2013 Fiscal Year Research-status Report
風車教材の開発と地域連携したサスティナブルな技術者および技術リテラシー教育の実践
| Project/Area Number |
25871037
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
|
| Research Institution | Kobe City College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
早稲田 一嘉 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20390479)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | オープンコースウェア(オープンエデュケーション) / STEM教育 / グローバル化 / ものづくり教育 / 機械工学 / 工学教育 |
|---|
| Research Abstract |
本研究は，大型風車のペーパークラフト模型の設計・開発・工作教室の企画と運営を通して，高専学生や大学工学部学生などのエンジニアリングデザイン力やコミュニケーション力を鍛えるとともに次世代の産業界を担う小中学生に，風力発電の仕組みの理解，再生可能エネルギーの啓蒙そしてものづくりの奥深さを体験してもらうことが可能なサスティナブルな教育システムの開発をすることを目的として以下の開発などを行った．
過去に開発したペーパークラフトの改良を行い完成度を高めた．また，その組み立て方法のマニュアル化などをした．ペーパークラフトの改良と平行して，本ペーパークラフトを用いて本格的に機械工学・電子工学・電気工学を実践的に学ぶことが可能な教材へと拡張を進めるために．実機と同様に翼型形状をしている風車のブレード部翼型周りの流れ場を解析可能なQBlade（フリーソフトウェア）による解析教材のマニュアル（β版）を開発した．また，ペーパークラフトでは難しい，ブレード形状を3DCADデータ化し3Dプリンタによるプリントを試みた．Arduino互換マイコンボードとプログラミングによる風車データ取得システムの構築をする手段を開発し，マニュアル化した．
ペーパークラフト組立以外に関しては教材化および運用マニュアル化は不完全であった．しかしながら，大学工学部でのペーパークラフト風車の活用を打診されたので，ノウハウの一部を提供し，大学での利用方法を見学し，「エンジニアリングデザイン実践教材」の方向性を確認できた．
風車および工作に関する公開講座は3回開催し，学生が主体的に公開講座などの活動するための機会を与えた．ペーパークラフト風車のWebページを開設し，世界中からのアクセスを確認した．
成果の一部は研究講演会にて2回の口頭発表，研究紀要1本を発表した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
基本的なペーパークラフト風車の形は完成（完成度を高めた）し，公開講座を複数回実施した．ペーパークラフト風車の内容の一部は，科研費の申請書類の項目にある「今回の研究計画を実施するに当たっての準備状況及び研究成果を社会・国民に発信する方法」でも挙げた通りWebページにて一部提供を開始した．
時間割編成の都合により，先に電子工学科の実験実習にて実験的に「Arduino互換マイコンボードとプログラミングによる風車データ取得システムの構築」する課題を課した．また，東京大学工学部荒川研究室のゼミにて「ペーパークラフト風車の組立・改良とQBladeによる解析とを比較する」内容を実践してもらった．目的のひとつである「理論と実践」の体験を通して，エンジニアリングへとつながるPDCAサイクルを実体験させることを，深い加工技術や理論の理解がまだない段階の学生に対して授業時間内にて提供が可能であることが分かった．
また，平成27年度に実施計画（カリキュラム変更の関係で平成28年度からになる可能性が高い）をしている学内での「風車を用いたエンジニアリングデザイン実践教材」授業は他の実習系科目との連携や本校の総合情報センター演習室のシステム変更に伴い、校内のパソコンにて代替できる可能性がでたため、本年度の特にパソコン購入は予定よりも少なくなった。しかしながら、平成26年度に実施予定である校外での公開講座にてパソコンの使用をする可能性があるため、平成26年度以降へ購入を遅らせる。
「サスティナブルな教育システム」として掲げた「社会貢献活動（公開講座）」と「工学教育」の一部は達成できたが，「産業」として企業との連携を掲げた部分はまだほとんど達成できていないと考える．
|
| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では，出張公開講座を実施可能とするための「サンプル模型，文房具類」などのパッケージ化を試みるとしていた．しかしながら，風車の公開講座を開催をした自治体などでは少額ながら独自に公開講座予算などが確保されており，パッケージそのものを複数個準備するということよりも，準備物の情報提供で十分な場合が多いと考えられる．電子データなどで情報提供できるように進める．パッケージ作成に充てる予定であった予算は，試作の材料費や当初計画よりも学生アシスタントを増加させたほうがよいと分かったため，学生への謝金へ配分する．
教育機関や風車が設置されている自治体などを通して風車のペーパークラフト模型を工作する公開講座の実施し，参加者にアンケートを実施する．アンケートの解析をし，公開講座による講義やペーパークラフト風車を工作することにより「風車の仕組み」，「再生可能エネルギー」や「機械・電気・電子工学」への興味・関心へつながるかどうかの有効性の検証などを実施する．昨年度にペーパークラフト風車の幅広い普及のためにWebページを開設したが．運用マニュアルのWebでの公開を目指す．
ひき続き「風車を用いたエンジニアリングデザイン実践教材」の改良に努め，来年度の機械工学科カリキュラム変更に伴う教材としての導入を試みる．購入計画に含まれていた風速計などは、3Dプリンタによる部品作成と購入計画に含まれていたArduinoマイコンボードにて代替できる可能性が高いことが分かった．よって，予定の予算を消化しておらず、平成26年度に請求する金額は増加するものの、その分Arduinoおよびその制御に使用するパソコン，3Dプリンタを多く購入可能になりエンジニアリングデザインの授業実施人数を増加させるなどが可能になると考える．
成果の一部は研究講演会などで発表する（4件の口頭発表は申込み済み）．
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成27年度に実施計画（カリキュラム変更の関係で平成28年度からになる可能性が高い）をしている学内での「風車を用いたエンジニアリングデザイン実践教材」授業は他の実習系科目との連携や本校の総合情報センター演習室のシステム変更に伴い、校内のパソコンにて代替できる可能性がでたため、本年度の特にパソコン購入は予定よりも少なくなった。購入計画に含まれていた風速計などは、3Dプリンタによる部品作成と購入計画に含まれていたArduinoマイコンボードにて代替できる可能性が高いことが分かった．よって，予定よりも支出が少なかった．また，公開講座を平成25年度中にも実施したが、連携した主催者側でも少額ながら独自に公開講座予算が確保されておりその関係で支出が予定よりも少なかった．
旅費については申請時に学会発表の開催場所などが確定しておらず，見込みで申請したために予定の旅費を消化できなかった．
平成25年度と同様な公開講座は平成26年度以降にも実施予定であるが、市外での公開講座も検討していることから、平成26年度以降で支出をする予定である．また，当初計画よりも学生アシスタントを増加させたほうがよいと分かったため，学生への謝金（人件費）へ多く配分する予定である．旅費については学会等での発表回数が多い見込みであるので昨年度未使用分を旅費として支出する予定である．
Arduinoおよびその制御に使用するパソコン、3Dプリンタを購入可能になりエンジニアリングデザインの授業実施人数を増加させるなどが可能となるので研究遂行する上で大きな問題はないと考える．
|
