されることが多い。

関連項目：プラットフォーム別BASIC方言一覧

BASICは、 Microsoft Small BasicやBASIC-256 SIMPLEといった学習重視のBASICから、Visual Basic、.NET、Gambasといったより高機能なBASICまで、幅広い学習パスを提供します。

• Microsoft Small Basicは、 Visual Basicの制限付きバージョンで、「初心者向けの入門プログラミング言語」として設計されています。基本的な機能には 15 個のキーワードしか含まれておらず、意図的に最小限に抑えられています。子供たちが興味を持つトピック専用のライブラリを提供することで、Web 環境とデスクトップ環境の両方でプログラムを作成できます。たとえば、6 行のコードで、 Flickr をソースとして使用したランダムなネットワーク画像ビューアをデモできます^{。 [ 4 ]}このシステムは、 Microsoft Visual Studio IDE を使用して、自動補完とコンテキストに応じたヘルプを提供します。
• Basic-256は、誰でも簡単にコンピュータプログラミングの基礎を学べるように設計された、使いやすいBASIC言語です。従来のBASIC制御構造（ gosub、 forループ、 goto）を採用しているため、プログラムの流れを簡単に理解できます。また、内蔵のグラフィックモードにより、子供たちは数分後には画面上に絵を描くことができるようになります。
• SiMPLEは、特にプログラミングの専門家ではない人でも簡単にプログラミングができるように開発されたプログラミング開発システムです。AppleSoft BASICに似ています。コンパイル方式を採用しており、ユーザーはよく使う関数のライブラリを独自に作成できます。「Simple」は、Micro-SIMPLE（キーワードは4つのみ）、Pro-SiMPLE、Ultra-SiMPLE（キーワードは23個）という、わずかに異なる3つのバージョンの言語を指す総称です。
• Hot Soup Processorは、日本の学校で使用されているBASIC派生言語です。
• TI-BASICは、テキサス・インスツルメンツ社のグラフ電卓に実装されている、BASICに似たシンプルな言語で、学生がプログラミングに初めて触れる機会としてよく利用される。
• Small BASICは、日常的な計算、スクリプト、プロトタイプ作成に最適な、高速で習得しやすいBASIC言語インタープリタです。三角関数、行列関数、代数関数、組み込みIDE、強力な文字列ライブラリ、システムコマンド、サウンドコマンド、グラフィックコマンド、そして構造化されたプログラミング構文を備えています

• Chは、コンピュータサイエンス以外の分野の学生がC言語とC++で数学、コンピューティング、プログラミングを学ぶのに役立つように設計されたC / C++インタープリタです。数値計算、2D/3Dグラフィックプロット、スクリプト機能など、C言語の機能を拡張しています。

• JavaとScalaで記述された、科学モデル、特にエージェントベースモデルの構築と探索のための開発環境。

• Lisp は、現在使用されているプログラミング言語の中で 2 番目に古いファミリーであり、そのため、さまざまな難易度の多くの方言と実装が存在します。Lisp は元々、ラムダ計算に基づいてコンピュータ プログラムのための実用的な数学的表記法として作成されました。そのため、計算理論の教育に特に適しています。最も初期の言語の 1 つです。Lisp は、ツリー データ構造、自動ストレージ管理、動的型付け、オブジェクト指向プログラミング、自己ホスト型コンパイラなど、コンピュータ サイエンスの多くのアイデアを開拓しました。これらはすべて、コンピュータ サイエンスの学習に役立ちます。LISP という名前は、「リスト処理言語」に由来します。リンク リストは、この言語の主要なデータ構造の 1 つであり、Lisp のソース コードもリストで構成されています。したがって、Lisp プログラムはソース コードをデータ構造として操作することができ、プログラマが新しい構文や Lisp に組み込まれた新しいドメイン固有言語を作成できるマクロシステムを生み出します。そのため、Lisp は言語設計の学習に役立ちます。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}

• Logo は、子供たちにプログラミングを紹介するために特別に設計された言語です。Logo の学習の最初の部分は、1969 年頃から使用されていた「タートル グラフィックス」（タートル ロボットに由来）を扱います。現代の実装では、タートルと呼ばれる抽象的な描画デバイスを使用して、タートル グラフィックスの作成に集中することで、子供たちのプログラミングを非常に魅力的なものにしています。Logoの作成者の 1 名であるSeymour Papert は、さまざまな構成主義的学習理論である構成主義の著名な人物でした。Papertは、子供たちがコンピューター文化を採用すれば、書くことなどの活動ははるかに幼い子供たちによって自然に学習されると主張しました。 ^{[ 7 ]} Logo は、テクノロジーに焦点を当てたカリキュラムで、視覚的な補助と概念を通じて子供たちにプログラミングを紹介するように設計されました。 「知的構築を早期に始めることよりも重要なのは、学習をより力のある他者から与えられるものだと考えるようになる長い依存期間から救われることです...そのような子供たちは、自分自身を知的に無力であると定義したり、社会が彼らを知的に無力であると定義することを許したりしません。」 ^{[ 7 ]} 3歳児にも使用されており、教育において30年の成功実績があります。Logoは実際にはLispの合理化されたバージョンで、より高度な生徒向けであるため、コンピュータサイエンスの基本概念や人工知能さえも紹介するために使用できます。Logoは複数のプラットフォームで利用可能で、教育用途向けに無料版と商用版の両方が提供されています。

• Kojoは、主に教育目的で開発された対話型デスクトップ開発環境です。このアプリケーションは、 Windows、 Linux、 macOSで動作します。Kojoは学習環境であり、コンピュータプログラミング、批判的思考、数学、科学、芸術、音楽、創造的思考、コンピュータおよびインターネットリテラシーの概念の探求、学習、教育に役立つさまざまな機能を備えています。 ^{[ 8 ]}

One Laptop per Childプロジェクトの一環として、Smalltalk ベースの言語のシーケンスが開発され、それぞれが次の言語への導入として機能するように設計されています。構造は Scratch からEtoys、Squeak、そして任意のSmalltalkへと続きます。^{[ 9 ]}それぞれが、構成的学習を使用して、子供たちにプログラミングの概念だけでなく、物理学や数学のシミュレーション、ストーリーテリングの練習などを教えるのに使用できるグラフィカル環境を提供します。Smalltalk と Squeak は、数十年にわたって存在し、高く評価されているフル機能のアプリケーション開発言語です。Scratch は、子供向けの学習ツールです。

• Scratch 1.0はSmalltalkで実装されています。詳細は下記をご覧ください。
• Etoysは、コンピュータ画面上で動作するプログラム可能な仮想エンティティのアイデアに基づいています。Etoysは、エンドユーザーが作成するさまざまなオブジェクトのためのシンプルで強力なスクリプトオブジェクトモデルを備えた、メディアリッチなオーサリング環境を提供します。これには、 2Dおよび3Dグラフィックス、画像、テキスト、パーティクル、プレゼンテーション、Webページ、ビデオ、サウンド、 MIDI （他のEtoysユーザーとリアルタイムでデスクトップを共有する機能。さまざまな形式の没入型メンタリングと遊びをインターネット経由で行うことができます。多言語に対応しており、米国、ヨーロッパ、南米、日本、韓国、インド、ネパールなどで成功裏に使用されています。このプログラムは、9歳から12歳までの子供を対象としています。 ^{[ 10 ]}
• Squeak は、Smalltalk 言語と環境の最新のオープンソースでフル機能の実装です。Smalltalk は、オブジェクト指向で動的型付けのリフレクティブプログラミング言語で、「人間とコンピュータの共生」に代表されるコンピューティングの「新しい世界」を支えるために作成されました。 ^{[ 11 ]} Lispと同様に、イメージベースの永続性を備えているため、言語内からすべてを変更できます ( Smalltalk#Reflection を参照)。 ^{[ 12 ]}オブジェクト指向プログラミングとジャストインタイム コンパイルの多くの概念を導入し、業界に大きな影響を与えました。Squeak は、マルチメディア アプリケーション、教育プラットフォーム、商用Web アプリケーション開発など、幅広いプロジェクトの基盤となっています。Squeak の仮想マシンは完全に Smalltalk で記述されているため、移植性が高く、デバッグ、分析、変更が容易になるように設計されています

• Pascal は、構造化プログラミングの教育を目的として、1970 年頃にNiklaus Wirthによって設計されたALGOLベースのプログラミング言語です。 ^{[ 13 ]} 1970 年代後半から 1980 年代後半にかけて、米国とヨーロッパの両方で、学生にプログラミングを教えるための入門コンピュータサイエンスの授業で主に選択されていました。その後、実世界のアプリケーションでの使用が一般的に使用されるようになりました。 ^{[ 14 ]}

• CircuitPythonは、インタラクティブな電子工作や教育を目的とした、初心者向けのPythonバージョンです
• Rapiraは、 ALGOLに似た手続き型プログラミング言語であり、シンプルな対話型開発環境を備え、ソビエト連邦で学校でのプログラミング教育のために開発されました。
• Src:Cardは、教育用カードゲームに組み込まれた、触覚的なオフラインプログラミング言語です。