先端科学計測の基礎を学ぶための分析装置作りとその教材化に関する研究
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22K02955
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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 | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
山田 健二 石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (50249778)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 教育教材 / 分析装置づくり / 科学計測 / イオン源 / 検出器 / マイコン利用 / 材料実験 / 分析装置作り / 物理現象 / 励起源 |
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| Outline of Research at the Start |
先端材料科学の研究推進を支援する視点に立った基礎教育教材が少ない。そこで、大学・高専の電気電子・情報・機械・制御および関連学科の学生向け教材として、材料分析装置作りと科学計測という明確なゴールを設定し、そのゴールに向かう設計科目や創成科目（ものづくり演習）の中で「見える化」された分析機器ならびに先端科学計測の要素技術を、励起源と検出器の製作および実験をテーマに理解・習得し、それらの開発教材を利用した体験から学生の意欲喚起を検証することを目的とする。本研究を推進するために、申請者がこれまで取り組んできた材料分析や教材開発の経験が活かされる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
持続可能な社会の実現に貢献するため、グリーンデバイスの開発が急務であるが、そのような先端材料科学の研究推進を支援する視点に立った基礎教育教材が少ない点に着目し，先端科学計測の基礎を学ぶための装置作りとその教材化に関する研究に取り組む。創造的技術者育成のために大学・高専(電気電子・情報・機械・制御および関連学科)の学生向け教材として、材料分析装置作りと科学計測という明確なゴールを設定し，そのゴールに向かう設計科目や創成科目（ものづくり演習）の中で「見える化」された分析機器ならびに先端科学計測の要素技術を、イオン源と検出器の製作および実験をテーマに理解・習得し、それらの開発教材を利用した体験から学生の意欲喚起を検証することを目的とする。申請者がこれまで取り組んできた材料分析や教材開発の経験を活かし分析に必要な機器の製作を行った。ヘリウムイオン源の製作では放電部分の絶縁に注意しながら製作できている。簡易型電子エネルギーアナライザーは市販の電子増倍管を利用して製作できている。
今年度の研究では，引き続き先端科学計測の基礎を学ぶための，教材作りを行い，学生に利用させる計画であった。電子分光実験のメインチャンバーの排気環境の構築と励起イオン源の製作を終えているので，測定計測システムの構築を行ない，分光実験教材作りの見通しを立てることができた。また教材の利用方法を検討するために，既に教材化してあったSi材料のエネルギーギャップを推定する実験教材を学生に利用してもらった。その実施後のアンケートから，実験データを処理する方法について，あらかじめ動画教材を学生に視聴させると理解度が深まるという提案があった。動画に慣れ親しんでいる学生には，短時間の動画教材の効果が期待される。この他，教育教材について展示会発表や学会で発表した。
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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
既に真空排気系やイオン源の構築を終えている。実際の実験として，イオン源を可動させるには，差動排気用のターボ分子ポンプが必要である。このため，令和５年度の研究費を令和６年度に繰り越して購入することとした。また、計測したデータの処理方法を熟知していることも大切である。波形処理ソフトウェアを適宜活用しながら、数学的処理手法(平滑化、微分、スペクトル分離等)を学習できるコンテンツ製作に取り掛かっている。令和5年度の研究計画に従い，順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子分光実験システムを製作していく様子や真空ポンプの取扱いをビデオ撮影し、組立方法や実験方法を学ぶ動画を製作する。真空機器の取扱い，測定回路の基本原理，イオンを用いた表面分析の測定原理，実験結果の検討方法など，本研究に関わる事項を選択式演習問題として作成し，その解説を含めたものにまとめる。計測したデータの処理方法を熟知していることは大切である。波形処理ソフトウェアを適宜活用しながら，数学的処理手法を学習できるコンテンツを準備する。製作した教材を学生に利用してもらい，ルーブリック評価を用いて学生の到達度を検証し，その考察結果を学会で発表する。研究期間終了後も本研究で開発した教材で学んだことが他の課題解決にどのように影響を与えたか，装置全体を学生が把握できたことからどのような創意工夫のアウトカムが生じたかを明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
