Development and Evaluation of Educational Systems with Augmented Reality and Sensors for Physics (Circuits / Dynamics) Experiments

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K02907
• Research Institution: Tamagawa University
• Principal Investigator: 塩澤 秀和 玉川大学, 工学部, 教授 (80328533)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 拡張現実感（AR） / 教育支援システム / 物理実験 / フィジカルコンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、力学や回路などの物理の学生実験で用いる装置に小型のセンサーを取り付け、実際に測定した力のベクトルや電圧などの物理量を、AR（Augmented Reality; 拡張現実感）技術を用いてカメラ映像にリアルタイムに重ね合わせて可視化することで、学習者のより直感的な理解を促すシステムを開発・評価することを目的としている。
令和3年度までに力学実験支援システムについては、M5StickCというIoT（Internet of Things）向け端末とゲームエンジンのUnityを用いてシステム全体の再構築を行い、Apple iOS、Google Android、Microsoft Hololensという複数のシステムへの対応と多数のセンサー端末への対応を実現した。これは、ゲームエンジンの物理シミュレーション機能を活用し、仮想的に質量等の物理パラメータを変更した場合のコンピュータシミュレーション結果を、現実の映像に重ねてAR表示する機能も備えている。
本研究の期間は、新型コロナウイルス対策の影響が続いていたこともあり、多数のユーザを集めてシステムを実際に使用してもらうことがなかなかできなかったが、令和4年度から令和5年度にかけては、さらに学生実験としてのコンテンツを開発し、学生を被験者とした評価実験を行なう研究に取り組んできた。研究期間を延長したことで、システムを改善し、開発した教材コンテンツを用いた評価を行うことができたので、現在、研究成果を学会発表や論文誌への投稿のためにまとめている。