サイエンス講座案内 講座案内・時間割 | Ｋ会 冬期講習

中高生の方であればどなたでもご受講いただけます。

数学と生物学は、一見するとまったく関係がないように思われますが、実は数学・物理学・化学・生物学・医学などの幅広い分野から生まれた「数理生物学」という分野で深く繋がっています。数理生物学では、差分方程式や微分方程式はもちろん、確率過程やオートマトン、ゲーム理論などのさまざまな理論を駆使して、感染症の流行モデルや酵素反応速度論、夫婦間相互作用、脳腫瘍の増殖と制御などの多種多様な生物現象の本質を解き明かしていきます。このような数理モデルの中で最も基礎的なものが、数理生態学における個体群ダイナミクスであり、社会生物学、動物行動学、動物生理学、集団遺伝学、分子遺伝学、細胞遺伝学、細胞生物学、分子生物学などの生物学の他分野のみならず、医学・生理学、数理社会学、都市計画、数理心理学、数理言語学などにおける数理モデルの基礎にもなっていると言えます。この講座では、数学や生物学の前提知識をまったく要求せずに、個体群生態学に関する生物学オリンピックの問題を解くことで、地に足のついた数理生物学の実力を養成することをめざします。

第1講　個体群生態学入門
第2講　数学的準備
第3講　ロジスティック方程式
第4講　Lotka-Volterra 方程式

中高生の方であればどなたでもご受講いただけます。

この講座では、Pythonというプログラミング言語を用いて、プログラミングの基本的な技法を学習します。今回使用するPythonという言語は、インターネット上で動作するWebアプリケーションや画像加工、AI( 機械学習）、科学計算など、幅広い分野で実際に使われている言語です。コンピュータはプログラムに書かれた命令をそのとおりに実行しますが、その中身は「足し算する」「数を覚える」「繰り返す」といった単純なものからできています。本講座では、このような命令の書き方を練習問題を交えながら重点的に勉強します。最後には覚えた知識を組み合わせて、「地名を入力すると天気予報を表示する」「数学の方程式を入力するとその解を表示する」など、オリジナルのアプリケーション作成に挑戦します。制作したプログラムは持ち帰りが可能です。授業中は講師が巡回しながら一人ひとり丁寧に指導しますので、初めての方でも安心してご受講いただけます。K会の情報講座を通じて、さまざまな知識や技法を習得し、今後のパソコン学習や学校生活にお役立てください（パソコンは一人一台ご用意しています）。

第1講　プログラミング入門・if 文
第2講　for 文・リスト
第3講　関数・モジュール
第4講　アプリケーション作り

プログラミング経験は問いません。キーボードを打つのに慣れていると、スムーズにご受講いただけます。

Raspberry Piは、ノートパソコンなどと同じくコンピュータの一つです。画面やキーボードがなく、一枚の電子回路基板のみから成るためシングルボードコンピュータとも呼ばれます。使い物になるの？と思うかもしれませんが、実は産業や研究などのさまざまな場面で役立っています。大きな特徴として、Raspberry Piには電気を入出力する端子がついており、さまざまなものを繋げることでモーターを回したり、温度を測ったりすることができます。つまりパソコンの計算能力を持ちつつ、いろいろな形式の入出力をとることができる「電化製品としての面を併せ持つパソコン」と言えるでしょう。本講座では、そんなRaspberry Piのセットアップを行い、使用することで、情報システムの基礎を学びます。またRaspberry Piの端子に電気素子をつないで操作することで、基礎的な電気回路と組込みシステムについて学びます。プログラミングは大事ですが、本講座でそれがより活きる周辺知識を身に付けていきましょう。

プログラミングの経験がある方（if文、for文などがわかる方）を対象とします。

IBMのワトソンがクイズ番組で優勝したり、コンピュータ将棋がプロ棋士に勝利したりするなど、人工知能は目覚しい発展を遂げてきました。ここ数年では、画像生成AIやChat GPTの発表を皮切りに数々の生成AIサービスが発表され、人工知能は私たちにとってさらに身近な存在となりつつあります。また、膨大な量のデータの山から有益な情報を引き出す方法（アルゴリズム）も年々進歩しており、入力されたデータが何なのか、何に属するのかを判断する「認識」、入力されたデータから未来に起こることや隠れていて見えない部分の情報を考える「予測」、入力に基づき適切な行動を選択する「意思決定」などを行うためのさまざまなアルゴリズムも提案されています。今回の講座では、まずProcessingという言語の復習を行います。次に人工知能がどのような考え方で動いているのかを学び、その後、「強いオセロの対戦相手」や「弾を避けるように動く敵キャラ」、「行動を学習して反撃するボス」などがどのようにすれば作れるのかを考え、実装していきます。言語はProcessingやPythonなどを使う予定です。皆さんの積極的な参加をお待ちしています。

第1講　Processing の復習
第2講　AI のアルゴリズム
第3講　AI を作ってみよう（1）
第4講　AI を作ってみよう（2）

指数・対数の計算ができることを前提とします。

ネット・ショッピングやキャッシュレス決済など、私たちの暮らしを支える暗号技術の世界は転換期を迎えています。これまで用いられてきたRSA暗号と呼ばれる素因数分解の困難性を利用した暗号、つまり桁数の多い合成数をコンピュータが素因数分解できない（膨大な時間が必要になる）ことを根拠に安全とされてきたものが、実は量子力学を用いたアルゴリズムで現実的な時間内に解読可能であると判明したのです。このアルゴリズムの鍵は、従来のコンピュータで用いられている0か1かのビットではなく、「0と1の重ね合わせ」を実現できる「量子ビット」にあります。量子ビットを用いて作る「量子コンピュータ」は、実用化をめざし、大学・企業を問わず世界中で研究が進められています。量子ビットを用いた演算は、直感的にはわかりにくいかもしれません。しかし、基礎的な部分であれば高校までの数学、及び行列の知識で十分に理解が可能です。本講座では、量子コンピュータについて、その理論的基礎である量子力学の導入から始め、量子ビット、演算回路について扱った後、実際に素因数分解を行うアルゴリズムであるショアのアルゴリズムを理解することをめざします。時代の最先端を行く量子コンピュータの世界の一端を、この講座で学んでいきましょう。

第1講　量子力学の基礎
第2講　量子ゲートと量子テレポーテーション
第3講　量子フーリエ変換と位相推定
第4講　ショアのアルゴリズム

中高生の方であればどなたでも受講いただけます。

病気になったとき、薬を服用することで、症状が和らいだり、辛さが軽減されたりした経験があると思います。化学を学ぶと、そんなスーパーヒーローである薬の仕組みを理解し、本物の薬と偽薬を見分けることができるようになります。「薬も過ぎれば毒となる」という諺があるように、薬と毒はよく似た性質をもっています。どうして薬は副作用をもつのでしょうか？サスペンスや推理小説に出てくる毒は、どのようにして開発されているのでしょうか？本講座では、人体の仕組みに基づき、薬や毒の効果や作り方を解説します。薬と毒の理解に必要な知識を培うため、有機化学という分野を重点的に扱う予定です。4 日間の講義を通してじっくり解説するため、最初は化学をまったく知らなくても、実際に処方された薬を見るだけで、なんとなく何に効くか、副作用は何かを考えられる程度の力が身に付くでしょう。また、今回取り扱う内容は主に生物や人体に関わる事柄であり、薬学や医学に必要とされる程度の化学を学習します。化学や生物学に少しでも興味がある方には、ぜひご受講いただきたい内容です。

第1講　化学の基礎
第2講　有機化学の基礎
第3講　薬と毒 その1
第4講　薬と毒 その2

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地球上で最も多く人間の命を奪っている生物は、蚊です。とは言っても、ライオンやワニなどのように物理的に襲ってくるのではなく、寄生虫やウイルスなどの「病原体」を運んでくることによって、マラリアやデング熱などの感染症に罹患してしまうのです。マラリアは結核やHIV/AIDSと並んで「世界三大感染症」として恐れられており、マラリア治療薬のアルテミシニンを発見した屠呦呦氏には、抗寄生虫薬のイベルメクチンを発見したウィリアム・C・キャンベル氏と大村智氏とともに、2015年ノーベル生理学医学賞が授与されています。本講座では、このような寄生虫・ウイルス・細菌に代表される病原体について、実践的な問題演習をもとに概観していきます。また、このような病原体に対して、人間が実際にどのような防御機構（免疫）を有しているのか、あるいはワクチンや血清療法などの治療法を開発しているのかを、生物学オリンピックや医師国家試験などの演習を通して、可能な限り現代的な理解をめざしていきます。新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックを経験した私たち人類は、これまでどのように感染症と闘ってきて、これからどのように生きていくのか、この微生物学と免疫学の2日間で模索してみませんか。

第1講　病原体と感染
第2講　自然免疫と適応免疫

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地理の授業では、自然や社会の中で起こっているさまざまな現象について学びます。教科書や図録を開けば、多種多様な地形や町の様子が写真や絵などを用いて描写されているでしょう。では、これらの知識はどのように蓄えられていったのでしょうか。先人たちは実際に現地を訪問し、そこで何が見られ、何が起こっているのかを記録することで知識としていきました。このような試みを「フィールドワーク」と言います。地形や気候などを扱うフィールドワークにおいては、自然の中でさまざまな観察・観測を行うことが必須です。これにおいては、特殊な器具からメモ帳まで、種々の道具を用いて記録を行なっていきます。講座の前半では、この自然地理のフィールドワークの手法や実践について解説します。また、都市や社会などを扱うフィールドワークについては、街中で観察を行い記録をつける必要があります。このようなフィールドワークでは、自然地理のそれとは異なり複雑な器具を用いる機会は多くありません。しかしながら、目で見たものを記録することは、思いのほか難しく、困難なことがあるのです。講座の後半では、この人文地理のフィールドワークの手法や実践について解説します。

第1 講　自然地理のフィールドワークの手法
第2 講　自然地理のフィールドワークの実践
第3 講　人文地理のフィールドワークの手法
第4 講　人文地理のフィールドワークの実践

中高生の方であればどなたでもご受講いただけます。

秋の風物詩といえば月見。すすきを供え、月見団子をつまみながら、うさぎのような模様の月に想いを馳せる。徐々に暑さの和らいできた時期、煌々と光る月には、どこか神秘的な雰囲気を感じ取れるかもしれません。さて、そんな私たちに身近な月ですが、その裏側はどうなっているのか、月はなぜ表側しか見えないのか、そもそも月の表側に見られるうさぎのような模様はどのようにできているのか、考えてみると幾つもの問いが湧き上がってくることでしょう。月からすこし目を逸らすと、そこにはちらちらと瞬く星々が輝いているかもしれません。星々は、どのようにして輝いているのでしょうか。そもそも星々はどのように誕生したのでしょうか。本講座では、そんな星月夜のささやかな思索の数々を辿っていくとともに、あまりにも広い宇宙に散りばめられた神秘の数々を、天体に焦点を当てて垣間見ることとしましょう。まず、私たちに身近な天体である月と太陽から話を始めます。身近であるがゆえに気に留めたことのなかった不思議の数々をひも解いていきましょう。次に、太陽系の天体へと話を広げていきます。太陽を中心として8つの惑星に小惑星や彗星、小さな塵などが集まってできている太陽系が、次第に可憐な宝石箱のように見えてくるはずです。そして、さらに遠くの宇宙へと視野を広げていきましょう。遠くの星々にも、惑星は存在しているのでしょうか。文明を持つ知的生命体はどうでしょう。空気の澄んで夜空の綺麗な冬の時期、宇宙の深みへと、すこしだけ手を伸ばしてみませんか。

第1 講　太陽と月／天体の運動について
第2 講　太陽系の天体／太陽系の成り立ち
第3 講　さまざまな恒星／系外惑星
第4 講　銀河／特殊な天体

中高生の方であればどなたでもご受講いただけます。

みなさんは「言語学オリンピック」をご存知でしょうか。「いくつ言語を話せればいいの？」「どうやって順位づけするの？」と思われる方も多いでしょう。国際言語学オリンピック委員会は「言語学や言語に関する知識は必要なく、最も難しい問題であっても論理的思考力や忍耐強い努力、常識に囚われない発想力があれば解ける」と述べています。日本委員会でも「問題は実際の言語研究で行われる分析に似ていて、『初めて見る言語のデータから隠れた法則を解き明かす』というものです。謎解きやパズルのように、分析力、情報処理能力、論理的思考、試行錯誤する力が求められます。」としています。しかし、言語学オリンピックに立ち向かう際には、実際の問題を解いて慣れていくだけではなく、特にフィールドワークで未知の言語の文法書を記述する「記述言語学」や、世界の言語に見られる普遍的な法則を記述する「言語類型論」の知識を得ることも必要です。この講義によって、言語学オリンピックでの問題解決能力が向上するだけでなく、学校で教えられる日本語や英語の伝統的な文法が相対的に捉えられるようになり、国語や英語に関する語学上の理解もよりいっそう深まるでしょう。

第1講　ルールと遊び方
第2講　音声学・音韻論
第3講　形態統語論・言語類型論
第4講　文字論・命数法

興味のある方であればどなたでもご受講いただけます。

理論物理学者J・J・サクライは “The reader who has read the book but cannot do the exercises has learned nothing.”「本を読んだが練習問題ができないという読者は何も学んでいないのだ」という格言を残していますが、これは理論物理学に限らず記述言語学やその能力を競う言語学オリンピックにも当てはまります。ただ書籍を読むだけでも、演習問題をこなすだけでも実力はつきません。能力を高めるためには、演習を積み重ねながら、その背後にある構造や理論をつかみ、深い理解に達することが必要です。また、こうした学習は言語学を学び始めたばかりの初学者には難しく、優れた先導者が欠かせません。この講座では、言語学オリンピックの国際大会（IOL）・アジア太平洋大会（APLO）・日本大会（JOL）の良問を題材に、講師と生徒のディスカッションによる質の高い演習を積んでいきます。講座を通して、言語記述に対する高い実力と言語理論に対する深い理解をめざしましょう。

第1講　音韻論
第2講　形態論
第3講　統語論
第4講　文字論・命数法