| 研究課題/領域番号 |
21K02811
|
|---|
| 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 | 金沢工業大学 |
|---|
研究代表者 |
西岡 圭太 金沢工業大学, 基礎教育部, 准教授 (10748734)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
|
|---|
| キーワード | 物理教育 / 力学実験 / 力学シミュレーション / データ解析 / eラーニング教材 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，等速直線運動，等加速度直線運動，放物運動，振動，回転運動の現象について
理論解説・実験装置・データ解析ソフト・シミュレーションの教材パッケージを作成する．
力学の本質的な運動に対象を絞り，ホームセンターで手に入る材料を用いて実験装置を作製し，実験データの測定については主にスマートフォンのカメラやセンサを利用する．また，これらの実験に対応した力学シミュレーションや測定したデータの解析ソフトを開発し，Web上で公開する．開発した教材を実際の授業で利用して，受講学生に理解度調査やアンケートを実施し，教育効果を検証するとともに学生からのフィードバックを基に教材の改善を図る．
|
| 研究実績の概要 |
初等力学教育用の理論解説・実験装置・データ解析ソフト・シミュレーション教材パッケージに含める予定の力学シミュレーションを，JavaScript及びJSXGraphライブラリを用いて作成した．以前から作成していたものを含め，等速直線運動，等加速度運動（粗い水平面を滑る物体，粗い斜面を滑る物体），放物運動（自由落下，水平投射，斜方投射，モンキーハンティング，粘性抵抗を伴う斜方投射），回転運動（等速円運動），振動（単振動，単振り子，減衰振動，強制振動，2連成振動）のシミュレーションを作成・改良し，誰でも自由に利用できる物理教材としてKIT物理ナビゲーションのサイト（https://w3e.kanazawa-it.ac.jp/math/physics/simulation/material/）に纏めて公開している．
力学実験において加速度などのデータをスマートフォンで測定するためのアプリ（ブラウザ上で動作するWebアプリ，2021年度に開発）及び解析Webアプリを用いて，等加速度運動・放物運動・回転運動・単振動の測定実験を力学の授業で実践した．この測定アプリを誰でも自由に利用できる物理教材としてKIT物理ナビゲーションのサイト（https://w3e.kanazawa-it.ac.jp/math/physics/category/experiment/mobile_device/）で公開している．
実験教材作成については，2021年度に予定していた等速直線運動・等加速度直線運動を観測できる実験装置を，低摩擦シート及び高摩擦シートを用いて試作した．また，回転台及び電動ろくろを用いた回転運動を観測できる実験装置の作製に着手した．これらの実験モジュールとスマートフォンの加速度センサを用いた測定・解析方法を説明したWebページの作成を開始した．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の予定では，回転運動・振動を観測できる実験装置を作製し，これらの実験装置に対応した解析ソフト・シミュレーションの作成を行う予定であった．シミュレーション作成については，当初の予定通り順調に進んでおり，スマートフォンで加速度を測定するためのアプリ及び解析アプリを作成し，授業で実践できた．理論解説についても本学で公開しているWebサイト「KIT物理ナビゲーション」(http://w3e.kanazawa-it.ac.jp/math/physics/)で随時作成し公開している．実験装置については，試作・試用の段階で授業で十分実用できる段階には至っていない．
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策として，等速直線運動，等加速度直線運動の実験モジュールの改良，計画が遅れている回転運動，振動を観測できる実験モジュールの作製，及び対応した理論解説のWebページを完成させる．また，それらの実験モジュールとスマートフォンの加速度センサを用いた測定・解析方法を確立する．カメラで撮影した映像から画像認識を用いて，時々刻々の物体の位置を測定できるアプリの開発を協力者とともに作成することを予定している．物理シミュレーションについても学習者がより使いやすく理解し易いようにユーザインターフェースなどを改良していく．COVID-19が落ち着き，対面授業で物理実験ができるようになりつつあるので，開発した教材を実際の授業で利用し，学生からのフィードバックを基に改善を図っていく．
|
