2022 Fiscal Year Research-status Report
専門家の創造プロセスに基づく電気回路設計の思考モデル開発と教育実践
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22K02985
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| Research Institution | Fukuoka University of Education |
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Principal Investigator |
石橋 直 福岡教育大学, 教育学部, 准教授 (80802842)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森山 潤 兵庫教育大学, 学校教育研究科, 教授 (40303482)
石川 洋平 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (50435476)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 電気回路設計 / 設計学 / 思考モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度(R4)は，初学者に最適な回路設計学習のための思考モデルを開発するために，まず，基盤となる規範的モデルの構築を試みた。その方法として，設計論の一つである設計学の枠組みを活用し，設計にかかる概念体系とそれに係る「推論」「知識」「行為」について整理した。
その結果，要求概念，機能概念，属性概念，実体概念の4種類の概念で回路設計を表すことが適していると考えられ，推論の種類として，統合・総合（シンセシス）の推論としてアブダクションと類推が，分析・解析（アナリシス）の推論として演繹と帰納が要請されることを指摘した。
さらに，電気回路設計の行為として，仕様の策定，機能と要求（価値）の照合，回路図の作成，回路図と機能の照合，回路図の解析，配線図・製作計画の作成，回路（実態）と回路図の照合，製品の検査の8項目が抽出された。
電気回路設計の知識として，電気現象や電気製品に関する知識（科学概念などの自然科学的な知識，人工物などの技術科学的な知識），電気現象や回路の表現方法に関する知識（言語表現・図的表現），問題解釈と課題設定に関する知識，課題解決に向けた機能の詳細化に関する知識，要求充足の判定や機能の価値判断に関する知識，要素（部品やユニット等）の原理や作動条件に関する知識，要素の組合せに関する知識（トポロジ―，量的バランス），機能の判定に関する知識，計測・解析に関する知識，回路の実体化に関する知識，製品と回路図の対応関係に関する知識の11項目が抽出された。
これらを整理して電気回路設計の思考モデルとして構成し，思考モデルと実際の製品(非常用LEDライト)の設計過程との適合性について検討し，これらが合致することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
当初の計画として，電気回路設計の規範的モデルに基づき，電気回路の初学者および専門家を対象としたプロトコル分析を通して，回路設計学習に適用できる思考モデルを構築することまで実施する予定だった。しかしながら，規範的なモデルの提案にとどまっており，プロトコル分析まで実施できていないため，「遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画通り，初学者と専門家を対象とした回路の創造過程についてプロトコル分析を行う。取得したデータから特徴を抽出する(プロトコル分析)。設計時の発話データから，語句の種類や頻度，共起関係，文脈などを調べ，意識していることや活用している知識を特定する。また，作業データから構築手順を調べ，これらのデータを時系列的に結合して整理し，専門家と初学者の思考パターンを特定する。この成果を既に構築した規範的モデルに組込み，回路設計学習に適したモデルへと更新する。
また，得られたモデルを基に教材およびカリキュラムを制作し，中学校技術科を対象に，意図した動作をする電気回路づくりを取り入れた問題解決学習の授業実践を行い，教育効果を検証する。
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| Causes of Carryover |
計画よりやや遅れており，設計過程のプロトコル分析に必要な機材購入費を使用しなかったため，次年度使用額が生じた。この調査・分析は次年度に実施する予定であるため，当初計画どおり適切に使用する見通しである。
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