2022 Fiscal Year Research-status Report

Development of three-dimensional circuit deign learning system realizing visualization and alternative of actual experiences

Research Project

Project/Area Number	21K02917
Research Institution	Oyama National College of Technology
Principal Investigator	大島心平小山工業高等専門学校, 電気電子創造工学科, 准教授 (60608230)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	羽山徹彩長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (00432138)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	高周波回路 / 学習システム / 疑似試作実験 / 電磁界シミュレーション / e-learning
Outline of Annual Research Achievements	本研究では短期間で効果的に知識を習得できる3次元回路設計学習システムの開発に取り組んでいる。本年度は，学習システムの操作方法及びそれを用いて３次元回路設計の基礎知識を習得するためのe-learning教材を開発した。この教材は項目ごとに細かく分割して作成した21本の動画で構成される。１本が20分以下の短い動画であるため，学習者は必要に応じて理解が十分でない項目に戻り容易に復習が可能である。また一部の教材については視聴のみでなく，その後に実際に学習システムで疑似的な試作実験を実施し，知識を習得できる形式とした。次に，教材と学習システムを用いてフィルタとインピーダンス変成器を複合した小型な高周波回路を題材に設定して教育実践を実施した。具体的には，チップ部品と基板上に構成したマイクロストリップラインを組み合わせて仕様を満たす回路を設計・試作・評価する学生実験であり，プリント基板はFR4基板を活用した。最初にe-learning教材を活用するとともにシステムを用いた疑似的な試作実験を通して基礎知識を習得し，次にコンテスト方式で設計課題に取り組む形式で実施した。この学生実験を通して学習システムの効果と修正すべき点を確認した。また，3次元回路設計の知識の習得に本システムを活用した2名の学生が，国際的な回路設計コンペティション（2022 APMC Student and Young Engineer Design Competition）に参加した。その結果，１名はPassive Trackで総合成績4位の優れた成績を収めることができ，ここでも学習システムの効果が確認できた。さらに，部品ライブライの改良を行うとともに，本システムが試作品の特性を再現する精度や高度な回路設計への本システムの適用の可能性についても調査した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画に沿って，e-learning教材を作成するとともに，学習システムのプロトタイプを活用した学生実験を実施し，現状の課題や効果を確認できた。また，本システムを活用して知識を習得した学生の回路設計コンペティションへの参加及び関連する研究成果の発表が実施できた。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度に実施した教育実践の結果を踏まえ，実習内容，e-learning教材，学習システムに必要な改良を加えて教育実践を実施する。具体的には，電磁界可視化機能をより設計に効果的に使用するための教材や実習が遅い学生を支援するための補講用教材の検討等を行い，更に全体を見直すことで学習システムの完成度を高める予定である。また，回路設計コンテストに参加し，効果を検証するとともに，研究成果を公表する予定である。
Causes of Carryover	オンラインでの参加となった大会もあり，旅費が節約できた。繰り越した残金は次年度の旅費の一部に活用する予定である。