2016 Fiscal Year Research-status Report
マイコンボードを利用した教員養成における物理学実験の開発・教材化
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15K00962
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
近藤 一史 埼玉大学, 教育学部, 教授 (40178421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大向 隆三 埼玉大学, 教育学部, 准教授 (40359089)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 実験・観察 / 教育職員免許法（教免法） / マイコンボード / 物理計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、マイコンボードを利用し、物理実験においてコンピュータによる測定を安価で容易に行う事のできる実験装置を開発し、それらを教材化することにある。小・中学校の実験においても容易に導入でき、教材として活用できることを明らかにすることが目的である。
平成28年度は、平成27年度に引き続き (1)振り子の周期測定によるシステム開発、(2) Arduinoを利用するための訓練 であった。（1）については、実験においてコンピュータ測定を行う場合の条件として「人による測定の再現」が重要と考えている。振り子の周期測定においては、途中計時測定（ラップタイムを測定して平均を求める）を学習する。この測定を実現させるプログラムを開発行ってきたが、これを完成させた。当初、Arduino で一般に利用される processing というソフトを利用することを考えていたが、今回は一般に多く利用されている Excel のアプリケーションである VBA で開発を行った。さらに、コンピュータ測定では、測定ケーブルが実験の障害になることもあるため、センサーをワイヤレスで使用できるように開発を行った。これにより、センサーの配置に制限がなくなり、実験がし易くなったと考えられる。（2）についても引き続き、プログラム作成をあまり経験していない教員志望の学生に行った。過去の例の通り、90分の授業内に、LEDを点滅させるプログラムを作成できることが確認された。さらに、データ処理のためのprocessing についてある程度の学習することができた。新学習指導要領では、小学校でコンピュータのプログラムの学習が取り入れられる。小学校教員養成において、本研究がより役に立つと考えられる。
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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
本研究の大きな目的の一つが、「人による測定の再現」であった。Arduino を用いた測定に関する書籍や報告はたくさんある。しかし、「物理学実験」で人が行っている測定と同じ手順をパソコン測定で行うという目的で Arduino を利用しようとする報告は見られない。教員養成における実験では、誤差の考え方やら、データ処理などを学習する。振り子の周期測定では、データ処理において途中計時測定が重要である。これをコンピュータ測定に導入することが本研究の大きな目的の一つであった。
平成28年度は、この途中計時測定のデータ処理のプログラムが完成し、目的を達成できたと言える。また、教員養成における、物理学実験の「コンピュータの活用」について本研究の意義を含め、物理学会において報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、開発したシステムの検証を行う。
（1）教員養成における物理実験で開発したシステムを稼働させる。平成28年度に振り子の周期測定システムを完成させたが、やはりプロトタイプである。実際に物理学実験において教員を目指す学生が使用することで、問題点などを検証し、改良を加える。
（2）現職教員の利用。平成29年度は、免許更新講習の担当であるため、講習において本研究における、Arduino マイコンボードに紹介や、プログラムの作成などを行う予定である。
平成29年に公示された学習指導要領では、小学校においてプログラム学習が導入される。小学校で導入されるプログラム学習は、小学生用に簡易化されたものであると思われる。しかし、それを指導する教員はある程度のプルグラム知識が必要だと考えられる。Arduino を用いたプログラム学習は、プルグラム入門であるとともに、使用する言語が C 言語に準拠しているため本格的なプログラム開発にもつながる有用な学習であると考えている。また、開発したシステムの利用は、コンピュータの利用の困難さを取り払うのに有用であると考えられる。
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| Causes of Carryover |
研究分担者分として配分した経費が、分担者の予定ならびに使用計画により、次年度以降に執行することが、研究遂行に適していると判断した。そのため、配分した経費については次年度以降の執行とすることにとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の配分と合わせての執行を予定している。
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