2018 Fiscal Year Research-status Report
環境・防災教育のための「気象庁数値予報モデル」を用いた中学理科数値実験教材の開発
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17K04837
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
名越 利幸 岩手大学, 教育学部, 教授 (10527138)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 数値実験 / CReSS / 大気環境教育 / 防災・減災教育 / 台風 / 温帯低気圧 / 海陸風 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，本格的な気象の数値実験が設定できる中学生版インターフェースを開発し，中学生の生活している地域の大気環境を調査することで，環境教育や防災・減災教育に繋げようとすることである．そこで，インターフェース画面の製作に関しては，(株)中部電力ＣＴＩに外注をした。計算結果が発散などして止まることのないように，各種条件設定を検討し，的確な値を設定した。ＳＤカードに収録されたアプリケーションは，「台風」，「温帯低気圧」，「積乱雲」，「寒冷前線」，「海陸風」の各気象現象を対象に開発した。これら現象は，いずれも中学校理科教科書の中に出てくる気象現象である。座学でなく，数値的に計算することで，３次元的に現象を生徒達が捉えられ，さらに，その時間変化についても学ぶことができる．
一方，名古屋大学坪木研究室で開発された数値実験モデル「ＣＲｅＳＳ」は，そもそも総観スケールの雲を再現することに特化したプログラムであることから，局地気象の現象を的確に再現するかをチェックする必要が生じる．そこで，愛媛県大洲市において，霧を伴った陸風「肱川あらし」の観測を実施し，自動気象観測装置バイサラ製WXT520を，６ヶ月間おき，霧の映像や気象観測を，肱川に沿い３地点で実施した。そのデータとCReSSでシュミレーションしたデータと比較することで，シュミレーションの妥当性を検討した。この結果，概ねシュミレートされているという結論に至った。
そして，それらを中学校理科の授業に於いて実践し，その教育効果を調査しようとする物である．
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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
これまで，USBメモリースティクに保存していたが，PCにさしてある状態でぬけてしまったりした．そこで，SDメモリーカードに保存するようにした．また，ＰＣでの初期設定の際，自動的に必要なプログラムをダウンロードできるように修正した．
この数値実験教材システムが，単なるゲームとして捉えられないために，数値実験の前に，手計算で偏微分方程式を解く教材を開発した。移流方程式（温度場が風によって流される）を，ニュートン法を使い四則演算に帰着させ，初期値と環境場を与え，手計算で数十回計算すると，1分後の気温場が解として求まる。それらをグラフ化することで，単純に，風に流されるのではなく，初期値の温度環境を反映してピーク値が生じたりする。これが天気予報の原理であることや計算機の必要性，ＰＣ，スパコンの必要性を生徒自らが発見することも事前事後テストやアンケートによりわかった．さらに，昨年度は，積乱雲，寒冷前線，海陸風の教育実戦を実施した．その結果，充分に教育効果のあることがわかった．一方，細かな点でプログラムの改修が必要な点が明確になった．それらを，再度
，中電ICTのプログラマー協議し，アプリケーションの最終バージョンを完成させたい．
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| Strategy for Future Research Activity |
積乱雲，寒冷前線，海陸風の教育実戦を実施した．その結果，充分に教育効果のあることがわかった．一方，細かな点でプログラムの改修が必要な点が明確になった．それらを，中電ICTのSEの協議しながら，完成版を作成する．一方，特に，岩手大学教育学部附属中学校での実践を学会発表した際，附属中だからできるのではと言う質問を受けた．そこで，盛岡市内の教育実習研究協力校である２校でも実施し，その教育効果を調査し，充分効果のあることを証明できた．今年度は，その際実施した事前・事後テスト，アンケート結果などをまとめ，その教育効果が何であるのかを突きとめたい．あくまでも，実践と試行の繰り返しを行い，完成版に近づける。当初の計画通りに進まない場合もあり得るが，その場合には，研究代表者，連携研究者のエフォートをあげるとともに，研究協力者
である木村龍治東京大学名誉教授（気象学），気象庁気象研究所研究官である伊藤淳至にご教示頂く。また，プログラム開発に関する障害が生じた場合には，中田 隆三菱総合研究所数値シミュレーション専任研究員に支援を頂く。数値実験の教育実践における障害は，本学附属中学校の各教諭に協力要請をお願いするなど，必要な措置を適宜可能な限り取る。
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| Causes of Carryover |
プログラム開発のための費用を最終年度に繰り越し，授業実践等の結果を総合して，より実りの多い最終バージョンを作成するためである．今年度，５つある教材の二種類に関して，実際の中学校理科の授業で実践した．その課題をしかりまとめ，最終年度に，最後のプログラム修正を行いたかった．昨年度，課題がいくつか発見されたが，その解決方法に関して他の研究者と協議する時間を充分に確保できなかったことが原因である．今春，日本気象学会の折，中電ICTのSEと協議し，１０月くらいまでに，最終プログラムを完成したい．
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