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1.研究目的
本研究は、卓上実験(マクロな視点)と分子運動のアニメーション(ミクロな視点)を連動させてリアルタイム表示できるバーチャルラボラトリーを開発することを目的とする。
2.研究方法
(1)気体の状態変化実験装置の作成
200mlの注射器内に高度計測センサーを取り付け、気体の温度と圧力を測定できるようにした。またセンサーのコードは注射器の先端から取り出せるようにし、電子計測装置と接続した。
(2)バーチャルラボラトリーの作成
(1)の卓上実験装置から得られる圧力データと温度データとを電子計測装置を用いてデジタル化し、実験用ノートPCに取り込んだ。実験データから分子の運動をリアルタイムに表示できるシミュレーションプログラム(バーチャルラボラトリー)を作成した。
(3)授業実践と評価
今後、これまで行ってきた卓上実験と分子運動のアニメーションを別々に用いる授業と、二つをリアルタイムに連動させて表示するバーチャルラボラトリーを用いる授業を行う予定である。そして作成したバーチャルラボラトリーの有効性を評価し、その結果に基づいたバーチャルラボラトリーの改良を検討する。
3.研究成果
本研究によって、シリンダー中の気体というマクロな視点と、分子運動というミクロな視点をつなぎ、気体の圧力・温度・体積の関係などの熱力学的理解を促進できる教育システムを開発することができた。本教育システムを活用することは、生徒が熱力学現象に興味を持ち、エネルギー概念を身につけるという教育的意義を有するものである。
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