2014 Fiscal Year Research-status Report
分子レベルを意識した化学実験用電子教科書作成へのアプローチ
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25350188
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| Research Institution | Tokyo Gakugei University |
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Principal Investigator |
生尾 光 東京学芸大学, 教育学部, 助教 (50159589)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 化学実験 / 分子レベル / CG / 動画 / 実験書 / 電子教科書 / 化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は化学反応の分子レベルでの理解を促すために可視化教材を取り入れた電子版化学実験書を作成し，大学生に対して試行してその学習効果を検証するものである．この電子実験書には分子レベルのイメージを提供するために化学反応が進行する様子を量子化学計算に基づいて可視化したCG 動画が収録される．さらに，学生が自ら主体的に実験を行うことができるように実験に必要な情報を提供出来るように作成される．例えば，通常の文書による実験方法の記述に加えて操作の具体が分かるように装置の写真やフローチャートなどが拡大可能な形式で記載され，学生が実験にスムーズに入れるように工夫される．学生は主体的に実験に取り組むことで実験の技能を習得し，観察を通して反応を実体験することができる．併せてCG 動画を通して目に見えない化学反応の分子レベルのイメージを提供することが可能となる．これにより，学生は実験を行っている反応についてその場で分子レベルのイメージを学習することが可能とになり，実験と講義を別枠で行う場合に比べて学習効果の向上が期待できる．本研究で作成する電子版化学実験書はタブレットパソコン用に開発し，webを通して配信できるようにする.
作成したCG動画には原子の衝突により生成するシンプルな分子の生成やドラスティックな構造変化を伴うWalden反転，そして，より複雑な反応として高校や大学の教科書に頻出する酢酸とエタノールのエステル化やベンゼンのニトロ化がある。それらのCG動画ではエネルギー変化を三次元ポテンシャルマップや反応プロフィールにより表示し，分子構造の変化を，棒球モデルや空間充填モデルあるいは空間充填モデルと静電ポテンシャルの組み合わせとして表示することができる。これらCG動画とスモールスケールの実験プログラムを統合し，電子版化学実験書を作成しその一部を試行することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
反応速度の温度依存性から見かけの活性化エネルギーを求める内容を酢酸とエタノールのエステル化の応用実験として加えたので，その実験条件を最適化することを優先して実験プログラムを作成した。CG動画と統合化し，電子版化学実験書を更新した．そのため，試行とアンケート調査は本年度に本学教育学部において行うこととした．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．電子版化学実験書を用いた試行とアンケート調査を本学教育学部において行なう。
２．アンケート結果を基に改善して最終版を完成させる．
３．Web上で配信できるように準備する。
４．完成した電子版化学実験書を国際学会で発表し評価を受けると同時に周知する．
５．研究結果をとりまとめ報告書を作成する．
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