2019 Fiscal Year Research-status Report
汎用性の高い小型全天カメラシステムの開発と天文/気象観察実験教育プログラムの構築
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17K00960
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
大朝 由美子 埼玉大学, 教育学部, 准教授 (10397820)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大浜 晶生 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (30758751) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 天文教育 / 気象教育 / 教材開発 / ものづくり / 全天カメラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空はいつでも見ることができる身近な自然の一つであるが、児童生徒、教員ともに、理科の中で最も苦手意識や理解の困難さを感じるのは、天文・気象分野とその観察・実験とされている。本研究は、その天文・気象分野について、自らの体験を通した実感を伴った理解を図ることを目的とし、学校等学習の現場で活用できる遠隔操作可能な小型全天カメラや気象観測装置を開発し、教材・教育プログラムの作成・授業実践と評価を行なうものである。特に近年、比較的安価に高性能の広視野デジタルカメラが民生品で入手できるようになり、様々な研究現場で利用されているが、教育現場ではあまり活用されていない。そこで、従来よりも低コストかつ小型・高性能の全天カメラを開発/作成し、活用した天文分野/気象分野の教材や教育手法の確立を目指す。
研究計画当初は、低コスト・小型・汎用的な全天カメラシステム教材を開発すべく、360°撮影可能な市販小型カメラであるTheta-Sと、Python言語プログラムと超小型PC “Raspberry Pi”を用いて制御する撮影装置を最初に開発したが、連続撮影が1日以下であることや熱暴走などの課題が見つかった。そこで、今年度は新たに超小型PC“Raspberry Pi”専用のカメラモジュールと、温度湿度などの気象センサーを組み合わせた装置の開発と原案の作成に着手した。
”Rasberry Pi”は、雑誌「子供の科学」で小中学生向けのプログラミング学習教材にも取り入れられている。児童生徒自身が、安価で実用的な装置作成のめどが立った場合には、児童生徒が製作に携わることで「ものづくり」の教材にもなりうるため、2020年度に改訂されたプログラミング教育への応用も視野に入れ、安定して使いやすいものを目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
前年度までに、デジタル一眼カメラと円周魚眼レンズを組み合わせ、地上の風景と共に暗い星まで撮影することにより、児童生徒の見慣れた風景を基準として天体の動きを実感して理解できる全天スカイモニターを開発・製作したが、一台にかかる製作費用が高額となることが分かった。そこで、低コスト・小型・汎用的な全天カメラシステム教材を開発すべく、360°撮影可能な市販小型カメラであるTheta-Sを用いて装置をPython言語プログラムで制御し、温度センサーとファンを組み合わせ、防塵ボックスとアクリルドーム等に入れて屋外に固定する方法で開発/製作を行なったが、試験運用の段階で、根幹となるカメラが、防塵ボックスなどの密閉空間における熱暴走の影響で連続撮影が難しいという問題点が見つかり、様々な対応方法を検討した。その後、さらに安価で扱いやすい“Raspberry Pi”と連動するカメラモジュールを用いた手法の検討を重ねた。
今年度は、実際に、いくつかのカメラレンズと、温度・湿度・気圧などの測定も同時に行えるようにセンサーを組み込む改良を施した、全天カメラおよび気象観測装置について複数の試作を進めた。特に、気象観測装置については、本装置で得られた観測データと、近くの気象台などの同時刻の観測データとの比較から、観測の信頼性や誤差の検証を行ない、使用できるレベルであることがわかった。両者を組み合わせた安定した運用がまだ見込めていないが、気象観測装置については天体望遠鏡に装填して観測の可否判断に使用できるようになった。
加えて、学校現場など無線のインターネットや電源等が必ずしも利用できない環境下でも動作するような工夫を施した装置、および、降水・風速などの気象観測装置について検討と試作を行なった。
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| Strategy for Future Research Activity |
学校現場などに活用できることを目的として、低コストで、小型・汎用的な全天カメラシステム教材の開発・製作を進める。まずは市販のカメラや超小型PC “Raspberry Pi”を用いた装置制御の方針で開発と製作を進めてきたが、現在のところまだ安定した運用には至っていない。
学校現場での実用性や利便性なども考慮した観測装置の開発を進める。教育利用が主目的となるため、データの精度と使いやすさのトレードオフの検討も行なう。また、降水・風速計については超小型PC”Rasberry Pi"との組み合わせはできたが、自動測定に課題があるため、実現可能性も含めた製作の検討を進め、天文・気象分野の観測装置教材の実現に向けてつとめる。
加えて、児童生徒の理解を深めるためにはどのようなものが必要とされるか、理解度の向上につながるためには何が有用か、などについて、、教職大学院生、教育実習を行う教育学部生や現職教員、科学館職員らと協力して、天文・気象分野について実感を伴った理解が深まるような教材や教育方法についても、引き続き調査を進める。
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| Causes of Carryover |
昨年度末（3月）に、開発製作を主に担っていた分担者が急逝したため、全体的に装置開発・製作に遅延が生じている。現在は、分担者がいないため、装置開発の検討や製作に時間がかかり、国際学会の発表にはまだ至らず、年間計画の予定が変更となった。
加えて、他の競争的資金を獲得できたため、当科研費の使用を抑制することができた。
以上の理由により、繰越金が発生した。
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[Presentation] “BH X 線連星 MAXI J1820+070 の 2019 年の再増光時における多波長観測 (2)”2020
Author(s)
安達稜, 村田勝寛, 大枝幹, 谷津陽一, 河合誠之, 伊藤亮介, 諸隈智貴, 大澤亮, 花山秀和, 堀内貴史, 高木聖子, 大朝由美子, 宝田拓也, 森鼻久美子, 野上大作, 山中雅之, 高橋隼, 中岡竜也, 永山貴宏, 志達めぐみ, MITSuME チーム，光赤外線大学間連携メンバー
Organizer
日本天文学会2020年春季年会
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[Presentation] “OISTERで実現したこと、いま目指すべき道”2020
Author(s)
川端弘治,関口和寛,山中雅之,高橋幸弘、高木聖子, 大朝由美子、宝田拓也, 土居守、諸隈智貴, 河合誠之、村田勝寛, 金田英宏、森鼻久美子、柴田一成、長田哲也、野上大作、伊藤洋一、高橋隼、中岡竜也、面高俊博、永山貴宏、泉浦秀幸、花山秀和、堀内貴史, OISTERコンソーシアム
Organizer
日本天文学会2020年春季年会
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[Presentation] NRO銀河面サーベイプロジェクト(FUGIN):巨大分子雲複合体W43における高密度ガスと大質量星形成シナリオⅢ2020
Author(s)
河野樹人,立原研悟,藤田真司,佐野栄俊,花岡美咲,大浜晶生,福井康雄,鳥居和史,梅本智文,松尾光洋,久野成夫,栗木美香,徳田一起,切通僚介,西村淳,大西利和,津田裕也,南谷哲宏,長谷川哲夫,祖父江義明,羽部朝男, 大朝由美子ほかFUGINチーム
Organizer
日本天文学会2020年春季年会
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[Presentation] “High-resolution optical and near-infrared spectroscopy of FU Ori type star V960 Mon”2019
Author(s)
Takagi, Y., Honda, S., Arai, A., Takahashi, J., Oasa, Y., Itoh, Y.
Organizer
Subaru Telescope 20th Anniversary Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] “重力波観測ランO3におけるJ-GEMのすばるでの観測状況とTMTとの連携”2019
Author(s)
大神隆幸, 冨永望, 吉田道利, 柳澤顕史, 田中雅臣, 笹田真人, 諸隈智貴, 新納悠, 鹿内みのり, 内海洋輔, 伊藤亮介, 森鼻久美子, 亀井悠平, 村田勝寛, 松林和也, 宝田拓也, 小野里宏樹, 関口雄一郎, 大朝由美子ほかJ-GEM Collaboration
Organizer
日本天文学会2019年秋季年会
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[Presentation] “光赤外線大学間連携によるマイクロクェーサーGRS 1915+105の近赤外線観測”2019
Author(s)
村田勝寛, 安達稜, 河合誠之, 山岸光義, 森鼻久美子, 永山 貴宏, 高橋隼, 加藤則行, 高山正輝, 戸塚都, 小野里宏樹, 今里郁弥, 中岡 竜也, 笹田真人, 秋田谷洋, 高木聖子, 大朝由美子, 宝田拓也, 諸隈 智貴, 野上大作, 山中雅之, 花山秀和, 堀内貴史, 白石一輝, 大枝 幹, 谷津陽一, 他光赤外線大学間連携メンバー
Organizer
日本天文学会2019年秋季年会
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[Presentation] “BH X線連星MAXI J1820+070の2019年の再増光時における多波長観測”2019
Author(s)
安達稜, 村田勝寛, 大枝幹, 谷津陽一, 河合誠之, 伊藤亮介, 花山秀和, 堀内貴史, 高木聖子, 大朝由美子, 宝田拓也, 諸隈智貴, 森鼻久美子, 野上大作, 山中雅之, 高橋隼, 中岡竜也, 永山貴宏, 志達めぐみ, MITSuME チーム, 光赤外線大学間連携メンバー
Organizer
日本天文学会2019年秋季年会
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[Book] 極・宇宙を解く2020
Author(s)
福江 純、沢 武文、高橋真聡、大朝由美子ほか
Total Pages
308
Publisher
恒星社厚生閣
ISBN
4769916434
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