中学校理科および高等学校における魅力的な材料教育手法の開発と実践研究

• 研究課題/領域番号: 20K02919
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分09040:教科教育学および初等中等教育学関連
• 研究機関: 琉球大学
• 研究代表者: 岩切 宏友 琉球大学, 教育学部, 教授 (80325480)
• 研究分担者: 杉尾 幸司 琉球大学, 教育学研究科, 教授 (20433089)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 理科教育 / 材料強度評価法 / 科学教育 / 技術教育 / 木材 / 材料教育 / 複合材料 / 金属 / 材料科学 / 材料強度学 / 教材開発

研究開始時の研究の概要

次世代の科学技術を担う若者の材料科学に関する経験知をいかに高めていくかは、日本が科学技術立国としてあり続けるために、避けて通れない重要な課題である．しかし、現在の中・高の理科教科書は材料科学を印象づける構成とはなっていない。そこで、「材料科学」的な視点で、中学・高校理科の内容を再構成し、科学的なものの見方や考え方を深める新たな視点での理科教材の開発を行う。

研究実績の概要

材料強度学を学ぶための一般的な実験機器は大型・高価であり、専門教育機関以外にはほとんど設置されてない。このため、中学校や工業高校以外の高校では材料強度学についての教育を行うのは難しい。このため、本年度も前年度に引き続き，安価なフォースゲージを利用した材料強度評価法の視点を取り入れた教材の開発とその実践的研究を実施した。
荷重測定はイマダ・デジタルフォースゲージをハンドル型の手動計測スタンドに据え付けて実施した。3点曲げ試験については３点曲げ試験専用の治具を利用し，硬さ試験については押しつぶし試験用として提供されている球形圧縮試験治具を活用した。
本年度は金属材料の加工硬化による靭性の低下に注目した授業実践を教育学部の大学生を対象として行った。本研究で利用した機材における引張試験は最大で200 Nまでの応力しか加えられないため、アルミニウム線を利用した実験手法を開発した。加工硬化される方法としてはアルミニウム線をハンマーで叩いて変形させるだけの簡単な主要ではあるが、引張強度の向上と、伸びの減少の様子を明確に測定することができた。この実習は靭性の概念定着に貢献できたと考えられる。
児童・生徒を対象に実施した材料強度試験法を取り入れた授業実践も前年度に引き続き実施し、90分の出前授業において、児童・生徒等に3点曲げ試験、ブリネル硬さ試験を体験してもらうことができた。しかしながら授業時間が限られており、授業後のフォローアップが十分には実施できなかった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

装置の導入や試験法の開発等は順調に進展したが、コロナ禍により学校現場等での調査や実践研究の進展に支障をきたした。また、同様の理由で成果報告等も十分に実施できなかった

今後の研究の推進方策

当初の予定通りに進展させていくが，附属中学校や公立学校における実践研究を中心に行う。なお，次年度（令和６年度）中には学会発表や論文発表等の成果発表を実施する。