力学用総合教材と評価システム開発による教育効果の見える化

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K00994
• 研究機関: 小山工業高等専門学校
• 研究代表者: 伊澤 悟 小山工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (00232223)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 材料力学 / 教材開発 / 実験教材 / 学習到達度

研究実績の概要

本研究では、主として機械系講義科目の材料力学を学ぶ上で効果的な教材開発を行っている。教材は記述ノート式教材と材料力学を学ぶ上で力学現象の理解度を高めるための簡単な実験用教材である。
ここでは、記述ノート形式の演習用教材として、講義の際に教科書と併用する形で、穴埋めや記述、計算問題等を含めたプリント教材を作成した。この教材は、新しい概念の導入やそれに関わる実際の力学事象を内容に記載することで、理解を深めるための工夫をしている。
また、実験用の教材としては、回転モーメントやトルクを理解するための教材、光弾性法による外荷重と内部に発生するひずみとの関係を理解するための教材、はりおよび軸の曲げやねじりと断面形状との関係を理解するための実験用教材を製作した。ここでは、曲げを受けるはりとねじりを受ける軸の断面形状を変化させることで、たわみやねじり角がどのように変化するかについて実験を通じて理解することで、教科書の理解を深めることを目的としている。特に、教科書で展開されている断面二次モーメントや断面二次極モーメントについて、数式とその意味について実験を通じて概念的に理解することが出来る。
平行して、２学年分の材料力学の前期と後期の中間試験および期末試験の問題を分野毎に分類するとともに、学生の成績について分析を行い、学習単元と理解度に関わる調査を行った。この調査結果をデータベース化、理解度に関わるシステム構築を図っている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

材料力学を学ぶ上で必要な教材作成を行った。
具体的には、記述ノート形式用教材をプリント教材を作成した。ここでは、教科書の単元に合わせて、要点や注意事項、また関連する知識のための実例の紹介、また、計算問題を解く上でのヒントや具体的な計算の演習問題についてもプリント中にまとめた。
合わせて、教科教育のための実験用教材についても製作している。回転モーメントやトルクの概念理解のためのトルクレンチを利用した見える化教材、はりの曲げやねじり変形理解のためのゴム製見える化教材、荷重と変形の関係を理解するための、光弾性実験教材等である。この実験用教材を通じて、教科書の理解が深まるため、体験型の教材は学生全般に好評である。
上記を踏まえて、教材の作成が進行しているので、順次学生に教材を利用してもらい、教育効果について検討を行っている。
筆記試験の結果についてもデータ分析し、結果の見える化のデータベースを作成中である。データベースの利用によって、単元別の得点分布や、個人の得意、不得意分野の抽出等が可能となる。このデータベースを利用して学習の到達状況の見える化を目指すが、この部分の開発が遅れているため、完成を目指す。

今後の研究の推進方策

昨年度までに作成した教材をバージョンアップ、より効果的な教育方法について検討を行う。
プリント教材については、記述ノートを完成させて冊子化する。また、実験用教材については、実験内容の動画化教材を作成するとともに、教材数を増やすことで学生が実験を一度に体験できる人数を増やすことを目指す。ここでは、これらの作成した教材の有効性を検討するためのアンケート調査を行う。この教材に関わる教育効果については、日本機械学会年次大会「技術と社会」部門の工学教育分野で発表予定である。
また、昨年度までの試験結果の分析結果を基に、学習単元や学習目標と達成状況を判定することの出来るマトリックス型評価システムの構築を図る。このアプローチにより、教科目における学習の到達状況を見える化することで、学習者が得意な分野、苦手な分野を明確化し、弱点強化につなげる。更に、教科指導者にとっては、教科目の学習状況と目標達成状況について数値化し、学習到達度の全体像の理解を目指す。
これらの一連の研究を通じて、材料力学の教科教育のための見える化教材と評価システム構築を完成させて、両者の教育効果について検討、研究結果を公表する。

次年度使用額が生じた理由

研究の進捗が少し遅れていることが理由で、物品費の執行および学会等へ公表が遅れ旅費の未消化が発生している。今年度遅れ分の研究を遂行し、旅費を含めて最終年度の予算執行を図る。