2020 Fiscal Year Research-status Report
中学校技術における構想力と設計力の育成を重視した次世代ものづくり教育の研究
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18K02578
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| Research Institution | Naruto University of Education |
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Principal Investigator |
宮下 晃一 鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 教授 (90192765)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 中学校 / 技術 / ものづくり / CAD / 3Dプリンター / ドローン / 制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中学校技術の授業に，3D-CADによる設計と電動工具やデジタル加工機による材料加工を導入することによって設計・製作過程の効率化を図る，新しいものづくり教育手法の開発を目指している。そこでR2年度は，中学校の技術教育におけるものづくりと計測制御の学習に適した教材として，ドローンの開発を行った。ドローンの機体設計から制御学習にいたるまでのものづくりの流れを授業として提案する。そこでは，Raspberry Piを用いたモーター制御を通してドローンが飛ぶ仕組みを学べる教材を開発した。
教材用ドローン開発では，まずモーターの選定を行った。技術教育で広く使用されているコアドDCモーター・マブチRE-260RAについて検討し，ドローンの飛行に必要な回転数と出力が得られないことが分かった。ブラシレスDCモーターについてはドローン用として広く使われており，エネルギー効率が高くドローンの飛行に十分な回転数と出力を発揮できるが，教材用としては回転数・出力とも過大である安全面の問題，ならびに3極から成る駆動回路の特殊性から，中学校の教材としては不適であると判断した。コアレスDCモーターはローターが薄く軽いために高回転でプロペラを回転させられることからドローン用として必要な性能を有する上に，駆動回路も一般的な2極(+と-)であることから，中学校の教材用として最適であると判断した。
次に中学校の授業において3D-CADで設計し3Dプリンターで製作することを前提として，ドローンの機体を試作した結果，概ね40gの重量で製作できることが分かった。そのため，モーター1個当たり10g以上の推力を発生させることができれば飛行可能であることを確認した。
さらにRaspberry Piを用いてドローンのモーター制御を行う教材用プログラムを開発した。また教室内で安全にドローン飛行の原理を学ぶための実験方法を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画では，3年目（令和2年度）には，設計・製作・評価を繰り返す授業方法について授業実践を行い教育効果を検証するとともに，研究成果の発表，ならびに今後の研究計画の立案を行う予定であった。
しかしながら新型コロナウィルス感染の影響が大きく，中学校現場における授業実践が全く行えなかった上に，研究成果の発表も限定的にしか行えなかった。
一方，コロナ感染で対外的な取り組みが困難であることから，主に教材開発に取り組み，教材用ドローンの開発については成果を挙げることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間を1年間延長することになった。その最終年度である令和3年度であるが，令和2年度と同様にコロナ禍の影響が継続しているため，当初計画通りの方法での研究遂行は難しいと考えている。特に地域の中学校の協力を得て教室で研究授業を実践することは不可能であると感じている。そこでオンラインでの授業実践を試みるとともに，withコロナの時代にふさわしい研究授業の実施方法を模索する。また研究成果の発表に取り組む。
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| Causes of Carryover |
コロナウィルスの世界的感染によって，中学校現場での授業実践が全くできなかった上に，学会発表のための出張が取りやめになったために，当初計画通りに旅費を使用することができなくなり，次年度使用額が生じた。
翌年度においてもコロナウィルスの感染状況を考えると学会発表等の出張が多くできないことが見込まれるので，次年度使用額については消耗品費としての活用を計画している。さらにコロナウィルスの制約が緩和された後に精力的に学会発表に参加して，旅費を活用する計画である。
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Research Products
(2 results)
