Problem-solving experiment-notebook guidance using ICT and analog method in the age of post-pandemic new normal

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18545
• Research Institution: Kurume National College of Technology
• Principal Investigator: 越地 尚宏 久留米工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (90234749)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 豊 久留米工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (40197687) ; 森 保仁 佐世保工業高等専門学校, 基幹教育科, 教授 (80243898) ; 山口 崇 久留米工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (90248344)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: Withコロナ新時代 / 双方向実験ノート / 学生実験 / 科学リテラシー / アクティブラーニング

Outline of Annual Research Achievements

今年度は低学年対象の『応用物理実験』と高学年対象の『電気電子実験２／３』にて研究を行った。まず学生に実験ノートを記すことを課し、自由にノートを使ってもらったところ全体傾向としてメモ書き程度、即ち備忘録的扱いの学生が大半であった。そこで日付、実験者／共同実験者、使用機器、気づき欄、実験概要等を表形式で記すＡ４サイズの一枚の基礎情報シールを考案／配布し、これをノートに貼付することにより、実験に関しての基礎情報を最小の労力で記録することができるよう工夫した。『気づき』欄を設定し『気づきを必ず記すことの指示／習慣化』を目指し、『積極的に前向きに課題を見いだす実験』への転換が出来た。次に与えられたミッションに対して「どのようなことが起こり、その対処のためにどのような準備や心構えが必要かを予知し準備する『事前準備用シート』」及び「実験時の気づき等をまとめグループで共有するための『振り返りシート』」を発案／運用した。これらを核に実験リーダーを中心に、実験チーム構成員がグループとして議論しながら実験前に想定する事案を検討／実験後に振り返りを実施した。さらにその過程で得た『安全に関する留意事項』『実験遂行やデータ解析で注意した方が良いポイント』等をまとめ、次のグループに引き継ぐ『引き継ぎシート』を考案／運用し知見を次グループに引き継ぐサイクルを構築した。これら一連の各シートを用いることにより、次にその実験をするグループは事前学習として全グループのノウハウを引き継いで速やかな実験を遂行することができると同時に、前グループの学生も、常に課題等を意識する習慣を身につけることができた。即ち従来は「学生個人の備忘録的性格であった実験ノート」を、そのスタンスの上に「他者のための記録を作成し共有するノート」という実験ノートの新しい切り口（名付ければ「紙の上でのクラウド化」）を切り開くことができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

理系教育現場では法則の確認や技法習得を目的に学生実験が行われているが、それ故学生にとっては受動的性格を持つ。評価はレポートが主だが基盤である実験ノートの系統的指導は未実施が多い。しかし実験時の気づき等をその場でノートに記すことは「記録及び思考ツール」の観点から重要であり、本研究の目的は実験ノート指導を通して論理思考や問題意識を伴うリテラシーの涵養を目指すものであった。その実践の両輪として『紙のノート記載を中心とするアナログ的アプローチ』と、『Withコロナ時代を見据えたソーシャルディスタンスも視野に入れたICT活用のデジタル的アプローチ』を本研究の主軸に据えた。
概要報告に記したようにアナログ的アプローチは『基礎情報シール』『事前準備用シート』や『振り返りシート』を発案し、これを活用することで学生実験を通して学生のPBL的実践を行うことが出来た。これにより従来の『受け身の学生実験』を、『予測不能の新時代を切り開く技術者のリテラシー涵養の場』に転換するという新しい切り口を見いだすことが出来た。
他方『ICT活用のデジタル的アプローチ』に関しては半導体不足に起因すると思われる機器不足や価格の高騰が有り計画的な機器調達ができなかったことが本研究進捗状況報告の主因である。一方その分どのような機器を使ったら良いかについて、数ヶ月の実験実習を経て経験値の上がった学生の『このようなものがあったら便利』『このようなものを使ってみたらどうか？』等の提案や意見を収集することができ、その現場からの意見をベースにICT活用の方向性や具体的な使用した場合の効果や注意点等を考察及び調査をする十分な時間が確保できた。次年度はその知見を元にICT機器を積極的に活用して上記アナログ的アプローチと相補的な取り組みをおこない、学生実験を現在社会で必須の即時的かつ能動的学習体験の場とすることを目指す。

Strategy for Future Research Activity

本研究は『Wｉｔｈコロナ新時代のアナログ手法とＩＣＴを活用した課題解決型実験ノート指導』と題して、従来注目されていなかった実験ノート指導に着目し、その指導を通して『予測不能の新時代を切り開く技術者のリテラシーの涵養』を目的としている。その実践には『紙のノートや各種シート記載を中心に据えるアナログ的アプローチ』と、『Withコロナ時代を見据えたソーシャルディスタンスも視野に入れたICT活用のデジタル的アプローチ』をその両輪としている。初年度は紙のノートや各種シート指導や運用、その活動を通して、学生実験グループ内で情報や意見を交換しするなど、受け身型であった学生実験を大きな変更を加えること無く『ＰＢＬ視点を育てるリテラシー涵養の場』にするための第一歩を踏み出すことが出来た。
２年目はこのアナログ的取り組みをさらに一層充実させると同時に、『ICT活用のデジタル的アプローチ』に本格的に着手する。具体的には現在、密の回避を目的に、学生実験グループを『実験室で実際に実験を行う実験班』と『ＨＲ教室等で遠隔で指示やデーター解析を行う『指示解析班』に分ける運用を行っている。その際離れた２グループをつなぐツールとしてｔｅａｍｓを採用しノートパソコンやスマホ上で運用している。
一方、ｗｉｔｈコロナが社会の課題となっている現在、最先端の技術者の世界でもｗｉｔｈコロナの大きなキーワードである『遠隔』は課題の一つである。現在その一つの解答としての遠隔での支援ツールとしてスマートグラス等のウエアラブルツールが用いられている。しかしこれらはソフト及びハードの両面での専用のプラットフォームでの運用が前提であり敷居が高い側面もある。そこで既存の機器を組み合わせることで『汎用性のある遠隔での技術支援』のシステムを構築することを目指し、より広く使ってもらえるようなシステム構築とノウハウの蓄積を目指す。

Causes of Carryover

今回、コロナに起因する半導体不足で、『ICT機器を活用したデジタル的アプローチ』に用いるＩＣＴ機器の不足が生じ、研究手法として『実験ノートや各種シート等の運用を行うアナログ的アプローチ』に注力した。これらは予算を使わない研究手段であり次年度使用額が生じた。
次年度は以下の４点を重点に予算執行を行う。
（１）３年生の『応用物理実験』、４／５年生の『電気電子実験』に、実験ノートを核とした実験指導を行い、これに関係した物品の購入を行う。（２）ＩＣＴやデジタル化技術を積極的に活用して、実験ノート、実験レポート、各種評価や報告等のＤＸ化に取り組むと同時に、ｗｉｔｈコロナでの大きな転換点である『遠隔でのコミュニケーション』を学生実験に最適化できるようなシステム構築と効果の検証を行う。核として汎用性のある機器を据え、その機器や資料等の購入を行う。（３）高専や大学等にアンケートを募ったり、本研究を広く広報したりしてネットワークを構築し、各校での取り組みを調査する。その際、特徴ある取り組み等に対しては旅費を利用しての調査を予定。（４）２０２３年度開催予定の国際工学教育研究集会（International Symposium on Advances in Technology Education (ISATE) ２０２３）発表に向けて準備を行うと同時に、学会や研究集会に参加し意見交換や情報の収集を行う。