2014 Fiscal Year Research-status Report

シミュレーション技術を活用した中学校技術科の教材開発と評価

Research Project

Project/Area Number	25381253
Research Institution	Mie University
Principal Investigator	中西康雅三重大学, 教育学部, 准教授 (00378283)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	技術科教育 / コンピュータシミュレーション / 教材
Outline of Annual Research Achievements	【ソフトウェアの精度・機能の向上】研究初年度に開発したソフトウェアの計算精度と機能の向上に取り組み，さらに代表的な木材や金属材料の物性値データベースを利用できる仕組みを構築した。まず，各部材に生じる応力と強度の関係について視覚的理解を深められるよう，従来は座標軸系に対応した応力表示であったのを，主応力表示できるように機能を追加した。また，近年自動車用などの構造材料としても注目されている繊維強化複合材料を対象に理論解と比較することで，静的挙動解析の精度を検証し，異方性材料に対して本ソフトウェアの精度を検証し，有効性を明らかにした。また，機能面では，中学校技術分野の授業に利用されることの多い木材の物性値や，工業高校などでも利用できるよう代表的な金属材料の物性値をデータベースとして構築し，ソフトウェアの新たな機能として追加した。【教員を対象とした教材の評価と改善】教員研修を利用して本教材の評価を行った。その結果，地域の課題である地震に対する防災と日々の生活を結びつけた教材として活用した方が好いこと，また，大きな構造物だけでなく身近な製品設計にもこのような構造設計の考えが活用されていることを学習内容として含むことなどの新たな視点が得られた。そこで，授業案の検討において，防災の視点や実際の製品設計への活用などの内容を含めるとともに，ソフトウェアには地震応答解析機能などを追加することを検討することとした。防災の視点を授業に導入した案を作成することとした。また，シミュレーション技術が技術や社会において果たしている役割についての内容と学習活動の展開について検討し，作成した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 【ソフトウェアの精度・機能の向上】研究初年度に開発したソフトウェアの計算精度と機能の向上に取り組み，さらに代表的な木材や金属材料の物性値データベースを利用できる仕組みを構築した。まず，各部材に生じる応力と強度の関係について視覚的理解を深められるよう，従来は座標軸系に対応した応力表示であったのを，主応力表示できるように機能を追加した。また，近年自動車用などの構造材料としても注目されている繊維強化複合材料を対象に理論解と比較することで，静的挙動解析の精度を検証し，異方性材料に対して本ソフトウェアの精度を検証し，有効性を明らかにした。また，機能面では，中学校技術分野の授業に利用されることの多い木材の物性値や，工業高校などでも利用できるよう代表的な金属材料の物性値をデータベースとして構築し，ソフトウェアの新たな機能として追加した。【教員を対象とした教材の評価と改善】教員研修および中学校での授業実践を通じて開発教材の評価を行った。その結果，強度設計ソフトウェアについては教師の演示用、生徒の実使用に十分な機能を備えていることを確認できた。一方で課題として、地域の課題である地震に対する防災と日々の生活を結びつけた教材として活用した方が好いこと，また，大きな構造物だけでなく身近な製品設計にもこのような構造設計の考えが活用されていることを学習内容として含むことなどの新たな視点が得られた。そこで，授業案の検討において，防災の視点や実際の製品設計への活用などの内容を含めるとともに，ソフトウェアには地震応答解析機能などを追加することを検討することとした。
Strategy for Future Research Activity	地域の課題である地震に対する防災と日々の生活を結びつけた教材として活用した方が好いこと，また，大きな構造物だけでなく身近な製品設計にもこのような構造設計の考えが活用されていることを学習内容として含むことなどの新たな視点が得られた。そこで，授業案の検討において，防災の視点や実際の製品設計への活用などの内容を含めるとともに，ソフトウェアには地震応答解析機能などを追加することを検討する。そこで、地震応答解析機能の精度を評価するため、振動試験を行い、精度を比較検証する。特に生徒が制振や耐震設計を施した構造との違いが分かるようモデルを選択するとともに教材に適用できるような構造について検討する。
Causes of Carryover	旅費が計画よりも少額であったことによる。また地震応答の評価を実施するための予算計画を練り直すため、物品費も少額となった。
Expenditure Plan for Carryover Budget	報告にも記したように、今年度は地震応答に関する構造物の応答を評価するための実験装置を購入するために前年度残額予算を執行する計画である。