2014 Fiscal Year Research-status Report
高校物理基礎における生徒が体感するエネルギー学習の実験教材の開発研究
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26350245
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
川村 康文 東京理科大学, 理学部, 教授 (90362087)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 物理教育 / サボニウス型風車風力発電機 / 色素増感太陽電池 / ３Ｄプリンタ / ハンズオン / エネルギー教育 / 環境教育 / 自作コアレス発電機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【教材開発】自然風水準のわずかな風力で照明器具を稼働させうる高効率サボニウス型風車風力発電機の開発、および、自然光で順調に稼働する、３Ｄプリンタで作製した軽量フレームを使用する実用的な有機色素増感太陽電池自動車を開発した。これらの教材は危険物を含まず、教室内で安全に使用でき、また既存のものより高い効率で稼働することで、高等学校物理基礎内でのエネルギー教材としてより効果的な授業運営に貢献する。またコアレス発電機のサボニウス型風車風力発電機を開発し、テレビの受信等成功した。また，数々のエネルギー教育教材を作成した。
【出前授業】高等学校の物理基礎の授業時間内において、サボニウス型風車風力発電機の実験（東京都立戸山高等学校）、および、有機色素増感太陽電池自動車の実験（千葉県立柏陵高等学校）を行った。これらは高校生が自らの手で教材を作製し、エネルギー変換について実験を通して体感するものである。これらの授業は学習者に高い評価を得、科学技術に対する興味関心の惹起に貢献した。これらの結果については平成２７年度での論文投稿を予定している。
【教材開発（書籍等）】以下の書籍を制作し、エネルギー学習教材の普及に貢献した（『理科教育法第２版』大学教育出版2015年4月,『理論がわかる熱と原子・分子の手づくり実験』オーム社2015年2月,『親子で作る自然エネルギー工作 全４巻（風力発電/太陽光発電/小水力発電/太陽熱バイオ発電)』大月書店2014年8月,『楽しく学べる理科の実験・工作』エネルギーフォーラム2014年8月,『しっかり学べる基礎物理学』電気書院2014年12月,『名探偵コナン理科ファイルものと燃焼の秘密』小学館2014年6月）。
【論文】『理科学習と生活経験が中学生の力学概念に及ぼす影響』科学教育研究, 第38巻,2号 pp.107-116 日本科学教育学会 (共同研究)
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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
３Ｄプリンタの導入により、模型自動車フレーム製作の自動化、プリンタによって車輪を製作することでの材料予算の軽減化が達成できたほか、３Ｄ技術の活用により既存の製作手法では不可能な水準まで模型自動車のフレームを軽量化することができる等、より駆動能力の高い太陽電池自動車モデルを開発できた。このことが効果的な授業運営に高く貢献した。
これは３Ｄプリンタを導入し、授業用の模型を実際に開発するときまで気づかなかったところであり、３Ｄ技術を用いての開発の効果をより高いレベルで確認した。３Ｄプリンタの効果的な活用により、これまでよりも深い内容での物理教材開発ができるであろうことを確信した。
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| Strategy for Future Research Activity |
【サボニウス型風車風力発電機の開発】さらなる発電機部分の効率化を目指すと同時に、自然エネルギーの効率的使用の観点から、風車風力発電機の定点観測システムを開発し、ロガー等を搭載して、定置点における一定期間内の発電機の出力の変動等観測できるシステムを開発する。場所としては関東地方を中心に全国の学校等教育機関等を想定している。
【色素増感太陽電池の開発】３Ｄプリンタを用いての開発が有用だったので、これを用いてのさらなる車体の進化と走行速度の高速化に着手する。またロガーを用いて出力の経時的変化を測定し、電池部分の長寿命化（密封、ゲル化）を試験する。
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| Causes of Carryover |
平成２６年度においては、想定していた出前授業が、１件は山手線圏内、２件目は千葉県の東京近郊で実施されたことにより、交通費等が安価で済み、その結果、旅費予算、謝金予算に残金が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２７年度以降においては、出前授業の開催場所がまだ未定であり、想定していた距離より遠方となる可能性がある。また学校等教育機関等への風車風力発電機の設置と回収、その連絡等に交通費の増大が予想される。このための旅費等に本予算は使用したく考えている。
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