2014 Fiscal Year Annual Research Report
立体視アニメーションと電子線制御による時間領域を含む電磁気学３次元可視的教育
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24501076
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
山田 悟 石川工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40249777)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 科学教育 / 電磁気学 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁気学は,電気電子系分野における非常に重要な基礎科目の1つとして位置づけられている。特に，近年では電子機器の動作周波数の高周波化や光デバイスの普及にともなって,その振る舞いを記述する電磁気学の重要性が増している。しかし,教授する立場として現状をながめると,学生が電磁気学を完全に理解するにいたるまでには非常に多くの問題があると判断される。
その理由は,電磁気学では,電磁気学の基本法則である「マクスウェルの方程式」が電界と磁界との3次元的な時間領域の相互作用をともなうために,ニュートンの運動方程式のようにある程度の直感的な理解ができない。さらには三次元ベクトル解析や時間をともなった微分方程式などの数学的知識や基礎物理学の知識基盤の上に成立しており,初学者にとって学習困難となっているためである。
本研究では，こうした状況を改善するために，タブレットPCやスマートフォンから利用可能な教育用電磁界シミュレーションプログラムならびに実空間の電磁界現象の検証を目的とした電子線制御システムを構築した。教育用電磁界シミュレーションプログラムは，HTML5およびJavaScriptにより記述されており，PCはもとより，タブレット端末やスマートフォンで動作する。二次元の電磁波シミュレーションでは，電磁波の干渉や反射，透過，屈折がアニメーションとして表示することができる。
さらに実空間の検証システムとして，ブラウン管型の電子線制御システムを制作し，PCから制御を行いながらブラウン管上に電界，磁界により荷電粒子の流れである電子線がどのような影響を受けるかを確認できるようになっている。
作製した成果物は，石川工業高等専門学校２年生に利用させており，電磁界を体験する教材として良好なアンケート結果を得ている。
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