教育用マイコンmicro:bitを用いた理科実験教材の開発
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22K02979
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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 | Chiba University |
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Principal Investigator |
林 英子 千葉大学, 教育学部, 准教授 (40218590)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | Micro:Bit / 理科実験 / 温度測定 / 高分解能温度計 / ベックマン温度計代替 / 理科実験教材 / 教育用マイコン / 高感度温度計 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、イギリスBBCが主体となって作った教育用マイコンマイクロビット（micro:bit）をプログラミング教育だけに用いるのではなく、小学校から大学までの理科実験や化学実験の装置としての活用を目指している。micro:bitを用いた温度測定・制御装置や電気化学的測定・制御装置の高精度化や自動化を活かして、理科に対して興味を深める実験教材を作り、その効果を検証する。学校での理科実験にmicro:bitを活用することにより、実感を持って身近な生活においてコンピュータが活用されていることを認識し、理科教育およびプログラミング教育の両者に興味を喚起することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
小学校においてもプログラミング教育が導入され、イギリスBBCが主体となって作った教育用マイコンマイクロビット(micro:bit)が、プログラミング学習等に活用され始めている。また、高性能で高感度なセンサー素子を入手可能になったため、マイコンでより教育効果の高い実験教育を実現できるようになっている。このことから本研究では、micro:bitをプログラミング教育だけに用いるのではなく、小学校から大学までの理科実験や化学実験の装置としての活用を目指し、micro:bitを用いた測定・制御の高精度化や自動化を活かして理科実験に活用ことを目的としている。
本研究で開発し使用するキーデバイスに「プローブ型温度計」がある。これは従来使われているガラス温度計に代わりビーカー中で使用できるもので、測温プローブは市販の小型(2 mm×2 mm×0.7 mm)の高感度温度センサー(TI社、TMP117)をフレキシブルなテフロンチューブの先端に封入して、耐熱、耐薬品性を持たせたものを作成した。
このTMP117測温プローブをmicro:bitに接続し、動作温度範囲－55 ～ 150 ℃で、－20 ～50 ℃の温度範囲では精度±0.1 ℃の高精度実験用温度計を作成した。さらに、micro:bitのマイコンとしての統計的処理によって測温分解能をTMP117の製品規格値の0.0078℃から0.001℃まで向上させた。このような高分解能の温度計の市販品はほとんど存在しない。測定値は即時にパソコン画面にグラフ表示/データ保存できるようにした。このプローブ型温度計を大学の化学実験に用い効果を検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
温度センサーにはTI社のTMP117を使用し、外径1.3 mm長さ60 cmのテフロンチューブの先端にセンサーを封入し、耐熱、耐薬品性の測温プローブを作成し、統計処理を用いてセンサー規格の温度分解能を0.001℃まで向上させたmicro:bitプローブ型温度計の開発に成功している。micro:bitプローブ型温度計の大学での学生実験への活用として、反応熱の測定、および、凝固点降下の測定による分子量の決定の実験に用いて効果を検証している。しかし、学生実験への活用のためのプログラム修正等に時間を取られ、その他予定していたのプローブ型温度計の関係するの教材作成において遅れが見られている。また、手作業をで行っていた小型の温度センサーを測温プローブとするための結線作業を専門企業に依頼する予定であったが、遅れが見られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
micro:bitプローブ型温度計については、融点測定装置などの実験教材開発、および、活用例の拡大を引き続き行う。
現在micro:bit用のフリーのMicroPythonエディタであるMuエディタの描画機能を用いてグラフ表示を行っているが、グラフの描画としては若干問題があるため、理工系の向けのグラフ作成フリーソフトNgraphに実験中にグラフ描画できるようにする。これは2023年度から開始する電気化学測定用のグラフ描画にも活用出来る。
上記に加え、2023年度は計画通りに電気化学測定への活用についても取りかかる。
また、プログラムダウンロード用のウェブサイトを作成して、micro:bit用に開発したプログラムを容易に公開出来るようにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
