2020 Fiscal Year Research-status Report
光と物質の相互作用を用いたミクロの世界の探究法と教材開発
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16K00980
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| Research Institution | Seinan Gakuin University |
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Principal Investigator |
松村 敬治 西南学院大学, 人間科学部, 教授 (40157350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩野 正明 西南学院大学, 人間科学部, 教授 (80235499)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マイクロ波分光の教材 / 赤外分光の教材 / 紫外・可視分光の教材 / セッケン膜の干渉 / シャボン玉の膜厚測定 / X線回折の教材 / エッシャー風タイリング図形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ここでは、最初に本研究の目的について簡単に述べ、そのあと現在までの研究実績の概要について述べる。
本研究の目的は、「物質」と「光」の相互作用を用いてミクロの世界を探究して解明する教材を開発し提供することにより、理科教育の振興を図ることを目的とする。具体的には次の4つのことを目的としている。①分光法を用いて、マイクロ波と分子構造の関係や、赤外線と温室効果ガスの関係や、可視光・紫外線と原子・分子の関係を解説する教材の開発を行う。②光の干渉を用いたシャボン玉やセッケン膜の膜厚測定の教材化に関する研究を行う。③光のハンカチなどによる回折を用いてＸ線回折の原理を説明する教材を製作する。④作成した教材を地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動の中で公開し、理科教育の振興を図る。
続いて、現在までの研究実績の概要について述べる。
①液体のマイクロ波分光に関しては、成果を論文にして発表した。振動スペクトルに関しては、近赤外発光ダイオードを用いた教材を製作中である。一方、可視光・紫外領域の分光では、これまでの演示実験の教材を改良した。②シャボン玉やセッケン膜の膜厚測定の教材化については、教育現場に提供するために、装置の耐久性について検討を行った。③Ｘ線回折の原理を説明する教材の製作に関しては、結晶粉末のＸ線回折像を再現する教材を作成するための検討を行った。④地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動については、新型コロナウィルスの感染拡大を防止するため、本来の活動は中止し、リモートで行う方法について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
分光法を用いた原子・分子の性質を解明する教材の開発においては、液体のマイクロ波分光、近赤外分光、および、紫外・可視分光について検討した。液体のマイクロ波分光に関しては、ドアセンサー用に市販されている廉価な誘電体共振発振器を用いて教材作成ができることを確認した。また、これまでの研究結果を踏まえて、液体のマイクロ波分光についての総括的な論文を発表した。振動スペクトルに関しては、近赤外発光ダイオードとフォトダイオード検出器を用いた教材を製作中である。一方、可視光・紫外領域の分光では、これまでの教材に、身の回りの照明に関する教材を加えて体験型の教材を作成した。
シャボン玉の干渉スペクトルによる膜厚測定の教材化に関して、透過光と反射光の精密な干渉スペクトルの測定ができるように装置の改良を行う予定であったが、分光器の動作が不安定になったので測定を中止し、原因を解明中である。また、これに関連して、この教材を教育現場に提供するためには、装置の耐久性が大切であることが分かったので、これについて検討を始めている。
Ｘ線回折の原理を説明する教材づくりに関しては、結晶粉末のＸ線回折像を再現する教材の設計について検討した。一方、結晶格子をヒントにしたエッシャー風タイリング図形の描画法については、２種類のデザインについて制作を行った。
地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動については、新型コロナウィルスの感染拡大を防止するため、本来の活動は中止し、リモートで行う方法について検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、完成年度として、これまでに得られた結果を発展させて総括を行う。具体的には次に示す内容の研究を行う予定である。
マイクロ波分光に関しては、分子の対称性を判定する教材に対する総括的な論文を執筆したので、今後は教育現場で使用して改善を図る。振動スペクトルに関しては、近赤外領域のフォトダイオード検出器を使った教材を完成させる。それと同時に、振動スペクトルの教材に関する総括的な論文を執筆する。一方、可視光・紫外領域の分光では、従来の教材と身の回りの照明に関する教材を組み合わせた体験型の教材を教育現場で使用して改善を図る。
シャボン玉の干渉スペクトルによる膜厚測定の教材化に関しては、動作が不安定になった分光器の原因を解明して解決し、透過光と反射光の精密な干渉スペクトルの測定ができるように装置の改良を行う予定である。この問題が解決できれば、シャボン玉の複数のポイントにおける膜厚を同時に測定する方法を検討する。こうした研究と並行して、シャボン玉の干渉スペクトルを録画して、映像教材として提供できるようにする。
Ｘ線回折の原理を説明する教材づくりに関しては、結晶粉末のＸ線回折像を再現する２種類の教材を完成させる。また、この研究で観察できるようになった回折像を、専用のカメラで撮影して記録に残すと同時に、教材として活用する予定である。一方、結晶格子をヒントにしたエッシャー風タイリング図形の描画法については、制作した２種類のデザインを例に用いた教材を作成する予定である。
本研究で製作した教材は、地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動の中で公開する。また、これと並行して、本研究の成果を論文として発表する。
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