デジタルファブリケーション技術を用いたものづくり教育を担当できる技術科教員の養成

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K04866
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 森岡 弘 山口大学, 教育学部, 教授 (00249848)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 教材開発 / デジタルファブリケーション

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、研究初年度として、新たに3Dプリンタ、CNC加工機を導入したデジタルファブリケーション環境を構築し、デジタルファブリケーション環境を利用したものづくり教育のカリキュラムを検討した。
（１）デジタルファブリケーション環境の構築
従来の教材開発環境であるスキルアップ教育システム(3DCAD、CNC加工機)を本年度新たに導入した工作機械である3Dプリンタを利用したデジタルファブリケーション環境に更新した。また、従来のCNC加工機はフライス加工用のみであったため、ものづくりで多用する車輪等の円筒形の切削を行うことができるCNC旋盤を新たに導入した。
（２）デジタルファブリケーション環境を利用したものづくり教育
構築したデジタルファブリケーション環境を利用して、本校における技術科教員の養成カリキュラムに、CADによる製図や3Dプリンタなどのデジタルファブリケーション技術を利用したものづくり教育を導入した。本研究では、中学校等の教育現場への導入を考慮して、3DCADとして、オートデスク社のlnventor Professionalを導入した。Inventorは教育機関向けに商品版との機能上の制約がなく2014年から無償でライセンスが提供されている。それにもかかわらず、実際に中学校の教育現場に広く導入されているわけではない。その理由は、これまでの技術科教員の養成カリキュラムの中に3DCADを利用した製図教育がなされていなかったことがあげられる。そこで本校の技術科教員の養成カリキュラムに3DCADによる製図教育を導入した。さらに、3DCADによりデジタルデータ化した対象物をそれと連携した３Ｄプリンタにより実際にプリントアウトすることを体験をさせ、学生が教育実習の教材づくりにデジタルファブリケーション技術を利用できるようにカリキュラムを整えた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、研究初年度として、従来の教材開発環境であるスキルアップ教育システム(3DCAD、CNC加工機)を新たに導入する工作機械である3DプリンタやCNC旋盤を利用したデジタルファブリケーション環境に更新した。構築したデジタルファブリケーション環境を利用して、2年生後期の授業「技術科・ものづくり内容開発研究」において３次元CADを使用した製図や、それと連携した３Dプリンタを利用した部品製作を体験させ、学生が教育実習の教材づくりにデジタルファブリケーション技術を利用できるようなカリキュラムを開発した。また、現職の中学校技術科教員を対象としたデジタルものづくり勉強会を開催し、3DCADによる造形物のデータ製作方法、3Dプリンタを利用した造形物のプリントアウトの実習を行い、デジタルものづくりの今後の教育現場への導入などについて討論した。
これらのことから、本年度の進捗状況はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

現在、全国の教員養成大学で望まれているのは、附属学校園や公立の連携協力校等を積極的に活用した実践的な能力を有する質の高い教員を養成することである。経済産業省がまとめた新ものづくり研究会の報告書によると"3Dプリンタを活用した初等・中等教育段階におけるものづくり"に関する提案があるように、将来的にはすべての初等中等学校に3Dプリンタが導入される可能性もある。そのときを見据えたデジタルファブリケーションによるものづくり教育ができる人材育成・教育プログラムを附属中学校と連携して検討していく必要がある。そのため、本校の附属中学校2校にSmallデジタルファブリケーション環境を導入する。デジタルファブリケーションの特徴は製造データをデジタルでやり取りできる点にある。附属中学校の既存のコンピュータ環境に教育機関向けに無償提供された3DCADを導入して、製図から製造までを行えるデジタルファブリケーション環境を構築する。使用頻度の高い3Dプリンタについては附属中学校2校にそれぞれ購入して配置する。またCNC加工機などを有した教育学部の機械研究室に構築したフル装備のデジタルファブリケーション環境とも連携して利用できるようにする。このような環境を構築することができれば、研究代表者の研究室で開発したデジタルファブリケーションの教材データを附属中学校と共有し、附属学校の技術科を担当する教員と連携して教材の開発および製作や教育実習に利用できる。さらに技術科教員の養成のためだけでなく、実際の教育現場での利用の可能性を検討して行く。

Causes of Carryover

（理由）旅費の使用として、3Dプリンタの調査研究を予定していたが、参加予定のセミナー（3D Printing 2018、2018年2月14日～16日、東京ビッグサイト）と大学行事が重なり、参加できなくなった。
（使用計画）本年度の実験を通しての実績であるが、3Dプリンタの消耗品であるエレメントにはサポート用エレメント等、多種多用なものを使用する方が複雑な形状のものをプリントできることがわかった。H30年度は山口大学教育学部附属の2校にも3Dプリンタを導入する予定であり、両校と連携した教材開発、教育実習における先進的の教材作りを実現するために、各校での3Dプリンタの消耗品の購入費用として使用する。さらに、調査研究・学会発表の旅費として、H29年度の残額をH30年度の使用額と合わせて使用する。