Educational technology for collaboration between computer programming and integrated circuit design
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22K02909
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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 09070:Educational technology-related
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| Research Institution | Ariake National College of Technology |
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Principal Investigator |
石川 洋平 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (50435476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石橋 直 福岡教育大学, 教育学部, 准教授 (80802842)
清水 暁生 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (90609885)
野口 卓朗 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 講師 (20805626)
堀田 孝之 有明工業高等専門学校, 技術部, 技術長 (80450146)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | サーキットデザイン教育 / 半導体・集積回路 / 集積回路設計CAD / メタバース / eスポーツ / ミクロなものづくり / プログラミング教育 / 電子回路 / 集積回路 / ミニマルファブ |
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| Outline of Research at the Start |
コロナ禍によりGIGAスクール構想が加速し、本来であれば緩やかに導入が進むはずであったICT教育も急激に日常のものとなった。我々は、現在様々なところで取り組まれている思考力を鍛えるためのプログラミング教育の一歩先を狙い、「超微細なものづくり」との融合教育を目指している。ソフトウエア偏重ではなく高付加価値なハードウエアを意識して「サーキットデザイン教育（電子回路・集積回路設計教育）」を、必要なツールを自ら改良・開発する過程を経験する環境や、ミニマルファブなどのオーダーメードなICチップを作ってワクワクを共有できる仕組みを構築する。また、産業界と教育界をつなぐ実践的な教育展開も視野に入れている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の「半導体」関連産業の盛り上がりは著しく、「プログラミング」「超集積化トランジスタものづくり」「教育工学」を研究課題名に据える本研究への期待が急激に高まっている。本研究では次の3つを念頭に実施している。（１）サーキットデザイン教育の環境構築 （２）サーキットデザインCADを意識したプログラミング教育 （３）オーダーメードでミクロなものづくり体験の提供。本年度の実績は、昨年度開発した１．紙ベース教材 ２．メタバース・eスポーツ教材 ３．本物の集積回路設計CADを用いた教材を活用し、高専（教職員研修を含む）および、小中学校、特に今年度は工業高校でのサーキットデザイン教育・講演を多数行ったことである。サイエンスコミュニケーション・アウトリーチ活動を研究の軸に据えつつ、産学連携でのICチップ試作環境の構築にも着手している。半導体・集積回路教育のハードルは３つあり、NDA（Non-Disclosure Agreement）・PDK（Process Design Kit）・EDA（Electronic Design Automation）である。どれが一つ欠けてもマイICチップをつくることが現実的なものとならない。従って、本年度は産学連携により力を入れて解決を図った。本研究に関連する学外発表は「集積回路設計教育および教材開発」に関して11件行った。※「サーキットデザイン教育」とは半導体・集積回路技術の多世代・早期教育手法の総称として、プログラミング教育が公教育に普及したように、回路設計が次代を支えるミクロなものづくり教育の鍵として取り入れられ、色々な方々に親しみを持っていただこうという想いで研究代表者の石川が定義した言葉である（サーキット＝回路、デザイン＝設計⇒サーキットデザイン）。
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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
昨年度に引き続き「（１）サーキットデザイン教育の環境構築」に力を入れている。テキストマイニング・アイトラッキングによるノウハウ蓄積に関しては着手が遅れているが複合的に実施予定である。本取り組みでは、「サーキットデザイン教育」という言葉を旗印として、公教育（初等・中等・高等教育）で活用できる教材を開発し、学内外を含めて1年間で2000人を超える方に体験していただいた。特に、近隣の佐賀県においては、工業高校にて半導体に関する教育講演を行い、確かな手応えを得た。教育工学の鍵は技術を教育へつなげることであり、近年、話題の「半導体」という言葉を技術・製造・設計の代名詞として異分野との相似系として教育をすることで、半導体や集積回路の専門外の方々にも能動的に語ってもらえるような環境ができつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
「サーキットデザイン教育」という言葉を多くの方々に使って頂く機会が増えてきており、裾野を広げるためのティーチング教材を作成する必要性が出てきている。また、ソフトウエアのプログラムが個々で作れるようになったように、集積回路・ICチップもオーダーメード集積回路として子供たちがマイICチップという実感を持って設計・試作できる環境提供を模索する。ミニマルファブでの試作教育に関しても近隣の高専と連携して教育手法に関して検討を行う（場合によっては、現在進行中の共同研究との連携を図り近隣企業の設備を活用させていただき、より実践的な実習を提供することも検討する）。サーキットデザイン教育は産学連携とも相性が良く、有明高専で培った設計関連の教育教材をプラットフォーム化することによって、産官学民金連携の好事例にもなりえると考えている。また、設計者の振る舞いをアイトラッキングや文章で特徴抽出することも検討する。匠の技としてデータベース化することを目標としているが、むしろ、より多くの子供たちにリーチすることを優先とする方が重要であると判断した場合は、概要で記した（１）（２）（３）の取組割合を変更する可能性もある。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
