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マルチメディアとALによる数学の深い学びへの誘いとその効果の検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K02765
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09070:教育工学関連
研究機関久留米工業高等専門学校

研究代表者

酒井 道宏  久留米工業高等専門学校, 一般科目(理科系), 教授 (90353276)

研究分担者 田中 利史  岐阜大学, 教育学部, 准教授 (60396851)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードSTEAM教育 / トポロジー / 結び目理論 / 位相的データ解析 / L-S理論 / グラフ理論 / アートと数学 / アクティブラーニング / マルチメディア / AL / 位相的データ解析(TDA)
研究開始時の研究の概要

マルチメディア、特にICTを活用した数学教育は、SDGsの目標4「質の高い教育をみんなに」に符合するものとして注目されている。申請者は、マルチメディア教材の開発に取り組んでおり、理解に時間を要する抽象的な概念の視覚的な理解を短時間で習得させることに成功した。その反面、教材作成の労力が大きいことや、受動的な学習に陥りやすい等の問題点があることがわかった。そこで、先端的な数学のテーマをマルチメディア教材化して学習者の知的好奇心を喚起しながら効率的な学習を促し、ゼミ形式の輪講による主体的・能動的な学習経験を通して深い学びに導く研究を計画した。

研究成果の概要

学科横断科目「リベラルアーツ特論」受講生に対し、STEAM教育の工学と数学の関連性に着目した学習活動を実践し、自ら課題を見つける力、物事を様々な面から捉え解決する力、新しい価値を創造する力の修得を目指した。工学分野との親和性の高いトポロジー等をテーマに選定し、学習ピラミッドに沿った理解の深化を促した。前期はマルチメディア教材を用いた学習、後期はテーマ毎の協同学習を通して教員の指導の下で主体的・能動的な学習を行った。
2022年度はグラフ理論、2023年度はアートをテーマに加えた。さらに、2023年度は遠隔で他高専学生を受け入れた。その結果、シンポジウムで計14件の成果発表に導くことができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ICTを活用した教育は、2015年の国連サミットで採択されたSDGsの目標4に掲げられている。ICTを活用した数学教育は、ソフトウェアを用いた教授法が多く実施されている。ALについては、高専では主に低学年向けにグループ学習やプレゼンテーションを中心に実施されている。高学年向けはゼミ形式のようなものが少数ではあるが報告されている。
本研究では、学習教材としても活用されているL-S理論と結び目理論、及びTDAを主なテーマとし、協同学習によるALの手法を取り入れたマルチメディア教育を実践し、効果を検証するものである。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Early STEAM Education Practice: Application of Graph Theory through Teaching Assistants2024

    • 著者名/発表者名
      M.Sakai, S.Nakamura, H.Miki
    • 雑誌名

      Athens Journal of Technology & Engineering 2024

      巻: 11 ページ: 1-21

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 分子グラフを用いた中学生向けの早期STEAM教育用数学教材の開発と実践2024

    • 著者名/発表者名
      酒井道宏, 田中利史
    • 雑誌名

      工学教育

      巻: 72-3 ページ: 44-49

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A report on open courses in finance for citizens, taught by female students (RIKEJO) at NIT, Kurume College2024

    • 著者名/発表者名
      M. Sakai, M. Aizawa, K. Kawashima, M. Okita, Y. Matsuda
    • 雑誌名

      Proceedings of ISATE 2023, the 16th International Symposium on Advances in Technology Education

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A practice of deep learning by knot theory and DNA2023

    • 著者名/発表者名
      Michihiro Sakai, Toshifumi Tanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of ISATE 2022, the 15th International Symposium on Advances in Technology Education

      巻: なし ページ: 306-310

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A practice of deep learning by geometry2022

    • 著者名/発表者名
      Katsutoshi Kawashima, Michihiro Sakai, Yasuo Matsuda
    • 雑誌名

      Proceedings of ISATE 2021, the 14th International Symposium on Advances in Technology Education

      巻: 1 ページ: 124-128

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological data analysis for molecular structures of allotropes of carbon2022

    • 著者名/発表者名
      Keita Nakano, Michihiro Sakai, Hiroshi Miki
    • 雑誌名

      International Symposium on Innovative Engineering 2021

      巻: 1 ページ: 5-5

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] アートと数学を融合させた STEAM 教材の開発2024

    • 著者名/発表者名
      酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 身近な曲率~バドミントン編~2024

    • 著者名/発表者名
      長岡央士, 福元崇眞, 佐藤理央, 内村真豊, レウェティ要, 山田永久, 酒井 道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 八面体分子構造の点群への帰属2024

    • 著者名/発表者名
      樋口智也, 杉村晃紳, 多田拓樹, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] トポロジー最適化を用いた構造設計2024

    • 著者名/発表者名
      樋口槙一郎, 山内雅也, 野口夏樹, 三浦理稀, 河田颯天, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] グラフ理論の応用的側面の検討2024

    • 著者名/発表者名
      河内悠眞, 井川創一朗, 則包創太, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 黄金比の世界2024

    • 著者名/発表者名
      澁谷陽来, 小森悠矢, 江隅一心, 上田ゆみこ, 白木沙羅, 古澤七音, 豆田嵩翔, 酒井道宏
    • 学会等名
      第29回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分子グラフを用いた中学生向けの数学教材の提案2023

    • 著者名/発表者名
      酒井道宏, 田中利史
    • 学会等名
      数学教育学会2023年度秋季例会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 久留米高専における理工系への進路選択に関するジェンダーバイアス低減の取組2023

    • 著者名/発表者名
      酒井 道宏, 萩原 義徳, 藍澤 光晴
    • 学会等名
      日本工学教育協会 第71回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 誰でもできる曲率の生成方法2023

    • 著者名/発表者名
      廣田航大, 芳谷太樹, 貞方海生, 酒井道宏
    • 学会等名
      第28回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 結び目不変量を用いた鎖状錯体の比較2023

    • 著者名/発表者名
      松尾陵, 野﨑悠斗, 蓑毛響介, 酒井道宏
    • 学会等名
      第28回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 点群を用いた分子の対称性の定量化・分類2023

    • 著者名/発表者名
      河北多聞, 中村倫太郎, 花岡端生, 酒井道宏
    • 学会等名
      第28回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 曲率の違いによる不平等電界の大きさ2023

    • 著者名/発表者名
      江田光来, 貞方海生, 永江周助, 酒井道宏
    • 学会等名
      第28回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ノイズ除去に関わる画像数の最適化について2023

    • 著者名/発表者名
      徳冨好古1・アンダーソン彪ヤルマール,岡翼, 淡田みこ,酒井道宏,中村駿介
    • 学会等名
      第28回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ダイクストラ法を用いた外乱の影響をシミュレーション する方法の提案2023

    • 著者名/発表者名
      明石凜太郎,寺元一耕,中村開斗,近藤碧,酒井道宏,中村駿介
    • 学会等名
      第28回高専シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] A practice of deep learning by geometry2021

    • 著者名/発表者名
      Katsutoshi Kawashima, Michihiro Sakai, Yasuo Matsuda
    • 学会等名
      The International Symposium on Advances in Technology Education 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological data analysis for molecular structures of allotropes of carbon2021

    • 著者名/発表者名
      Keita Nakano, Michihiro Sakai, Hiroshi Miki
    • 学会等名
      International Symposium on Innovative Engineering 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 彩色数を用いたタンパク質の分類2021

    • 著者名/発表者名
      深海陽向子, 本梅航羽, 栁沙乙里, 酒井道宏
    • 学会等名
      第27回高専シンポジウムオンライン
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 曲面曲率のプロット2021

    • 著者名/発表者名
      末安洸樹, 青山知弘, 田村拓磨, 酒井道宏
    • 学会等名
      第27回高専シンポジウムオンライン
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体2021

    • 著者名/発表者名
      副島央登, 佐藤美菜, 益田光, 酒井道宏
    • 学会等名
      第27回高専シンポジウムオンライン
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] パーシステントホモロジーを用いた炭素同素体の解析2021

    • 著者名/発表者名
      石橋和弥, 大國廣人, 河野凌也, 髙橋翼, 酒井道宏
    • 学会等名
      第27回高専シンポジウムオンライン
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      https://researchmap.jp/m.sakai

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/m.sakai

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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