2022 Fiscal Year Annual Research Report
単機能ユニットの組み合わせで化学現象を再現するマルチ実験システムの開発と授業実践
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19K03152
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
中釜 達朗 日本大学, 生産工学部, 教授 (50244421)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 科学教育 / 実験システム / クロマトグラフィー / 抽出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，化学教育における実現象の観察と理論学修を直結し，より深い学びを実現するために，教室内で多様な化学現象を発現できるマルチ実験システムを構築し，アクティブラーニングを試行することを目的とする。
当該年度は開発した教育用可搬型高速液体クロマトグラフィー（HPLC）および単一液滴フローマイクロ抽出（SDFME）システムについて，より確実な理論検証が可能となるようなシステムの改善を行った。その結果，HPLCシステムについては適切なモデル試料（色素）の選定や分離条件の至適化，あるいはUSBカメラの導入などによりPCやスクリーンの１画面内でカラム内の分離挙動とクロマトグラムとの対応を同時連続観察することが可能となった。また，充填剤粒径や移動相組成がカラム内の分離挙動およびクロマトグラムに与える影響も視覚化することに成功した。一方，SDFMEシステムについても抽出条件の至適化やUSBカメラの導入などにより，PCやスクリーンの１画面内で水溶液中のモデル試料（色素）のSDFME時における液滴の呈色と試料溶液の吸光度の減少を同時連続観察することを可能とした。また，抽出時の試料溶液の吸光度変化と液滴の吸光度から抽出前後の物質収支を議論できることもわかった。続いて，HPLCおよびSDFMEシステムから得られたデータを関連する授業でのアクティブラーニングに利用した。受講生へのアンケートの結果，いずれのシステムも分離および抽出現象の理解と理論との結び付けに有用であることを示唆した。
期間全体の実績として，要素部品の交換により教室内で抽出およびクロマトグラフィー分離の双方に対応できる可搬型実験システムの構築（装置開発および実験条件の至適化）に成功し，授業内での実施により抽出およびクロマトグラフィー分離のイメージ付けと現象と理論との結び付けに有効であることを示唆できた。
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