2014 Fiscal Year Research-status Report
分子軌道法と分子動力学法を活用した新たな教材と教育法の開発
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25560092
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| Research Institution | Hachinohe National College of Technology |
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Principal Investigator |
松橋 信明 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40199831)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 一雅 函館工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40270178)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 分子軌道法 / 分子動力学法 / 新教材開発 / 新教育法開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高専電子系専門教育における新教材や新教育法を開発するべく、高専本科５年生の卒業研究において、分子軌道法や分子動力学法を用いた研究テーマを組み込み、以下のような研究成果をあげることができた。
分子軌道法を用いた研究では、太陽電池に着目し、変換効率に関連あるバンドギャップの推定を、GaAsを対象に様々な計算法でシミュレーションし、既定値と比較・検討した。また、有機ＥＬに着目し、電子輸送材料における窒素の役割やいくつかの低分子電子輸送材料におけるエネルギーギャップを計算して構造評価を行った。分子動力学法を用いた研究では、クラスター形成に着目し、クラスター形成過程や動径分布関数による構造解析を行った。また、Ni、Al、Ni-Al合金のアモルファス構造に着目し、動径分布関数や多面体解析により３種類の金属の構造解析を行った。以上の研究により、カラフルで美しく視覚に訴え、直感的な理解を実現でき、学生の興味を誘発する電子材料教材として有効である。そして、深く広く自学自習でき、創造性を育むアクティブラーニング教育法である。
また、多くの学生が授業で利用できる教材の開発を目指して、3D AVS Playerで展開できるMGFファイル形式を用いたOpenGLの3次元レンダリング機能を使用し、もっとも誘電体工学の分野で基本的位置づけにあるペロブスカイト・チタン酸バリウムの結晶構造とその中での分極を理解するための3次元表示の電子教科書(e-TextBook)を開発した。電気的な分極の双極子モーメントとそれに連動した各原子の電荷に配置された移動量が可視化され、分極現象を体現できた。この新教材は、ICTを活用したアクティブラーニングとして効果的である。
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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
本研究は、学齢的に理論的な理解が難しい高専電子系専門教育において、分子軌道計算法と分子動力学法を活用して、学生の興味を誘発しながら視覚的に電子材料の構造や物性を理解し、創造性を育む新たな教材と教育法の開発を目的とする。その具体的な研究目的は、1.市販のソフトを用いた高専電子系専門教育への適用の検討と新教材の開発、2.新電子材料開発を目指した創造性を育む新教育法の開発、3.高専電子系専門教育に最適なオリジナルソフトの開発、の３つである。
現段階において、高専本科５年生の卒業研究に分子軌道法や分子動力学法を用いた研究テーマを組み込み、創造性を育む新たな教育法を展開している。そして、その研究成果はカラフルで視覚に訴え、学生の興味を誘発できる電子材料に関する新教材として有効であり、アクティブラーニングとして活用できる。また、多くの学生が授業で利用できるようにすべてフリーソフトウェアを用いて、オリジナルの高専電子系専門教育用電子教科書(e-TextBook)を開発した。
以上の研究実績から、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度及び平成26年度の研究成果をベースに、分子軌道法と分子動力学法を活用した新たな教材の開発を行う。また、開発した教材を電子系授業において有効活用するための新たな教育法を開発する。
コンピュータシミュレーションにより、実在しない分子やその集合体の安定性や性質を予測することができる。自由な発想で様々な電子材料を設計し、新機能性電子材料の開発を目指した、創造性を育成できる新たな教材と教育法を開発する。また、分子が特異的に他の分子を認識する分子認識など生命現象に関する分野にも有効で、バイオエレクトロニクス分野の新たな生体材料に関する教材と教育法を開発する。
さらに、高専電子系専門教育に最適なオリジナルソフトの開発を行う。開発した新たな教材と教育法を多人数の教育の場で展開するべく、安価で効果的な、そして高専電子系専門教育に最適なオリジナルソフトを開発する。
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