物理化学的な物質観を育成する実験教材の開発研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03148
• Research Institution: Fukuoka University of Education
• Principal Investigator: 小杉 健太郎 福岡教育大学, 教育学部, 准教授 (70380376)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 化学教育 / 化学教育教材 / 科学教育教材 / 実験教材 / 分光実験教材

Outline of Annual Research Achievements

本研究で目指しているのは、物理化学的な物質理解の一例を、分光実験やSTEM教育的な活動を通して学習者に体験させられる教材を開発することである。このような教材を用いての将来的な教育実践によって、大学１・２年生や高校生に現代的な化学の面白さに気づかせ、大学での化学学習に対するモチベーションを向上させることを視野に入れてのものである。
令和元年度は、主に、教材に含む分光実験で使用する紫外可視領域用小型分光器の測定ソフトウェアの開発・改良を行った。具体的には、化学反応速度論に関する実験において物質濃度の時間変化を学習者が把握しやすくなるように、指定波長における吸光度の時間変化を算出・表示する機能等を従前のソフトウェアに追加した。
令和２年度には、小型ラマン分光器を用いる実験環境の整備を行った。散乱光を分光器に導くための光学系の自作は行わず、既製のラマンプローブ等を導入した。これらを用いて十分な強度の信号が得られることを確認した後、いくつかの物質系について測定を行った。この結果、問題なくラマンスペクトルが得られた電解質水溶液を題材にして教材を構成することを検討している。
また、小型ラマン分光器用の測定ソフトウェアの自作にも取り組んだ。分光器メーカーが販売している汎用ドライバーパッケージを導入してLabVIEWを用いて開発を行い、露光時間・積算回数の設定やデータの保存・表示等の基本的機能をもつものを作成することができた。これによって、令和３年度に行う教材用測定ソフトウェアの開発に目途が立った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

令和元年度末から続く新型コロナウィルス感染症感染拡大によって、令和２年度の研究遂行にも大きな影響があった。このような状況の中で、ラマン分光実験教材の物質系をほぼ決定するとともに、ラマンスペクトルを測定するための基本的な機能をもつソフトウェアを作成した。しかし、分光器用のドライバーパッケージの導入段階に時間を要したこともあり、ラマン分光実験教材については、解析・考察内容の検討はまだ行えていない。
以上を総合して、現在までの達成度を「やや遅れている」と自己評価している。

Strategy for Future Research Activity

本研究の主たる目標の達成、即ち、分光実験を中心とする教材を実用可能なものに仕上げることを第一に目指す。また、学習者がサブルーチンを組み合わせて測定ソフトウェアを作成し、これを使用して測定実験・解析を行う、STEM教育的活動を教材に取り入れることにも優先的に取り組む。これら以外の補助的教材については、前述の主要教材との関連性、今後の研究への発展性等の観点から優先度を決めて推進する。

Causes of Carryover

今回次年度使用額が生じたのは、令和元年度に次年度（令和２年度）使用額が生じていたことによるところが大きい。また、令和２年度は新型コロナウィルス感染症感染拡大のために当初計画していた学会発表を行わなかったことにも一因がある。
この次年度使用額を令和３年度の助成金と合算して、本課題研究で開発する教材の一部である実験を安全かつ簡便に行うために必要な物品の購入に充てる計画である。