| 研究課題/領域番号 |
16K01041
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
科学教育
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| 研究機関 | 大阪工業大学 |
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研究代表者 |
藤井 研一 大阪工業大学, 情報科学部, 教授 (10189988)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2018年度)
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| 配分額 *注記 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 運動と力 / 力の可視化 / 実験 / 力学 / 数学 / 力学実験 / その場観察 / ３次元運動 / コンピュータビジョン / リアルタイム運動解析 / 相対運動 / 動画 / 運動解析 |
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| 研究成果の概要 |
画像処理技術を用いて動画撮影した映像の中の運動物体を抽出し、その位置データ解析より、速度、加速度を求め、その場で物体に作用する力をベクトルとしてディスプレイ上に表示する教育システムを開発することができた。初学者がこのシステムを用いて、自らの手で行なった物体の運動実験の最中にディスプレイ上に表示された運動物体の軌跡とそれに付加された力の表示を通して、運動と力の関係を直接目にすることで理解できるようになった。さらにレーザー距離計により得た奥行き情報を加えることで、３次元運動の理解も容易になった。これにより、初学者には困難であった科学知としての力の概念理解も容易に達成することができるようになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
「運動と力の関係」に関する科学知理解は、専門科目への導入として重要な基礎となる。しかしながら、日常の経験から身に着ける経験知としての「運動と力の関係」が科学知理解を妨げている。「力」が不可視であることで、一層経験的な力の経験に依存するからである。本研究では実験の映像化にその場で力を表示することで、複数の物体の運動と力の関係を理解できるようにした。本システムの使用が、力の作用、重力と人の力、内力と外力の違いを直感的に理解できるようにした。また運動の記述の数学的基礎を支援する教材も開発し、力と運動の関係学習における困難を軽減し、科学知習得を容易にすることで、理科教育に大きな貢献をしたと考えられる。
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