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Development of Discussion-Based Learning of Physics Experiment with Discoveries and Verification Supported by Simulations

Research Project

Project/Area Number 17K00961
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Science education
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

Kato Tetsuya  千葉大学, 教育学部, 教授 (00224519)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords物理教育 / 有限要素法シミュレーション / 電場・磁場 / 物理実験 / 電磁誘導 / 渦電流 / 身近な物理現象 / 物理概念への着目 / 科学教育
Outline of Final Research Achievements

The electric and magnetic fields in the phenomena around us are invisible and strongly depend on the concrete object shape. In physics studied in high school and university, since the emphasis is placed on quantitative relationships expressed by mathematical formulas, it is difficult to proceed with discussions in concrete shapes. In this research, we conducted computer simulations on the shapes handled in physics experiment and on additional shapes that provide clues for understanding them. Through discussion activities using the materials, we tried to verify that even beginners could discover what they should understand or verify what they had already understood. In addition, in order to observe the mechanical phenomenon involving electromagnetic induction, we made experimental equipment that does not require electric power. Based on the simulation data, we were able to encourage discussion activities to consider eddy currents.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物体形状の関わるデータの空間分布は、最近では日常の気象ニュース等で見慣れており、地理的形状と物性の対応関係は議論しやすい土壌が既にある。このようなデータ分析能力を活用・促進し、学習初心者には扱いが難しい抽象的概念である電場や磁場ついての資料をもとにした言語活動が、各概念が定着していない学習者でも可能にすることができた。Society5.0 でのデータ活用社会において、物理という教科の将来の学習スタイルへの示唆が得られたものといえる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Open Access: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] グラファイトの磁気浮上を活用した力学実験2020

    • Author(s)
      高重正明, 加藤徹也, 西脇洋一
    • Journal Title

      Physics Education in University

      Volume: 26 Issue: 1 Pages: 12-16

    • DOI

      10.11316/peu.26.1_12

    • NAID

      130007831701

    • ISSN
      1340-993X, 2432-1710
    • Year and Date
      2020-03-15
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Arduino UNOを用いた磁気浮遊装置の作製と分析 ― 磁界センサによる位置制御と浮遊時の磁界分布 ―2020

    • Author(s)
      森重比奈・加藤徹也
    • Journal Title

      千葉大学教育学部研究紀要

      Volume: 68 Pages: 375-384

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 海外の教員に対する短期滞在型教育研修プログラムの開発と実施 ― 高等教育の輸出の検討 ―2020

    • Author(s)
      大嶌竜午・加藤徹也・小山義徳・梅田克樹・澤邉正人・大和政秀・辻耕治
    • Journal Title

      千葉大学教育学部研究紀要

      Volume: 68 Pages: 185-196

    • NAID

      120006875613

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] グラファイトの磁気浮上を利用した回転運動実験2019

    • Author(s)
      西脇洋一・加藤徹也・高重正明
    • Journal Title

      応用物理教育

      Volume: 43 (2) Pages: 39-40

    • NAID

      40022095256

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 擬人化・脚色による身近な物理現象への注視2018

    • Author(s)
      加藤徹也
    • Journal Title

      千葉大学教育学部研究紀要

      Volume: 66(1) Pages: 415-422

    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 等電位線実験のためのFEMシミュレーションにより支援された導入教材の開発2020

    • Author(s)
      加藤徹也
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 渦電流による磁気浮上のデモンストレーション実験ならびにFEMシミュレーション2019

    • Author(s)
      加藤徹也
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 非理工系学部における物理実験事業の試み2019

    • Author(s)
      西脇洋一 加藤徹也
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 有限要素法シミュレーションを用いた物理実験の導入教育2018

    • Author(s)
      加藤徹也
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] シミュレーション画像を用いた物理法則の発見的導入2018

    • Author(s)
      加藤徹也
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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