発想支援型理科教育のためのCGによる化学反応の視覚化

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10680182
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: 寺谷 敞介 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (60087533)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松原 静郎 国立教育研究所, 科学教育センター, 室長 (50132692) ; 生尾 光 東京学芸大学, 教育学部, 助手 (50159589)
• Keywords: CGアニメーション / 化学反応の視覚化 / 反応経路 / 分子軌道法 / 水 / 二酸化炭素 / 三酸化硫黄 / 四酸化二窒素

Research Abstract

1 本研究の目的:CG(コンピュータ・グラフィックス)で化学反応を表現した新しい理科教材の開発を目指し、環境教育の見地からも有用な水やCO_2、SO_x、NO_xの関わる反応を中心に、理科教材として重要な化学反応を選定し、それらの量子化学計算を行いCGアニメーションにする。作成したCGアニメーションをインタラクティブなCD-ROMとして研究協力者に配布し、教育効果を検討する。
2 化学反応の選定:高校化学で学習する二酸化炭素、三酸化硫黄、四酸化二窒素の水への溶解は環境教育の見地からも興味深い身辺な反応であり、その反応のCG化は理科教材として有用であると考え、取り扱う反応の種類を以下の3種に絞り込んだ。
(1) 水とCO_2の反応
(2) 水とSO_3の反応
(3) 水とN_2O_4の反応
3 CGアニメーションの作成: 選定した反応の反応経路を経験的分子軌道法(MOPAC)により探索し、その構造の妥当性を非経験的分子軌道法(Gaussian94)で確認した上でCGアニメーションにした。
(日本科学教育学会第22回年会において一部発表、年会論文集22,29-3B6(1998))
4 次年度の予定:作成したCGアニメーションからインタラクティブな学習ソフトを制作し、CD-ROMの形式で研究協力者に配布し,教材の教育効果を検討する。