中学校理科および高等学校における魅力的な材料教育手法の開発と実践研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K02919
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 岩切 宏友 琉球大学, 教育学部, 教授 (80325480)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉尾 幸司 琉球大学, 教育学研究科, 教授 (20433089)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 理科教育 / 材料強度評価法 / 複合材料 / 科学教育 / 材料教育 / 金属

Outline of Annual Research Achievements

材料強度学を学ぶための一般的な実験機器は大型・高価であり、専門教育機関以外にはほとんど設置されてない。このため、中学校や工業高校以外の高校では材料強度学についての教育を行うのは難しい。このため、本年度も前年度に引き続き，安価なフォースゲージを利用した材料強度評価法の視点を取り入れた教材の開発とその実践的研究を実施した。
本年度の実践研究として，沖縄県内の県立高校に開発した装置を持ち込み，「理数探究」の枠内で材料強度評価法を活かした実践研究を行った。高校生が作成した素材は生分解性プラステックであり，極めて柔らかい材料であることから，フォースゲージに円錐状の鋼鉄のアタッチメントを取り付け，簡易的な硬さ試験法を試行した。このような簡便な試験手法でも作成条件が異なるそれぞれの生分解性プラステックの硬さを比較することが可能であり，教育目的で利用する材料強度評価法として有用であることが示された。
さらに、沖縄県に自生するさまざまな植物についての強度試験を実施した。採取した植物は1 cm×4 cmの短冊形の試験片に加工し、フォースゲージを用いた引張試験を実施した。引張試験はフォースゲージ単体（手で直接操作するためのアジャスター付き）およびフォースゲージを電動計測スタンドに組み込んだもので実施した。その結果、電動計測スタンドで測定した場合は比較的系統的な測定が可能であるが、フォースゲージ単体で測定する場合にはハンドリング効果等による実験結果の差異が顕著であった。以上のような結果を踏まえ、高等学校の理数探求に向けた引張試験法のマニュアル化を進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

装置の導入や試験法の開発等は順調に進展したが、コロナ禍により学校現場等での調査や実践研究の進展に支障をきたした。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通りに進展させていくが，附属中学校や公立学校における実践研究のタイミングは社会的情勢を踏まえて慎重に決定する必要がある。なお，令和４年度３月には学会等で成果報告を行うことを予定している。

Causes of Carryover

コロナ禍により学校現場等での調査や実践研究の進展が著しく遅れ、調査旅費や成果発表旅費も使用する機会がなかった。次年度は本年度までの研究計画を後ろ倒しにして実施したうえで、次年度の研究計画内容も併せて可能な限り遂行する予定である。