Studies on Physics Experiments using Smartphone for Online Class
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21K02954
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09080:Science education-related
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology (2022-2023)
Kanagawa Institute of Technology (2021) |
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Principal Investigator |
安達 照 大阪工業大学, 教育センター, 教授 (70897107)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石綿 良三 神奈川工科大学, 公私立大学の部局等, 教授 (00159790)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | スマートフォン / センサー / 物理実験 / オンライン授業 / 物理教育 / 物理概念 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、スマホのアプリケーション（アプリ）を使って物理実験を行うことで、オンライン授業であっても、実験室での授業と同様に、現象の本質に触れることができ、座学では得られない発見・知見が得られる新時代の物理実験教材開発へと展開していく。本研究を行うことで、一般公開されているアプリの機能やスマホを使った物理実験の研究報告等を体系的に調査し、力学・音 波以外の広範囲の物理実験ができるようなアプリ開発に発展させ、かつ、高校や大学の現場の教員および学生が、スマホのアプリを使ってオンライン授業で容易に物理実験が行える情報も提供していくことができるようになる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
スマートフォン（スマホ）を物理実験の測定ツールとするアプリケーション（アプリ）"Diracmaシリーズ"を開発し、オンライン授業であっても、実験室での授業と同様に、現象の本質に触れることができ、座学では得られない発見・知見が得られる新時代の物理実験教材開発を行ってきた。スマホを用いた実験は、オンライン授業用の新しいツールの開発というだけでなく、従来の学びを制約していた状況から解放され、「自律的な学び」へつながるツールでもある。
まず、オンラインにおけるスマホを用いた物理実験の効果を検証するための基礎として、オンデマンド型オンライン授業でのスマホに接続した距離センサーを応用した実験動画を用いた。結果は、単なる物理の計算を行う課題よりも、その前に関連するスマホを用いた物理実験を学習した学生の方がより高い理解度を示していた。
次に、スマホで用いる物理実験用のアプリを自作することの意義について、技術哲学的な観点から明らかにした。この意義を明確化するためのRC法（Reflective Convivial Method）のような新しい分析手法を開発した。このRC法を応用することで、江戸時代大坂の私塾（先事館）で自律的な学びが実現していたことも明らかにすることができた。今後、さまざまな「自律的な学び」の分析や方向性を決めるために、RC法を活用していく。
新しい物理実験について、スマホのカメラ機能を用いて、慣性モーメントをどこででも簡易に測定できるものも開発した。また、鉄道模型を用いて速度のような物理概念を効果的に学習する新しい教材を開発していた。その鉄道模型の動きを決めるための新しいヒューマン・インターフェース（Magic Motion）を開発した。このMagic Motionは、おもちゃのブロックのようなものを並べることで、楽しみながら鉄道模型の動きを決定できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スマホを用いた物理実験については、高校や大学での教育実践も含め、１０年以上の教育実践実績がある。今まで、スマホの自作アプリを用いた物理教育手法については、その効果や意義について明確化されていなかった。本年度、オンライン授業における一つの教育効果を明らかにすることができた。さらに、その際に用いた物理実験用アプリを自作することが自律的な学びにつながることを明らかにする技術哲学的手法（RC法）も開発し、国際会議NARST2024でも発表を行った。
このような学習への効果や意義については論文の出版を行い、種々の高校や大学に情報を提供することで、それぞれの学校における利用を促進してきた。さらに、アプリ開発については、近隣の高校からの依頼により、講演会も実施し、学外における社会的な貢献も行っている。
また、新しい物理実験についても応用可能性の幅を広げてきた。スマホのカメラ機能を用いた物理実験（慣性モーメント測定）については、大学の授業で実際に活用することで、その活用方法についての問題や発展性について明らかにすることができた。また、鉄道模型を用いた物理実験に用いる新しいヒューマン・インターフェース（Magic Motion）も開発したが、この、このことにより、より多くの物理実験がオンライン授業で行うことができるようになり、Magic Motionの使いやすさによって、大学や高校だけでなく小学校、中学校にも対応できるようになった。
さらに、モバイル物理教育研究会も定期的に7回実施し、研究実施進捗や今後の展開について、議論を重ね、研究内容を発展させている。
以上のように、当初にたてた計画に概ね沿う研究発表、調査、評価等が行われている。
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| Strategy for Future Research Activity |
スマホを用いた物理実験で、スマホに内蔵されているものだけでなく、超音波センサー以外の外部センサー応用アプリ開発（iPhone系スマホへの移植含む）も完成へと進める。スマホのビデオ機能を用いた実験内容についても、「ころがり抵抗」の測定にも展開していく。
また、新しい物理概念構築法として、超音波センサーを用いた鉄道模型の実験において、新たなヒューマン・インターフェースのプロトタイプを開発し、研究発表を行った。さらなる使いやすさ（デザイン、質量等）を追求し、教育で活用できるようにしていく。
オンライン授業におけるスマホを使った物理実験の教育効果について、オンデマンド型授業だけでなく、通常のオンライン授業へ展開する。スマホを用いた物理実験がオンライン授業のために有効ではなく、自律的な学びを促進するためのツールとなることも分かってきた。新しく自律的な学びを分析する手法（RC法）も開発したので、この手法を用いて、この自律的な学びとは何かについても合わせて調査・研究を行っていく。このためには、さまざまな現代の学校における学びだけでなく、歴史的調査（江戸時代の自律的な学びであった科学教育）、学校以外の企業、地域社会における自律的な学びについても調査を行っていく。
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
