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

2022 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

今年度は本校電気電子工学科４年生対象(大学１年相当)の『電気電子実験２』（通年科目）と電気電子工学科５年生対象(大学２年相当)の『電気電子実験３』（半期科目）にて本研究を実施した。今年度は2つの柱に注力した。（１）高等教育機関における“学生実験／実習”はその対象科目／分野の知見や法則等を実験を通して習得するのが目的であり、その意味で本質的に作業的、則ちルーティンワーク的側面を持つ。しかし発想と視点を１８０°変え、「想定外のことが起こる時代に対応できる技術者」としての発想やスタンスの涵養のため、「実験におい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想定し準備する『事前準備用シート』等の作成とそれをグループでまとめる作業を課し、また実験時は常時それを掲示する試みも行った。
（２）今年度もコロナ禍が継続しており、年間を通して何回か感染の大きな波が生じた。電気電子実験はグループ実験であり、同一機器を複数で触る等ソーシャルディスタンスをとることが難しい。そこで実験グループ（通常４人）を『実際に実験室で実験を行う実験チーム２名』と『ＨＲ教室にて作業を行う分析・指示グループ（２名）』に分け、その間を『チャット、ファイル共有、ビデオ会議等の機能がある遠隔コミュニケーション支援システムであるMicrosoft Teams 』で繋げてリモート実験を実施した。当初は遠隔実験を行うことに学生の中で戸惑いがあったが、回を重ねる毎に習熟度が増し円滑な実験が行えるようになったと感じる。コロナ禍は、いつかは収束すると考えられるが、この体験は今後増加するであろう理工学分野の遠隔作業の訓練になると同時に、今後多様性や様々な価値観が混在する社会での技術者として必須の素養であると考えられる「簡潔・正確かつ判りやすく他者に伝えるコミュニケーション技法の習得」にも繋がると考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究は法則の確認や技法の習得を目的に理工系高等教育機関で行われている『学生実験／実習』に関し、未来の科学者／技術者育成の観点から想定される重要性に比して、従来積極的には実施されていなかった「実験ノートの指導」について、実践を通して系統的かつ効率的な指導法について探査すると同時に、学生にとって受動的になりがちな学生実験の視点を１８０°変えることによって、ＰＢＬ及びアクティブラーニング的視点を備えた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る。その実践の両輪として『紙のノート等の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。アナログ的アプローチは『事前準備用シート』や『振り返りシート』を発案／試行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。
他方『ＩＣＴ活用のデジタル的アプローチ』に関しては、４名で構成する実験班を『実際に実験室で実験を行う実験チーム２名』と『離れたＨＲ教室にて作業を行う分析・指示グループ（２名）』にわけそれらを遠隔コミュニケーションツールであるMicrosoft　Teamsを通して繋げることにより学生実験をコロナ禍におけるソーシャルディスタンスを担保しながら実施することができた。その際遠隔実験でのソフトハード両面における多くのノウハウを得ることが出来、それを次年度に繋げたいと考えている。

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』と題して以下の取り組みを行ってきた。すなわち（１）アナログ的なアプローチである紙のノートや事前予知シートや振り返りシートを用いて、学生にとっては本質的に受動的な取り組みである学生実験に関し、視点を１８０°変えることで地球温暖化やコロナ禍、そして今年に入って急速に台頭した対話型AI（人工知能）に代表される従来の経験が通用しない予測不能／想定外の新時代を切り開く科学者や技術者の卵である理工系学生の持つべき資質としての自発的問題意識の涵養と課題解決力の育成を図ってきた。
また（２）のデジタルアプローチとしてはコロナ禍における学生実験を遂行する手法として前述のMicrosoft　Teamsに代表されるＩＣＴ技術を活用した遠隔実験手法を取り入れることで、ソーシャルディスタンスと実験の遂行という、相反した事象を結びつける契機とした。
さて過去２年実際の学生実験を舞台に実証するなかで、多くの知見や学生の要望を聞くことができた。今年度はそれをふまえ以下の取り組みを主柱として実施する。（Ａ）従来の蓄積を元に更なる効率的な運用を試みる。その際可能な限り今後の展開性も考慮し汎用性のあるものを組み合わせることを主眼とする。（Ｂ）遠隔実験を継続すると共にＩＣＴの持つ速報性や情報共有性を活かし今まであまり顧みられなかった指導者・学生間の情報共有（例えば実験進捗のリアルタイムでの把握等）を試みる。これらの取り組みによりアナログとデジタル双方の特色を効率的に融合させ、新時代の技術者の養成を目指す。

Causes of Carryover

昨年度に引き続き全世界的な半導体不足で『ICT機器を活用したデジタル的アプローチ』に使用予定の機器が購入不可の状況が生じ同分野の研究の深化が叶わなかった。そこで研究手法として『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２／３』を対象に実験ノートを核とした取り組みを行い、関連の物品購入を行う。（２）ＩＣＴやデジタル化技術を積極的に活用して、実験ノートやレポート、各種評価や報告等のＤＸ化に取り組むと同時に『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。核として可能な限り汎用性のある機器を据えて試行を行う。（３）高専や大学等を対象に実践事例の調査を行う。その際、特徴ある取り組み等に対しては旅費を利用し調査を予定。（４）２０２３年度開催の国際工学教育研究集会（International Symposium on Advances in　Technology Education (ISATE) ２０２３）にて発表予定（abstruct審査の段階でアクセプト済み）。内外の研究者との意見交換を行う。また日工協等の学会や研究集会に参加し意見交換や情報の収集を行う。