2023 Fiscal Year Annual Research Report
科学現象の理解を深めるSTEAM教材の開発と実践研究
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21K02903
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| Research Institution | Fukuoka University of Education |
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Principal Investigator |
伊藤 克治 福岡教育大学, 教育学部, 教授 (10284449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大内 毅 福岡教育大学, 教育学部, 教授 (40346838)
石橋 直 福岡教育大学, 教育学部, 准教授 (80802842)
後藤 顕一 東洋大学, 食環境科学部, 教授 (50549368)
野内 頼一 日本大学, 文理学部, 教授 (00741696)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | STEAM / 3Dプリンター / 科学概念 / 粒子領域 / 地球領域 / 見方・考え方 / 三次元教材 / デジタル教材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まず当初計画に従って、中等教育における授業実践を指向して3Dプリンターを用いて分子模型製作を行った。具体的には、炭素原子の取り得る３種類の混成軌道を可視化した分子模型として、炭素数４のブタン、ブテン、ブチンの分子模型を作成した。特に、ブテンについてはシス-トランス異性体の関係であるシス-2-ブテンとトランス-2-ブテンの２つについて、二重結合がσ結合とπ結合の２種類からなることを直感的に理解できる分子模型を製作した。さらに、実際の分子の結合角、C-H結合とC-C結合の長さが正確に反映されたブタン、ブテン、ブチンの球棒モデルも製作した。この際、３Dプリンターで製作する際の充填率と結合の太さを精査し、出来上がった分子模型をサポート材から切り離して手に取っても、簡単には折れたり曲がったりしない強度をもった分子模型を製作することができた。
また、独楽がよく回るために必要となる要素を検討する科学的アプローチと、独自にデザインした独楽を精度良く加工して製作する工学的アプローチを組み合わせたSTEAM型による独楽づくりの授業を構想した。実際には、木工ろくろと３Ｄプリンターを用いた独楽づくりをそれぞれ行い、諸性能を比較検討・改善する授業を行った。その結果、学習者は独楽の重心や加工精度に関する考察が多く見られ、本授業の有用性が示唆される結果となった。
一方、STEAM教育の内容として電気回路に着目し、回路概念の理解の程度と回路設計の能力との関連性について中学生を対象に調査した。その結果、生徒は教科書通りの見た目では回路を適切に解釈できるが、同じ機能であっても部品の位置や向きが異なると理解の程度が著しく低下することが分かった。これを受け、部品の位置や向きを自在に変更して回路を試行錯誤しながら構築できるSTEAM教育を指向した回路教材を開発し、試行的に教育実践を行った。
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